2018-09-30, 06:51 PM
Địa Trục, Thiên Hà
Phạm Xuân Yêm
Phạm Xuân Yêm
A- Một thoáng sơ đồ
Cả đến hai trăm năm trước thời Copernicus và Galilei, khoảng đầu thế kỷ 15, khi loài người hãy còn đắm chìm trong giả thuyết địa tâm, ở nước Đại Việt vào thời điểm ấy đất biển mênh mang được hiểu là nằm trên mặt phẳng hình tròn vòng quanh xích đạo của quả cầu vũ trụ với các thiên thể vận hành chung quanh. Ngạc nhiên thay không biết vì đâu mà thi nhân tráng sĩ Đặng Dung qua hai câu thơ phù địa trục và vãn thiên hà[1] lại gợi lên cái trục của đất mà ông muốn ghé vai xốc vác, ý nói chí hướng cao vời như vũ trụ muốn xoay chuyển thời vận bi thảm của giang sơn đang bị quân Minh xâm lược. Không rõ trục ở đây có chức năng gì, nhưng nếu là trục quay của trái đất hình cầu[2] thì Đặng Dung hẳn có một trực giác lạ thường.
Chút giai thoại dừng lại ở đây và chúng ta trở về với thế kỷ 21. Có lẽ hiếm thấy một bộ môn khoa học tự nhiên nào trong vòng vài chục năm gần đây đã có những biến chuyển vũ bão và ngoạn mục như ngành thiên văn hiện đại[3], nó đang trở thành tiền đồn, biên giới của tri thức khoa học cơ bản lẫn ứng dụng, nơi tập trung và kết hợp những công nghệ tân tiến nhất về hỏa tiễn, vệ tinh nhân tạo, kính thiên văn quang học và vô tuyến, thiết bị quang điện tử, vi điện tử, thông truyền tin, máy tính…
Như chúng ta đều biết, mục tiêu của thiên văn từ thời Galilei trở đi là tìm hiểu các thiên thể trong vũ trụ và vật chất cấu tạo nên nó, trong đó lịch sử sự hình thành hoàn vũ và quá trình biến đổi của vạn vật là thí dụ tượng trưng nhất. Những hiện tượng trong vũ trụ thiết yếu chỉ có thể quan sát, phân tích, hiểu biết và diễn tả bởi những định luật vật lý. Thực thế, từ nguồn gốc của năng lượng làm chói sáng các vì sao (tổng hợp nhiệt hạch, tương tác yếu làm phân rã hạt nhân nguyên tử), trạng thái plasma của quark và gluon trong thời nguyên thủy của vũ trụ, sự hình thành, vận chuyển, biến hóa bùng nổ hay tàn lụi của các thiên thể: sao lùn (trắng và nâu), sao siêu mới (supernovae), thiên hà, quasars, sao neutron pulsar, lỗ đen, cho đến các hành tinh ngoài hệ mặt trời mới được khám phá gần đây thậm chí sự sống trên đó, sóng trọng trường tiên đoán bởi thuyết tương đối rộng…, tất cả đòi hỏi kiến thức đa ngành của vật lý và khoa học nói chung. Thiên văn thời xa xưa, giới hạn trong sự chuyển động tuần hoàn của hệ mặt trời với các hành tinh và sao chổi trong cơ học cổ điển Galilei và Newton, đã trở thành thiên văn - vật lý trong đó hạt cơ bản đóng vai trò chủ động.
A1- Big Bang.
