Thiên tài dự đoán 'ánh sáng ma' của vũ trụ trước khi nó được phát hiện

Georgy Gamow (1904–1968) là một nhà vật lý lý thuyết người Nga-Mỹ có đóng góp quan trọng vào việc xây dựng hình ảnh về một vũ trụ sơ khai nóng và đặc – tiền đề quan trọng của mô hình Vụ Nổ Lớn hiện đại. Nhưng điều Gamow quan tâm ban đầu không phải chính xác là “Big Bang” theo cách chúng ta gọi ngày nay. Ông muốn giải thích một câu hỏi khác: các nguyên tố hóa học trong vũ trụ đã hình thành như thế nào?

Ảnh: si.edu

Năm 1946, Gamow đề xuất rằng nếu vũ trụ từng ở trạng thái cực kỳ nóng và đặc, các phản ứng hạt nhân trong giai đoạn đầu có thể tạo ra những nguyên tố đầu tiên. Ông sau đó làm việc với nghiên cứu sinh Ralph Alpher, người thực hiện phần lớn các tính toán chi tiết. Hai người hình dung vũ trụ sơ khai như một môi trường cực nóng, trong đó các hạt nhân có thể được hình thành khi vũ trụ giãn nở và nguội dần.

Năm 1948, Alpher và Gamow công bố bài báo nổi tiếng “The Origin of Chemical Elements” trên Physical Review. Bài báo lập luận rằng điều kiện của vũ trụ sơ khai có thể giải thích sự phong phú của hydrogen và helium – hai nguyên tố chiếm phần áp đảo trong vật chất baryon của vũ trụ. Các chi tiết trong mô hình ban đầu về việc tạo ra những nguyên tố nặng hơn sau này được chứng minh là chưa chính xác, nhưng ý tưởng về một vũ trụ sơ khai nóng, đặc và đang giãn nở đã trở thành một phần quan trọng của vũ trụ học hiện đại.

Ảnh: Pinterest

Bài báo ấy còn có một câu chuyện rất thú vị. Gamow đã thêm tên Hans Bethe, dù Bethe không tham gia nghiên cứu, để ba tác giả có tên bắt đầu bằng ba chữ cái đầu của bảng chữ cái Hy Lạp: Alpha–Beta–Gamma. Vì thế bài báo được giới vật lý gọi vui là “alpha-beta-gamma paper”.

Gamow còn đi xa hơn. Ông và các cộng sự nhận ra rằng một vũ trụ từng nóng đến mức ấy hẳn phải để lại một bức xạ còn sót lại. Dự đoán về bức xạ nền này sau đó được Ralph Alpher và Robert Herman phát triển thêm. Năm 1965, Arno Penzias và Robert Wilson tình cờ phát hiện bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) – một phát hiện có ý nghĩa đặc biệt đối với bức tranh vũ trụ nóng sơ khai.

Ảnh: Pinterest

Điều thú vị là Gamow không chỉ là một nhà vật lý khô khan. Ông nổi tiếng với khiếu hài hước, viết sách khoa học phổ thông và thậm chí tự minh họa nhiều tác phẩm của mình. Ông có tài biến những vấn đề vật lý cực kỳ khó thành những câu chuyện dễ hình dung, góp phần đưa vũ trụ học đến gần công chúng hơn.

Ngày nay, mô hình Vụ Nổ Lớn đã được phát triển vượt xa những tính toán ban đầu của Gamow. Nhưng ý tưởng cốt lõi vẫn còn đó: vũ trụ từng nóng hơn, đặc hơn và nhỏ hơn rất nhiều so với hiện nay. Từ câu hỏi về nguồn gốc các nguyên tố, Gamow đã góp phần mở ra một cách hoàn toàn mới để con người suy nghĩ về nguồn gốc của chính vũ trụ.