Trước Vụ Nổ Lớn có gì? Một câu hỏi chưa ai trả lời được

Hãy thử một câu hỏi lạ: trước Vụ Nổ Lớn (Big Bang) có gì?

Nhiều người lớn sẽ nói ngay rằng câu hỏi đó vô nghĩa. Lý do nghe cũng hợp lý: nếu Vụ Nổ Lớn chính là lúc thời gian bắt đầu, thì hỏi "trước đó" giống như hỏi "phía bắc của Bắc Cực là gì". Không có chỗ nào ở đó cả.

Nhưng có những nhà vật lý không chịu bỏ câu hỏi này. Họ nghĩ Vụ Nổ Lớn có thể chỉ là một khoảnh khắc nằm giữa dòng thời gian, không phải điểm khởi đầu của nó. Nếu họ đúng, thì "trước Vụ Nổ Lớn" là một câu hỏi thật, và đến hôm nay vẫn chưa ai trả lời được.

Câu hỏi thật ra là gì

Nói bằng lời thường: vũ trụ của chúng ta đang giãn ra. Chiếu ngược cuốn phim ấy về quá khứ, mọi thứ dồn lại thành một trạng thái cực nóng, cực đặc. Đó là Vụ Nổ Lớn. Câu hỏi là: cuốn phim ấy có khung hình đầu tiên không, hay nó còn chạy tiếp về phía trước đó nữa?

Hai khả năng này khác nhau hoàn toàn. Một bên nói thời gian có sinh nhật. Bên kia nói thời gian không có sinh nhật, và cái ta gọi là Vụ Nổ Lớn chỉ là một biến cố lớn xảy ra ở một thời điểm nào đó, giống như một trận cháy rừng dữ dội xảy ra giữa một khu rừng vốn đã có sẵn từ trước.

Vì sao khó

Chỗ khó nhất không nằm ở kính thiên văn. Nó nằm ở chính khái niệm thời gian.

Ngay trong đời sống, thời gian đã không chịu đứng yên. Một tiết học chán kéo dài lê thê, một buổi chơi với bạn thì bay vèo. Khi bạn mệt, tế bào não còn làm méo cảm nhận thời gian của bạn. Vậy nên cái ta cảm thấy về thời gian không dùng làm thước đo được.

Trong vật lý thì rắc rối hơn nữa. Theo các thuyết tương đối (relativity), tiếng tích tắc của một chiếc đồng hồ là tương đối với người quan sát và với vị trí của người ấy trong không gian. Hai người ở hai nơi khác nhau, chuyển động khác nhau, sẽ không đồng ý với nhau về việc bao nhiêu thời gian đã trôi qua. Không có một chiếc đồng hồ chung cho cả vũ trụ để ta chỉ vào đó mà nói "đây là giây số không".

Rồi còn entropy, thứ cho thời gian một chiều chảy. Bạn thử làm phép này: đập một quả trứng xuống chảo. Rất dễ. Bây giờ ghép quả trứng lại như cũ. Không được. Từ gọn gàng sang lộn xộn thì dễ, ngược lại thì không. Đó là entropy tăng, và nó chính là lý do bạn phân biệt được quá khứ với tương lai. Nếu xem một đoạn phim thấy mảnh trứng tự bay lên ghép lại thành quả, bạn biết ngay phim đang chạy ngược.

Nhưng đây mới là chỗ đau đầu: các phương trình nền tảng của vật lý lại đối xứng theo thời gian, nghĩa là chúng chạy xuôi hay chạy ngược đều được. Còn cơ học lượng tử (quantum mechanics) cho thấy bên trong các hệ lượng tử, thời gian có thể đi cả tiến lẫn lùi. Vậy thì chiều một hướng kia từ đâu ra? Trả lời câu ấy trước đã, rồi mới nói tới chuyện trước Vụ Nổ Lớn được.

Ai đang thử, và tới đâu rồi

Nhà vật lý lý thuyết Jim Al-Khalili vừa ra cuốn sách "On Time: The Physics That Makes the Universe Tick" (Princeton University Press, 2026). Trong đó ông điểm lại bốn ý tưởng cho rằng Vụ Nổ Lớn không phải khởi đầu của thời gian.

Lạm phát vĩnh cửu (eternal inflation). Vũ trụ của ta sinh ra như một bong bóng nhỏ trong một không gian vô hạn đã và đang phồng lên mãi mãi. Vụ Nổ Lớn không phải lúc bắt đầu phồng, mà là lúc vùng không gian của ta ngừng phồng nhanh và chuyển sang giãn chậm hơn. Bên ngoài bong bóng của ta, chuyện phồng vẫn tiếp diễn, và sẽ có những vụ nổ lớn khác sinh ra những bong bóng khác, có thể là vô hạn bong bóng, tất cả bị đẩy xa nhau mãi mãi. Toàn bộ không gian vô hạn ấy được gọi là đa vũ trụ (multiverse).

