BÀI tập lớn môn vật lý 2 đề tài vụ nổ lớn BIG BANG

Một thời gian dài, lý thuyết này bị coi là một lý thuyết siêu hình nhưng các thành tựu gần đây của vật lý hạt cơ bản và kết quả quan sát những cấu trúc thiên văn lớn nhất đã cung cấp một

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Thành phố Hồ Chí Minh - 2021

Mục lục

1

Lời nói đầu 2

I Khái quát về vụ nổ lớn (Big Bang): 1 Tiến trình vụ nổ: 4

2 Các tiên đề cơ sở: 8

3 Metric FLRW: 9

4 Chân trời vũ trụ: 10

11

II Lịch sử phát triển của vũ trụ: 14

III Bằng chứng thực nghiệm: 1 Định luật Bubble và sự giãn nở không gian: 14

2 Bức xạ phông vi sóng vũ trụ: 15

3 Sự hình thành các nguyên tố cơ bản: 17

4 Các đám mây nguyên thủy: 18

5 Sự phân bố và tiến hóa của các thiên hà: 19

6 Những loại chứng cứ khác: 20

20

IV Liên hệ những vấn đề trong vật lí: 1 Bất đối xứng Baryon: 20

2 Năng lượng tối: 21

3 Vật chất tối: 22

23

V Những quan niệm sai về thuyết Vụ Nổ Lớn: 23

VI Tương lai của thuyết vụ nổ lớn: 24

VII Vật Lý vượt phạm vi thuyết vụ nổ lớn: 25

VIII Kết luận: 26

Tài liệu tham khảo:

Lời nói đầu

Sau khi học qua bộ môn vật lý đại cương A1 và tiếp đến là bộ môn vật lý đại cương A2 Hiểu được tầm quan trọng của môn học và những ứng dụng thực tế của nó trong cuộc sống Nhóm chúng em nhận thấy đề tài vụ nổ lớn (Big Bang) rất hay và thú

vị Nó thôi thúc nhóm chúng em tìm hiểu vì sao lại xảy ra sự nổ như vậy của các nguyên tử, phân tử, Vụ nổ lớn (Big Bang) mang đến cho chúng em nhiều lí do để tìm hiểu vì nó liên quan đến thực trạng trong lương lai hiện đại hóa

Hình ảnh minh họa

I Khái quát về vụ nổ lớn (Big Bang):

Big Bang là vụ nổ đầu tiên để từ đó đồng thời sinh ra không gian, năng lượng

và vật chất để tạo ra vụ trụ như hiện nay Một thời gian dài, lý thuyết này bị coi là một lý thuyết siêu hình nhưng các thành tựu gần đây của vật lý hạt cơ bản và kết quả quan sát những cấu trúc thiên văn lớn nhất đã cung cấp một kịch bản phù hợp với cấu trúc và sự phức tạp hoá dần dần của vật chất trong lòng vũ trụ nên ngày càng được thừa nhận rộng rãi

Lý thuyết Vụ Nổ Lớn, thường gọi theo tiếng anh là Big Bang, là mô hình vũ trụ học nổi bật miêu tả giai đoạn sơ khai của sự hình thành Vũ trụ Theo lý thuyết này, Vụ Nổ Lớn xảy ra cách hiện nay khoảng 13,8 tỷ năm trước, và do đó được xem

là tuổi của vũ trụ Sau giai đoạn này, vũ trụ ở vào trạng thái cực nóng và đặc và bắt đầu giãn nở nhanh chóng Sau giai đoạn lạm phát, vũ trụ đủ "lạnh" để hình thành nhiều hạt hạ nguyên tử, bao gồm proton, neutron, và electron Tuy những hạt nhân nguyên tử đơn giản có thể hình thành nhanh chóng sau Big Bang, phải mất hàng nghìn năm sau các nguyên tử trung hòa điện mới xuất hiện Nguyên tố đầu tiên sinh

ra là hiđro, cùng với lượng nhỏ heli và liti Những đám mây khổng lồ chứa các nguyên tố nguyên thủy sau đó hội tụ lại bởi hấp dẫn để hình thành nên các ngôi sao

và các thiên hà rồi siêu đám thiên hà, và nguyên tố nặng hơn hoặc được tổng hợp trong lòng ngôi sao hoặc sinh ra từ các vụ nổ siêu tân tinh

