Để đánh giá tốt hơn sự tác động qua lại thường xuyên giữa lý thuyết và quan sát, xin ông mô tả đôi chút về công việc của một nhà thiên văn, công việc của chính ông, chẳng hạn?
Công việc này bao gồm việc xác định bài toán khoa học mà mình muốn khảo cứu: trong vô số những bí ẩn của Vũ trụ, mình sẽ tập trung chú ý tới vấn đề gì? Các nhà khoa học vĩ đại nhất luôn luôn là những người biết đặt ra những vấn đề xác đáng nhất.
Sau đó tôi cần phải làm đơn xin Đài thiên văn thời gian sử dụng kính thiên văn và những dụng cụ khác phù hợp nhất với dự án của tôi. Phải mất hàng chục triệu đôla mới xây dựng nổi. Vì vậy không thể nghĩ rằng bất cứ một trường đại học hay một phòng thí nghiệm nào cũng có kính thiên văn riêng của mình. Caltech là một ngoại lệ. Đây là một trường đại học luôn luôn có tài thuyết phục được các nhà tỷ phú tài trợ. Chẳng hạn, kính thiên văn đường kính 2,5m trên núi Wilson đã được xây dựng bằng tiền của ông vua thép Andrew Carnegie, còn kính 5m trên núi Parloma là nhờ ông vua dầu hỏa John Rockefeller. Caltech cùng hợp tác với trường đại học California vừa mới hoàn tất vào năm 1991 việc xây dựng một kính thiên văn đường kính 10m ( lớn nhất thế giới hiện nay) trên đỉnh ngọn núi lửa Mauna Kea đã tắt trên đảo Hawaii. Giá tiền của kính thiên văn này lên tới cả trăm triệu đôla và lại được tài trợ bởi William Keck, một ông vua công nghiệp khác. Một kính thiên văn đường kính 10m thứ hai cũng được xây dựng trên núi Mauna Kea và được kết nối với kính thứ nhất cũng vừa mới được ông Keck cấp kinh phí. Nhưng không phải tất cả các trường đại học đều có cơ may thu hút được các nhà từ thiện như vậy. May thay, nhà nước cũng tài trợ cho các đài thiên văn quốc gia, như đài Kitt Peak trong khu rừng đại ngàn của người da đỏ ở Arizona và cho phép tất cả các nhà thiên văn của Hoa Kỳ đều được đăng ký sử dụng.
Người Pháp có thể dùng các kính thiên văn của Đài thiên văn Nam Âu đặt trên một ngọn trong dãy núi Andes ở Chilê. Họ cũng có thể sử dụng kính 3,6m được xây dựng trên đỉnh núi Mauna Kea ở Hawaii. Ngày nay, trên toàn thế giới có tới hàng chục kính thiên văn quang học với đường kính lớn hơn 3m. Các đài quan sát này là những chỗ đặc ân, xa lánh sự huyên náo và cuồng nộ của con người, nơi mà nhà thiên văn có thể giao hòa với Vũ trụ. Ban đêm, khi chiêm ngưỡng vẻ tráng lệ của bầu trời lấp lánh các vì sao, nhà thiên văn sẽ lại tìm thấy sự tiếp xúc với thiên nhiên như những người cổ xưa đã từng sống như thế và con người hiện đại do bị tràn ngập bởi ánh sáng nhân tạo và chói lòa bởi ánh đèn nêon đã đánh mất nó.
Đúng là Paris không phải là nơi mơ ước cho cảm xúc như vậy. Nhưng làm như thế nào ông có thể nhận được phép sử dụng kính thiên văn?
Tôi phải trình một đơn xin chính thức, trong đó tôi phải mô tả trên một hoặc hai trang giấy lợi ích khoa học mà dự án của tôi sẽ mang lại, lý thuyết hay mô hình mà những quan sát của tôi muốn kiểm chứng và kỹ thuật mà tôi sẽ sử dụng.
Nhà thiên văn có ba phương pháp quan sát, nhưng trong cả ba trường hợp, ánh sáng đều là mối liên hệ giữa ông ta và Vũ trụ. Các photon mang thông tin tới cho chúng ta từ không gian xa xôi có thể xem là các thiên sứ. Phương pháp thứ nhất, đó là chụp ảnh bầu trời. Nó chỉ có nhiệm vụ ghi lại trên kính ảnh hoặc trên một detector điện tử ánh sáng mà kính thiên văn thu được. Phương pháp thứ hai, đó là đo cường độ sáng, tức là độ sáng của các thiên thể nhờ các dụng cụ gọi là quang kế. Phương pháp thứ ba, đó là phân tích ánh sáng nhờ một máy quang phổ để nghiên cứu các màu khác nhau của nó. Đó là điều cũng đã xảy ra khi các giọt nước mưa phân tích ánh sáng Mặt Trời thành các màu sắc cầu vồng.
Tôi cũng phải đề nghị chính xác thời gian mà tôi cần sử dụng kính thiên văn để thực hiện tốt dự án của mình. Ví dụ, trong trường hợp kính thiên văn 4m ở đài quan sát Kitt Peak, trung bình tôi phải cần tới 4 đêm trong một học kỳ. Nhưng than ôi, đâu phải chỉ có mình tôi trong bản danh sách đề nghị! Rất nhiều đồng nghiệp của tôi cũng có yêu cầu như vậy. Do đó, một hội đồng các nhà thiên văn phải họp lại để xem xét và phân loại các đơn xin theo thứ tự ưu tiên về chất lượng khoa học. Cuộc cạnh tranh là hết sức gay gắt. Chỉ có các đề nghị nằm trong số một phần tư đầu tiên của danh sách đã phân loại mới có khả năng nhận được thời gian dùng kính thiên văn. Những người không may mắn phải chờ đến năm sau để trình dự án mới của mình. Một khi đề nghị của tôi đã được chấp nhận, thời hạn dành cho tôi sẽ được báo trước sáu tháng.
Và ngày “N” cuối cùng đã tới. Tôi thu xếp nhờ người dạy thay và lấy vé máy bay tới đài thiên văn. Trong mỗi chuyến đi như vậy, tôi luôn có một mối phấp phỏng không yên: liệu thời tiết có xấu không? Đối với các kính thiên văn quang học, điều này cũng gần giống như trò chơi cò quay. Nếu trời quang mây tạnh, tôi có thể hoàn thành tốt chuyến công tác của mình và ra về với một vụ mùa bội thu số liệu. Còn nếu bầu trời u ám, có mưa hoặc tuyết, thì tôi sẽ tay không trở về. Khi đó tôi sẽ phải chờ đợi cả một năm dằng dặc để làm lại chính những quan sát đó, vì Trái Đất cần phải quay lại chính nơi đó trong vòng quay của nó xung quanh Mặt Trời. Hơn nữa, cũng chẳng có gì đảm bảo rằng đơn xin của tôi năm sau lại sẽ được chấp nhận lần thứ hai. Và ai dám bảo rằng tôi sẽ không bị đánh bật ra bởi một đồng nghiệp làm về cùng một đề tài, người có lẽ chưa phải nếm trải chính những thất bại và rủi ro đó?
Thật sung sướng là cho đến tận bây giời tôi vẫn gặp may nhiều hơn, mặc dù vẫn luôn luôn có những bất ngờ làm nên một phần những rủi ro của nghề nghiệp, ít nhất cũng là đối với những người làm việc với các kính thiên văn quang học.
Như vậy, quan sát thiên văn nhờ vệ tinh là một bước tiến bộ đáng kể, bởi vì khi này các ông luôn chắc chắn rằng chuyến công tác của mình sẽ thành công.
Khi đó, kính thiên văn ở bên trên bầu khí quyển và sẽ không còn vấn đề gì. Tuy nhiên, người ta cũng sẽ tránh được thời tiết xấu khi dùng các kính thiên văn vô tuyến. Các sóng vô tuyến tần số thấp có thể vô tư đi qua bầu khí quyển, vì vậy người ta có thể tiến hành quan sát dưới bầu trời u ám hoặc dưới những cơn mưa như trút. Vả lại, cảm giác khi không cần phải có một bầu trời trong trẻo và quang đãng để thu những thông điệp từ Vũ trụ cũng là một cảm giác rất lạ.
Ông lưu trữ thông tin do ánh sáng mang tới bằng cách nào?
Các tín hiệu sáng được thu và định tiêu bởi kính thiên văn sẽ đi vào một detector điện tử và cường độ của chúng được “số hóa” theo cách giống hệt như các nốt nhạc được số hóa trong các đĩa compact (CD). Mỗi điểm của hình ảnh được gán cho một con số. Các điểm càng sáng ứng với các con số càng lớn, trong khi các điểm tối sẽ ứng với các con số nhỏ. Tất cả các con số đó đều được lưu trữ trên các băng từ và chính với vụ mùa bội thu các băng từ đó tôi rời đài thiên văn trở về phòng thí nghiệm của mình. Ở đây, nhờ các máy tính và xuất phát từ những con số đã được lưu trữ trên các băng từ, tôi dựng lại các hình ảnh mà kính thiên văn đã thu được trên màn hình TV. Quá trình này tương tự với cái mà chùm laser đã làm trong đầu đọc các đĩa compact: nó đọc các con số được khắc trên đĩa để dựng lại một bản sonat hay một bản giao hưởng.
Trong các tuần lễ tiếp sau, tôi có thể tha hồ đùa nghịch với các hình ảnh đã được số hóa đó: cộng, trừ hoặc phóng to chúng lên, làm thay đổi độ tương phản, nghiên cứu các chi tiết này hay khác, tất cả những điều đó được làm với một mục đích duy nhất là trả lời cho câu hỏi mà tôi đã đặt ra lúc đầu. Nếu kết quả khẳng định giả thuyết cơ sở, thì càng tốt; nhưng đôi khi các quan sát lại nói lên những điều hoàn toàn khác. Đây mới là trường hợp lý thú nhất, nó buộc ta phải thay đổi quan điểm và chính nhờ đó mà người ta mới phát hiện ra những cơ chế mới trong Vũ trụ và mới tiến bộ được. Mà trong thiên văn học, những điều bất ngờ quả là không thiếu! Tự nhiên bao giờ cũng có sáng kiến hơn trí tưởng tượng của con người rất nhiều và tôi không ngừng phải bày tỏ sự khâm phục trước sự giản dị, sự tiết kiệm và vẻ đẹp của những giải pháp mà tự nhiên đã tìm ra để thực hiện sáng tạo của mình!
Dù sao đó cũng là điều thật phi thường. Kỹ thuật hiện đại này đã cho phép các ông “đóng gói” các hình ảnh trên các băng từ và sau đó cho hiển thị trở lại trên màn hình TV như một cuốn phim. Như vậy, công nghệ mới này cũng đã làm một cuộc cách mạng trong cách thức sử dụng các kính thiên văn.
Đúng, bây giờ thì hết rồi những đêm run người vì lạnh, ngồi trong bóng tối lặng lẽ điều khiển kính thiên văn, mắt dán vào thị kính, trong khi phải đấu tranh với cơn buồn ngủ díp mắt. Giờ đây, kính thiên văn ngồi trong căn phóng ấm áp, đèn thắp sáng trưng và điều khiển kính thiên văn thông qua máy tính điện tử. Chỉ cần cho máy tính biết vị trí của ngôi sao hay thiên hà là kính thiên văn sẽ tự động hướng tới nó: nhà thiên văn thậm chí không cần biết tới bầu trời. Lập tức đối tượng được chỉ định sẽ xuất hiện trên màn hình TV. Thêm một lệnh nữa là máy tính sẽ điều khiển các máy móc tiến hành các phép đo mà ta mong muốn. Điều này hệt như người ta đang đứng trước một bàn tiệc thịnh soạn: có thể gọi góc mở này, độ phóng đại kia hay sự phân tích ánh sáng này hay khác. Khỏi cần phải nói rằng, do đã biết chi phí mỗi giờ quan sát là cả một khoản tiền khổng lồ, nên người làm thực nghiệm phải nắm chắc công việc cần làm như người nghệ sỹ phải học thuộc lòng bản nhạc trước khi tiến gần tới bàn phím đàn vậy.
Hẳn ông sẽ nói với tôi rằng tất cả những thứ đó chẳng có gì là lãng mạn cả, nhưng sự mất khả năng tiếp xúc trực tiếp với bầu trời đã được đền đáp xứng đáng bằng độ chính xác lớn hơn trong công việc và hiệu quả lớn hơn do thoải mái về mặt thể chất. Về cá nhân mình, trong khi để cho kính thiên văn thu thập ánh sáng, tôi không bao giờ bỏ lỡ dịp làm một vòng đi dạo bên ngoài, trước hết để đảm bảo không có đám mây nào lấp ló ở chân trời, nhưng trên hết là để được thỏa mãn chiêm ngưỡng vòm trời dát đầy các vì sao.
