Các nhà vật lý đề xuất một chiều không gian thứ năm ẩn giấu chi phối cả vật chất tối lẫn năng lượng tối, có thể được kiểm chứng bằng thực nghiệm trong tương lai gần.

Một nhóm nhà khoa học vừa công bố nghiên cứu tiền ấn bản (preprint) đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của một “chiều không gian tối” thứ năm, có khả năng chi phối đồng thời hai bí ẩn lớn nhất vật lý học hiện đại: vật chất tối và năng lượng tối. Đáng chú ý, giả thuyết này có thể sớm được kiểm chứng bằng quan sát thực nghiệm.

Ý tưởng bắt nguồn từ thuyết dây

Giả thuyết chiều không gian tối xuất phát từ thuyết dây (string theory)  khung lý thuyết đã tồn tại hàng thập kỷ, cho rằng vũ trụ chứa nhiều chiều không gian vượt ngoài bốn chiều mà con người có thể cảm nhận (thời gian và ba chiều không gian). Trong loạt nghiên cứu công bố suốt nhiều năm qua, nhóm chuyên gia về thuyết dây, trong đó có Giáo sư Cumrun Vafa từ Đại học Harvard, đề xuất rằng một trong những chiều ẩn này có thể vừa chi phối vật chất tối, vừa chi phối năng lượng tối, và bản thân chiều không gian đó biến đổi theo thời gian.

“Câu hỏi đặt ra là liệu chiều không gian bổ sung này bị ‘đóng băng’ hay có thể tiến triển theo thời gian”, ông Vafa chia sẻ với 404 Media. “Chiều thứ năm này liên quan đến giá trị của năng lượng tối, nên khi giá trị của chiều không gian bổ sung thay đổi, giá trị năng lượng tối cũng thay đổi theo”.

Từng bị nghi ngờ, nay được dữ liệu DESI củng cố

Khi Vafa và cộng sự phát triển ý tưởng này, quan điểm phổ biến trong mô hình chuẩn của vũ trụ học vẫn cho rằng năng lượng tối có giá trị cố định. “Chúng tôi từng bị đồng nghiệp chỉ trích vì dự đoán rằng thuyết dây đòi hỏi năng lượng tối phải thay đổi, trong khi quan sát cho thấy nó gần như không đổi”, ông Vafa kể lại. “Điều này không hay cho lĩnh vực của chúng tôi, vì nó cho thấy thuyết dây có thể không khớp với quan sát thực tế”.

Tuy nhiên, giả định năng lượng tối có giá trị cố định vốn là nền tảng của mô hình chuẩn đã bị lung lay bởi kết quả từ Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), dự án khảo sát vũ trụ quy mô lớn đặt tại Đài quan sát Kitt Peak (bang Arizona, Mỹ), công bố kết quả đầu tiên vào năm 2025. Kết quả này khiến nhiều nhà khoa học bất ngờ khi cho thấy giá trị năng lượng tối có thể thay đổi theo thời gian, trùng khớp với dự đoán từ mô hình chiều không gian tối mà nhóm Vafa đưa ra trước đó.

“Chúng tôi không viết mô hình để khớp với dữ liệu, mà đã có mô hình dựa trên lý thuyết từ trước, và giờ nó tự động khớp với dữ liệu”, ông Vafa nhấn mạnh. “Viết mô hình sau khi đã biết dữ liệu để cố khớp thì dễ, nhưng đó không phải điều chúng tôi làm. Theo tôi biết, mô hình của chúng tôi vẫn là mô hình phù hợp nhất với kết quả DESI”.

Vật chất tối có thể chỉ là graviton “lạc” sang chiều khác

Trong nghiên cứu tiền ấn bản mới nhất, hiện đang trong quá trình bình duyệt, nhóm của Vafa mở rộng lý giải về cách vận hành của chiều không gian tối dựa trên dữ liệu DESI. Theo thuyết dây, vũ trụ có nhiều chiều bị “nén chặt” xuống quy mô hạ nguyên tử, nhỏ đến mức các thiết bị hiện tại không thể phát hiện được. Riêng chiều không gian tối giả định lại có thể giãn nở tới quy mô micron.

Điều này cho phép graviton hạt giả định mang lực hấp dẫn “tràn” sang chiều không gian tối và trở thành các hạt vật chất tối tại đó. Theo cách nhìn này, vật chất tối không phải một dạng hạt kỳ lạ hoàn toàn mới, mà chính là graviton vốn tồn tại trong vũ trụ quen thuộc của chúng ta, chỉ là đã “lạc” sang chiều không gian tối. “Chúng tôi tận dụng chiều không gian bổ sung để giải thích vật chất tối là gì”, Vafa nói. “Chúng tôi không cần đưa ra hạt mới nào cả, chỉ là lực hấp dẫn thông thường mà thôi”.

Khi chiều không gian tối này tiến triển theo thời gian, khối lượng của các hạt vật chất tối trong đó cũng thay đổi nhóm của Vafa dự đoán chúng đang trở nên nhẹ hơn. Tương tự, giá trị năng lượng tối cũng yếu dần theo thời gian. Như vậy, vật chất tối và năng lượng tối vốn từ lâu được cho là không liên quan đến nhau thực chất bắt nguồn từ cùng một chiều không gian tối duy nhất.

Thí nghiệm nào sẽ kiểm chứng giả thuyết?

Đây là một ý tưởng khá trừu tượng, nhưng có thể sớm được kiểm chứng thực nghiệm. Nếu chiều không gian tối thực sự tồn tại, nó sẽ biểu hiện qua những sai lệch cực nhỏ trong lực hấp dẫn Newton ở quy mô micromet. Một nhóm nghiên cứu tại Viện Quang học và Thông tin Lượng tử (Vienna) hiện đang thiết kế thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết này, dự kiến có thể cho kết quả trong vài năm tới.

Ngoài ra, nếu vật chất tối thực chất là graviton lạc vào chiều không gian tối, thì phải tồn tại dấu hiệu quan sát tinh vi của một “lực thứ năm” trong khu vực vật chất tối. Chẳng hạn, các nhà khoa học dự định kiểm chứng giả thuyết bằng cách theo dõi sát chuyển động của các ngôi sao trong những thiên hà tương tác — vốn được giữ liên kết bởi quầng vật chất tối để tìm dấu vết của lực thứ năm này.

Khi hai thiên hà tiến lại gần nhau, theo giải thích của Vafa: “vật chất khả kiến hút vật chất khả kiến của thiên hà kia, vật chất tối cũng hút vật chất tối của thiên hà kia. Nhưng có thêm một lực giữa các vật chất tối so với phần khả kiến, do lực thứ năm này, nên lực hút kéo vật chất tối lại gần nhau mạnh hơn phần khả kiến”.

“Có nhiều hướng khác nhau để kiểm chứng cùng lúc”, ông kết luận. “Điều thú vị nhất tất nhiên là khi tất cả các hướng đó hội tụ và đồng thuận với nhau. Đó sẽ là một điều thực sự phi thường”.

Nguồn tham khảo: 404media.co