Nhà vũ trụ học và linh mục Georges Lemaître là người đầu tiên đề xuất cái mà sau này trở thành lý thuyết Vụ Nổ Lớn trong nghiên cứu của ông về "giả thuyết về nguyên tử nguyên thủy” Trong nhiều năm, các nhà vật lý dựa trên ý tưởng ban đầu của ông nhằm xây dựng lên các lý thuyết khác nhau và dần dần được tổng hợp lại thành lý thuyết hiện đại Khuôn khổ cho lý thuyết Vụ Nổ Lớn dựa trên thuyết tương đối rộng của nhà vật lý Albert Einstein và trên giả thiết đơn giản về tính đồng nhất và đẳng hướng của không gian Dựa vào phương trình trường Einstein, nhà vũ trụ học Alexander Friedmann đã tìm ra được các phương trình chi phối sự tiến hóa của vũ trụ

Năm 1929, nhà thiên văn Edwin Hubble phát hiện ra khoảng cách giữa các thiên hà tỷ lệ với giá trị dịch chuyển đỏ của chúng một khám phá mà trước đó Lemaître đã nêu ra từ 1927 Quan sát của Hubble cho thấy mọi thiên hà ở rất xa cũng như các siêu đám thiên hà đang lùi ra xa khỏi Ngân Hà: nếu chúng càng ở xa, vận tốc

lùi xa của chúng càng lớn

Từng có thời gian cộng đồng các nhà khoa học chia làm hai nhóm giữa một bên ủng hộ thuyết Vụ Nổ Lớn và một bên ủng hộ thuyết Trạng thái dừng, nhưng ngày nay hầu hết các nhà khoa học bị thuyết phục bởi kịch bản của lý thuyết Vụ Nổ Lớn phù hợp nhất với các quan sát đo lường sau khi bức xạ nền vi sóng vũ trụ phát hiện ra vào năm 1964, và đặc biệt khi phổ của nó (lượng bức xạ đo được ứng với mỗi bước sóng) được phát hiện phù hợp với bức xạ vật đen

Từ đó, các nhà thiên văn vật lý đã kết hợp những dữ liệu lớn trong quan sát và đưa thêm những tính toán lý thuyết vào mô hình Vụ Nổ Lớn, và mô hình tham số của

nó hay mô hình Lambda - CDM trở thành khuôn khổ lý thuyết cho những nghiên cứu hiện đại về vũ trụ học

Georges Henri Joseph Édouard Lemaître

(1894 - 1966)

Edwin Powell Hubble (1889 - 1953)

1 Tiến trình vụ nổ:

Theo thuyết tương đối trước khi vũ trụ được hình thành mọi vật chất chỉ tồn tại một điểm có trạng thái mật độ và nhiệt độ có giá trị vô hạn ở thời gian hữu hạn trong quá khứ Điểm kì dị không-thời gian này chính là dấu hiệu vượt ngoài phạm vi tiên đoán của thuyết tương đối tổng quát Chúng ta có thể ngoại suy nhằm nghiên cứu điểm

kỳ dị nhưng không thể gần đến lúc kết thúc kỷ nguyên Planck chỉ khoảng thời gian sớm nhất của lịch sử vũ trụ từ lúc 0 cho đến 10-43

giây (bằng một thời gian Planck, tức khắc ngay sau Vụ Nổ Lớn) Điểm kì dị trước kỷ nguyên Planck gọi là "Vụ Nổ Lớn", nhưng thuật ngữ cũng có thể nhắc đến thời điểm sớm hơn một chút, khi vũ trụ là điểm cực nóng và đậm đặc, và có thể xem là "khởi sinh" của Vũ trụ

Hình minh họa điểm kỳ dị

Dựa trên quan trắc siêu tân tinh loại Ia về sự giãn nở không thời gian, đo lường

về những thăng giáng nhỏ trong bức xạ nền vi sóng và đo về hàm tương quan của các thiên hà, các nhà vật lý tính được vũ trụ có tuổi 13,772 ± 0,059 tỷ năm Sự phù hợp về