Sự quan sát thông qua các dụng cụ điện tử đã được đẩy đến tột đỉnh với giúp đỡ của các vệ tinh nhân tạo. Trong trường hợp này, kính thiên văn không còn cách phòng quan sát chỉ vài chục mét nữa mà ở trên quỹ đạo, bên ngoài bầu khí quyển, cách xa chúng ta hàng trăm hoặc hàng ngàn kilômét. Tôi thường thực hiện các quan sát tại Trung tâm bay Vũ trụ Goddard (Goddard Space Flight Center) ở ngoại ô Washington nhờ một kính thiên văn tử ngoại (có tên là International Uitraviolet Exploer) nằm trên quỹ đạo cách mặt đất 3600km. Dù sao cũng thật là một điều khá thần kỳ khi ta có thể điều khiển theo thời gian thực được cả một bộ máy trong không gian và đồng thời nhìn thấy trên màn hình những hình ảnh do nó gửi về. Tôi cũng đã có may mắn được sử dụng lính thiên văn không gian Hubble. Cuộc cạnh tranh quốc tế để được sử dụng kính thiên văn này là hết sức khốc liệt. Trung bình chỉ một phần tám số dự án được chấp nhận. Sự vận hành của kính Hubble phức tạp tới mức nhà thiên văn thậm chí không có mặt ở đó vào thời điểm quan sát. Tôi gửi chương trình quan sát của tôi (danh sách các thiên thể, các dụng cụ cần dùng, thời gian dùng cho mỗi thiên thể, v.v….) qua máy tính trước hàng tháng cho nhân viên của Trung tâm kính thiên văn không gian ở Baltimore, Hoa Kỳ – nơi điều hành việc sử dụng kính Hubble cho các mục đích khoa học. Sau đó, những quan sát của tôi được gộp với những quan sát của các nhà thiên văn khác nhằm làm cho việc sử dụng kính có hiệu quả nhất và sử dụng được tối đa thời gian quan sát quý giá. Ví dụ, các chương trình bao gồm các thiên thể trong cùng một vùng của bầu trời hoặc dùng cùng một loại dụng cụ (camera để chụp ảnh hoặc máy quang phổ để phân tích ánh sáng), sẽ được tiến hành kế tiếp nhau để hạn chế tới mức tối thiểu thời gian chuyển kính từ thiên thể này sang thiên thể khác hoặc thời gian để thay đổi dụng cụ. Một khi những quan sát đã được hoàn thành, các dữ liệu sẽ được gửi về mặt đất nhờ các sóng vô tuyến và được lưu trữ trên các băng từ, rồi sau đó gửi về trường đại học cho tôi. Ở đây, tôi sẽ cho hiện thị lại các quan sát trên màn hình TV và tiến hành phân tích thoải mái trên máy tính cho tới khi hiểu được chúng.
Nhờ máy tính và các vệ tinh viễn thông, các nhà thiên văn thậm chí không cần đích thân phải tới các đài thiên văn quang học trên mặt đất, chỉ cần ngồi tĩnh tại trong căn phòng làm việc ấm cúng của mình ở trường đại học mà vẫn có thể điều khiển mọi thứ và tiến hành quan sát từ đó. Đã qua rồi thời kỳ phải tốn thời gian đi lại, thời kỳ của những khó chịu do sự chênh giờ cùng với những chứng đau đầu do phải ở trên các đỉnh núi cao. Cũng không còn cảnh phải ăn không ngồi rồi chờ cho bầu trời trở nên quang đãng nữa. Và nếu như phòng làm việc của bạn ở vị trí thích hợp đối với kính thiên văn trên địa cầu, bạn thậm chí còn không cần phải làm việc vào ban đêm. Ví dụ, Paris ở đúng phía đối diện với Hawaii qua địa cầu, chênh nhau đúng 12 tiếng đồng hồ. Đây thật là lý tưởng để làm việc ban ngày mà lại là quan sát ban đêm. Nhưng, để cho tất cả những điều nói trên trở thành hiện thực, giá của các vệ tinh viễn thông cần phải hạ thấp một cách đáng kể. Tuy nhiên, ý tưởng đó không mấy thích thú đối với tôi, vì tôi ham ngao du, nhất là khi tôi có cơ hội tới những nơi có vẻ đẹp đặc biệt. Thêm vào đó, tôi sẽ rất tiếc không còn được tiếp xúc gần gũi với bầu trời đầy sao nữa.
Vậy theo ông, những kết quả, những lý thuyết hoặc thậm chí những dụng cụ đã được chế tạo nào là cơ bản nhất trong lĩnh vực nghiên cứu của ông kể từ thời Galilê?
Sự tiến bộ của thiên văn học luôn luôn gắn liền với sự tiến bộ của công nghệ. Sự phát minh ra kính thiên văn, không nghi ngờ gì nữa, đã đánh dấu sự bắt đầu của thiên văn học hiện đại và ông rất có lý khi nhắc tới Galilê, vì chính ông ấy là người đầu tiên, vào năm 1609, đã có ý tưởng thiên tài là hướng ống kính lên bầu trời. Tuy nhiên, trước Galilê, nhà thiên văn vĩ đại Đan Mạch là Tychio Brahe đã có những quan sát về các hành tinh chính xác tới mức cho phép Kepler dựa trên đó đã đưa được ba định luật của mình về chuyển động của chúng. Mà ông thử tính xem, ông ta chỉ quan sát bầu trời bằng mắt thường thôi đấy! Cần phải nói rằng con mắt của chúng ta là một dụng cụ quan sát cực kỳ hoàn hảo: trong bóng tối hoàn toàn nó có thể nhìn được các ngôi sao sáng yếu hơn mặt trăng ngày rằm tới gần 25 triệu lần. Nhưng mắt cũng có những hạn chế của nó, vì độ mở của con người chỉ khoảng vài milimét và hơn nữa, mắt không thể nhìn cố định mãi mãi vào cùng một điểm. Bộ não của chúng ta cứ ba phần trăm giây lại phải đổi mới hình ảnh mà nó nhận được một lần. Chính vì thế mà với mắt trần chúng ta hoàn toàn không thể quan sát được những vùng xa xôi của Vũ trụ. Với chiếc kính thiên văn nhỏ bé có đường kính chỉ vài xentimét, loại kính có kích thước mà ngày nay người ta thường bán trong các cửa hiệu, Galilê đã mở ra cánh cửa tới bầu trời và đã phát hiện ra nhiều điều kỳ diệu. Ông đã nhìn thấy cả núi non trên Mặt Trăng. Sau đó, khi hướng kính tới dải Ngân Hà trắng như sữa vắt ngang qua bầu trời vào những đêm hè đẹp trời, thì hằng hà số các vì sao đã hiện lên. Ông cũng đã phát hiện ra rằng sao Thủy cũng qua các pha tròn khuyết hoàn toàn giống như Mặt Trăng. Chính nhờ quan sát đó mà ông tin chắc rằng Copecnic có lý: các hành tinh quay quanh Mặt Trời chứ không phải ngược lại. Các pha của một hành tinh chẳng qua chỉ là trò chơi ánh sáng gây bởi Mặt Trời khi hành tinh đó quay quanh nó. Chúng ta đã biết tới biết bao phiền phức mà điều xác tín ấy đã gây cho Galilê; nhà thờ đã cấm tất cả các tác phẩm của ông, quản thúc ông tại nhà và buộc ông phải phủ nhận hệ Nhật tâm.
Kính ảnh cũng là một phát minh công nghệ vĩ đại, góp phần đưa thiên văn học tiến một bước khổng lồ. Galilê chỉ có bộ não để ghi lại các hình ảnh mà mình nhìn thấy. Ông đã dùng tài năng đồ họa lớn của mình để tái tạo lại những cảnh tượng kỳ lạ nhất mà bầu trời đã hé mở với ông… Ông đã để lại cho hậu thế những bức vẽ tuyệt vời về Mặt Trăng. Nhưng làm thế nào có thể lưu trữ ánh sáng mà kính thiên văn thu nhận được? Một người Pháp có tên là Nicephore Niepce đã giải quyết được bài toán đó vào năm 1826 và nhờ ông, bỗng nhiên hàng ngàn hình ảnh có thể được ghi lại đồng thời chỉ trên một tấm thủy tinh!
Và phương tiện này đã được dùng khá lâu cho tới khi nó được thay thế, khoảng một chục năm trước, bởi các detector điện tử. Dụng cụ loại này nhạy tới mức chỉ trong khoảng một nửa giờ nó có thể tích tụ được nhiều ánh sáng mà kính ảnh phải mất cả đêm mới làm được. Trái lại, nếu người ta muốn chụp ảnh một vùng lớn trên bầu trời, thì kính ánh lại có ưu điểm hơn vì diện tích của nó lớn hơn nhiều. Nhưng nhờ những tiến bộ của kỹ thuật điện tử, các detector có kích thước lớn lên hằng ngày. Chỉ một thời gian không xa nữa mà các tấm kính ảnh sẽ chỉ còn là vật trưng bày trong viện bảo tàng.
Sau khi đã thu thập và lưu trữ ánh sáng, các ông làm thế nào để tách chiết ra được cái thông điệp gửi tới từ các vì sao?
Để làm điều đó, nhà thiên văn lấy phổ từ ngôi sao, tức phân tích ánh sáng do nó phát ra bằng cách cho ánh sáng đó đi qua một máy quang phổ (dụng cụ có chứa một lăng kính). Lăng kính do Newton phát minh vào năm 1666 và nhờ nó Newton hiểu được rằng ánh sáng trắng là sự tổng hợp của các ánh sáng cầu vồng. Mỗi một mầu được đặc trưng bởi một năng lượng tăng dần từ đỏ đến tím. Vào năm 1814, khi xem xét quang phổ của Mặt Trời, nhà vật lý người Đức Joseph Fraunhofer đã nhận ra rằng không phải toàn bộ năng lượng đều hiện diện mà ở một số chỗ rất xác định xuất hiện các vùng tối, giống như ánh sáng đã bị hấp thụ. Những vùng này được gọi là các vạch hấp thụ!
Fraunhofe đã phát hiện được khoảng 600 vạch như vậy và bắt tay vào phân loại, nhưng nguyên nhân xuất hiện các vạch này thì rất lâu sau vẫn còn là một điều bí ẩn. Để vén bức màn bí mật đó, người ta đã phải đợi tới đầu thế kỷ 20, tới tận khi cơ học lượng tử ra đời. Lý thuyết này cùng với thuyết tương đối là hai tượng đài khoa học vĩ đại nhất của thời đại chúng ta.
Cơ học lượng tử nói với chúng ta rằng các tia này được tạo thành khi các electron trong các nguyên tử tạo nên khí quyển của Mặt Trời chuyển từ một mức năng lượng này tới mức năng lượng khác. Và sự khác biệt của cơ học lượng tử với cơ học cổ điển của Newton chính là ở chỗ này: các mức năng lượng không liên tục mà cách biệt nhau như các bậc của một chiếc thang. Giả sử electron trong một nguyên tử ở bậc số 1. Để giúp nó nhảy lên các bậc cao hơn, cần phải cấp cho nó năng lượng, nhưng không phải là bất cứ lượng năng lượng nào: năng lượng được cung cấp bởi ánh sáng Mặt Trời phải đúng bằng hiệu năng lượng giữa mức 1 và các mức 2, 3, 4… Chính vì thế, khi nhà thiên văn phân tích ánh sáng Mặt Trời thành các thành phần năng lượng khác nhau, thì các photon có năng lượng ứng với các hiệu năng lượng nói trên sẽ vắng mặt. Chúng đã bị hấp thụ để giúp cho các electron leo lên cao theo chiếc thang năng lượng. Sự vắng mặt này của các ánh sáng này được thể hiện thành các vạch hấp thụ đen mà Fraunhofe đã phát hiện ra trong quang phổ Mặt Trời.
Vị trí tương đối của các vạch này tương ứng một cách chính xác với vị trí của các bậc trên chiếc thang năng lượng của nguyên tử. Người ta có thể gọi chúng là một loại vân tay của nguyên tử. Mỗi một nguyên tố hóa học có một cấu trúc khác nhau, do đó thang năng lượng các vạch hấp thụ của chúng cũng khác nhau. Chỉ cần nhà thiên văn thực nghiệm nhìn thấy các vạch hấp thụ này là nhận ra ngay tên tội phạm nhờ dấu vân tay của hắn. Đó chính là cách mà các nhà vật lý thiên văn thế kỷ 20 đã sử dụng để phân tích thành phần hóa học của các hành tinh, các sao và các thiên hà, và do đó cải chính cho tiếng kêu đầy bi quan của Auguste Comte, cha đẻ của chủ nghĩa thực chứng đồng thời cũng là nhà thiên văn nghiệp dư nổi tiếng, người đã tỏ ra tuyệt vọng vì cho rằng sẽ không bao giờ có thể khám phá được bí mật của các sao vì chúng ở quá xa chúng ta. Ông đã không tính tới các máy quang phổ và cơ học lượng tử!
