Khi Galileo Galilei hướng kính viễn vọng đầu tiên của mình lên bầu trời vào năm 1610, ông đã phát hiện ra “tập hợp của vô số ngôi sao” ẩn trong dải ánh sáng được gọi là hệ Ngân Hà. Vũ trụ của chúng ta quan sát được đã trở nên cực kỳ to lớn vào ngày hôm đó. Khoảng ba thế kỷ sau, giới hạn vũ trụ mà con người quan sát được lại bùng nổ một lần nữa khi các nhà thiên văn học chế tạo kính thiên văn đủ lớn để thấy hệ Ngân Hà chỉ là một trong nhiều thiên hà trong vũ trụ. Chẳng bao lâu sau, họ lại biết thêm được rằng vũ trụ cũng đang giãn nở khi các thiên hà rời xa nhau với tốc độ ngày càng nhanh.
Vũ trụ này có biên không? Câu hỏi thực sự khiến các nhà thiên văn học đau đầu để tìm ra lời giải đáp. (Ảnh: Wikipedia)
Kể từ đó, các kính thiên văn ngày càng lớn hơn đã cho thấy vũ trụ có thể quan sát được trải dài đến 92 tỷ năm ánh sáng và có lẽ chứa 2 nghìn tỷ thiên hà. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học vẫn đang tự hỏi còn bao nhiêu vũ trụ ngoài kia mà nằm ngoài khả năng quan sát của họ.
Ông Virginia Trimble đến từ Đại học California, Irvine, một nhà thiên văn học và chuyên gia về lịch sử lĩnh vực này cho biết: “Vũ trụ luôn lớn hơn một chút so với những gì chúng ta có thể thấy”.
Việc xây dựng kính thiên văn lớn hơn sẽ không giúp nhìn xa hơn vào trong vũ trụ nữa.
Nhà vũ trụ học từng đoạt giải Nobel John Mather thuộc Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA, người cũng là nhà khoa học chính của Kính viễn vọng Không gian James Webb giải thích: “Kính thiên văn chỉ quan sát được những gì có thể. Bạn không thể nhìn ngược thời gian xa hơn tuổi của vũ trụ. Vì vậy, chúng ta hoàn toàn bị hạn chế…”.
Ở biên, chúng ta nhìn thấy ánh sáng còn sót lại từ Vụ nổ lớn – cái gọi là bức xạ phông vi sóng vũ trụ (CMB). Nhưng đây không phải là biên cuối cùng của vũ trụ. Vũ trụ của chúng ta tiếp tục giãn nở. Chúng ta có thể không bao giờ biết được nó rộng lớn đến ngần nào.
Trong những thập kỷ gần đây, các nhà vũ trụ học đã cố gắng giải quyết bí ẩn về độ rộng của vũ trụ bằng cách xác định hình dạng của vũ trụ, giống như nhà toán học Hy Lạp cổ đại Eratosthenes tính toán kích thước Trái đất bằng cách sử dụng phép tính lượng giác đơn giản. Về lý thuyết, vũ trụ của chúng ta có thể có một trong ba hình dạng khả dĩ, mỗi hình dạng phụ thuộc vào độ cong của không gian: hình yên ngựa (độ cong âm), hình cầu (độ cong dương) hoặc hình phẳng (không có độ cong).
Rất ít người từng biện hộ về vũ trụ hình yên ngựa, nhưng vũ trụ hình cầu có thể quen thuộc với chúng ta. Trái đất hình tròn, Mặt trời và các hành tinh cũng vậy. Một vũ trụ hình cầu sẽ cho phép bạn đi phi thuyền vào vũ trụ theo bất kỳ hướng nào và kết thúc trở lại nơi bạn bắt đầu, giống như thủy thủ của Ferdinand Magellan đi vòng quanh địa cầu. Einstein gọi mô hình này là một “vũ trụ hữu hạn nhưng không có bờ bến”.
Nhưng bắt đầu từ cuối những năm 1980, một loạt các đài quan sát trên quỹ đạo được xây dựng để nghiên cứu CMB đã thực hiện các phép đo ngày càng chính xác cho thấy không gian không có độ cong nào cả. Nó phẳng đối với giới hạn của những gì mà các nhà thiên văn có thể đo được. Nếu nó là một hình cầu, nó là một hình cầu khổng lồ đến mức thậm chí toàn bộ vũ trụ quan sát được của chúng ta cũng không biểu lộ bất kỳ độ cong nào.
Ông Mather nói: “Vũ trụ phẳng như một tờ giấy. Theo đó, bạn có thể tiếp tục ra xa vô tận theo bất kỳ hướng nào và vũ trụ sẽ vẫn giống nhau, dù ít hay nhiều”. Bạn sẽ không bao giờ đến một biên của vũ trụ phẳng này; bạn sẽ chỉ tìm thấy ngày càng nhiều thiên hà.
Đó là tất cả hiểu biết tốt nhất với hầu hết các nhà thiên văn học. Một vũ trụ phẳng phù hợp với cả quan sát và lý thuyết, vì vậy ý tưởng này hiện đang là trọng tâm của vũ trụ học hiện đại.
Vấn đề là, không giống như vũ trụ hình cầu, một vũ trụ phẳng có thể là vô hạn – hoặc không. Và không có cách nào thực sự để phân biệt sự khác biệt.
Ông Trimble nói: “Bạn có thể tìm hiểu về điều gì để biết xem liệu có một vũ trụ vô tận? Không ai biết rõ”.
Vì vậy, các nhà thiên văn đang hy vọng một câu trả lời có thể đến từ lý thuyết – một mô hình có thể đưa ra bằng chứng gián tiếp theo cách này hay cách khác. Ví dụ, Mô hình chuẩn của vật lý đã dự đoán sự tồn tại của nhiều hạt, như hạt Higgs Boson, nhiều năm trước khi chúng thực sự được phát hiện.
Ông Trimble cho biết: “Nếu bạn có một mô tả tốt về mọi thứ bạn đã quan sát cho đến nay và nó dự đoán điều gì đó là đúng, thì bạn sẽ mong đợi điều đó. Đó là cũng là cách hầu hết các nhà khoa học nghĩ về cách vận hành của khoa học”.
Nguồn: NTDVN – Theo Astronomy