Bước ngoặt lớn trong tiến trình hiểu biết về vũ trụ được mở đầu năm 1929 bởi một khám phá cực kỳ quan trọng của nhà thiên văn Edwin Hubble[4], theo đó mọi thiên hà đều chạy xa nhau với vận tốc tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng, càng ở xa nhau bao nhiêu thì chúng tách rời nhau càng nhanh hơn từng ấy. Sự tỷ lệ giữa khoảng cách và vận tốc của các thiên hà bảo cho ta rằng tất cả các thiên hà đều mất cùng một thời gian (khoảng cách chia cho vận tốc) để di chuyển từ chỗ ban đầu cho đến vị trí ngày nay. Như vậy hiện tượng kỳ lạ này hàm nghĩa là không gian thực sự bị phình ra như quả bóng được bơm khí vào và lôi kéo theo nó các thiên hà bất động và luôn dính chặt vào mặt ngoài của quả bóng không gian, sở dĩ dần dần chúng tách xa nhau chỉ vì không gian dãn nở. Đo lường được gia tốc dãn nở của vũ trụ ngày nay, như một cuốn phim chiếu giật lùi, ta suy ngược lại là vào khoảng 13.7 tỷ năm trước có một trạng thái sơ khai ở đó nhiệt độ và năng lượng cực kỳ lớn dồn ép trong một không gian cực kỳ nhỏ đã xảy ra vụ nổ lớn mang tên gọi Big Bang làm vũ trụ tăng kích thước. Nơi xảy ra vụ nổ chính là chỗ bạn đang ở cũng như ở bất cứ nơi đâu trong hoàn vũ bao la vì ở thời-điểm ấy mọi chỗ ngày nay tách biệt hàng tỷ năm ánh sáng thực ra đã cùng chụm lại ở cái không-điểm kỳ dị ấy, chẳng có một trung tâm vũ trụ ban đầu nào cả. Xin nhắc lại, hiện tượng vũ trụ động[5] chứ không tĩnh - nghĩa là không-thời gian chẳng phải sẵn có từ trước mà trái lại nó xuất hiện, dãn nở hay co cụm tùy thuộc vào mật độ năng-xung lượng của vật chất - là hệ quả của thuyết tương đối rộng, một trong hai trụ cột của vật lý hiện đại cùng với thuyết lượng tử. Theo thuyết trường lượng tử, vì không gian dãn nở và lạnh dần, từ năng lượng vô hạn thuần khiết ban đầu của Big Bang đã sinh ra muôn ngàn các cặp hạt và phản hạt, các hạt cơ bản này là mầm mống để tạo nên vật chất và vũ trụ mà ta quan sát ngày nay với hàng trăm tỷ thiên hà, trong đó có giải sông Ngân và trái đất thân thương của chúng ta. Hơn nữa, thuyết này còn tiên đoán sự hiện hữu tất yếu của một hiện tượng mang tên "bức xạ nền vũ trụ"[6], đó là ánh sáng tàn dư của cái thưở ban đầu cực nóng đang lan toả khắp nơi trong hoàn vũ ngày nay. Sự khám phá tình cờ ra nó năm 1965 bởi Arno Penzias và Robert Wilson là bằng chứng thực nghiệm rất thuyết phục về Big Bang. Khởi đầu với nhiệt độ cực kỳ lớn (1032 Kelvin) từ "pha lạm phát" - khi không gian ở thời điểm 10-32 giây sau Big Bang, vụt tăng trưởng với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng trong một khoảnh khắc cực kỳ ngắn khoảng một phần ngàn giây - rồi vào khoảng 380 ngàn năm sau đó, không gian nguội dần còn chừng 3.000° (nhiệt độ mặt trời) và cho phép hạt ánh sáng (photon) thoát ra khỏi đám bụi mù dày đặc electron và proton của vũ trụ nguyên thủy mà bay đến chỗ bạn đang ngồi, cũng như đến các thiên hà xa xăm nhất. Ngày nay, ánh sáng đó đã nhạt phai với nhiệt độ trung bình 2.725°, tương đương với sự tụ họp của chừng bốn trăm triệu hạt photon trong một mét khối. Kính thiên văn vi ba đặt trên hai vệ tinh COBE (Cosmic Background Explorer) và WMAP (Wilkingson Microwave Anisotropy Probe) đo lường trực tiếp bức xạ nền vũ trụ, nó có hệ quang phổ của một vật đe [7], đối tượng nghiên cứu đã đưa