Trong cuốn sách khoa học viễn tưởng đoạt giải thưởng Ngân Hà – Tam thể, người đọc được phiêu dạt từ những thế kỷ trước cho tới tương lai của loài người. Trong phần hai của cuốn sách – Khu rừng đen tối, có đề cập đến một vấn đề: năng lượng không nhìn thấy được của vũ trụ, đây cũng chính là mối đe dọa mà ngay cả những kẻ xâm lược ngoài hành tinh với công nghệ hiện đại vượt bậc cũng phải dè chừng.
Trên thực tế, loài người chúng ta mới chỉ thực sự bứt phá trong vòng 2000 năm trở lại đây trong khi vũ trụ đã hàng tỷ năm tuổi. Con người phóng tầm mắt lên khoảng không giữa các vì sao và mong chờ điều bí ẩn giấu kín trong những khoảng tối.
Trong phần nội dung đề cập của nghịch lý Olbers của thế kỷ trước, con người đã phá vỡ hoàn toàn khái niệm về vũ trụ tuyệt đối. Chúng ta nhận định lại cách mà các thiên thể, hệ hành tinh và hàng trăm tỷ vì sao di chuyển trong khoảng không.
Con người biết đến sự giãn nở không thời gian nhanh hơn vận tốc ánh sáng của vũ trụ và lần đầu tiên đặt ra khái niệm và giả thuyết về năng lượng tối. Trong lý thuyết vật lý cơ học lượng tử hiện đại, các nhà nghiên cứu theo thuyết tương đối rộng của Einstein tin rằng ¾ vũ trụ được tạo nên từ những nguyên tử không thể nhìn thấy được.
Chúng kéo dãn mọi chiều của hiện thực từ không gian tới thời gian như giang tay kéo dãn một miếng bọt biển ra vô hạn. Năng lượng của vật chất tối là năng lượng bí ẩn nhất giới khoa học và vũ trụ.
Các nhà thiên văn học vẫn thường xuyên duy trì quá trình quan sát những ngọn hải đăng trên bầu trời sao. Đó là những ngôi sao cực sáng nằm trong tầm quan sát của Trái Đất. Việc chúng càng lúc càng giảm dần độ sáng cho thấy một tốc giãn nở kinh người đang diễn ra quá nhanh trên một phạm vi rộng khắp toàn bộ vũ trụ.
Đây là một thông tin không mấy có lợi cho nền văn minh đang tồn tại trên Trái Đất, kết quả về cuộc dịch chuyển quy mô lớn này thậm chí đã được cảnh báo từ năm 1998.
Chúng ta biết chắc chắn rằng vào vụ nổ cách đây 13,8 tỷ năm trước, vận tốc bùng nổ vật chất chắc chắn còn cao hơn bây giờ rất nhiều. Vào lúc vụ nổ khai sinh xảy ra, vũ trụ đã đột ngột thay đổi kích thước ba chiều của nó. Trong một tích tắc, toàn bộ vật chất trong điểm kỳ dị ban đầu đã bùng nổ và nhân lên theo cấp số mũ khổng lồ.
Sau khi qua trình tổng hợp các hạt cơ bản được diễn ra tạo nên nguyên tử vào 379.000 năm tính từ lúc Big Bang xảy ra, các ngôi sao bắt đầu hình thành. Ngày nay, tốc độ giãn nở đương nhiên đã giảm bớt một phần do lực hấp dẫn của các hành tinh và các ngôi sao tác động lên nhau. Tuy vậy, không có gì ngăn được nguồn năng lượng tối tiếp tục đẩy vật chất sáng đi ra xa nhau.
Một nhà vũ trụ học thuộc Viện Vật lý Thiên văn Paris – ông Jean-Philippe Uzan đã đưa ra lời giải thích cho những nhận định về năng lượng tối của mình bằng cách tổng hợp bảng quan trắc thiên văn về độ sáng theo thời gian của một vài ngôi sao rực rỡ.
Đa số những thiên thể này đều là những vật sáng cực lớn trên bầu trời, một số trong chúng là những hành tinh đang trong giai đoạn bùng nổ cuối cuộc đời. Những vì sao chuẩn bị bùng nổ thành hiện tượng siêu tân tinh này có một độ sáng đặc biệt, gấp khoảng 100.000 ngôi sao khác cộng lại, biến chúng trở thành những ngọn đèn pha dẫn đường trên bầu trời.
Nhờ đặc tính vật lý này, các nhà khoa học đã lưu giữ chúng thành một bảng danh sách và sử dụng để đo khoảng cách từ Trái Đất đến những ngôi sao chết. Cường độ ánh sáng vào thời kỳ sao này luôn luôn ổn định và lan truyền tới hành tinh xanh một cách tương đối. Càng ở gần Trái Đất, chúng càng dễ nhận biết do độ sáng lớn trên bầu trời.
Tuy nhiên, những đo đạc cho thấy, độ sáng của những ngọn hải đăng này đang dần yếu đi một cách đáng ngại. Điều đó có nghĩa là chúng ta đang ngày càng dịch chuyển ra xa chúng hơn bởi sự giãn nở không gian của vũ trụ. Ông Jean-Philippe nhận định, khoảng cách từ Trái Đất và các ngôi sao cực sáng đang ngày càng gia tăng với tốc độ chóng mặt.