độ tuổi tính theo ba phương pháp đo lường độc lập này ủng hộ một cách thuyết phục

mô hình ΛCDM mô tả chi tiết về thành phần vật chất trong vũ trụ Tháng 3 năm 2013

dữ liệu mới thu được từ tàu Planck cho kết quả tuổi vũ trụ 13,798 ± 0,037 tỷ năm

Có rất nhiều tính toán và mô hình về pha sớm nhất của Vụ Nổ Lớn Trong những mô hình phổ biến nhất vũ trụ ban đầu được choán đầy bởi vật chất, năng lượng phân bố đồng nhất và đẳng hướng với mật độ năng lượng cực lớn cũng như áp suất và nhiệt độ rất cao, sau đó điểm kì dị này nhanh chóng giãn nở và lạnh đi Sự giãn nở là ở bản chất của không gian giãn nở, chứ không phải là vật chất và năng lượng "nở ra" vào một không gian cố định trước đó Khoảng xấp xỉ thời điểm 10−36 giây trong giai đoạn giãn nở, một sự chuyển pha là nguyên nhân gây ra sự giãn nở lạm phát của vũ trụ, khi thể tích của vũ trụ mở rộng tăng theo hàm mũ diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn đến thời điểm giữa 10−33 và 10−32 giây Sự giãn nở này, do Alan Guth đề xuất, nguyên nhân là do có một "hằng số vũ trụ học" giá trị lớn và dương làm giãn nở không gian, nhưng sau giai đoạn lạm phát hằng số này lại biến mất Sau giai đoạn lạm phát, kích thước vũ trụ đã tăng lên gấp 1030

so với kích thước ban đầu Khi giai đoạn lạm phát kết thúc, vũ trụ lúc này chứa pha vật chất plasma quark - gluon, cũng như các hạt cơ bản khác

Lý thuyết lạm phát không

những giải thích sự đồng nhất và đẳng

hướng của không gian mà còn ở những

thăng giáng nhỏ trong nhiệt độ của

CMB Nhiệt độ lúc này vẫn rất cao do

vậy chuyển động ngẫu nhiên của các

hạt là chuyển động với vận tốc tương

đối tính, và sự sinh các cặp hạt - phản

hạt liên tục tạo ra và hủy các cặp hạt

này trong các va chạm Ở một thời điểm chưa được biết chính xác, các nhà vật lý đề xuất tồn tại một pha gọi là "nguồn gốc phát sinh baryon" (baryongenesis) trong đó các phản ứng giữa vật chất và phản chất có sự vi phạm định luật bảo toàn số baryon, dẫn đến sự hình thành một lượng dư thừa rất nhỏ các hạt quark và lepton so với lượng phản quark và phản lepton với tỷ lệ khoảng một hạt vật chất dư ra trên 30 triệu phản ứng Kết quả này dẫn đến sự vượt trội về vật chất so với phản vật chất trong vũ trụ ngày nay

Vũ trụ tiếp tục giảm nhiệt độ và mật độ, hay động năng của các hạt tiếp tục giảm (những sự giảm này là do không thời gian tiếp tục giãn nở) Hiện tượng phá vỡ đối xứng ở giai đoạn chuyển pha đưa đến hình thành riêng rẽ các tương tác cơ bản của vật

lý và những tham số của các hạt sơ cấp mà chúng có như ngày nay Sau khoảng 10−11giây, chỉ còn ít tính chất của tiến trình vụ nổ mang tính ước đoán, do năng lượng của các hạt giảm xuống giá trị mà các nhà vật lý hạt có thể đánh giá và đo được trong các thí nghiệm trên máy gia tốc Đến 10−6 giây, hạt quark và gluon kết hợp lại thành baryon như proton và neutron Một lượng dư thừa quark so với phản quark dẫn đến hình thành lượng baryon vượt trội so với phản baryon Nhiệt độ lúc này không đủ cao

để phản ứng sinh cặp proton - phản proton xảy ra (và tương tự cho sinh cặp neutron - phản neutron), do vậy sự hủy khối lượng ngay lập tức xảy ra để lại đúng 1 hạt trong