Max Planck đến thuyết lượng tử. Hơn thế nữa, lần đầu tiên hai vệ tinh thiên văn trên còn phát hiện và đo lường được những thăng giáng nhiệt độ, những nhiễu loạn li ti này chỉ hơn kém (khoảng 10-5) nhiệt độ trung bình 2.725° của bức xạ nền vũ trụ. Nhiễu loạn đó chính là những thăng giáng vi phân của thế giới lượng tử với nguyên lý Heisenberg quen thuộc, chúng cực kỳ quan trọng vì liên đới mật thiết đến mầm mống và sự phân bố của vật chất, nghĩa là của hàng trăm tỷ thiên hà "nhỏ bé" trong hoàn vũ bao la ngày nay. Thực thế, ở đâu mật độ vật chất lớn (hay nhỏ) hơn trung bình một chút thì bức xạ nền phải lạnh (hay nóng) hơn một chút, vì ở đó ánh sáng bị mất nhiều (hay ít) năng lượng bởi nó phải tương tác với vật chất để thoát khỏi lực hấp dẫn. Một vũ trụ mịn màng tuyệt đối, không chút vẩn gợn tựa như một sa mạc mênh mông toàn cát đỏ chẳng hề có vài ốc đảo vui mát an lành và Louis Pasteur đã chẳng thốt lên "bất đối xứng chính là nguồn sống" sao? Phân tích những thăng giáng nhiệt độ ở các vùng mật độ khác nhau, các nhà thiên văn vật lý đã xác định được hình dạng chi tiết cong hay phẳng của vũ trụ cũng như những thành phần vật chất và năng lượng trong đó. Giải Nobel 2006 vinh tặng những người chủ chốt John C. Mather và George F. Smoot của nhóm COBE đã lần đầu đo lường được những thăng giáng vi phân nhiệt độ của bức xạ nền có hệ quang phổ của một vật đen lý tưởng, cái vũ trụ bao la của chúng ta ngày nay.
A2- Tăng tốc.
Chưa hết, ngạc nhiên hơn nữa là một khám phá quan trọng khởi đầu từ năm 1998 và đang trên đà phát triển mạnh, nó bất ngờ vì trái ngược với trực giác và định kiến, đó là thay vì giảm tốc do áp lực co hút, nén vào của trọng trường vật chất, vũ trụ lại tăng tốc và dãn nở mạnh hơn lên! Thực thế vụ nổ Big Bang kinh hoàng ban đầu với một lực đẩy ra cực kỳ mạnh đã tạo ra không - thời gian và làm nó dãn nở, nhưng sau đó vũ trụ nguội dần, đám mây các hạt cơ bản ban đầu đặc lại và hút lẫn nhau tạo nên những chùm thiên hà. Chúng tất nhiên phải gây ra một trọng trường để nén ép không gian co lại và vũ trụ vì thế có nhiều khả năng giảm dần tốc độ dãn nở. Để trả lời câu hỏi là không gian có giảm gia tốc dãn nở hay không, hai nhóm các nhà thiên văn, dẫn đầu bởi Saul Perlmutter ở Berkeley (Mỹ) và Brian Schmidt ở Mount Stromlo (Úc) tìm cách đo lường sự giảm tốc này bằng cách đo lường vận tốc tách rời nhau (qua sự xê dịch về phía đỏ của quang phổ) của các siêu tân tinh (supernovae) loại Ia ở nhiều khoảng cách khác nhau (qua độ sáng vô cùng rực rỡ của chúng). Sao siêu mới loại Ia là sao lùn trắng [8] nằm cận kề và quay cặp đôi với một tinh tú khác đang trong thời kỳ chói sáng, trọng lực của sao lùn thu hút vào nó năng - khối lượng của tinh tú bạn đồng hành, và làm cho sao lùn nặng dần lên. Khi vượt quá khối lượng tới hạn Chandrasekhar, trọng trường của sao lùn ngày càng cao nên vỏ bị nén ép mạnh, nhiệt độ tăng nhanh đến 600 triệu độ trở thành sao siêu mới và phản ứng hạt nhân phát động làm nó bùng nổ tan tành với độ sáng rực như mười tỷ mặt trời [9]. Sau gần mười năm cật lực tìm tòi khoảng 50 sao siêu mới loại Ia để đo lường khoảng cách cùng vận tốc tách rời nhau của chúng, hai nhóm Mỹ và Úc đưa ra kết luận giống nhau và rất bất ngờ: vũ trụ tuy có giảm tốc tăng trưởng nhưng chỉ trong