Sự dịch chuyển của nguồn lực bóng tối trong vũ trụ cũng là lý do quan trọng khiến giới khoa học không thể lập bản đồ sao một cách chính xác mà chỉ có thể định vị đơn giản phương hướng của các ngôi sao. Đương nhiên, với khoa học kỹ thuật đương đại hiện nay, chúng ta đã có thêm nhiều phương pháp để theo dấu các hành tinh xa xôi cách xa Thái dương hệ hoặc thuộc hẳn vào một thiên hà khác.
Sự tồn tại của vận tốc giãn nở vũ trụ nhanh hơn cả vận tốc ánh sáng là bằng chứng đầu tiên cho thấy sự tồn tại của năng lượng tối trong không gian. Không có lời giải thích hợp lý nào được đưa ra để lý giải về hiện tượng này trước khi lý thuyết tương đối được đưa ra. Sau này các nhà khoa học buộc phải đưa ra một khái niệm mới cho nó: Năng lượng vật chất tối.
Khái niệm này nhằm giải quyết vấn đề các thiên hà bị tách xa nhau và chúng được quy định là lực đẩy, đối lập với lực hút của lực hấp dẫn giữa các ngôi sao và lực hút của vật chất tối đơn thuần. Tuy nhiên, không ai lý giải được các phân tử của năng lượng tối trông như thế nào.
Thành phần của chúng vẫn chưa được các nhà khoa học chứng minh, nhưng khởi nguồn ban đầu có thể là những hạt sơ cấp mới đề cập đến, như là WIMP, axion, và neutrino thường và nặng; các thiên thể như là sao lùn trắng và hành tinh (được gọi chung là MACHO) và đám khí không phát ra ánh sáng.
Trên thực tế, năng lượng tối không thể dùng công nghệ hiện tại để nhận biết, bởi lẽ chúng không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc.
Bên cạnh việc đưa ra các giả thuyết dựa trên lực tác động thẳng hướng lên các hành tinh, các nhà khoa học cũng khẳng định sự tồn tại của năng lượng vũ trụ tối dựa trên các proton. Khám phá này mới được công bố vào tháng 10 năm 2003. Trong không gian, proton là hạt mang năng lượng được hình thành ngay trong giây đầu tiên sau khi vụ nổ Big Bang xảy ra. Chúng có bản chất là các hạt mang ánh sáng.
Khi lý thuyết về vật chất năng lượng tối được nêu ra cách đây nửa thế kỷ, các nhà khoa học Mỹ đã chú ý tới đường đi của các hạt proton hành trình dài. Chúng là những “người đưa tin”, thực hiện cuộc hành trình dài hàng trăm triệu năm trước khi đến được với Trái Đất.
Về lý thuyết căn bản, những vật chất vi mô này sẽ không được tiếp nhận thêm bất kỳ năng lượng nào khi đi xuyên qua các đám mây khí băng giá của Thái Dương hệ. Năng lượng tự thân của nó không bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường bên ngoài, nhưng đó chỉ là lý thuyết.
Quan sát thực nghiệm cho thấy, trên quãng đường di chuyển, các hạt proton đã nhận thêm một loại năng lượng nào đó. Dù chỉ là một chút ít. Đây chính là điều bất bình thường chỉ có thể giải thích bằng tác động của năng lượng tối.
Năng lượng tối có thể là tác nhân chính giúp các proton thoát khỏi trường hấp dẫn khổng lồ từ các ngôi sao tác động nên một cấu trúc vật chất vi mô như nó. Điều này giúp nhưng “người đưa tin” có thể tới được quỹ đạo của hành tinh sự sống màu xanh.
Hiện nay, có rất nhiều bằng chứng khác cũng chỉ ra sự tồn tại của năng lượng tối. Đơn cử như quan sát nền vi sóng vũ trụ (CMB). Có một thời gian, lý thuyết phản vật chất được đưa ra đồng thời với năng lượng tối. Trong đó, những loại cấu tạo vật chất có thể thể quan sát được thì con người gọi là vật chất, ngược lại với vật chất là phản vật chất, tồn tại chính trong các hố đen.
Điểm khác biệt cơ bản giữa vật chất và phản vật chất là khả năng bị ion hóa và sinh ra tương tác mạnh với bức xạ thông qua sự tán xạ Thomson. Cấu trúc đặc biệt giúp vật chất tối không bức xạ nhưng lại khiến nó ảnh hưởng đến CMB bởi thế năng hấp dẫn. Chính vì cấu trúc khác nhau nen khi phát triển, cả hai loại vật chất đều để lại dấu vết trên CMB.
Đến nay, con người vẫn không thể hiểu hết được về vũ trụ cũng như những nguồn năng lượng tối của chúng. Khoảng không gian rộng lớn bao la mà con người quan sát được hóa ra chỉ chiếm ¼ vũ trụ. Những điều chúng ta vẫn chưa biết rộng như số lượng các vì sao. Câu trả lời về năng lượng tối vẫn còn phải chờ tương lai tiến đến giải đáp.