1010 hạt proton và neutron, và không hạt nào có phản hạt của chúng Một quá trình tương tự diễn ra khoảng 1 giây cho cặp hạt electron và positron Sau quá trình hủy cặp hạt-phản hạt, vũ trụ chỉ còn lại các proton, neutron và electron và những hạt này không còn chuyển động với vận tốc tương đối tính nữa và mật độ năng lượng của Vũ trụ chứa chủ yếu photon (với một lượng nhỏ là đóng góp của neutrino)

Một vài phút sau sự giãn nở, khi nhiệt độ lúc này giảm xuống 1 tỷ (109; SI) kelvin và mật độ tương đương với mật độ không khí, lúc này hạt neutron kết hợp với proton để hình thành lên hạt nhân deuteri và heli trong quá trình gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân Vụ Nổ Lớn Hầu hết những proton không tham gia phản ứng kết hợp trở thành proton tự do và chính là hạt nhân của nguyên tử hiđrô Vũ trụ tiếp tục lạnh đi, mật độ năng lượng và khối lượng nghỉ của vật chất trở nên lấn át về lực hấp dẫn so với bức xạ photon Sau khoảng 379.000 năm, nhiệt độ vũ trụ lúc này khoảng 3.000 K electron và hạt nhân bắt đầu kết hợp lại với nhau tạo nên nguyên tử (chủ yếu là hiđrô);

và bức xạ photon không tương tác với electron tự do, nó không còn bị cản trở bởi plasma và lan truyền tự do trong không gian Bức xạ tàn dư này chính là bức xạ phông

vi sóng vũ trụ

Trong thời gian dài, những vùng có mật độ vật chất tập trung hơi lớn hơn so với

sự phân bố đồng đều của vật chất sẽ dần dần tạo ảnh hưởng lực hút hấp dẫn lên vật chất bên cạnh, và kết quả hình thành những vùng có mật độ tập trung vật chất lớn, hình thành lên các đám mây khí, sao, thiên hà, và những cấu trúc lớn khác trong vũ trụ quan sát được ngày nay Chi tiết về quá trình này phụ thuộc vào lượng và kiểu vật chất trong vũ trụ Có bốn loại vật chất mà các nhà vật lý đưa ra là vật chất tối lạnh, vật chất tối ấm, vật chất tối nóng, và vật chất baryon

Những số liệu quan sát độc lập từ các vụ nổ siêu tân tinh loại Ia và CMB cho thấy ngày nay Vũ trụ bị thống trị bởi dạng năng lượng bí ẩn gọi là năng lượng tối, và dường như chúng thấm vào mọi vùng không thời gian và như một dạng áp suất âm, đẩy mọi thứ ra xa Quan sát mới nhất cho kết quả năng lượng tối chiếm 68,3% tổng mật độ năng lượng trong vũ trụ quan sát được ngày nay Khi vũ trụ còn sơ khai, có thể

nó đã chứa năng lượng tối, nhưng do thể tích không gian nhỏ hơn và mọi thứ vẫn đang

ở gần nhau, lúc này lực hấp dẫn mạnh hơn và hút vật chất về nhau, và dần dần làm chậm lại sự giãn nở của không thời gian Nhưng sau hàng tỷ năm giãn nở, năng lượng tối lại vượt trội lực hấp dẫn và như miêu tả bởi định luật Hubble nó đang làm sự giãn

nở của không thời gian tăng tốc Trong mô hình vũ trụ học Lambda - CDM, năng lượng tối thể hiện ở dạng đơn giản nhất thông qua hằng số vũ trụ học Λ xuất hiện trong phương trình trường Einstein của thuyết tương đối rộng, nhưng bản chất và cơ chế hoạt động của hằng số này vẫn còn là câu hỏi lớn, và nói chung, chi tiết của phương trình trạng thái vũ trụ học và mối liên hệ với Mô hình chuẩn của vật lý hạt vẫn còn đang được khảo sát trên lĩnh vực quan sát thực nghiệm và lý thuyết