Các vạch hấp thụ không chỉ đã hé lộ về bản chất của các nguyên tố có trong Vũ trụ mà còn cho ta biết về chuyển động của các sao và thiên hà. Thực vậy, khi sử dụng hiệu ứng Doppler và đo độ dịch chuyển của các vạch về phía đỏ hoặc phía xanh, nhà thiên văn có thể đo được vận tốc lùi ra xa hay tiến lại gần của các tinh tú. Và khi đó trước mắt ông ta sẽ hiện lên cả một vũ điệu Vũ trụ cuồng nhiệt mà tôi đã mô tả ở trên.
Còn có những phát triển công nghệ đặc biệt nào khác đáng ghi nhận nữa không?
Bước nhảy tiếp theo cũng rất đáng kể: con người đã có thể vệ tinh hóa con mắt mình! Năm 1957, vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹ đạo nằm bên trên bầu khí quyển, đó là vệ tinh Sputnik nổi tiếng. Vũ trụ khi đó đã mở ra cho nó thấy cả một thang những ánh sáng mới. Kết hợp với các kính thiên văn quang học và vô tuyến trên mặt đất, các kính thiên văn đã có thể thu nhận được cả các tia gamma, tia X, tia tử ngoại và hồng ngoại. Chúng đã làm hiện lên Vũ trụ với tất cả vẻ đẹp rực rỡ và sự hài hòa tinh tế của nó. Những hòn ngọc công nghệ như các con tàu thăm dò Vouager đã gửi về cho chúng ta vô vàn những hình ảnh phong phú về các hành tinh thuộc hệ Mặt Trời. Chúng cũng cho phép chúng ta phát hiện ra những thế giới cực kỳ đa dạng, chứng tỏ khả năng sáng tạo vô hạn của tự nhiên. Chưa hết. Sự tiến bộ của công nghệ vẫn mạnh mẽ tiến lên phía trước. Người ta đang xây dựng những kính thiên văn ngày càng lớn hơn. Một tập đoàn thiên văn của tám nước châu Âu, trong đó có nước Pháp, đang chế tạo một kính thiên văn đường kính 16 m. Một bộ máy với kích thước như thế không thể được làm từ nguyên khối được. Bởi vì làm như thế kính sẽ quá nặng, do đó làm cho nó không còn giữ được dạng parabôn, dạng nhất thiết phải có để đảm bảo ảnh thu được có chất lượng tốt. Thành thử, người ta phải chế tạo bốn kính, mỗi kính có đường kính 8 m. Bề mặt của các kính này không cứng, mà trái lại, nó có thể làm biến dạng theo ý muốn và sửa trực tiếp sự nhòe của ảnh gây bởi sự chảy rối trong khí quyển Trái Đất. Chiếc kính khổng lồ này sẽ được xây dựng tại Chilê, trên dãy núi Andes. Người ta dự kiến rằng nó sẽ được đưa vào hoạt động vào cuối thế kỷ này hoặc đầu thế kỷ tới.
Giờ đây, người ta biết rằng đã từng có vụ nổ lớn (Big Bang), có sự bỏ chạy ra xa nhau của các thiên hà, người ta cũng đã có những công cụ cho phép biết được thành phần cấu tạo của các sao, và người ta gần như đã có thể kể về cuộc đời của chúng. Vậy thử hỏi người ta còn tìm kiếm gì nữa?
Tôi không hoàn toàn đồng ý khi ông nói rằng chúng ta gần như đã biết tất cả. Tôi nghĩ rằng bộ não hữu hạn của chúng ta không bao giờ hiểu hết được cái vô hạn của Vũ trụ.
Giải quyết xong các câu hỏi này, những câu hỏi khác lại được đặt ra và còn phức tạp hơn. Đối với tôi, con đường nhận thức là một đường đua mà cứ tiến tới gần, vạch đích của nó lại được đẩy ra xa hơn. Khoa học cũng tựa như con rắn ngàn đầu trong thần thoại, chặt đầu này lại mọc ra nhiều đầu khác. Nhưng đó lại là điều may, bởi vì nếu như ta đã biết tất cả thì thế giới trần thế này sẽ buồn bã biết bao. Cũng như tên một quyển sách của tôi, cuốn “Giai điệu bí ẩn” (xem bản dịch tiếng Việt của Phạm Văn Thiều – NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội – 2000 – ND) đã nói lên điều đó: Vũ trụ không bao giờ tiết lộ hết với chúng ta những bí mật của nó.
Vậy theo ông những vấn đề nào là chủ yếu của vật lý thiên văn hiện đại?
Trong lĩnh vực chuyên môn Vũ trụ học của tôi, thì đó là vấn đề vật chất tối, một bài toán đau đầu của các nhà thiên văn học hiện đại. Được phát hiện vào năm 1933, vấn đề này không ngừng ám ảnh họ. Vật chất tối có mặt ở khắp nơi, nó thâm nhập vào mọi cấu trúc của Vũ trụ. Tuy nhiên, sau hơn sáu mươi năm làm việc cật lực, bản chất của vật chất tối vẫn còn là một điều bí ẩn.
Nhưng nếu đã là vật chất tối, tức vật chất không nhìn thấy, thì làm sao có thể phát hiện được?
Đúng là khi nhà thiên văn khi bị tước mất ánh sáng – phương tiện giao tiếp sở trường của mình với Vũ trụ, thì các phép đo sẽ trở nên khó khăn hơn. Nhưng điều đó không có nghĩa là nhà thiên văn đã bị tước vũ khí. Người ta có thể suy ra sự tồn tại của vật chất – ngay cả vật chất không nhìn thấy – bằng cách đo chuyển động của một số thiên thể. Những chuyển động này cho ta một ý niệm về trường hấp dẫn gắn liền với khối lượng của vật chất hiện hữu, bất kể vật chất đó là thấy được hay không. Những vận tốc cao chứng tỏ khối lượng lớn, bởi vì chúng cần phải tương xứng với trường hấp dẫn mạnh và lực hút lớn của nó. Ngược lại, những vận tốc bé sẽ cho biết sự hiện diện của khối lượng nhỏ.
Phải chăng chính dùng nguyên lý đó mà Le Verrier đã suy ra sự tồn tại của một hành tinh mới, sao Hải Vương từ những quan sát chuyển động của sao Thiên Vương không?
Đúng như vậy. Le Verrier không làm sao giải thích nổi chuyển động của sao Hải Vương nếu xem hệ Mặt Trời chỉ có 7 hành tinh đã biết. Ông bèn đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của một hành tinh nữa mà lúc đó người ta còn chưa quan sát thấy. Hành tinh mới này – mà người ta gọi là sao Hải Vương – đã được phát hiện vào năm 1846 đúng như Le Verrier tiên đoán.
Cũng trong khuôn khổ của ý tưởng đó, ta thử hình dung có một bàn tay khổng lồ bóp chặt Mặt Trời của chúng ta, nén nó cho tới khi bán kính chỉ còn chứng 2km. Khi đó, trường hấp dẫn của nó trở nên mạnh tới mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được. Và hệ Mặt Trời trở thành một lỗ đen. (Thực tế, Mặt Trời không kết thúc cuộc đời của mình thành một lỗ đen, mà nó sẽ trở thành một sao lùn trắng, một xác sao chết với kích thước cỡ Trái Đất). Khi đó, Mặt Trời sẽ không còn nhìn thấy được nữa, nhưng các hành tinh vẫn tiếp tục quay quanh nó. Giả thử rằng vào lúc đó có một người ngoài Trái Đất tới hệ Mặt Trời của chúng ta, chỉ đơn giản bằng cách nghiên cứu chuyển động của các hành tinh, anh ta có thể suy ra ở tâm có tồn tại một khối lượng không nhìn thấy. Cũng như vậy, khi nghiên cứu chuyển động của khí hiđrô trong thiên hà của chúng ta và chuyển động của các thiên hà trong những quần thể của chúng, các nhà thiên văn đi tới kết luận rằng chúng ta sống trong một “Vũ trụ kiểu tảng băng”, mà gần như toàn bộ (khoảng 90 đến 96%) khối lượng của nó là phần chìm, tức là không nhìn thấy được. Các ngôi sao và các thiên hà phát ánh sáng chỉ chiếm 2 đến 10% khối lượng của nó. Nhưng ta có một sự khác biệt cơ bản giữa tảng băng và Vũ trụ: chúng ta biết rằng khối lượng chìm trong nước của tảng băng chẳng qua cũng chỉ được làm bằng nước đá, trong khi đó bản chất của vật chất tối vẫn còn là một thách thức ghê gớm đối với trí tuệ con người. Antoine de Saint – Exupery đã hết sức sáng suốt khi ông để cho con cáo nói với Hoàng tử bé rằng: “Cái căn bản thì mắt không nhìn thấy được”. Nhưng cái căn bản là gì đây?
Các nhà thiên văn chắc là đã có những giả thuyết về vấn đề này?
Thực sự thì những giả thuyết có rất nhiều, bởi vì các nhà vật lý thiên văn chưa bao giờ tỏ ra thiếu trí tưởng tượng cả. Có cả ngàn lẻ một ý tưởng đã được đề xuất: một số đánh cuộc cho các lỗ đen, một số cho các hành tinh, một số khác cho các sao chổi hay các bong bóng tuyết… Nhưng chẳng có đề xuất nào nhận được sự nhất trí của ban giám khảo. Khi đó, sự tự biện về bản chất của khối lượng không nhìn thấy lại chuyển sang một bước ngoặt mới. Vật chất tối đã trở thành đứa con cưng của các nhà vật lý hạt cơ bản. Họ xây dựng các lý thuyết được mệnh danh là “thống nhất lớn” với ý đồ thống nhất bốn lực của tự nhiên (gồm lực hấp dẫn, lực điện từ và hai lực hạt nhân – mạnh và yếu) thành một lực duy nhất, lực đã tác dụng trong những phần giây đầu tiên của Vũ trụ. Những lý thuyết này tiên đoán sự tồn tại của vô số những hạt có khối lượng. Người ta đặt cho chúng những cái tên ngày càng quái lạ và thơ mộng hơn: nơtrinô, graviton, photino và cosmino. Thật không may, trừ những hạt nơtrinô đã được phát hiện ra, còn thì tất cả các hạt khác vẫn chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng đầy phóng túng của các nhà vật lý. Biết bao nhiêu công sức đã phải bỏ ra để xây dựng các detector nhằm phát hiện ra những hạt quái lạ đó. Nhưng cho tới nay, chưa có hạt nào ló mặt ra cả, dù trong Vũ trụ hay trong phòng thí nghiệm. Còn việc đo khối lượng của các hạt nơtrinô, lại là một chuyện khác. Cho tới nay, mặc dù đã rất nỗ lực, nhưng khối lượng của hạt này vẫn không nắm bắt được. Nói một cách ngắn gọn, sự bí ẩn của vật chất vẫn còn nguyên đó. Điều này lại càng gây thất vọng vì vấn đề này liên quan tới tương lai của Vũ trụ.
Vậy tương lai của Vũ trụ sẽ là như thế nào? Lý thuyết Big Bang nói rằng Vũ trụ có điểm bắt đầu. Vậy nó cũng sẽ có điểm kết thúc chứ?
Điều đó thì hiện nay chúng ta còn chưa biết. Chúng ta thực sự đứng trước một sự lựa chọn lưỡng nan sau: sự giãn nở của Vũ trụ có tiếp tục mãi mãi không, các thiên hà có vĩnh viễn bỏ chạy ra xa nhau mãi không hay là chuyển động này một ngày nào đó sẽ dừng lại? Trong trường hợp thứ hai, lực hấp dẫn cuối cùng đã chiến thắng sự cuồng nhiệt ban đầu sau vụ nổ lớn và làm đảo ngược chuyển động ra xa nhau của các thiên hà. Kết quả là: các thiên hà buộc phải tiến lại gần nhau cho tới thời điểm Vũ trụ trở nên bé nhỏ, nóng và đặc tới mức tất cả đều bị phân rã thành các chùm ánh sáng và năng lượng, một Big Bang lộn ngược mà người ta thường gọi là vụ co lớn (Big Crunch) như chúng ta đã nói tới.
Trong hai khả năng đó, thật khó mà nói tới được khả năng nào sẽ thành hiện thực. Không phải đây là một vấn đề bất định: các định luật vật lý vẫn như vậy, tương lai của Vũ trụ đã được ghi sẵn trong cấu trúc của các định luật đó, chỉ có điều chúng ta chưa có đủ các thông tin cần thiết mà thôi.
Để tiên đoán tương lai của Vũ trụ cần phải biết mật độ (hay khối lượng riêng) của nó. Nếu trung bình Vũ trụ chứa ít hơn 3 nguyên tử hiđrô trong một mét khối thì sự giãn nở của Vũ trụ sẽ không khi nào dừng lại. Trái lại, nếu nó chứa hơn 3 nguyên tử hiđrô trong một mét khối thì ta có thể cầm chắc rằng một ngày nào đó Vũ trụ sẽ tự co lại. Cần thấy rằng mật độ tới hạn 3 nguyên tử hiđrô trong một mét khối là cực kỳ nhỏ. Để đánh giá độ nhỏ của con số này bạn nên biết rằng một gam nước có chứa tới 1024 (gồm số 1 và 24 số 0 tiếp theo) nguyên tử hiđrô.