có 7 tỷ năm đầu thôi, sau đó nó lại tăng tốc dãn nở cho đến nay [10]. Biện minh và bổ sung thêm cho khám phá sửng sốt này đến từ những đo lường mới đây rất chính xác bởi vệ tinh WMAP về sự thăng giáng nhiệt độ của bức xạ nền, chúng cho ta một biên vũ trụ Euclid không lồi lõm mà phẳng và đang dãn nở ngày càng nhanh. Điều này đòi hỏi một lực đẩy vạn vật ra xa, chống lại lực hút vào của trọng trường vật chất, nghĩa là cần phải có một áp lực mới để sinh ra lực đẩy đó. Thành phần mới này mang tên năng lượng tối. Để có được sự tăng tốc dãn nở ở thời điểm 7 tỷ năm sau Big Bang, tính toán cho biết năng lượng tối phải chiếm đến khoảng 74% tổng năng - khối lượng của hoàn vũ. Trong 26% còn lại, chỉ chừng 4% là vật chất bình thường quen thuộc mà phản ứng nhiệt hạch của chúng làm chói sáng bầu trời ban đêm. Phần 22% sau rốt là một loại vật chất tối hoàn toàn khác lạ. Vật chất tối kỳ lạ này không bức xạ, nghĩa là không bị chi phối bởi ba tương tác cơ bản quen thuộc (điện từ, mạnh và yếu của hạt nhân nguyên tử), khối lượng của nó chỉ có vai trò duy nhất là tạo ra trọng lực hút vào để giữ cho các thiên hà góp thành chùm chứ không tung bay khắp phía. Nguồn gốc và bản chất bí ẩn của năng lượng tối (mang tính chất đẩy ra) và vật chất tối (mang tính chất hút vào), hai thành phần chế ngự hầu như toàn diện vũ trụ, là đề tài nóng bỏng của thiên văn và vật lý hạt cơ bản hiện đại. Kỳ lạ và bí ẩn thay, 96% năng - khối lượng của hoàn vũ ở ngoài tầm hiểu biết hiện nay của con người!
A3 - Hằng số vũ trụ và Năng lượng tối.
Thuyết tương đối rộng, hay định luật vạn vật hấp dẫn Einstein (thay thế cho trọng lực cổ điển Newton) có thể tóm tắt trong một câu: hình học bốn chiều phẳng lặng của không - thời gian mang đặc tính đàn hồi chứ chẳng cứng nhắc, nó bị biến dạng cong uốn co dãn bởi năng - khối lượng của vật chất. Chính sự phân phối năng - khối lượng đã gây ra tính chất đàn hồi của không - thời gian, nhờ đó mà vạn vật theo đường trắc địa rơi tìm nhau như một biểu hiện của trọng trường. Mời bạn đọc chiêm ngưỡng phương trình Einstein mà vế trái với tenxơ Ricci Rμν để mô tả hình học không - thời gian bốn chiều [11] trong đó vận hành vạn vật, còn vế phải là tenxơ năng - xung lượng Tμν của vật chất để tạo nên cái cấu trúc cong của không - thời gian:
Rμν - (½)R gμν = (8πG/c4)Tμν (I)
Thông điệp vật lý gói ghém trong phương trình trên có thể tóm tắt như sau: khối lượng áp đặt không - thời gian phải cong đi, còn không - thời gian chi phối bắt vật chất phải chuyển động ra sao. Sự vận hành của vạn vật (kể cả ánh sáng) bởi trọng trường không do một lực cơ bắp nào mà thực ra sự di chuyển đó lại "chây lười nhất" theo đường trắc địa của cấu trúc không-thời gian. Vật chất và năng lượng luôn biến chuyển của chúng tác động tới độ cong của không - thời gian, và cứ thế tiếp diễn liên hồi vũ điệu giữa cơ học và hình học. Mật độ năng - xung lượng càng lớn ở đâu thì không - thời gian càng cong uốn nhiều ở đấy. Khi mật độ khối lượng lớn đến một giới hạn nào đó thì không gian đàn hồi bị xé nát, tựa như phím cao su căng quá hóa đứt. Đó là gốc nguồn của lỗ đen, một không - thời gian tận thế, ở đó bất kỳ vật chất nào, kể cả ánh sáng và tín hiệu thông tin, khi đi gần bị hút chặt vào mà chẳng sao thoát khỏi “chân trời sự kiện”.