Tất cả quá trình tiến hóa của vũ trụ sau kỷ nguyên lạm phát được mô hình hóa

và miêu tả bằng toán học khá phức tạp trong mô hình ΛCDM của vũ trụ học, dựa trên hai khuôn khổ lý thuyết đó là cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát của Albert Einstein Như chú ý ở trên, chưa có mô hình lý thuyết nào miêu tả được đặc điểm vũ trụ trước đó 10−15 giây khi hình thành Các nhà vật lý cần lý thuyết hấp dẫn lượng tử thống nhất hai khuôn khổ lý thuyết hiện đại để có thể vượt qua trở ngại này Hiểu được giai đoạn sớm nhất trong lịch sử vũ trụ hiện tại là một trong những vấn đề lớn nhất chưa giải quyết được của vật lý học

Tóm tắt tiến trình hình thành vũ trụ

2 Các tiên đề cơ sở:

Lý thuyết Vụ Nổ Lớn có hai tiên đề cơ sở: tính phổ quát của các định luật vật lý

và nguyên lý vũ trụ học Nguyên lý vũ trụ học phát biểu rằng trên cấp vĩ mô Vũ trụ là đồng nhất và đẳng hướng

Những ý tưởng này ban đầu chỉ là giả thuyết, nhưng ngày nay các nhà vật lý đang có nỗ lực nhằm kiểm nghiệm hai tiên đề này Ví dụ, họ kiểm tra giả thuyết về tính phổ quát của vũ trụ bằng cách nghiên cứu xem hằng số cấu trúc tinh tế có thay đổi theo tuổi của vũ trụ với độ chính xác 10−5 hoặc tỉ số khối lượng proton trên electron có thay đổi ở những nơi khác trong vũ trụ hay không Hơn nữa, thuyết tương đối tổng quát đã trải qua những thí nghiệm kiểm tra rất chặt chẽ trong phạm vi Hệ Mặt Trời cũng như ở các sao xung hay lỗ đen

Vũ trụ nhìn gần như đồng nhất và đẳng hướng

3 Metric FLRW:

Thuyết tương đối rộng miêu tả không thời gian bằng tenxơ mêtric, cho phép xác định khoảng cách, thời gian giữa hai điểm trong không thời gian Những điểm này, tương ứng là các ngôi sao, thiên hà hoặc những thiên thể khác, được gắn bởi một tọa

độ trong hệ tọa độ không thời gian Nguyên lý vũ trụ học cho kết quả là mêtric sẽ đồng nhất và đẳng hướng trên thang vĩ mô, và mêtric này được miêu tả duy nhất bằng mêtric Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker (mêtric FLRW) Trong mêtric chứa một hệ số tỷ lệ (scale factor) a(t) miêu tả sự biến đổi kích thước không gian theo thời gian Sự biến đổi này cho phép các nhà vật lý lựa chọn một hệ tọa độ phù hợp gọi

là tọa độ đồng chuyển động Trong hệ tọa độ này, các trục tọa độ không gian giãn nở cùng với Vũ trụ, mà mọi thiên thể như đang chuyển động do sự giãn nở của không gian nhưng vẫn có giá trị cố định theo các trục tọa độ Như vậy không gian vũ trụ có tính động lực, nó giãn nở hay co lại (chứ không phải các thiên hà đang lùi ra xa trong một không gian bất biến) Trong khi khoảng cách biểu diễn trong hệ tọa độ đồng chuyển động là không đổi giữa hai thiên hà, thì khoảng cách vật lý thực tế giữa chúng lại giãn nở tăng lên tỷ lệ với hệ số a(t) trong Vũ trụ

Vụ Nổ Lớn không phải là hiện tượng nổ vật chất bắn ra xa và lấp đầy không gian trống rỗng có từ trước Thay vì vậy, không gian tự nó giãn nở ở khắp nơi theo thời gian và khoảng cách vật lý thực tăng lên giữa hai điểm đồng chuyển động Bởi vì mêtric FLRW dựa trên sự phân bố đồng đều của vật chất và năng lượng, nó chỉ áp dụng cho Vũ trụ trên khoảng cách vĩ mô (trên 100 Mpc) sự tập trung cục bộ của vật chất như hệ hành tinh, thiên hà thậm chí nhóm thiên hà liên kết bởi trường hấp dẫn không bị ảnh hưởng bởi sự giãn nở trên khoảng cách lớn của không gian Các thiên hà gần tiến về nhau hoặc lùi ra xa chủ yếu là do tương tác hấp dẫn giữa chúng, và hầu như không bị ảnh hưởng bởi hằng số vũ trụ học

