Không có ai tận mắt chứng kiến nguồn gốc của vũ trụ, vậy kết luận 13,8 tỷ năm đến từ đâu?

Theo các nhà khoa học, toàn bộ vũ trụ đã tồn tại khoảng 13,8 tỷ năm. Nếu ví lịch sử vũ trụ như một bộ phim kéo dài 13,8 tỷ năm, thì sự xuất hiện của Trái Đất chỉ là một đoạn ngắn trong kịch bản rộng lớn ấy. Nhưng làm thế nào để các nhà khoa học xác định được con số này? Rõ ràng, không ai có thể quay ngược thời gian để chứng kiến khoảnh khắc vũ trụ ra đời. Vậy, bí quyết tính toán tuổi của vũ trụ nằm ở đâu?

Trong những ngày đầu khám phá, các nhà khoa học đã đề xuất một phương pháp khá trực quan: tìm kiếm những ngôi sao cổ nhất trong vũ trụ. Họ lập luận rằng nếu vũ trụ đã tồn tại trong một khoảng thời gian dài, thì một số ngôi sao đầu tiên được sinh ra ngay sau sự kiện khai sinh vũ trụ vẫn còn tồn tại đâu đó. Do đó, việc xác định tuổi của những ngôi sao cổ đại này sẽ giúp ước tính tuổi tối thiểu của vũ trụ. Với suy nghĩ này, các nhà thiên văn đã sử dụng những kính viễn vọng mạnh mẽ để quan sát các ngôi sao già nhất trong Dải Ngân Hà cũng như ở các thiên hà xa xôi. Quả thực, họ đã phát hiện ra một số ngôi sao có niên đại hơn 13 tỷ năm, và điều này phần nào xác nhận rằng vũ trụ đã có một lịch sử rất dài.

Tuy nhiên, phương pháp này có một nhược điểm lớn: xác định tuổi của một ngôi sao là một nhiệm vụ vô cùng phức tạp. Các phản ứng tổng hợp hạt nhân bên trong ngôi sao luôn thay đổi theo thời gian, và mỗi ngôi sao có khối lượng, thành phần hóa học riêng biệt, khiến việc tính toán tuổi trở nên khó khăn. Sai số trong phép đo này rất lớn, dẫn đến những kết quả không đáng tin cậy. Hơn nữa, tuổi của vũ trụ chắc chắn phải lớn hơn tuổi của những ngôi sao này, nhưng việc cộng thêm khoảng thời gian này vào lại càng làm gia tăng mức độ sai số. Vì vậy, các nhà khoa học cần tìm một phương pháp khác chính xác hơn.

Một bước ngoặt lớn xảy ra vào năm 1929 khi nhà thiên văn Edwin Hubble phát hiện ra rằng vũ trụ không tĩnh lặng mà đang không ngừng giãn nở. Ông đã quan sát quang phổ của các thiên hà xa xôi và nhận thấy một hiện tượng đặc biệt gọi là "dịch chuyển đỏ". Hiện tượng này xảy ra khi ánh sáng từ một thiên hà bị kéo dài ra do sự giãn nở của không gian, khiến bước sóng của nó bị dịch chuyển về phía phần màu đỏ của quang phổ. Điều quan trọng là Hubble phát hiện rằng các thiên hà càng xa thì tốc độ rời xa chúng ta càng nhanh. Dựa trên dữ liệu quan sát, ông đã đưa ra một phương trình đơn giản nhưng mang tính đột phá: tốc độ rời xa của một thiên hà tỷ lệ thuận với khoảng cách của nó. Định luật này, về sau được gọi là "Định luật Hubble", đã giúp mở ra một hướng tiếp cận mới trong việc xác định tuổi của vũ trụ.

Vậy, làm thế nào từ phát hiện của Hubble, các nhà khoa học có thể tính toán tuổi của vũ trụ? Họ đã tưởng tượng rằng nếu vũ trụ hiện tại đang giãn nở, thì bằng cách "quay ngược" quá trình này, ta có thể tính toán thời điểm mọi thứ hội tụ về một điểm duy nhất. Điểm kỳ dị này được xem là khoảnh khắc khai sinh của vũ trụ, hay còn gọi là Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Từ đó, bằng cách sử dụng định luật Hubble và một giá trị quan trọng gọi là "hằng số Hubble" (H₀), các nhà khoa học có thể tính toán thời gian cần để vũ trụ mở rộng đến quy mô hiện tại.

Tuy nhiên, có một vấn đề lớn: việc đo đạc hằng số Hubble không hề dễ dàng. Các kỹ thuật quan sát trong thế kỷ 20 còn hạn chế, dẫn đến việc ước tính tuổi vũ trụ dao động từ 10 tỷ đến 20 tỷ năm, với sai số lên đến 10 tỷ năm, một con số quá lớn. Vì vậy, các nhà khoa học cần tìm một phương pháp chính xác hơn để xác định tuổi vũ trụ.

Câu trả lời đến từ một khám phá quan trọng khác: bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB). Đây là "dư âm" còn sót lại từ Vụ Nổ Lớn, một loại bức xạ cổ xưa phát ra khi vũ trụ chỉ mới 380.000 năm tuổi. CMB chứa những dấu vết quan trọng giúp các nhà khoa học xác định nhiều đặc tính của vũ trụ, bao gồm cả tốc độ giãn nở và độ tuổi của nó. Vào đầu thế kỷ 21, với sự ra đời của vệ tinh Planck – một thiết bị quan sát vũ trụ tiên tiến, các nhà thiên văn cuối cùng đã có được câu trả lời chính xác hơn. Dựa trên dữ liệu từ Planck và các phép đo mới nhất của hằng số Hubble, tuổi của vũ trụ được tính toán là 13,8 ± 0,2 tỷ năm.

Mặc dù 13,8 tỷ năm là con số được chấp nhận rộng rãi, nhưng vẫn có những thách thức và tranh cãi xung quanh nó. Một số ngôi sao trong vũ trụ dường như già hơn 13,8 tỷ năm, điều này đặt ra câu hỏi về độ chính xác của các phép đo. Hơn nữa, một số nghiên cứu gần đây cho thấy tốc độ giãn nở của vũ trụ có thể nhanh hơn so với tính toán trước đó, dẫn đến khả năng vũ trụ trẻ hơn một chút so với con số 13,8 tỷ năm. Những điều này cho thấy vẫn còn rất nhiều điều chưa được giải đáp về vũ trụ.

Dù con số 13,8 tỷ năm có thể thay đổi trong tương lai khi các phương pháp đo lường ngày càng cải tiến, nhưng nó vẫn là ước tính khoa học chính xác nhất hiện nay. Việc xác định tuổi của vũ trụ không chỉ là một bài toán số học mà còn giúp chúng ta hiểu sâu hơn về nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ. Từ một điểm kỳ dị nóng bỏng trong Vụ Nổ Lớn, vũ trụ đã giãn nở và phát triển thành không gian bao la ngày nay, nơi chứa hàng trăm tỷ thiên hà và vô số hành tinh, bao gồm cả Trái Đất của chúng ta.

Nhưng tương lai của vũ trụ sẽ ra sao? Liệu nó sẽ tiếp tục giãn nở mãi mãi, hay đến một thời điểm nào đó sẽ ngừng lại và co lại? Những câu hỏi này vẫn đang là đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học. Một ngày nào đó, với những khám phá mới, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về nơi vũ trụ đã đến và nó sẽ đi về đâu. Nhưng hiện tại, con số 13,8 tỷ năm vẫn là chìa khóa giúp chúng ta khám phá lịch sử vĩ đại của vũ trụ.