Tại sao nói vũ trụ có thể bắt đầu từ một vụ nổ lớn?

Vũ trụ bắt nguồn như thế nào? Từ xưa đến nay, ở phương Đông cũng như phương Tây, con người luôn quan tâm đến câu hỏi này. Về vấn đề ấy có rất nhiều truyền thuyết, thần thoại, và cũng có không ít giả thuyết khoa học. Nhà thiên văn học người Mỹ James từng nêu ra một quan điểm mới: vũ trụ đã trải qua quá trình từ đặc đến loãng, từ nóng đến lạnh và không ngừng giãn nở. Quá trình ấy giống như một vụ nổ có quy mô khổng lồ. Nói ngắn gọn, vũ trụ có thể bắt nguồn từ một vụ nổ lớn. Thuyết vụ nổ lớn là một trong những học thuyết nổi tiếng và có ảnh hưởng sâu rộng nhất trong vũ trụ học hiện đại.

Thuyết vụ nổ lớn chia quá trình biến hoá của vũ trụ trong khoảng hai mươi tỷ năm thành ba giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là thời kỳ sớm nhất của vũ trụ. Khi đó, vụ nổ vừa mới bắt đầu không lâu, vũ trụ ở trạng thái nhiệt độ cực cao và mật độ cực lớn, nhiệt độ có thể đạt trên mười tỷ độ C. Trong điều kiện ấy, sự sống chắc chắn không thể tồn tại; ngay cả Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt trời và các thiên thể cũng chưa thể hình thành, thậm chí chưa có bất kỳ nguyên tố hoá học nào tồn tại. Không gian vũ trụ khi ấy chỉ có một số hạt cơ bản như nơtron, proton, hạt nhân, photon, nơtrinô... Giai đoạn này diễn ra rất ngắn, ngắn đến mức chỉ tính bằng giây.

Khi hệ thống vũ trụ tiếp tục giãn nở, nhiệt độ nhanh chóng giảm xuống. Khi nhiệt độ hạ xuống khoảng một tỷ độ C, vũ trụ bước vào giai đoạn thứ hai và các nguyên tố hoá học bắt đầu hình thành. Ở giai đoạn này, nhiệt độ tiếp tục giảm đến khoảng một triệu độ C, quá trình tạo thành những nguyên tố hoá học ban đầu dần kết thúc. Vật chất trong vũ trụ chủ yếu là proton, hạt nhân và một số hạt nguyên tử nhẹ; bức xạ ánh sáng vẫn rất mạnh, và cũng giống như giai đoạn trước, các tinh thể chưa tồn tại. Giai đoạn thứ hai kéo dài khoảng vài nghìn năm.

Khi nhiệt độ giảm xuống chỉ còn vài nghìn độ C, vũ trụ bước vào giai đoạn thứ ba. Nếu nhìn theo lịch sử vũ trụ hai mươi tỷ năm trở lại đây, đây là giai đoạn dài nhất và chúng ta hiện vẫn đang sống trong giai đoạn này. Khi nhiệt độ giảm, bức xạ cũng yếu dần. Không gian vũ trụ tràn đầy vật chất dạng khí; các khối khí ấy dần ngưng tụ thành tinh vân, rồi hình thành thêm vô số hệ sao với nhiều hình dạng khác nhau, tạo nên bầu trời sao muôn màu mà ngày nay chúng ta nhìn thấy. Đó là bức tranh khái quát về vụ nổ lớn của vũ trụ.

Khi lý thuyết vụ nổ lớn mới được đưa ra, nó chưa nhận được sự đánh giá cao của số đông. Nhưng trong hơn 70 năm sau đó, học thuyết này ngày càng nhận được nhiều sự ủng hộ từ các quan sát thiên văn thực tế.

Ví dụ, người ta quan sát được hiện tượng lệch đỏ có tính hệ thống trong quang phổ của các thiên thể ngoài hệ Ngân Hà. Dùng hiệu ứng quang phổ để giải thích, hiện tượng lệch đỏ chính là biểu hiện của sự giãn nở vũ trụ, hoàn toàn phù hợp với lý thuyết vụ nổ lớn.

Theo lý thuyết vụ nổ lớn, nhiệt độ của vũ trụ ngày nay chỉ còn vài độ tuyệt đối. Việc phát hiện bức xạ nền vũ trụ 3K vào thập niên 60 của thế kỷ XX đã ủng hộ mạnh mẽ quan điểm này.

Nhờ các bằng chứng quan sát ấy, cuối cùng thuyết vụ nổ lớn đã giành được vị trí nổi bật trong nhiều học thuyết về nguồn gốc vũ trụ. Tuy vậy, lý thuyết này vẫn còn một số vấn đề khó chưa giải quyết, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn và thu thập thêm nhiều tư liệu quan sát mới trước khi có kết luận đầy đủ hơn.