4 Chân trời vũ trụ:

Chân trời vũ trụ học là ranh giới tới hạn trong vũ trụ mà sau nó, về nguyên tắc thì không có bất cứ một thiên thể nào có thể quan sát được, do vận tốc có giới hạn của ánh sáng và sự giãn nở vũ trụ từ điểm kỳ dị ban đầu

Chân trời vũ trụ nằm ở khoảng cách, mà từ đó ánh sáng cần một khoảng thời gian để đến được người quan sát đúng bằng tuổi của vũ trụ, ứng với thời gian từ lúc vũ trụ bắt đầu giãn nở Khi đó chuyển dịch đỏ z của vật thể có giá trị vô cùng lớn

Một đặc điểm quan trọng của không thời gian Vụ Nổ Lớn đó là sự có mặt của chân trời Do Vũ trụ chỉ có tuổi hữu hạn, và ánh sáng có tốc độ hữu hạn, có những sự kiện trong quá khứ mà ánh sáng không đủ thời gian để đến được chúng ta Điều này đặt ra giới hạn hoặc có một chân trời quá khứ về những thiên thể ở xa nhất mà có thể quan sát được Ngược lại, bởi vì không gian đang giãn nở, các vật thể càng ở xa thì lùi càng xa hơn, và ánh sáng phát ra từ hành tinh chúng ta có thể không bao giờ "đến được" những vật thể ở rất xa này

Đây là định nghĩa cho chân trời tương lai, nó đặt ra giới hạn cho những sự kiện trong tương lai mà chúng ta có thể ảnh hưởng đến được Ảnh hưởng cụ thể của từng loại chân trời phụ thuộc chi tiết vào mêtric FLRW miêu tả Vũ trụ của chúng ta Sự hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ quay ngược lại thời gian sơ khai gợi ra có một chân trời quá khứ, mặc dù trong thiên văn khả năng quan sát của chúng ta còn bị giới hạn bởi độ mờ đục do vật chất quá đậm đặc lúc Vũ trụ còn trẻ

Vì vậy chúng ta không thể nhìn xa hơn về quá khứ, cũng như chân trời này lùi

ra xa trong không gian Nếu sự giãn nở của không gian Vũ trụ tiếp tục gia tốc, sẽ có một chân trời tương lai

II Lịch sử phát triển của vũ trụ:

Mô hình Vụ Nổ Lớn phát triển từ những quan sát về cấu trúc của Vũ trụ và từ phương diện lý thuyết Năm 1912 Vesto Slipher đo dịch chuyển Doppler của "tinh vân xoắn ốc" (lúc này ít ai biết tinh vân xoắn ốc là các thiên hà), và ông sớm phát hiện ra

đa số các tinh vân này đang lùi ra xa Trái Đất Nhưng ông không nhận ra ý nghĩa vũ trụ của phát hiện này, bởi vì trong thời gian này có tranh cãi lớn xung quanh những tinh vân này có hay không là những "hòn đảo vũ trụ" bên ngoài Ngân Hà Cuối năm

1915, Albert Einsein hoàn thiện thuyết tương đối rộng, và năm 1917 ông áp dụng lý thuyết của mình cho toàn thể vũ trụ Tuy nhiên các phương trình của ông tiên đoán vũ trụ có thể co lại bởi trường hấp dẫn hút vật chất về nhau Để cho vũ trụ tĩnh tại như mọi người đương thời cũng như ông từng nghĩ, ông đã đưa thêm hằng số vũ trụ học có

ý nghĩa như một lực đẩy nhằm cân bằng với lực hấp dẫn vào các phương trình của mình Năm 1922, Alexander Friedmann, nhà toán học và vũ trụ học người Nga đã suy luận ra phương trình Friedmann từ phương trình trường Einstein, và phát hiện ra vũ trụ đang giãn nở mà không cần một hằng số vũ trụ học như Einstein đã nêu ra Năm 1924 những đo lường của nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble đối với khoảng cách đến những tinh vân mà ông có thể quan sát ở thời đó chỉ ra rằng, quả thực những tinh vân xoắn ốc này là các thiên hà Cũng trong năm 1924 Carl Wilhelm Wirtz, và năm