Einstein là người trước tiên nhận ra cái toàn bộ chẳng sao tách biệt giữa vật chất - lực (cái nội dung) và không - thời gian (cái vỏ ngoài). Tất cả chỉ là một mà ông gọi là vũ trụ và khoa học nghiên cứu cái toàn bộ đó mang tên là vũ trụ học mà nguyên tắc - được ông xây dựng trong một công trình ra đời năm 1917 - vẫn tiếp tục làm nền tảng rọi sáng cho mãi đến ngày nay, mặc dù thay đổi nhiều về chi tiết và mô hình ban đầu. Trước hết, ông nhận thấy phương trình (I) của thuyết tương đối rộng không có nghiệm số nào tương ứng với một vũ trụ vĩnh cửu với thời gian mà định kiến ngàn xưa đều tin chắc như vậy, ngay cả với con người cấp tiến như Einstein! Ông đành thêm vào vế trái phương trình (I) một số hạng Λgμν (ông gọi Λ > 0 là hằng số vũ trụ vì nó chẳng có hệ quả cục bộ nào cho cấu trúc không gian ở bất kỳ các quy mô lớn hay nhỏ) để có được một nghiệm số diễn tả vũ trụ ấm êm tĩnh lặng, tuy cong về không gian nhưng lại phẳng (không thay đổi) với thời gian. Hằng số vũ trụ Λ biểu trưng cho sức đẩy ra hay "phản trọng lực", đối chọi với trọng lực là sức hút vạn vật vào nhau. Einstein dùng phản trọng lực (qua hằng số Λ) để triệt tiêu trọng lực và như vậy để cho vũ trụ tĩnh lặng không co không nở. Khi Hubble tuyên bố là vũ trụ dãn nở, hằng số Λ chẳng còn cần thiết nữa khiến Einstein coi đó là sai lầm lớn nhất trong đời mình.
Sự hiện hữu của "phản trọng lực" tùy thuộc vào tenxơ năng - xung lượng Tμν trong vế phải của phương trình Einstein. Tuy thành phần khối lượng Too cho ta trọng lực (khối lượng - tương ứng với chỉ số 00 của Too - là gốc nguồn của trọng trường), nhưng thành phần xung lượng Tij (với i, j = 1,2,3) cho ta áp suất. Áp suất này là một đại lượng có thể mang dấu dương (lực hút vào) hay âm (lực đẩy ra). Nhưng cái gì là gốc nguồn của phản trọng lực để làm cho vũ trụ tăng tốc dãn nở? Nhiều nhà thiên văn vật lý ngày nay cho rằng có thể chính là hằng số Λ. Thực thế, khi ta chuyển Λgμν từ vế trái sang vế phải của phương trình Einstein, ta thấy tenxơ Tμν có thêm một số hạng mới δTμν = -(Λc4/8πG) gμν. Số hạng mới này mang đặc tính của một chân không (vì Λ vô hướng và gμν có gốc nguồn thuần hình học, chẳng do năng - xung lượng của vật chất tạo nên), hơn nữa dấu trừ của δTμν có tác động đẩy ra (thay vì hút vào bởi lực hấp dẫn với dấu cộng +8πG/c4Tμν của vật chất làm không gian co lại). Vậy δTμν coi như tác động phản hấp dẫn và năng lượng tối chỉ định tính chất này. Ai ngờ cái sai lầm hơn nửa thế kỷ trước, nay có thể trở nên một thành viên chủ yếu chiếm ngự đến 74 % năng lượng của hoàn vũ dưới cái tên mới là năng lượng tối để làm dãn nở vũ trụ, cái năng lượng tối đầy bí ẩn này chưa ai biết là gì, tuy nhiên nó chẳng phải do vật chất tạo thành mà lại mang đặc tính năng lượng của chân không.
