Vũ trụ của chúng ta trông có vẻ một chiều. Một Vụ Nổ Lớn nóng bỏng, sự giãn nở, sự ra đời của các ngôi sao và thiên hà, sự xuất hiện của sự sống — và phía trước, nếu tin vào bức tranh quen thuộc, là một không gian ngày càng trống rỗng và lạnh lẽo. Nhưng nếu câu chuyện này không phải là duy nhất thì sao? Nếu tất cả đã từng diễn ra vô số lần và sẽ lại diễn ra, chính xác đến từng nguyên tử, từng ý nghĩ, từng ngôi sao thì sao?
Đó chính là khả năng mà các nhà vật lý Sean Carroll, Nadia Dyachenko và Saakshi Dulani xem xét trong bản tiền ấn phẩm arXiv:2605.30405, công bố ngày 28 tháng 2026 năm. Họ đề xuất một mô hình lượng tử của vũ trụ học vừa tuần hoàn nghiêm ngặt vừa giải quyết một trong những câu đố khó chịu nhất của vật lý hiện đại — vấn đề «bộ não Boltzmann».
Bản chất của vấn đề đã được biết từ lâu. Nếu không gian các trạng thái khả dĩ của vũ trụ là hữu hạn, và sự tiến hóa của nó tuân theo các định luật lượng tử, thì sớm hay muộn trạng thái sẽ quay trở lại gần như chính xác về điểm khởi đầu. Trong một bức tranh như vậy, vũ trụ dành phần lớn thời gian ở trạng thái cân bằng nhiệt — ở trạng thái entropy cực đại. Những sai lệch ngẫu nhiên xuống theo entropy là không thể tránh khỏi, nhưng những sai lệch nhỏ xảy ra thường xuyên hơn nhiều so với những sai lệch lớn. Và điều đó có nghĩa là «lắp ráp» một bộ não ngẫu nhiên với những ký ức sai lệch dễ dàng hơn nhiều so với cả một lịch sử entropy thấp như của chúng ta. Một quan sát viên với xác suất cao hóa ra lại chính là một sinh thể thăng giáng phù du như vậy, chứ không phải là sản phẩm của một quá trình tiến hóa lâu dài từ Vụ Nổ Lớn.
Carroll và các đồng nghiệp đã tìm ra một lối thoát tinh tế. Nếu năng lượng của các trạng thái khả dĩ của vũ trụ là thông ước — tức là chúng khác nhau bởi các bội số nguyên của cùng một năng lượng cơ bản — thì sự tiến hóa không chỉ trở thành quay trở lại mà còn tuần hoàn nghiêm ngặt. Mọi thứ lặp lại với cùng một chu kỳ, như một chiếc đồng hồ được chỉnh hoàn hảo. Quỹ đạo khép kín thành một vòng hữu hạn và đi qua nó hết lần này đến lần khác. Chu kỳ này có thể nằm trong một khoảng rộng nhưng hoàn toàn chấp nhận được: từ khoảng 10 tỷ năm đến một giá trị lớn khủng khiếp nhưng vẫn hữu hạn, tại đó «bộ não Boltzmann» vẫn chưa kịp chiếm ưu thế so với những quan sát viên thông thường.
Hơn nữa, nếu bắt đầu từ trạng thái entropy cực tiểu, hệ thống đi qua một «đợt bùng phát» entropy thấp đặc biệt sâu sắc và kéo dài — rõ rệt hơn nhiều so với những gì có thể suy ra từ thống kê thông thường của các thăng giáng ngẫu nhiên. Đợt bùng phát này có thể được đồng nhất với Vụ Nổ Lớn của chúng ta. Sau đó vũ trụ tiến hóa, đạt tới cân bằng, rồi vẫn nằm trong cùng chu kỳ ấy, co lại về Vụ Co Lớn, sau đó mọi thứ lại bắt đầu từ đầu.
Các tác giả định nghĩa chi tiết tương tự lượng tử của entropy Boltzmann. Không gian Hilbert được phân chia thành các không gian con — các trạng thái vĩ mô, và entropy toàn cục được tính như trung bình có trọng số của logarit các số chiều của chúng. Việc cực tiểu hóa đại lượng này tại thời điểm ban đầu bảo đảm rằng mọi nhánh sau phi kết hợp đều xuất phát từ trạng thái entropy thấp nhất. Kết quả là một quan sát viên điển hình xuất hiện chính trong quá trình tiến hóa có ý nghĩa nhiệt động sau «vụ nổ» entropy thấp, chứ không phải như một thăng giáng ngẫu nhiên.
Mô hình vẫn thuần túy lượng tử. Đối tượng cơ bản là trạng thái của vũ trụ trong một không gian hữu hạn chiều, tiến hóa theo phương trình Schrödinger. Không-thời gian, vật chất và các quan sát viên xuất hiện như những cấu trúc hiệu dụng. Phổ năng lượng trong trường hợp này gợi nhớ đến phổ của một dao động tử điều hòa khổng lồ với một điều kiện ban đầu rất đặc biệt. Bản thân lý thuyết vạn vật, theo lời các tác giả, «về bản chất là một dao động tử điều hòa lớn».
Trong phần dành cho diễn giải không-thời gian, các nhà nghiên cứu đề xuất một bức tranh khả dĩ. Cực tiểu entropy thấp tương ứng với một «cú nảy» — thời điểm nối Vụ Co Lớn và Vụ Nổ Lớn. Về hai phía của nó diễn ra các pha vũ trụ học thông thường của sự giãn nở và co lại, giống với vũ trụ ΛCDM của chúng ta. Phần lớn thời gian hệ thống ở trong pha cân bằng entropy cao, có thể hình dung như không gian de Sitter trống rỗng. Sự chuyển tiếp giữa các pha này không xảy ra đột ngột mà qua sự «kích thích» dần dần của chân không, và tất cả điều này nằm gọn trong một nhịp điệu lượng tử tuần hoàn duy nhất.
Ý tưởng này cộng hưởng với những suy nghĩ đã được nêu ra từ cuối thế kỷ XIX. Poincaré đã chứng minh rằng các hệ có không gian pha hữu hạn sớm hay muộn sẽ quay trở lại gần trạng thái ban đầu. Boltzmann đề xuất một vũ trụ vĩnh cửu với các thăng giáng. Eddington đã chỉ ra điểm yếu chí mạng của một bức tranh như vậy — sự chiếm ưu thế của những sai lệch cực tiểu. Công trình mới cho thấy cơ học lượng tử với một phổ được chọn đúng cách có thể hiện thực hóa giấc mơ của Boltzmann mà không có khuyết điểm chính của nó.
Nếu bức tranh này là đúng, thì mỗi khoảnh khắc trong cuộc sống của chúng ta không phải là một sự kiện độc nhất nơi rìa của vô cực, mà là sự lặp lại chính xác của những gì đã từng xảy ra vô số lần. Và sẽ còn xảy ra thêm bấy nhiêu lần nữa. Vũ trụ hóa ra không phải là hỗn loạn ngẫu nhiên, mà là một cơ chế được tinh chỉnh hoàn hảo, trong đó entropy thấp, sự sống và ý thức xuất hiện hết lần này đến lần khác như một phần không thể tách rời của một chu kỳ vĩnh cửu, hùng vĩ. Quy mô của quá trình này thật khó hình dung: vô số câu chuyện giống hệt nhau, lồng vào cùng một nhịp điệu lượng tử. Và dẫu vậy, toán học chỉ ra rằng thế giới mà chúng ta đang tồn tại có thể chính là được cấu tạo như vậy.