Vũ trụ học tuần hoàn bảo giác (conformal cyclic cosmology), do Roger Penrose đề xuất. Vũ trụ đi qua một chuỗi vô hạn các "kiếp": mỗi kiếp mở màn bằng một vụ nổ lớn và kết thúc ở trạng thái cân bằng nhiệt, chỉ còn bức xạ trải đều. Cái nối hai kiếp không phải một cú co sập, mà là một phép hình học gọi là conformal mapping, tạm hiểu là một cách vẽ lại hình sao cho giữ nguyên các góc, nối cái kết lạnh và loãng của vũ trụ này với cái sinh nóng và đặc của vũ trụ sau.

Mô hình ekpyrotic, tên do Paul Steinhardt đặt, lấy từ chữ Hy Lạp ekpyrosis nghĩa là đại hoả, vốn là tên một ý tưởng của các triết gia phái Stoic thời Hy Lạp cổ. Ý tưởng hiện đại đến từ lý thuyết dây (string theory): toàn bộ không gian ba chiều của ta là một "tấm" trôi trong một không gian bốn chiều, và Vụ Nổ Lớn là lúc tấm của ta va vào một tấm bên cạnh. Va chạm sinh ra nhiệt và bức xạ khủng khiếp, rồi hai tấm dạt ra xa, tới một khoảng cách lớn nhất, rồi bị kéo lại và va nhau lần nữa.

Vũ trụ gương (mirror universe), của Neil Turok, cũng là một trong những người khởi xướng ý tưởng ekpyrotic. Ông đề nghị có một vũ trụ ở phía bên kia của Vụ Nổ Lớn, tiến theo hướng mà ta gọi là quá khứ. Hai phía tách hẳn nhau, mỗi phía đều thấy thời gian chảy về phía entropy tăng. Nếu bên ấy có sinh vật thông minh và họ cũng nghĩ ra ý tưởng này, họ sẽ coi phía ta là phía trước Vụ Nổ Lớn, y như ta nghĩ về họ.

Đây là điều bạn phải ghi nhớ: cả bốn đều là giả thuyết, chưa cái nào được kiểm chứng. Chính Al-Khalili nêu điểm yếu của chúng. Với ý tưởng của Penrose, người ta đã chỉ ra vấn đề bảo toàn thông tin và chuyện khó dung hoà entropy cao ở cuối kiếp cũ với entropy thấp ở đầu kiếp mới. Với lạm phát vĩnh cửu, một số nhà vật lý nói thẳng rằng ý tưởng ấy nằm ngoài khoa học đúng nghĩa, vì hiện chưa có cách nào thử nó.

Nếu giải được thì sao

Thành thật mà nói, câu trả lời sẽ không làm xe máy chạy xa hơn hay chữa được bệnh nào. Cái nó đổi là thứ khác, và có lẽ lớn hơn.

Những người đề xuất các ý tưởng trên biết họ cần bằng chứng quan sát, chẳng hạn một dấu vết của thực tại trước Vụ Nổ Lớn còn đóng băng trong bức xạ nền vũ trụ. Nếu ai đó tìm được dấu vết ấy, một ý tưởng đang nằm ngoài khoa học sẽ bước vào bên trong khoa học. Ranh giới ấy mới là thứ đáng học ở đây: một ý tưởng hay chưa đủ để thành khoa học, nó còn phải có cách kiểm tra được.

Nên câu hỏi để bạn nghĩ tiếp là: một ý tưởng đẹp mà không ai có cách nào thử, thì nên gọi nó là khoa học hay là tưởng tượng? Và nếu hôm nay chưa thử được nhưng mai kia có thể, thì câu trả lời có đổi không?

Làm thử ở nhà

Lấy một quả bóng bay, chưa thổi, dùng bút vẽ lên đó vài chấm. Rồi thổi phồng lên và nhìn kỹ các chấm.

Bạn sẽ thấy mọi chấm đều rời xa nhau. Đứng ở bất cứ chấm nào cũng thấy các chấm khác đang chạy ra xa mình. Bây giờ hãy hỏi: chấm nào là tâm của sự giãn nở này?

Câu trả lời là không chấm nào cả. Không có tâm nào trên bề mặt quả bóng, chính bề mặt đang lớn ra. Vũ trụ giãn nở theo kiểu ấy, và đó cũng là lý do Vụ Nổ Lớn không phải một vụ nổ ở một chỗ nào đó, mà là chuyện xảy ra ở khắp mọi nơi cùng lúc.

Còn câu hỏi trước Vụ Nổ Lớn có gì, hôm nay vẫn đứng nguyên chỗ cũ: bốn ý tưởng, không ý tưởng nào có bằng chứng, và chưa ai nghĩ ra phép thử.

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.