Nhưng chính là do vấn đề vật chất tối mà ta không biết chắc được là bảng liệt kê đầy đủ vật chất trong Vũ trụ (cần thiết để tính mật độ của nó) có thể là được hay không. Các ngôi sao và các thiên hà chỉ chiếm 1 phần trăm khối lượng cần thiết để làm dừng sự giãn nở của Vũ trụ. Chuyển động của các thiên hà trong các đám thiên hà (tức tập hợp gồm hàng ngàn thiên hà) cho chúng ta biết rằng lượng vật chất tối phải lớn hơn 10 lần và điều này làm cho mật độ của Vũ trụ bằng một phần mười mật độ tới hạn. Nếu bản liệt kê này là đầy đủ, thì cần phải kết luận rằng Vũ trụ không có đủ vật chất để làm dừng sự giãn nở và sự giãn nở sẽ diễn ra mãi mãi. Nhưng điều đó người ta lại hoàn toàn chưa chắc chắn lắm. Chẳng hạn, người ta nghi ngờ rằng ở cách dải Ngân Hà của chúng ta khoảng vài trăm triệu năm ánh sáng có một hiện hữu bí ẩn hút tất cả các thiên hà lân cận về phía nó và do thiếu thông tin, các nhà thiên văn đã gọi nó là “ Nhân Hút Lớn”. Để tác dụng một lực hút mạnh như thế, khối lượng của nó phải rất lớn, tương đương với khối lượng của hàng chục triệu tỷ mặt trời. Và nếu như quả thật tồn tại “ Nhân Hút Lớn” hoặc các cụm thiên hà khác tương tự, thì sẽ cần phải xem mật độ của Vũ trụ là cao hơn.
Mặt khác, tôi cũng đã nói về các lý thuyết thống nhất lớn, các lý thuyết tiên đoán về sự tồn tại của vô số các hạt sơ cấp có khối lượng. Nếu các hạt này không gắn với các thiên hà, thì sẽ rất khó phát hiện ra chúng bằng cách nghiên cứu chuyển động của các thiên hà. Nếu các hạt này quả thực tồn tại, thì chúng sẽ chiếm phần lớn khối lượng của Vũ trụ và mật độ của Vũ trụ có thể bằng hoặc cao hơn mật độ tới hạn.
Thực tế, cũng có một lý thuyết được mệnh danh là “lạm phát”, một lý thuyết rất phổ biến trong giới các nhà Vũ trụ học thời đó. Lý thuyết này tiên đoán rằng Vũ trụ cần phải có mật độ đúng bằng mật độ tới hạn. Sở dĩ nó được đặt tên như vậy là bởi vì nó tiên đoán rằng ở thời gian cực kỳ nhỏ, cỡ 1035 giây sau vụ nổ nguyên thủy, Vũ trụ đã lồng lên trong cơn giãn nở mãnh liệt, cứ 10-34 giây, kích thước của nó lại tăng gấp ba lần. Những khoảng thời gian mà tôi vừa nói tới là cực kỳ nhỏ… Một chớp sáng của đèn chụp ảnh kéo dài cỡ một giây so với tuổi 15 tỷ năm còn Vũ trụ vẫn còn lớn hơn khoảng 10-35 giây so với 1 giây. Sự giãn nở này có tính lạm phát, hoàn toàn tương tự như sự lạm phát kinh tế của một nước kéo theo sự leo thang tăng vọt của giá cả trong một thời gian rất ngắn.
Tóm lại, ta có thể nói rằng với thực trạng nghiên cứu hiện nay, ta chưa kiểm kê thấy đủ vật chất để làm dừng sự giãn nở của Vũ trụ. Do vậy Vũ trụ vẫn được xem là “mở”, tức là nó sẽ tiếp tục giãn nở và ngày càng lạnh đi.
Các ngôi sao và các thiên hà một ngày nào đó sẽ không còn phát sáng nữa, do đã cạn nguồn nhiên liệu hạt nhân và Vũ trụ sẽ vĩnh viễn chìm đắm trong bóng đêm băng giá. Nhưng nếu những con quỷ như “ Nhân Hút Lớn” hoặc các hạt cosmino khác, có đầy rẫy trong bóng đêm của không gian, thì Vũ trụ sẽ là đóng và cuối cùng nó sẽ co và bị nén lại trong ngọn lửa địa ngục, một ngọn lửa còn nóng hơn cả mọi địa ngục mà Dante có thể tưởng tượng ra!
Một viễn ảnh thật đáng yêu… Trong Vũ trụ học hiện đại còn những vấn đề lớn nào nữa không?
Theo ý kiến của tôi, thì vấn đề hình thành các thiên hà chắc chắn sẽ là một trong số những vấn đề quan trọng nhất. Để đánh giá đúng giá trị của vấn đề này, trước hết tôi cần phải mô tả cho ông rõ quang cảnh của Vũ trụ.
Vũ trụ hiện ra trước mắt chúng ta là được chiếu trên vòm trời, tức là một hình ảnh hai chiều, vì chúng ta còn thiếu chiều sâu của Vũ trụ. Điều này cũng giống như khi ta quan sát một bức tranh khổng lồ mà họa sĩ đã quên mất luật cận viễn. Gần một chục năm trước, các nhà thiên văn đã bắt đầu lập bản đồ ba chiều của Vũ trụ bằng cách đo độ dịch về phía đỏ theo hiệu ứng Doppler để xác định vận tốc và khoảng cách của mỗi thiên hà. Đây là một nhiệm vụ cực kỳ nặng nhọc bởi vì riêng vùng Vũ trụ mà ta quan sát được cũng đã chứa tới 100 tỷ thiên hà! Các nhà thiên văn đã cố gắng hết sức mình và họ cũng mới chỉ quan sát được vài chục ngàn thiên hà. Còn bản thân tôi, tôi cũng đã tham gia vào công việc này, một công việc mà còn lâu mới kết thúc, nhưng triển vọng rất là khả quan đối với các thiên hà gần nhất.
Một tấm thảm Vũ trụ diệu kỳ hiện ra trước con mắt kinh ngạc của các nhà thiên văn. Họ đã phát hiện ra một hệ thống thứ bậc tuyệt vời của các cấu trúc vật chất trong Vũ trụ. Các thiên hà cũng hoàn toàn giống như con người ở chỗ bản năng hợp quần của chúng rất phát triển. Chúng không ưa sự đơn độc và cô lập, mà chúng thích cụm lại thành các cộng đồng. Tất nhiên, chúng không gắn kết với nhau bằng những quan hệ tình cảm mà bởi những mối liên hệ được dệt bởi lực hấp dẫn. Như vậy, một số các thiên hà đã tụ tập thành các cụm gồm hàng chục thành viên. Chẳng hạn, dải Ngân Hà của chúng ta là thành viên của cụm thiên hà địa phương, trong đó còn có thiên hà Andromede và một chục các thiên hà lùn (đó là các thiên hà nhỏ hơn và nhẹ hơn) như các vệ tinh của Ngân Hà, các Đám mây Magellan Lớn và Nhỏ. Nếu ta ví các thiên hà như những ngôi nhà trong Vũ trụ thì các cụm thiên hà là các ngôi làng nhỏ. Một số các thiên hà khác tập hợp thành những quần thể lớn hơn: đó là các đám thiên hà. Chúng gồm tới vài ngàn thiên hà. Có thể ví các đám này như các tỉnh lỵ. Nhưng tổ chức của Vũ trụ chưa dừng ở đó. Chính 5 hoặc 6 các đám thiên hà này lại co cụm lại để tạo thành các siêu đám thiên hà. Đó là các thành phố lớn của Vũ trụ.
Các siêu đám thiên hà chứa đựng những hình dạng bất ngờ và lạ lùng nhất. Thay vì có dạng cầu, chúng khi thì có dạng chiếc bánh rán dẹt, khi thì là những vách ngăn thiên hà trải dài hàng trăm triệu năm ánh sáng. Nhưng điều gây ngạc nhiên lớn, đó là sự phát hiện ra những khoảng trống rỗng khổng lồ trong Vũ trụ. Bạn có thể ngao du trên chặng đường dài hàng chục triệu năm ánh sáng mà không gặp một thiên hà nào. Một thực tế còn đáng ngạc nhiên hơn nữa, đó là các khoảng trống rỗng này có dạng như những bong bóng xà phòng khổng lồ mà các đám thiên hà hình chiếc bánh rán dẹt hoặc hình các vách ngăn được đặt trên bề mặt của chúng. Điều còn kỳ lạ hơn nữa là những khoảng trống rỗng này lại liên thông với nhau tạo thành một mạng lưới khổng lồ. Bạn có thể đi từ khoảng trống này sang khoảng trống khác mà không phải vượt qua những chiếc bánh rán dẹt hoặc các vách ngăn. Vũ trụ thành ra giống như một miếng bọt biển: nếu bạn xuất phát từ một hốc nào đó, bạn có thể tới một hốc bất kỳ nào khác theo một mê lộ, tất nhiên là phức tạp, nhưng không bao giờ phải cắt ngang miếng bọt biển đó.
Đúng là kỳ lạ thật! Vậy nhà vật lý thiên văn có biết tấm thảm Vũ trụ tuyệt vời đó đã được dệt nên bằng cách nào không?
Không và đây chính là điểm yếu! Về chuyện hình thành những cấu trúc này chúng ta còn rất mù mờ. Vấn đề càng trở nên nghiêm trọng hơn nữa vì chúng ta biết rằng Vũ trụ được xuất phát từ một trạng thái hầu như hoàn toàn trơn tru và đồng nhất. Tôi đã nói với ông ở trên về bức xạ hóa thạch được phát hiện bởi Penzias và Wilson, đó là nhiệt còn sót lại từ ngọn lửa sáng thế và tới chúng ta từ một thời xa xăm khi mà Vũ trụ còn trẻ, mới được 300.000 năm tuổi. Bức xạ này có vẻ như cực kỳ đồng đều. Trước khi vệ tinh COBE được phóng lên quỹ đạo, các nhà vật lý thiên văn biết rằng nhiệt độ của bức xạ hóa thạch (khoảng – 270o C) từ xó xỉnh này tới xó xỉnh khác của Vũ trụ chỉ sai khác nhau không hơn 0,01%. Sự đồng đều gần như tuyệt đối đó đã đặt ra cho các chuyên gia một vấn đề lớn: làm thế nào từ một trạng thái ban đầu trơn nhẵn như vậy lại có thể trở thành một tấm thảm Vũ trụ tuyệt vời trong đó các thiên hà dệt nên vô số những hình dạng và motip?
Tấm thảm tuyệt vời đó được hoàn tất trong vòng từ 1 đến 3 tỷ năm sau Big Bang, vì khi lần ngược lại theo thời gian nhờ các kính thiên văn, chúng ta biết rằng các quasar và các thiên hà đã tồn tại từ thời gian đó. Mà để làm cho mọc lên những quasar và các thiên hà, thì phải gieo những hạt giống. Những hạt giống thiên hà này được biểu hiện bởi những vùng trong Vũ trụ hơi nóng hơn và hơi đặc hơn một chút, tức là bởi những thăng giáng nhiệt độ trong bức xạ hóa thạch. Một Vũ trụ tuyệt đối đồng đều không thể sinh ra các quasar, các thiên hà, các sao, các hành tinh và sự sống. Nó sẽ là một Vũ trụ khô cằn, vô sinh. Nhưng, chúng ta biết rằng Vũ trụ như một người làm vườn đã gieo các hạt giống thiên hà vì chính chúng và bản thân chúng ta đã hiện diện ở đây.
Cuối cùng, vào năm 1992, COBE đã phát hiện ra các hạt giống đó trong hình ảnh cổ xưa nhất biểu diễn Vũ trụ khi nó chỉ mới có 300.000 năm tuổi. Các hạt giống thiên hà này được thể hiện ở những thăng giáng vô cùng nhỏ của nhiệt độ trong bức xạ hóa thạch, nó chỉ cỡ 30 phần triệu độ. Vậy là đã tiến được một bước dài. Nhưng vấn đề biết được bằng cách nào những hạt giống được gieo, sau 15 tỷ năm tiến hóa, đã cho ra đời bức thảm tuyệt vời của Vũ trụ thì vẫn còn nguyên vẹn. Như ông đã thấy đấy, tất cả các vấn đề còn lâu mới giải quyết hết. Tương lai tươi sáng vẫn đang còn ở phía trước ngành vật lý thiên văn. Thế kỷ 20 đã giải quyết xong vấn đề về sự tiến hóa của các sao – những viên gạch tạo nên các thiên hà. Thế kỷ 21 sẽ khám phá ra bí mật của các thiên hà – những viên gạch tạo nên Vũ trụ.