1925 Knut Lundmark, hai người đã nhận ra các tinh vân ở xa hơn thì lùi ra xa nhanh hơn so với các tinh vân ở gần Georges Lemaître và Einstein sau khi thuyết trình về nguồn gốc vũ trụ, đây là một lý thuyết khoa học về cách vũ trụ bắt đầu, mà đã tiếp tục tạo ra các ngôi sao và các thiên hà ngày nay Lemaitre qua đời vào ngày 20 tháng 6 năm 1966, ngay sau khi biết được phát hiện bức xạ nền vi sóng vũ trụ

Điều này cung cấp thêm bằng chứng cho lý thuyết của ông về sự ra đời của vũ trụ Công việc của Lemaitre đã được công nhận rộng rãi trên toàn thế giới, và có ảnh hưởng to lớn cho đến ngày nay Năm 1931, Lemaître đề xuất về manh mối cho sự giãn

nở của Vũ trụ, nếu chúng ta đi ngược lại thời gian, vào thời điểm càng xa trong quá khứ thì vũ trụ càng nhỏ hơn, cho đến một thời điểm hữu hạn ở quá khứ, mọi khối lượng và năng lượng của Vũ trụ tập trung lại tại một điểm, gọi là "nguyên tử nguyên thủy", nơi bắt đầu hình thành lên cấu trúc không thời gian

Bắt đầu từ năm 1924, Hubble nỗ lực phát triển phương pháp đo khoảng cách đến những thiên hà xa, dựa trên sự biến đổi độ sáng của các sao Cepheid - một ngọn nến chuẩn để đo khoảng cách đến các thiên hà cho các nhà thiên văn - bằng sử dụng kính thiên văn mới lắp đặt Hooker đường kính 2.500 mm tại đài quan sát núi Wilson Nhờ kính mới mà ông đã có thể ước tính được khoảng cách đến những thiên hà

có độ dịch chuyển đỏ đã được đo trước đó bởi Slipher Năm 1929 Hubble phát hiện ra tương quan giữa khoảng cách và vận tốc lùi xa của thiên hà mà ngày nay gọi là định luật Hubble Lemaître cũng đã từng đoán ra định luật này dựa trên nguyên lý vũ trụ học và phương trình Friedmann Sau tất cả những khám phá trên, Einstein đã từ bỏ hằng số vũ trụ học và gọi đây là sai lầm lớn nhất của ông Vì ông nhận ra là đã dựa trên niềm tin có từ lâu về vũ trụ tĩnh tại, mà thực tế mô hình này chưa hề được kiểm chứng do trước đây chỉ là niềm tin từ các nhà triết học cũng như cộng đồng khoa học Trong các thập niên 1920 và 1930 đa số các nhà vũ trụ học ủng hộ cho mô hình

"Trạng thái dừng", một Vũ trụ tĩnh tại và vĩnh hằng Một số người còn cho rằng khái niệm về sự khởi đầu của thời gian từ Vụ Nổ Lớn là mang vai trò của tôn giáo vào trong vật lý; những chống đối này sau này còn được những người ủng hộ thuyết Trạng thái dừng lặp lại Sự nhận thức của họ còn được củng cố bởi vì nhà sáng lập thuyết Big Bang, Monsignor Georges Lemaître, là một thầy tu Công giáo La Mã Arthur Eddington ủng hộ quan điểm của Aristotle khi cho rằng vũ trụ không có sự khởi đầu của thời gian, hay vật chất là tồn tại vĩnh hằng Sự khởi đầu thời gian là điều "không thể chấp nhận" đối với ông Tuy thế, Lemaître đã viết:

“Nếu thế giới bắt đầu từ một điểm lượng tử, những khái niệm không gian và thời gian sẽ không có bất cứ một ý nghĩa gì tại thời điểm khởi đầu; nó chỉ bắt đầu có một ý nghĩa nhận thức được khi lượng tử ban đầu đã phân chia thành đủ một số lượng

tử Nếu đề xuất này là đúng, sự khởi nguyên của thế giới có thể còn hơi sớm hơn sự khởi đầu của không gian và thời gian.”