A4 - Chân không lượng tử và sự dãn nở vũ trụ.
Chân không lượng tử (quantum vacuum) là trạng thái cơ bản tận cùng của vạn vật, nó vô hướng, trung hòa, mang năng lượng cực tiểu ở đó vật chất, tức là tất cả các trường lượng tử kể cả điện từ, đều vắng mặt. Nhưng không phải vì chẳng chứa trường vật chất nào mà năng lượng cực tiểu lại bằng 0. Theo nguyên lý bất định Heisenberg, năng lượng của bất cứ trạng thái vi mô nào là chuỗi (1/2)hν, (3/2)hν, (5/2)hν...chứ không phải là 0hν, 1hν, 2hν...Cũng dễ hiểu thôi, nguyên lý bất định bảo ta nếu xung lượng |k| được xác định rõ rệt bao nhiêu thì vị trí trong không gian |x| lại mơ hồ rối loạn bấy nhiêu, vậy năng lượng tối thiểu E = (1/2) hν ≠ 0 chính là một thỏa hiệp tối ưu bình đẳng cho cả hai bên |k| và |x|. Thực thế, nếu E = 0 thì |k| = 0, vậy |x| không sao xác định nổi. Phản ánh nguyên lý này, thế giới vi mô luôn luôn dao động ngay ở mức năng lượng cực tiểu và đó là ý nghĩa của sự thăng giáng lượng tử (quantum fluctuation). Thang mức vi mô nói chung là cả một vũ đài náo nhiệt và hỗn loạn, "từ chân không mà vạn vật sinh hủy, hủy sinh, ôi phí phạm thời gian!" như nhà vật lý kỳ tài Feynman từng hài hước. Chân không lượng tử chẳng bao giờ trống rỗng mà là một thực tại vô cùng phong phú và sôi sục ở mức độ sâu thẳm. Nó không rỗng tuếch chẳng có gì mà lại tràn đầy năng lượng biểu trưng bởi muôn vàn các cặp hạt và phản hạt ở trong trạng thái "ảo" [12] dao động biến hóa liên hồi.
Bởi năng lượng cực tiểu (1/2) hν ≠ 0 và vì tần số ν có thể là bất cứ con số nào từ 0 đến vô tận nên chân không lượng tử có năng lượng phân kỳ khi ta lấy tích phân tất cả các mốt dao động. Chính vì vô hướng, trung hòa lại có năng lượng vô hạn, nên chân không lượng tử mang ẩn dụ một hư vô mênh mang, từ đó do những kích thích nhiễu loạn của năng lượng mà vật chất (cùng phản vật chất) được tạo thành để rồi chúng tương tác, biến đổi, phân rã rồi trở về trạng thái ban đầu của chân không, cứ thế tiếp nối bao vòng sinh hủy! Chân không lượng tử là cội nguồn và chốn trở về cũng như ra đi của vạn vật.[13]
Mặc dù năng lượng của chân không lượng tử phân kỳ, nhưng nó vẫn có thể biểu hiện tác động qua hiệu ứng Casimir [14], một đặc trưng quan sát đo lường được. Tuy nhiên, chúng ta không quên là năng lượng vô hạn của chân không lượng tử (mệnh danh tai họa chân không) vượt xa quá nhiều mật độ năng lượng tối làm dãn nở vũ trụ mà các nhà thiên văn ước lượng bằng cách đo lường gia tốc rời xa nhau của các sao siêu mới. Điều này minh họa sự mâu thuẫn cơ bản giữa hai trụ cột của vật lý hiện đại là Lượng tử và Tương đối rộng mà hiện nay vẫn đợi chờ lời giải đáp nhất quán. Có lẽ “tai họa chân không” là câu hỏi hóc búa số một của vật lý và vũ trụ học.