Để đánh giá tốt hơn sự tác động qua lại thường xuyên giữa lý thuyết và quan sát, xin ông mô tả đôi chút về công việc của một nhà thiên văn, công việc của chính ông, chẳng hạn?
Công việc này bao gồm việc xác định bài toán khoa học mà mình muốn khảo cứu: trong vô số những bí ẩn của Vũ trụ, mình sẽ tập trung chú ý tới vấn đề gì? Các nhà khoa học vĩ đại nhất luôn luôn là những người biết đặt ra những vấn đề xác đáng nhất.
Sau đó tôi cần phải làm đơn xin Đài thiên văn thời gian sử dụng kính thiên văn và những dụng cụ khác phù hợp nhất với dự án của tôi. Phải mất hàng chục triệu đôla mới xây dựng nổi. Vì vậy không thể nghĩ rằng bất cứ một trường đại học hay một phòng thí nghiệm nào cũng có kính thiên văn riêng của mình. Caltech là một ngoại lệ. Đây là một trường đại học luôn luôn có tài thuyết phục được các nhà tỷ phú tài trợ. Chẳng hạn, kính thiên văn đường kính 2,5m trên núi Wilson đã được xây dựng bằng tiền của ông vua thép Andrew Carnegie, còn kính 5m trên núi Parloma là nhờ ông vua dầu hỏa John Rockefeller. Caltech cùng hợp tác với trường đại học California vừa mới hoàn tất vào năm 1991 việc xây dựng một kính thiên văn đường kính 10m ( lớn nhất thế giới hiện nay) trên đỉnh ngọn núi lửa Mauna Kea đã tắt trên đảo Hawaii. Giá tiền của kính thiên văn này lên tới cả trăm triệu đôla và lại được tài trợ bởi William Keck, một ông vua công nghiệp khác. Một kính thiên văn đường kính 10m thứ hai cũng được xây dựng trên núi Mauna Kea và được kết nối với kính thứ nhất cũng vừa mới được ông Keck cấp kinh phí. Nhưng không phải tất cả các trường đại học đều có cơ may thu hút được các nhà từ thiện như vậy. May thay, nhà nước cũng tài trợ cho các đài thiên văn quốc gia, như đài Kitt Peak trong khu rừng đại ngàn của người da đỏ ở Arizona và cho phép tất cả các nhà thiên văn của Hoa Kỳ đều được đăng ký sử dụng.
Người Pháp có thể dùng các kính thiên văn của Đài thiên văn Nam Âu đặt trên một ngọn trong dãy núi Andes ở Chilê. Họ cũng có thể sử dụng kính 3,6m được xây dựng trên đỉnh núi Mauna Kea ở Hawaii. Ngày nay, trên toàn thế giới có tới hàng chục kính thiên văn quang học với đường kính lớn hơn 3m. Các đài quan sát này là những chỗ đặc ân, xa lánh sự huyên náo và cuồng nộ của con người, nơi mà nhà thiên văn có thể giao hòa với Vũ trụ. Ban đêm, khi chiêm ngưỡng vẻ tráng lệ của bầu trời lấp lánh các vì sao, nhà thiên văn sẽ lại tìm thấy sự tiếp xúc với thiên nhiên như những người cổ xưa đã từng sống như thế và con người hiện đại do bị tràn ngập bởi ánh sáng nhân tạo và chói lòa bởi ánh đèn nêon đã đánh mất nó.
Đúng là Paris không phải là nơi mơ ước cho cảm xúc như vậy. Nhưng làm như thế nào ông có thể nhận được phép sử dụng kính thiên văn?
Tôi phải trình một đơn xin chính thức, trong đó tôi phải mô tả trên một hoặc hai trang giấy lợi ích khoa học mà dự án của tôi sẽ mang lại, lý thuyết hay mô hình mà những quan sát của tôi muốn kiểm chứng và kỹ thuật mà tôi sẽ sử dụng.
Nhà thiên văn có ba phương pháp quan sát, nhưng trong cả ba trường hợp, ánh sáng đều là mối liên hệ giữa ông ta và Vũ trụ. Các photon mang thông tin tới cho chúng ta từ không gian xa xôi có thể xem là các thiên sứ. Phương pháp thứ nhất, đó là chụp ảnh bầu trời. Nó chỉ có nhiệm vụ ghi lại trên kính ảnh hoặc trên một detector điện tử ánh sáng mà kính thiên văn thu được. Phương pháp thứ hai, đó là đo cường độ sáng, tức là độ sáng của các thiên thể nhờ các dụng cụ gọi là quang kế. Phương pháp thứ ba, đó là phân tích ánh sáng nhờ một máy quang phổ để nghiên cứu các màu khác nhau của nó. Đó là điều cũng đã xảy ra khi các giọt nước mưa phân tích ánh sáng Mặt Trời thành các màu sắc cầu vồng.
Tôi cũng phải đề nghị chính xác thời gian mà tôi cần sử dụng kính thiên văn để thực hiện tốt dự án của mình. Ví dụ, trong trường hợp kính thiên văn 4m ở đài quan sát Kitt Peak, trung bình tôi phải cần tới 4 đêm trong một học kỳ. Nhưng than ôi, đâu phải chỉ có mình tôi trong bản danh sách đề nghị! Rất nhiều đồng nghiệp của tôi cũng có yêu cầu như vậy. Do đó, một hội đồng các nhà thiên văn phải họp lại để xem xét và phân loại các đơn xin theo thứ tự ưu tiên về chất lượng khoa học. Cuộc cạnh tranh là hết sức gay gắt. Chỉ có các đề nghị nằm trong số một phần tư đầu tiên của danh sách đã phân loại mới có khả năng nhận được thời gian dùng kính thiên văn. Những người không may mắn phải chờ đến năm sau để trình dự án mới của mình. Một khi đề nghị của tôi đã được chấp nhận, thời hạn dành cho tôi sẽ được báo trước sáu tháng.
Và ngày “N” cuối cùng đã tới. Tôi thu xếp nhờ người dạy thay và lấy vé máy bay tới đài thiên văn. Trong mỗi chuyến đi như vậy, tôi luôn có một mối phấp phỏng không yên: liệu thời tiết có xấu không? Đối với các kính thiên văn quang học, điều này cũng gần giống như trò chơi cò quay. Nếu trời quang mây tạnh, tôi có thể hoàn thành tốt chuyến công tác của mình và ra về với một vụ mùa bội thu số liệu. Còn nếu bầu trời u ám, có mưa hoặc tuyết, thì tôi sẽ tay không trở về. Khi đó tôi sẽ phải chờ đợi cả một năm dằng dặc để làm lại chính những quan sát đó, vì Trái Đất cần phải quay lại chính nơi đó trong vòng quay của nó xung quanh Mặt Trời. Hơn nữa, cũng chẳng có gì đảm bảo rằng đơn xin của tôi năm sau lại sẽ được chấp nhận lần thứ hai. Và ai dám bảo rằng tôi sẽ không bị đánh bật ra bởi một đồng nghiệp làm về cùng một đề tài, người có lẽ chưa phải nếm trải chính những thất bại và rủi ro đó?
Thật sung sướng là cho đến tận bây giời tôi vẫn gặp may nhiều hơn, mặc dù vẫn luôn luôn có những bất ngờ làm nên một phần những rủi ro của nghề nghiệp, ít nhất cũng là đối với những người làm việc với các kính thiên văn quang học.
Như vậy, quan sát thiên văn nhờ vệ tinh là một bước tiến bộ đáng kể, bởi vì khi này các ông luôn chắc chắn rằng chuyến công tác của mình sẽ thành công.
Khi đó, kính thiên văn ở bên trên bầu khí quyển và sẽ không còn vấn đề gì. Tuy nhiên, người ta cũng sẽ tránh được thời tiết xấu khi dùng các kính thiên văn vô tuyến. Các sóng vô tuyến tần số thấp có thể vô tư đi qua bầu khí quyển, vì vậy người ta có thể tiến hành quan sát dưới bầu trời u ám hoặc dưới những cơn mưa như trút. Vả lại, cảm giác khi không cần phải có một bầu trời trong trẻo và quang đãng để thu những thông điệp từ Vũ trụ cũng là một cảm giác rất lạ.
Ông lưu trữ thông tin do ánh sáng mang tới bằng cách nào?
Các tín hiệu sáng được thu và định tiêu bởi kính thiên văn sẽ đi vào một detector điện tử và cường độ của chúng được “số hóa” theo cách giống hệt như các nốt nhạc được số hóa trong các đĩa compact (CD). Mỗi điểm của hình ảnh được gán cho một con số. Các điểm càng sáng ứng với các con số càng lớn, trong khi các điểm tối sẽ ứng với các con số nhỏ. Tất cả các con số đó đều được lưu trữ trên các băng từ và chính với vụ mùa bội thu các băng từ đó tôi rời đài thiên văn trở về phòng thí nghiệm của mình. Ở đây, nhờ các máy tính và xuất phát từ những con số đã được lưu trữ trên các băng từ, tôi dựng lại các hình ảnh mà kính thiên văn đã thu được trên màn hình TV. Quá trình này tương tự với cái mà chùm laser đã làm trong đầu đọc các đĩa compact: nó đọc các con số được khắc trên đĩa để dựng lại một bản sonat hay một bản giao hưởng.
Trong các tuần lễ tiếp sau, tôi có thể tha hồ đùa nghịch với các hình ảnh đã được số hóa đó: cộng, trừ hoặc phóng to chúng lên, làm thay đổi độ tương phản, nghiên cứu các chi tiết này hay khác, tất cả những điều đó được làm với một mục đích duy nhất là trả lời cho câu hỏi mà tôi đã đặt ra lúc đầu. Nếu kết quả khẳng định giả thuyết cơ sở, thì càng tốt; nhưng đôi khi các quan sát lại nói lên những điều hoàn toàn khác. Đây mới là trường hợp lý thú nhất, nó buộc ta phải thay đổi quan điểm và chính nhờ đó mà người ta mới phát hiện ra những cơ chế mới trong Vũ trụ và mới tiến bộ được. Mà trong thiên văn học, những điều bất ngờ quả là không thiếu! Tự nhiên bao giờ cũng có sáng kiến hơn trí tưởng tượng của con người rất nhiều và tôi không ngừng phải bày tỏ sự khâm phục trước sự giản dị, sự tiết kiệm và vẻ đẹp của những giải pháp mà tự nhiên đã tìm ra để thực hiện sáng tạo của mình!
Dù sao đó cũng là điều thật phi thường. Kỹ thuật hiện đại này đã cho phép các ông “đóng gói” các hình ảnh trên các băng từ và sau đó cho hiển thị trở lại trên màn hình TV như một cuốn phim. Như vậy, công nghệ mới này cũng đã làm một cuộc cách mạng trong cách thức sử dụng các kính thiên văn.
Đúng, bây giờ thì hết rồi những đêm run người vì lạnh, ngồi trong bóng tối lặng lẽ điều khiển kính thiên văn, mắt dán vào thị kính, trong khi phải đấu tranh với cơn buồn ngủ díp mắt. Giờ đây, kính thiên văn ngồi trong căn phóng ấm áp, đèn thắp sáng trưng và điều khiển kính thiên văn thông qua máy tính điện tử. Chỉ cần cho máy tính biết vị trí của ngôi sao hay thiên hà là kính thiên văn sẽ tự động hướng tới nó: nhà thiên văn thậm chí không cần biết tới bầu trời. Lập tức đối tượng được chỉ định sẽ xuất hiện trên màn hình TV. Thêm một lệnh nữa là máy tính sẽ điều khiển các máy móc tiến hành các phép đo mà ta mong muốn. Điều này hệt như người ta đang đứng trước một bàn tiệc thịnh soạn: có thể gọi góc mở này, độ phóng đại kia hay sự phân tích ánh sáng này hay khác. Khỏi cần phải nói rằng, do đã biết chi phí mỗi giờ quan sát là cả một khoản tiền khổng lồ, nên người làm thực nghiệm phải nắm chắc công việc cần làm như người nghệ sỹ phải học thuộc lòng bản nhạc trước khi tiến gần tới bàn phím đàn vậy.
Hẳn ông sẽ nói với tôi rằng tất cả những thứ đó chẳng có gì là lãng mạn cả, nhưng sự mất khả năng tiếp xúc trực tiếp với bầu trời đã được đền đáp xứng đáng bằng độ chính xác lớn hơn trong công việc và hiệu quả lớn hơn do thoải mái về mặt thể chất. Về cá nhân mình, trong khi để cho kính thiên văn thu thập ánh sáng, tôi không bao giờ bỏ lỡ dịp làm một vòng đi dạo bên ngoài, trước hết để đảm bảo không có đám mây nào lấp ló ở chân trời, nhưng trên hết là để được thỏa mãn chiêm ngưỡng vòm trời dát đầy các vì sao.
