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.
[1] Theo lý thuyết này, Vụ Nổ Lớn xảy ra cách hiện nay xấp xỉ
13,798 ± 0,037 tỷ năm trước,
[2][3][4][5][6] và được các nhà vũ trụ học coi là
tuổi của vũ trụ.
[7][8][9][10] 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 năng lượng bức xạ (
photon)
chuyển đổi 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
hiđrô, 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.Thuyết Vụ Nổ Lớn là một
lý thuyết khoa học đã được kiểm chứng và được cộng đồng khoa học chấp nhận rộng rãi. Nó đưa ra cách giải thích hoàn thiện về nhiều loại hiện tượng quan sát thấy trong vũ trụ, bao gồm sự có mặt của những nguyên tố nhẹ,
bức xạ nền vi sóng vũ trụ,
cấu trúc vĩ mô của vũ trụ, và
định luật Hubble đối với
siêu tân tinh loại Ia.
[11] Những ý tưởng chính trong Vụ Nổ Lớn—sự giãn nở của vũ trụ, trạng thái cực nóng lúc sơ khai, sự hình thành của heli, và sự hình thành các thiên hà— được suy luận ra từ những quan sát này và những quan sát khác độc lập với mọi mô hình vũ trụ học. Các nhà vật lý biết rằng khoảng cách giữa các đám thiên hà đang tăng lên, và họ lập luận rằng mọi thứ đã phải ở gần nhau hơn khi trở về quá khứ. Ý tưởng này đã được xem xét một cách chi tiết khi quay ngược trở lại thời gian đến thời điểm vật chất có
mật độ và
nhiệt độ cực cao,
[12][13][14] và những
máy gia tốc hạt lớn đã được xây dựng nhằm thực hiện các thí nghiệm gần giống với thời điểm sơ khai, mang lại kết quả thúc đẩy phát triển cho mô hình. Mặt khác, những máy gia tốc chỉ có mức năng lượng bắn phá hạt giới hạn để có thể nghiên cứu miền năng lượng cao của các hạt cơ bản. Có rất ít manh mối về thời điểm sớm nhất sau sự giãn nở. Do đó, lý thuyết Vụ Nổ Lớn không thể và không cung cấp bất kỳ cách giải thích hay miêu tả nào về điểm khởi nguyên này; thay vào đó nó miêu tả và giải thích sự tiến hóa chung của vũ trụ sau thời điểm lạm phát.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.
[15]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,
[16] 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.