A5 - Tóm lược.
Có nhiều phương tiện khác nhau qua đó chúng ta thăm dò tự nhiên, cấu trúc hình hài của hoàn vũ cũng như những gì chứa đựng bên trong và sự biến hóa vô vàn của chúng. Thiên văn hiện đại không còn là lĩnh vực độc quyền của những nhà quan sát từ các mái vòm trên đỉnh non cao. Ngành khoa học này đang khai thác không chỉ các thang quang phổ của sóng điện từ, từ những vi sóng đến tia X và tia gamma, mà còn soi rọi các hạt cơ bản như neutrino đang liên tục lan truyền đến trái đất chúng ta từ những ngôi sao và những thiên hà xa xăm. Đó là toàn bộ những thông tin thu nhận được bằng tất cả các phương tiện kỹ thuật tân kỳ của các kính thiên văn hiện đại trong không gian cũng như trên mặt đất, giúp chúng ta trong 30 năm qua khám phá ra một vũ trụ đầy những bất ngờ. Những phương tiện vật lý giúp các nhà khoa học thám sát vũ trụ này, cái vũ trụ được sinh thành từ sau vụ nổ lớn, các khám phá mới trong các lĩnh vực vật lý hạt cơ bản, cũng như trong việc nghiên cứu các tia vũ trụ cực kỳ mạnh, sóng trọng trường, tìm hiểu bản chất của năng lượng tối, vật chất tối, công cuộc khó khăn truy lùng hạt Higgs (hạt cơ bản vô hướng mà vật lý lý thuyết tiên đoán phải tồn tại để mang khối lượng cho vạn vật) cho đến nay vẫn chưa hề thấy dấu vết, tìm kiếm những chiều kích còn bị che khuất của không gian, phản vật chất biến đâu rồi (vì ở thời điểm Big Bang, hạt và phản hạt phải đồng đều không hơn kém), hoặc những phát hiện mới do máy gia tốc hạt LHC (Large Hadron Collider) tại CERN (Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu) ở Geneva, hay do việc phóng hai trạm thăm dò không gian Planck và Herschel mà ESA (Cơ quan Nghiên cứu Không gian châu Âu) vừa thực hiện thành công năm nay.
Hơn bao giờ hết và càng ngày càng rõ nét là cách tiếp cận cách tân của hai thế giới liên thông mật thiết, vĩ mô của vũ trụ bao la diễn giải bởi thuyết tương đối rộng và vi mô của hạt cơ bản diễn giải bởi thuyết trường lượng tử. Như thế nào mà cái vô cùng nhỏ đã sinh ra cái vô cùng lớn, làm sao mà hoàn vũ bao la chứa đựng hàng trăm tỷ thiên hà lại loé bật ra từ một khoảng chân không cực nhỏ? Vệ tinh Planck và Herschel cùng với máy gia tốc LHC theo thứ tự là hai công cụ thực nghiệm hiện đại đồng khởi động năm nay (2009) trong công cuộc đo lường vô cùng chính xác để tìm hiểu, khám phá, giải thích những bí ẩn của hai thế giới vĩ mô và vi mô nói trên. Ngành khoa học liên kết và bổ sung lẫn nhau của hai thế giới đó mang tên thiên văn - vật lý hạt (astro - particle physics) mà có người ví von như con rắn cuốn tròn tự ngậm đuôi mình, thoảng nét càn khôn.
Bức xạ nền đo bởi WAMP