Sự quan sát thông qua các dụng cụ điện tử đã được đẩy đến tột đỉnh với giúp đỡ của các vệ tinh nhân tạo. Trong trường hợp này, kính thiên văn không còn cách phòng quan sát chỉ vài chục mét nữa mà ở trên quỹ đạo, bên ngoài bầu khí quyển, cách xa chúng ta hàng trăm hoặc hàng ngàn kilômét. Tôi thường thực hiện các quan sát tại Trung tâm bay Vũ trụ Goddard (Goddard Space Flight Center) ở ngoại ô Washington nhờ một kính thiên văn tử ngoại (có tên là International Uitraviolet Exploer) nằm trên quỹ đạo cách mặt đất 3600km. Dù sao cũng thật là một điều khá thần kỳ khi ta có thể điều khiển theo thời gian thực được cả một bộ máy trong không gian và đồng thời nhìn thấy trên màn hình những hình ảnh do nó gửi về. Tôi cũng đã có may mắn được sử dụng lính thiên văn không gian Hubble. Cuộc cạnh tranh quốc tế để được sử dụng kính thiên văn này là hết sức khốc liệt. Trung bình chỉ một phần tám số dự án được chấp nhận. Sự vận hành của kính Hubble phức tạp tới mức nhà thiên văn thậm chí không có mặt ở đó vào thời điểm quan sát. Tôi gửi chương trình quan sát của tôi (danh sách các thiên thể, các dụng cụ cần dùng, thời gian dùng cho mỗi thiên thể, v.v….) qua máy tính trước hàng tháng cho nhân viên của Trung tâm kính thiên văn không gian ở Baltimore, Hoa Kỳ – nơi điều hành việc sử dụng kính Hubble cho các mục đích khoa học. Sau đó, những quan sát của tôi được gộp với những quan sát của các nhà thiên văn khác nhằm làm cho việc sử dụng kính có hiệu quả nhất và sử dụng được tối đa thời gian quan sát quý giá. Ví dụ, các chương trình bao gồm các thiên thể trong cùng một vùng của bầu trời hoặc dùng cùng một loại dụng cụ (camera để chụp ảnh hoặc máy quang phổ để phân tích ánh sáng), sẽ được tiến hành kế tiếp nhau để hạn chế tới mức tối thiểu thời gian chuyển kính từ thiên thể này sang thiên thể khác hoặc thời gian để thay đổi dụng cụ. Một khi những quan sát đã được hoàn thành, các dữ liệu sẽ được gửi về mặt đất nhờ các sóng vô tuyến và được lưu trữ trên các băng từ, rồi sau đó gửi về trường đại học cho tôi. Ở đây, tôi sẽ cho hiện thị lại các quan sát trên màn hình TV và tiến hành phân tích thoải mái trên máy tính cho tới khi hiểu được chúng.
Nhờ máy tính và các vệ tinh viễn thông, các nhà thiên văn thậm chí không cần đích thân phải tới các đài thiên văn quang học trên mặt đất, chỉ cần ngồi tĩnh tại trong căn phòng làm việc ấm cúng của mình ở trường đại học mà vẫn có thể điều khiển mọi thứ và tiến hành quan sát từ đó. Đã qua rồi thời kỳ phải tốn thời gian đi lại, thời kỳ của những khó chịu do sự chênh giờ cùng với những chứng đau đầu do phải ở trên các đỉnh núi cao. Cũng không còn cảnh phải ăn không ngồi rồi chờ cho bầu trời trở nên quang đãng nữa. Và nếu như phòng làm việc của bạn ở vị trí thích hợp đối với kính thiên văn trên địa cầu, bạn thậm chí còn không cần phải làm việc vào ban đêm. Ví dụ, Paris ở đúng phía đối diện với Hawaii qua địa cầu, chênh nhau đúng 12 tiếng đồng hồ. Đây thật là lý tưởng để làm việc ban ngày mà lại là quan sát ban đêm. Nhưng, để cho tất cả những điều nói trên trở thành hiện thực, giá của các vệ tinh viễn thông cần phải hạ thấp một cách đáng kể. Tuy nhiên, ý tưởng đó không mấy thích thú đối với tôi, vì tôi ham ngao du, nhất là khi tôi có cơ hội tới những nơi có vẻ đẹp đặc biệt. Thêm vào đó, tôi sẽ rất tiếc không còn được tiếp xúc gần gũi với bầu trời đầy sao nữa.
Vậy theo ông, những kết quả, những lý thuyết hoặc thậm chí những dụng cụ đã được chế tạo nào là cơ bản nhất trong lĩnh vực nghiên cứu của ông kể từ thời Galilê?
Sự tiến bộ của thiên văn học luôn luôn gắn liền với sự tiến bộ của công nghệ. Sự phát minh ra kính thiên văn, không nghi ngờ gì nữa, đã đánh dấu sự bắt đầu của thiên văn học hiện đại và ông rất có lý khi nhắc tới Galilê, vì chính ông ấy là người đầu tiên, vào năm 1609, đã có ý tưởng thiên tài là hướng ống kính lên bầu trời. Tuy nhiên, trước Galilê, nhà thiên văn vĩ đại Đan Mạch là Tychio Brahe đã có những quan sát về các hành tinh chính xác tới mức cho phép Kepler dựa trên đó đã đưa được ba định luật của mình về chuyển động của chúng. Mà ông thử tính xem, ông ta chỉ quan sát bầu trời bằng mắt thường thôi đấy! Cần phải nói rằng con mắt của chúng ta là một dụng cụ quan sát cực kỳ hoàn hảo: trong bóng tối hoàn toàn nó có thể nhìn được các ngôi sao sáng yếu hơn mặt trăng ngày rằm tới gần 25 triệu lần. Nhưng mắt cũng có những hạn chế của nó, vì độ mở của con người chỉ khoảng vài milimét và hơn nữa, mắt không thể nhìn cố định mãi mãi vào cùng một điểm. Bộ não của chúng ta cứ ba phần trăm giây lại phải đổi mới hình ảnh mà nó nhận được một lần. Chính vì thế mà với mắt trần chúng ta hoàn toàn không thể quan sát được những vùng xa xôi của Vũ trụ. Với chiếc kính thiên văn nhỏ bé có đường kính chỉ vài xentimét, loại kính có kích thước mà ngày nay người ta thường bán trong các cửa hiệu, Galilê đã mở ra cánh cửa tới bầu trời và đã phát hiện ra nhiều điều kỳ diệu. Ông đã nhìn thấy cả núi non trên Mặt Trăng. Sau đó, khi hướng kính tới dải Ngân Hà trắng như sữa vắt ngang qua bầu trời vào những đêm hè đẹp trời, thì hằng hà số các vì sao đã hiện lên. Ông cũng đã phát hiện ra rằng sao Thủy cũng qua các pha tròn khuyết hoàn toàn giống như Mặt Trăng. Chính nhờ quan sát đó mà ông tin chắc rằng Copecnic có lý: các hành tinh quay quanh Mặt Trời chứ không phải ngược lại. Các pha của một hành tinh chẳng qua chỉ là trò chơi ánh sáng gây bởi Mặt Trời khi hành tinh đó quay quanh nó. Chúng ta đã biết tới biết bao phiền phức mà điều xác tín ấy đã gây cho Galilê; nhà thờ đã cấm tất cả các tác phẩm của ông, quản thúc ông tại nhà và buộc ông phải phủ nhận hệ Nhật tâm.
Kính ảnh cũng là một phát minh công nghệ vĩ đại, góp phần đưa thiên văn học tiến một bước khổng lồ. Galilê chỉ có bộ não để ghi lại các hình ảnh mà mình nhìn thấy. Ông đã dùng tài năng đồ họa lớn của mình để tái tạo lại những cảnh tượng kỳ lạ nhất mà bầu trời đã hé mở với ông… Ông đã để lại cho hậu thế những bức vẽ tuyệt vời về Mặt Trăng. Nhưng làm thế nào có thể lưu trữ ánh sáng mà kính thiên văn thu nhận được? Một người Pháp có tên là Nicephore Niepce đã giải quyết được bài toán đó vào năm 1826 và nhờ ông, bỗng nhiên hàng ngàn hình ảnh có thể được ghi lại đồng thời chỉ trên một tấm thủy tinh!
Và phương tiện này đã được dùng khá lâu cho tới khi nó được thay thế, khoảng một chục năm trước, bởi các detector điện tử. Dụng cụ loại này nhạy tới mức chỉ trong khoảng một nửa giờ nó có thể tích tụ được nhiều ánh sáng mà kính ảnh phải mất cả đêm mới làm được. Trái lại, nếu người ta muốn chụp ảnh một vùng lớn trên bầu trời, thì kính ánh lại có ưu điểm hơn vì diện tích của nó lớn hơn nhiều. Nhưng nhờ những tiến bộ của kỹ thuật điện tử, các detector có kích thước lớn lên hằng ngày. Chỉ một thời gian không xa nữa mà các tấm kính ảnh sẽ chỉ còn là vật trưng bày trong viện bảo tàng.
Sau khi đã thu thập và lưu trữ ánh sáng, các ông làm thế nào để tách chiết ra được cái thông điệp gửi tới từ các vì sao?
Để làm điều đó, nhà thiên văn lấy phổ từ ngôi sao, tức phân tích ánh sáng do nó phát ra bằng cách cho ánh sáng đó đi qua một máy quang phổ (dụng cụ có chứa một lăng kính). Lăng kính do Newton phát minh vào năm 1666 và nhờ nó Newton hiểu được rằng ánh sáng trắng là sự tổng hợp của các ánh sáng cầu vồng. Mỗi một mầu được đặc trưng bởi một năng lượng tăng dần từ đỏ đến tím. Vào năm 1814, khi xem xét quang phổ của Mặt Trời, nhà vật lý người Đức Joseph Fraunhofer đã nhận ra rằng không phải toàn bộ năng lượng đều hiện diện mà ở một số chỗ rất xác định xuất hiện các vùng tối, giống như ánh sáng đã bị hấp thụ. Những vùng này được gọi là các vạch hấp thụ!
Fraunhofe đã phát hiện được khoảng 600 vạch như vậy và bắt tay vào phân loại, nhưng nguyên nhân xuất hiện các vạch này thì rất lâu sau vẫn còn là một điều bí ẩn. Để vén bức màn bí mật đó, người ta đã phải đợi tới đầu thế kỷ 20, tới tận khi cơ học lượng tử ra đời. Lý thuyết này cùng với thuyết tương đối là hai tượng đài khoa học vĩ đại nhất của thời đại chúng ta.
Cơ học lượng tử nói với chúng ta rằng các tia này được tạo thành khi các electron trong các nguyên tử tạo nên khí quyển của Mặt Trời chuyển từ một mức năng lượng này tới mức năng lượng khác. Và sự khác biệt của cơ học lượng tử với cơ học cổ điển của Newton chính là ở chỗ này: các mức năng lượng không liên tục mà cách biệt nhau như các bậc của một chiếc thang. Giả sử electron trong một nguyên tử ở bậc số 1. Để giúp nó nhảy lên các bậc cao hơn, cần phải cấp cho nó năng lượng, nhưng không phải là bất cứ lượng năng lượng nào: năng lượng được cung cấp bởi ánh sáng Mặt Trời phải đúng bằng hiệu năng lượng giữa mức 1 và các mức 2, 3, 4… Chính vì thế, khi nhà thiên văn phân tích ánh sáng Mặt Trời thành các thành phần năng lượng khác nhau, thì các photon có năng lượng ứng với các hiệu năng lượng nói trên sẽ vắng mặt. Chúng đã bị hấp thụ để giúp cho các electron leo lên cao theo chiếc thang năng lượng. Sự vắng mặt này của các ánh sáng này được thể hiện thành các vạch hấp thụ đen mà Fraunhofe đã phát hiện ra trong quang phổ Mặt Trời.
Vị trí tương đối của các vạch này tương ứng một cách chính xác với vị trí của các bậc trên chiếc thang năng lượng của nguyên tử. Người ta có thể gọi chúng là một loại vân tay của nguyên tử. Mỗi một nguyên tố hóa học có một cấu trúc khác nhau, do đó thang năng lượng các vạch hấp thụ của chúng cũng khác nhau. Chỉ cần nhà thiên văn thực nghiệm nhìn thấy các vạch hấp thụ này là nhận ra ngay tên tội phạm nhờ dấu vân tay của hắn. Đó chính là cách mà các nhà vật lý thiên văn thế kỷ 20 đã sử dụng để phân tích thành phần hóa học của các hành tinh, các sao và các thiên hà, và do đó cải chính cho tiếng kêu đầy bi quan của Auguste Comte, cha đẻ của chủ nghĩa thực chứng đồng thời cũng là nhà thiên văn nghiệp dư nổi tiếng, người đã tỏ ra tuyệt vọng vì cho rằng sẽ không bao giờ có thể khám phá được bí mật của các sao vì chúng ở quá xa chúng ta. Ông đã không tính tới các máy quang phổ và cơ học lượng tử!
