Chờ đợi những bí ẩn lớn của vũ trụ được khám phá tiếp trong thế kỷ XXI

Sự phát triển của công nghệ tiếp tục giúp chúng ta nhìn ngày một sâu hơn vào vũ trụ, tìm hiểu về không gian, thời gian cũng như tìm kiếm nguồn gốc của chính mình. Thế nhưng tới lúc này, những hiểu biết của chúng ta về vũ trụ chưa phải đầy đủ, mà còn rất nhiều điều chưa được khám phá, nhiều hiện tượng chưa có được lời giải cuối cùng, khả năng sẽ được giải đáp trong thế kỷ này.

Những dự đoán này dựa trên hai yếu tố cơ bản. Đầu tiên dự đoán dựa trên những nghiên cứu trọng điểm về vũ trụ của các nhà thiên văn ngày nay. Họ đang dành nhiều sự tập trung cho các vấn đề được liệt kê dưới đây vì nó sẽ giúp chúng ta có cái nhìn sâu sắc và đầy đủ hơn nữa về chính vũ trụ của mình - bất cứ phát hiện nào cụ thể giải đáp những bí ẩn này cũng sẽ là một đột phá lớn về nhận thức của nhân loại trong những thập kỷ tới.

Ngoài ra, việc dự đoán này dựa trên khả năng phát triển của công nghệ hiện nay. Với các kính thiên văn thế hệ tiếp theo (chẳng hạn như kính thiên văn không gian James Webb sắp được đưa lên quỹ đạo), việc quan sát vũ trụ sẽ mang lại nhiều thông tin giá trị hơn rất nhiều so với những gì chúng ta đã biết.

Cùng với kính thiên văn, sự phát triển của các phương pháp phân tích, mô hình máy tính cũng liên tục phát triển. Dưới đây có thể coi là những đối tượng nghiên cứu đang được chú ý nhất hiện nay.

Có hay không sự sống ngoài Trái Đất?

Vào gần cuối năm 2020, một phát hiện lớn đã thu hút sự chú ý của đông đảo công chúng yêu khoa học, đó là việc phát hiện ra sự có mặt của phosphine trong khí quyển của Sao Kim. Đây là một hợp chất chỉ có thể được tạo ra trong công nghiệp hoặc bởi các sinh vật phát triển trong môi trường thiếu ôxy. Như vậy, có thể có sự sống vi sinh vật trôi nổi trong khí quyển Sao Kim (như một số nghi vấn từng có từ trước đó). Dù vậy, đây cũng chỉ là một khả năng. Mặt khác, nhiều phân tích tỏ ra nghi vấn độ chính xác của dữ liệu đã thu được và vì thế sẽ cần nhiều quan sát và phân tích hơn để xác nhận việc này.

Vệ tinh Europa của Sao Mộc, cũng như Titan và Enceladus của Sao Thổ, là những mục tiêu đầy hứa hẹn trong việc tìm kiếm sự sống trong Hệ Mặt Trời. Nhiệm vụ không gian đáng chú ý nhất trong tương lai gần có lẽ là Europa Clipper của NASA, được dự định sẽ phóng vào năm 2024.

Trong tương lai, sự phát triển của công nghệ kính thiên văn cùng những thiết bị phân tích khác sẽ giúp chúng ta có được cái nhìn chi tiết hơn về các hệ hành tinh ở khoảng cách từ vài chục tới vài trăm năm ánh sáng. Mặc dù việc tìm thấy và giao tiếp với một nền văn minh khác hay chỉ đơn giản là đưa các nhà nghiên cứu tới những nơi xa xôi đó vẫn gần như là không tưởng với công nghệ hiện nay hay thậm chí vài thập kỷ nữa. Nhưng những nỗ lực trong tương lai gần rất có thể sẽ giúp chúng ta tìm được sự sống ở nơi nào đó khác ngoài Trái Đất chỉ trong thế kỷ này, để có thể khẳng định rằng, “chúng ta không đơn độc trong vũ trụ”.

Du hành thời gian có khả thi không?