Các vạch hấp thụ không chỉ đã hé lộ về bản chất của các nguyên tố có trong Vũ trụ mà còn cho ta biết về chuyển động của các sao và thiên hà. Thực vậy, khi sử dụng hiệu ứng Doppler và đo độ dịch chuyển của các vạch về phía đỏ hoặc phía xanh, nhà thiên văn có thể đo được vận tốc lùi ra xa hay tiến lại gần của các tinh tú. Và khi đó trước mắt ông ta sẽ hiện lên cả một vũ điệu Vũ trụ cuồng nhiệt mà tôi đã mô tả ở trên.
Còn có những phát triển công nghệ đặc biệt nào khác đáng ghi nhận nữa không?
Bước nhảy tiếp theo cũng rất đáng kể: con người đã có thể vệ tinh hóa con mắt mình! Năm 1957, vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹ đạo nằm bên trên bầu khí quyển, đó là vệ tinh Sputnik nổi tiếng. Vũ trụ khi đó đã mở ra cho nó thấy cả một thang những ánh sáng mới. Kết hợp với các kính thiên văn quang học và vô tuyến trên mặt đất, các kính thiên văn đã có thể thu nhận được cả các tia gamma, tia X, tia tử ngoại và hồng ngoại. Chúng đã làm hiện lên Vũ trụ với tất cả vẻ đẹp rực rỡ và sự hài hòa tinh tế của nó. Những hòn ngọc công nghệ như các con tàu thăm dò Vouager đã gửi về cho chúng ta vô vàn những hình ảnh phong phú về các hành tinh thuộc hệ Mặt Trời. Chúng cũng cho phép chúng ta phát hiện ra những thế giới cực kỳ đa dạng, chứng tỏ khả năng sáng tạo vô hạn của tự nhiên. Chưa hết. Sự tiến bộ của công nghệ vẫn mạnh mẽ tiến lên phía trước. Người ta đang xây dựng những kính thiên văn ngày càng lớn hơn. Một tập đoàn thiên văn của tám nước châu Âu, trong đó có nước Pháp, đang chế tạo một kính thiên văn đường kính 16 m. Một bộ máy với kích thước như thế không thể được làm từ nguyên khối được. Bởi vì làm như thế kính sẽ quá nặng, do đó làm cho nó không còn giữ được dạng parabôn, dạng nhất thiết phải có để đảm bảo ảnh thu được có chất lượng tốt. Thành thử, người ta phải chế tạo bốn kính, mỗi kính có đường kính 8 m. Bề mặt của các kính này không cứng, mà trái lại, nó có thể làm biến dạng theo ý muốn và sửa trực tiếp sự nhòe của ảnh gây bởi sự chảy rối trong khí quyển Trái Đất. Chiếc kính khổng lồ này sẽ được xây dựng tại Chilê, trên dãy núi Andes. Người ta dự kiến rằng nó sẽ được đưa vào hoạt động vào cuối thế kỷ này hoặc đầu thế kỷ tới.
Giờ đây, người ta biết rằng đã từng có vụ nổ lớn (Big Bang), có sự bỏ chạy ra xa nhau của các thiên hà, người ta cũng đã có những công cụ cho phép biết được thành phần cấu tạo của các sao, và người ta gần như đã có thể kể về cuộc đời của chúng. Vậy thử hỏi người ta còn tìm kiếm gì nữa?
Tôi không hoàn toàn đồng ý khi ông nói rằng chúng ta gần như đã biết tất cả. Tôi nghĩ rằng bộ não hữu hạn của chúng ta không bao giờ hiểu hết được cái vô hạn của Vũ trụ.
Giải quyết xong các câu hỏi này, những câu hỏi khác lại được đặt ra và còn phức tạp hơn. Đối với tôi, con đường nhận thức là một đường đua mà cứ tiến tới gần, vạch đích của nó lại được đẩy ra xa hơn. Khoa học cũng tựa như con rắn ngàn đầu trong thần thoại, chặt đầu này lại mọc ra nhiều đầu khác. Nhưng đó lại là điều may, bởi vì nếu như ta đã biết tất cả thì thế giới trần thế này sẽ buồn bã biết bao. Cũng như tên một quyển sách của tôi, cuốn “Giai điệu bí ẩn” (xem bản dịch tiếng Việt của Phạm Văn Thiều – NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội – 2000 – ND) đã nói lên điều đó: Vũ trụ không bao giờ tiết lộ hết với chúng ta những bí mật của nó.
Vậy theo ông những vấn đề nào là chủ yếu của vật lý thiên văn hiện đại?
Trong lĩnh vực chuyên môn Vũ trụ học của tôi, thì đó là vấn đề vật chất tối, một bài toán đau đầu của các nhà thiên văn học hiện đại. Được phát hiện vào năm 1933, vấn đề này không ngừng ám ảnh họ. Vật chất tối có mặt ở khắp nơi, nó thâm nhập vào mọi cấu trúc của Vũ trụ. Tuy nhiên, sau hơn sáu mươi năm làm việc cật lực, bản chất của vật chất tối vẫn còn là một điều bí ẩn.
Nhưng nếu đã là vật chất tối, tức vật chất không nhìn thấy, thì làm sao có thể phát hiện được?
Đúng là khi nhà thiên văn khi bị tước mất ánh sáng – phương tiện giao tiếp sở trường của mình với Vũ trụ, thì các phép đo sẽ trở nên khó khăn hơn. Nhưng điều đó không có nghĩa là nhà thiên văn đã bị tước vũ khí. Người ta có thể suy ra sự tồn tại của vật chất – ngay cả vật chất không nhìn thấy – bằng cách đo chuyển động của một số thiên thể. Những chuyển động này cho ta một ý niệm về trường hấp dẫn gắn liền với khối lượng của vật chất hiện hữu, bất kể vật chất đó là thấy được hay không. Những vận tốc cao chứng tỏ khối lượng lớn, bởi vì chúng cần phải tương xứng với trường hấp dẫn mạnh và lực hút lớn của nó. Ngược lại, những vận tốc bé sẽ cho biết sự hiện diện của khối lượng nhỏ.
Phải chăng chính dùng nguyên lý đó mà Le Verrier đã suy ra sự tồn tại của một hành tinh mới, sao Hải Vương từ những quan sát chuyển động của sao Thiên Vương không?
Đúng như vậy. Le Verrier không làm sao giải thích nổi chuyển động của sao Hải Vương nếu xem hệ Mặt Trời chỉ có 7 hành tinh đã biết. Ông bèn đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của một hành tinh nữa mà lúc đó người ta còn chưa quan sát thấy. Hành tinh mới này – mà người ta gọi là sao Hải Vương – đã được phát hiện vào năm 1846 đúng như Le Verrier tiên đoán.
Cũng trong khuôn khổ của ý tưởng đó, ta thử hình dung có một bàn tay khổng lồ bóp chặt Mặt Trời của chúng ta, nén nó cho tới khi bán kính chỉ còn chứng 2km. Khi đó, trường hấp dẫn của nó trở nên mạnh tới mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được. Và hệ Mặt Trời trở thành một lỗ đen. (Thực tế, Mặt Trời không kết thúc cuộc đời của mình thành một lỗ đen, mà nó sẽ trở thành một sao lùn trắng, một xác sao chết với kích thước cỡ Trái Đất). Khi đó, Mặt Trời sẽ không còn nhìn thấy được nữa, nhưng các hành tinh vẫn tiếp tục quay quanh nó. Giả thử rằng vào lúc đó có một người ngoài Trái Đất tới hệ Mặt Trời của chúng ta, chỉ đơn giản bằng cách nghiên cứu chuyển động của các hành tinh, anh ta có thể suy ra ở tâm có tồn tại một khối lượng không nhìn thấy. Cũng như vậy, khi nghiên cứu chuyển động của khí hiđrô trong thiên hà của chúng ta và chuyển động của các thiên hà trong những quần thể của chúng, các nhà thiên văn đi tới kết luận rằng chúng ta sống trong một “Vũ trụ kiểu tảng băng”, mà gần như toàn bộ (khoảng 90 đến 96%) khối lượng của nó là phần chìm, tức là không nhìn thấy được. Các ngôi sao và các thiên hà phát ánh sáng chỉ chiếm 2 đến 10% khối lượng của nó. Nhưng ta có một sự khác biệt cơ bản giữa tảng băng và Vũ trụ: chúng ta biết rằng khối lượng chìm trong nước của tảng băng chẳng qua cũng chỉ được làm bằng nước đá, trong khi đó bản chất của vật chất tối vẫn còn là một thách thức ghê gớm đối với trí tuệ con người. Antoine de Saint – Exupery đã hết sức sáng suốt khi ông để cho con cáo nói với Hoàng tử bé rằng: “Cái căn bản thì mắt không nhìn thấy được”. Nhưng cái căn bản là gì đây?
Các nhà thiên văn chắc là đã có những giả thuyết về vấn đề này?
Thực sự thì những giả thuyết có rất nhiều, bởi vì các nhà vật lý thiên văn chưa bao giờ tỏ ra thiếu trí tưởng tượng cả. Có cả ngàn lẻ một ý tưởng đã được đề xuất: một số đánh cuộc cho các lỗ đen, một số cho các hành tinh, một số khác cho các sao chổi hay các bong bóng tuyết… Nhưng chẳng có đề xuất nào nhận được sự nhất trí của ban giám khảo. Khi đó, sự tự biện về bản chất của khối lượng không nhìn thấy lại chuyển sang một bước ngoặt mới. Vật chất tối đã trở thành đứa con cưng của các nhà vật lý hạt cơ bản. Họ xây dựng các lý thuyết được mệnh danh là “thống nhất lớn” với ý đồ thống nhất bốn lực của tự nhiên (gồm lực hấp dẫn, lực điện từ và hai lực hạt nhân – mạnh và yếu) thành một lực duy nhất, lực đã tác dụng trong những phần giây đầu tiên của Vũ trụ. Những lý thuyết này tiên đoán sự tồn tại của vô số những hạt có khối lượng. Người ta đặt cho chúng những cái tên ngày càng quái lạ và thơ mộng hơn: nơtrinô, graviton, photino và cosmino. Thật không may, trừ những hạt nơtrinô đã được phát hiện ra, còn thì tất cả các hạt khác vẫn chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng đầy phóng túng của các nhà vật lý. Biết bao nhiêu công sức đã phải bỏ ra để xây dựng các detector nhằm phát hiện ra những hạt quái lạ đó. Nhưng cho tới nay, chưa có hạt nào ló mặt ra cả, dù trong Vũ trụ hay trong phòng thí nghiệm. Còn việc đo khối lượng của các hạt nơtrinô, lại là một chuyện khác. Cho tới nay, mặc dù đã rất nỗ lực, nhưng khối lượng của hạt này vẫn không nắm bắt được. Nói một cách ngắn gọn, sự bí ẩn của vật chất vẫn còn nguyên đó. Điều này lại càng gây thất vọng vì vấn đề này liên quan tới tương lai của Vũ trụ.
Vậy tương lai của Vũ trụ sẽ là như thế nào? Lý thuyết Big Bang nói rằng Vũ trụ có điểm bắt đầu. Vậy nó cũng sẽ có điểm kết thúc chứ?
Điều đó thì hiện nay chúng ta còn chưa biết. Chúng ta thực sự đứng trước một sự lựa chọn lưỡng nan sau: sự giãn nở của Vũ trụ có tiếp tục mãi mãi không, các thiên hà có vĩnh viễn bỏ chạy ra xa nhau mãi không hay là chuyển động này một ngày nào đó sẽ dừng lại? Trong trường hợp thứ hai, lực hấp dẫn cuối cùng đã chiến thắng sự cuồng nhiệt ban đầu sau vụ nổ lớn và làm đảo ngược chuyển động ra xa nhau của các thiên hà. Kết quả là: các thiên hà buộc phải tiến lại gần nhau cho tới thời điểm Vũ trụ trở nên bé nhỏ, nóng và đặc tới mức tất cả đều bị phân rã thành các chùm ánh sáng và năng lượng, một Big Bang lộn ngược mà người ta thường gọi là vụ co lớn (Big Crunch) như chúng ta đã nói tới.
Trong hai khả năng đó, thật khó mà nói tới được khả năng nào sẽ thành hiện thực. Không phải đây là một vấn đề bất định: các định luật vật lý vẫn như vậy, tương lai của Vũ trụ đã được ghi sẵn trong cấu trúc của các định luật đó, chỉ có điều chúng ta chưa có đủ các thông tin cần thiết mà thôi.
Để tiên đoán tương lai của Vũ trụ cần phải biết mật độ (hay khối lượng riêng) của nó. Nếu trung bình Vũ trụ chứa ít hơn 3 nguyên tử hiđrô trong một mét khối thì sự giãn nở của Vũ trụ sẽ không khi nào dừng lại. Trái lại, nếu nó chứa hơn 3 nguyên tử hiđrô trong một mét khối thì ta có thể cầm chắc rằng một ngày nào đó Vũ trụ sẽ tự co lại. Cần thấy rằng mật độ tới hạn 3 nguyên tử hiđrô trong một mét khối là cực kỳ nhỏ. Để đánh giá độ nhỏ của con số này bạn nên biết rằng một gam nước có chứa tới 1024 (gồm số 1 và 24 số 0 tiếp theo) nguyên tử hiđrô.