Thời gian được coi là một chiều đặc biệt của không gian. Nhưng trong khi chúng ta có thể di chuyển tự do trong các chiều không gian thông thường, thì chúng ta lại chỉ có thể tiến về phía trước ở chiều thời gian. Nói cách khác, chúng ta chỉ có thể đi từ quá khứ tới tương lai mà không thể đi ngược lại.

Du hành thời gian có khả thi hay không là một đề tài rất được quan tâm trong suốt nhiều thập kỷ nay. Mặc dù các tác phẩm viễn tưởng đã vẽ ra vô số viễn cảnh về việc du hành thời gian, nhưng cho tới nay, không một nhà vật lý nào có thể khẳng định với bạn rằng, một ngày nào đó việc đó có thể thực hiện. Vũ trụ được quy định bởi những nguyên lý phổ quát và nghiêm ngặt mà có thể có một nguyên lý nào đó chưa được biết tới khiến cho việc du hành thời gian là hoàn toàn không thể.

Có một ý tưởng phổ biến là nếu như chế tạo được một con tàu đi với vận tốc cực nhanh, thậm chí đạt trên 99% vận tốc ánh sáng, thì thời gian trên tàu trôi chậm hơn và sau một chuyến hành trình chỉ vài giờ hoặc vài ngày là chúng ta tới được thời điểm vài năm sau của Trái Đất. Việc này, về mặt lý thuyết, có thể xảy ra trong một tương lai xa nào đó. Tuy nhiên, việc này khó mà coi là du hành thời gian một cách thực sự.

Dù vậy, trong một tương lai gần hơn, nếu một máy gia tốc trên Trái Đất đủ mạnh để tạo ra một môi trường thu nhỏ với điều kiện tương tự như ở kỳ dị của một lỗ đen và uốn cong không-thời gian cục bộ quanh nó giống như cách của một lỗ đen thực sự, có thể các nhà khoa học sẽ có một cái nhìn thoáng qua về việc liệu có một cơ hội nào đó cho du hành thời gian ở tương lai xa hay không.

Vật chất tối thực sự là gì?

Lý do duy nhất mà các nhà khoa học biết chắc vật chất tối có tồn tại là vì sự tham gia vào tương tác hấp dẫn của nó. Ngoài ra, không có bất cứ bằng chứng nào cho thấy, nó có tham gia tương tác mạnh và tương tác yếu, còn tương tác điện từ thì chắc chắn là không. Vì đơn giản là nếu một khối lượng vật chất khổng lồ như vậy tham gia vào tương tác điện từ, các quan sát thiên văn không thể thu được kết quả tương ứng với các tính toán khi chỉ tính tới vật chất thông thường.

Vậy, cuối cùng bản chất của vật chất tối là gì? Ngoài tương tác hấp dẫn, nó còn tham gia loại tương tác nào khác hay không và nó được cấu tạo từ những hạt như thế nào? Nếu như những hạt tạo thành vật chất tối mang một số tính chất cơ bản khác với các hạt tạo thành vật chất thông thường, rất có thể loại vật chất này cũng có những kiểu tương tác khác mà chúng ta còn chưa biết. Việc tìm ra các tính chất cơ bản của vật chất tối cũng như cách mà nó tác động lên vật chất thông thường và cấu trúc của các thiên hà sẽ mang tới nhiều thông tin giá trị về vũ trụ mà có thể lúc này chúng ta còn chưa biết.

Vũ trụ của chúng ta có phải là duy nhất?

Khái niệm “đa vũ trụ” đã xuất hiện và trở nên phổ biến trong vài thập kỷ nay. Nhiều nhà vật lý cho rằng, có nhiều vũ trụ cùng tồn tại.

Mọi ý tưởng đều chỉ ở dạng giả thuyết. Rõ ràng, khi chúng ta vẫn còn phải nỗ lực với những quan sát tương đối gần thì việc tìm xem có một vũ trụ nào khác tồn tại không là điều quá xa vời. Tuy nhiên, không-thời gian ở ngoài giới hạn của vũ trụ chúng ta có thể có cách hành xử rất khác và một vũ trụ khác chưa chắc đã ở quá xa. Đa vũ trụ có thể đơn giản là tồn tại trong những chiều không gian khác mà chúng ta chưa khám phá được, hay ẩn mình trong vật chất tối... và tất nhiên là còn rất nhiều khả năng nữa.