Nhưng chính là do vấn đề vật chất tối mà ta không biết chắc được là bảng liệt kê đầy đủ vật chất trong Vũ trụ (cần thiết để tính mật độ của nó) có thể là được hay không. Các ngôi sao và các thiên hà chỉ chiếm 1 phần trăm khối lượng cần thiết để làm dừng sự giãn nở của Vũ trụ. Chuyển động của các thiên hà trong các đám thiên hà (tức tập hợp gồm hàng ngàn thiên hà) cho chúng ta biết rằng lượng vật chất tối phải lớn hơn 10 lần và điều này làm cho mật độ của Vũ trụ bằng một phần mười mật độ tới hạn. Nếu bản liệt kê này là đầy đủ, thì cần phải kết luận rằng Vũ trụ không có đủ vật chất để làm dừng sự giãn nở và sự giãn nở sẽ diễn ra mãi mãi. Nhưng điều đó người ta lại hoàn toàn chưa chắc chắn lắm. Chẳng hạn, người ta nghi ngờ rằng ở cách dải Ngân Hà của chúng ta khoảng vài trăm triệu năm ánh sáng có một hiện hữu bí ẩn hút tất cả các thiên hà lân cận về phía nó và do thiếu thông tin, các nhà thiên văn đã gọi nó là “ Nhân Hút Lớn”. Để tác dụng một lực hút mạnh như thế, khối lượng của nó phải rất lớn, tương đương với khối lượng của hàng chục triệu tỷ mặt trời. Và nếu như quả thật tồn tại “ Nhân Hút Lớn” hoặc các cụm thiên hà khác tương tự, thì sẽ cần phải xem mật độ của Vũ trụ là cao hơn.
Mặt khác, tôi cũng đã nói về các lý thuyết thống nhất lớn, các lý thuyết tiên đoán về sự tồn tại của vô số các hạt sơ cấp có khối lượng. Nếu các hạt này không gắn với các thiên hà, thì sẽ rất khó phát hiện ra chúng bằng cách nghiên cứu chuyển động của các thiên hà. Nếu các hạt này quả thực tồn tại, thì chúng sẽ chiếm phần lớn khối lượng của Vũ trụ và mật độ của Vũ trụ có thể bằng hoặc cao hơn mật độ tới hạn.
Thực tế, cũng có một lý thuyết được mệnh danh là “lạm phát”, một lý thuyết rất phổ biến trong giới các nhà Vũ trụ học thời đó. Lý thuyết này tiên đoán rằng Vũ trụ cần phải có mật độ đúng bằng mật độ tới hạn. Sở dĩ nó được đặt tên như vậy là bởi vì nó tiên đoán rằng ở thời gian cực kỳ nhỏ, cỡ 1035 giây sau vụ nổ nguyên thủy, Vũ trụ đã lồng lên trong cơn giãn nở mãnh liệt, cứ 10-34 giây, kích thước của nó lại tăng gấp ba lần. Những khoảng thời gian mà tôi vừa nói tới là cực kỳ nhỏ… Một chớp sáng của đèn chụp ảnh kéo dài cỡ một giây so với tuổi 15 tỷ năm còn Vũ trụ vẫn còn lớn hơn khoảng 10-35 giây so với 1 giây. Sự giãn nở này có tính lạm phát, hoàn toàn tương tự như sự lạm phát kinh tế của một nước kéo theo sự leo thang tăng vọt của giá cả trong một thời gian rất ngắn.
Tóm lại, ta có thể nói rằng với thực trạng nghiên cứu hiện nay, ta chưa kiểm kê thấy đủ vật chất để làm dừng sự giãn nở của Vũ trụ. Do vậy Vũ trụ vẫn được xem là “mở”, tức là nó sẽ tiếp tục giãn nở và ngày càng lạnh đi.
Các ngôi sao và các thiên hà một ngày nào đó sẽ không còn phát sáng nữa, do đã cạn nguồn nhiên liệu hạt nhân và Vũ trụ sẽ vĩnh viễn chìm đắm trong bóng đêm băng giá. Nhưng nếu những con quỷ như “ Nhân Hút Lớn” hoặc các hạt cosmino khác, có đầy rẫy trong bóng đêm của không gian, thì Vũ trụ sẽ là đóng và cuối cùng nó sẽ co và bị nén lại trong ngọn lửa địa ngục, một ngọn lửa còn nóng hơn cả mọi địa ngục mà Dante có thể tưởng tượng ra!
Một viễn ảnh thật đáng yêu… Trong Vũ trụ học hiện đại còn những vấn đề lớn nào nữa không?
Theo ý kiến của tôi, thì vấn đề hình thành các thiên hà chắc chắn sẽ là một trong số những vấn đề quan trọng nhất. Để đánh giá đúng giá trị của vấn đề này, trước hết tôi cần phải mô tả cho ông rõ quang cảnh của Vũ trụ.
Vũ trụ hiện ra trước mắt chúng ta là được chiếu trên vòm trời, tức là một hình ảnh hai chiều, vì chúng ta còn thiếu chiều sâu của Vũ trụ. Điều này cũng giống như khi ta quan sát một bức tranh khổng lồ mà họa sĩ đã quên mất luật cận viễn. Gần một chục năm trước, các nhà thiên văn đã bắt đầu lập bản đồ ba chiều của Vũ trụ bằng cách đo độ dịch về phía đỏ theo hiệu ứng Doppler để xác định vận tốc và khoảng cách của mỗi thiên hà. Đây là một nhiệm vụ cực kỳ nặng nhọc bởi vì riêng vùng Vũ trụ mà ta quan sát được cũng đã chứa tới 100 tỷ thiên hà! Các nhà thiên văn đã cố gắng hết sức mình và họ cũng mới chỉ quan sát được vài chục ngàn thiên hà. Còn bản thân tôi, tôi cũng đã tham gia vào công việc này, một công việc mà còn lâu mới kết thúc, nhưng triển vọng rất là khả quan đối với các thiên hà gần nhất.
Một tấm thảm Vũ trụ diệu kỳ hiện ra trước con mắt kinh ngạc của các nhà thiên văn. Họ đã phát hiện ra một hệ thống thứ bậc tuyệt vời của các cấu trúc vật chất trong Vũ trụ. Các thiên hà cũng hoàn toàn giống như con người ở chỗ bản năng hợp quần của chúng rất phát triển. Chúng không ưa sự đơn độc và cô lập, mà chúng thích cụm lại thành các cộng đồng. Tất nhiên, chúng không gắn kết với nhau bằng những quan hệ tình cảm mà bởi những mối liên hệ được dệt bởi lực hấp dẫn. Như vậy, một số các thiên hà đã tụ tập thành các cụm gồm hàng chục thành viên. Chẳng hạn, dải Ngân Hà của chúng ta là thành viên của cụm thiên hà địa phương, trong đó còn có thiên hà Andromede và một chục các thiên hà lùn (đó là các thiên hà nhỏ hơn và nhẹ hơn) như các vệ tinh của Ngân Hà, các Đám mây Magellan Lớn và Nhỏ. Nếu ta ví các thiên hà như những ngôi nhà trong Vũ trụ thì các cụm thiên hà là các ngôi làng nhỏ. Một số các thiên hà khác tập hợp thành những quần thể lớn hơn: đó là các đám thiên hà. Chúng gồm tới vài ngàn thiên hà. Có thể ví các đám này như các tỉnh lỵ. Nhưng tổ chức của Vũ trụ chưa dừng ở đó. Chính 5 hoặc 6 các đám thiên hà này lại co cụm lại để tạo thành các siêu đám thiên hà. Đó là các thành phố lớn của Vũ trụ.
Các siêu đám thiên hà chứa đựng những hình dạng bất ngờ và lạ lùng nhất. Thay vì có dạng cầu, chúng khi thì có dạng chiếc bánh rán dẹt, khi thì là những vách ngăn thiên hà trải dài hàng trăm triệu năm ánh sáng. Nhưng điều gây ngạc nhiên lớn, đó là sự phát hiện ra những khoảng trống rỗng khổng lồ trong Vũ trụ. Bạn có thể ngao du trên chặng đường dài hàng chục triệu năm ánh sáng mà không gặp một thiên hà nào. Một thực tế còn đáng ngạc nhiên hơn nữa, đó là các khoảng trống rỗng này có dạng như những bong bóng xà phòng khổng lồ mà các đám thiên hà hình chiếc bánh rán dẹt hoặc hình các vách ngăn được đặt trên bề mặt của chúng. Điều còn kỳ lạ hơn nữa là những khoảng trống rỗng này lại liên thông với nhau tạo thành một mạng lưới khổng lồ. Bạn có thể đi từ khoảng trống này sang khoảng trống khác mà không phải vượt qua những chiếc bánh rán dẹt hoặc các vách ngăn. Vũ trụ thành ra giống như một miếng bọt biển: nếu bạn xuất phát từ một hốc nào đó, bạn có thể tới một hốc bất kỳ nào khác theo một mê lộ, tất nhiên là phức tạp, nhưng không bao giờ phải cắt ngang miếng bọt biển đó.
Đúng là kỳ lạ thật! Vậy nhà vật lý thiên văn có biết tấm thảm Vũ trụ tuyệt vời đó đã được dệt nên bằng cách nào không?
Không và đây chính là điểm yếu! Về chuyện hình thành những cấu trúc này chúng ta còn rất mù mờ. Vấn đề càng trở nên nghiêm trọng hơn nữa vì chúng ta biết rằng Vũ trụ được xuất phát từ một trạng thái hầu như hoàn toàn trơn tru và đồng nhất. Tôi đã nói với ông ở trên về bức xạ hóa thạch được phát hiện bởi Penzias và Wilson, đó là nhiệt còn sót lại từ ngọn lửa sáng thế và tới chúng ta từ một thời xa xăm khi mà Vũ trụ còn trẻ, mới được 300.000 năm tuổi. Bức xạ này có vẻ như cực kỳ đồng đều. Trước khi vệ tinh COBE được phóng lên quỹ đạo, các nhà vật lý thiên văn biết rằng nhiệt độ của bức xạ hóa thạch (khoảng – 270o C) từ xó xỉnh này tới xó xỉnh khác của Vũ trụ chỉ sai khác nhau không hơn 0,01%. Sự đồng đều gần như tuyệt đối đó đã đặt ra cho các chuyên gia một vấn đề lớn: làm thế nào từ một trạng thái ban đầu trơn nhẵn như vậy lại có thể trở thành một tấm thảm Vũ trụ tuyệt vời trong đó các thiên hà dệt nên vô số những hình dạng và motip?
Tấm thảm tuyệt vời đó được hoàn tất trong vòng từ 1 đến 3 tỷ năm sau Big Bang, vì khi lần ngược lại theo thời gian nhờ các kính thiên văn, chúng ta biết rằng các quasar và các thiên hà đã tồn tại từ thời gian đó. Mà để làm cho mọc lên những quasar và các thiên hà, thì phải gieo những hạt giống. Những hạt giống thiên hà này được biểu hiện bởi những vùng trong Vũ trụ hơi nóng hơn và hơi đặc hơn một chút, tức là bởi những thăng giáng nhiệt độ trong bức xạ hóa thạch. Một Vũ trụ tuyệt đối đồng đều không thể sinh ra các quasar, các thiên hà, các sao, các hành tinh và sự sống. Nó sẽ là một Vũ trụ khô cằn, vô sinh. Nhưng, chúng ta biết rằng Vũ trụ như một người làm vườn đã gieo các hạt giống thiên hà vì chính chúng và bản thân chúng ta đã hiện diện ở đây.
Cuối cùng, vào năm 1992, COBE đã phát hiện ra các hạt giống đó trong hình ảnh cổ xưa nhất biểu diễn Vũ trụ khi nó chỉ mới có 300.000 năm tuổi. Các hạt giống thiên hà này được thể hiện ở những thăng giáng vô cùng nhỏ của nhiệt độ trong bức xạ hóa thạch, nó chỉ cỡ 30 phần triệu độ. Vậy là đã tiến được một bước dài. Nhưng vấn đề biết được bằng cách nào những hạt giống được gieo, sau 15 tỷ năm tiến hóa, đã cho ra đời bức thảm tuyệt vời của Vũ trụ thì vẫn còn nguyên vẹn. Như ông đã thấy đấy, tất cả các vấn đề còn lâu mới giải quyết hết. Tương lai tươi sáng vẫn đang còn ở phía trước ngành vật lý thiên văn. Thế kỷ 20 đã giải quyết xong vấn đề về sự tiến hóa của các sao – những viên gạch tạo nên các thiên hà. Thế kỷ 21 sẽ khám phá ra bí mật của các thiên hà – những viên gạch tạo nên Vũ trụ.
