Khi ngước nhìn lên bầu trời đêm, ta thấy vô vàn những ngôi sao lấp lánh. Cảm giác như thể chúng ta đang đứng ở trung tâm của vũ trụ bao la này. Nhưng liệu có thực sự tồn tại một trung tâm như vậy? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau khám phá những bí ẩn về sự hình thành và cấu trúc của vũ trụ, đặc biệt là liệu vũ trụ có một trung tâm hay không, dựa trên các nghiên cứu khoa học hiện đại.
Nguồn Gốc của Vũ Trụ: Thuyết Vụ Nổ Lớn (Big Bang)
Các nhà khoa học từ lâu đã chấp nhận giả thuyết rằng vũ trụ được hình thành sau một sự kiện được gọi là Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Theo thuyết này, vũ trụ thuở sơ khai có kích thước vô cùng nhỏ bé, nóng và chứa đựng vật chất đậm đặc. Khoảng 13,8 tỷ năm trước, một vụ nổ đã xảy ra, tạo ra không gian, năng lượng và vật chất, từ đó hình thành vũ trụ như chúng ta thấy ngày nay. Chỉ vài phút sau vụ nổ, các hạt nguyên tử sơ khai của vũ trụ đã được hình thành.
Các nhà thiên văn học đã phân tích bức xạ còn sót lại từ vũ trụ sơ khai và khi đo các nguyên tố nhẹ nhất, tất cả đều rất phù hợp với các dự đoán của thuyết Big Bang. Từ đó đến nay, mọi quan sát và nghiên cứu về vũ trụ đều dựa trên lý thuyết này.
Vậy Trung Tâm của Vũ Trụ Nằm Ở Đâu?
Nếu vũ trụ thực sự bắt nguồn từ một vụ nổ, thì phải có một trung tâm cụ thể ở đâu đó trong vũ trụ. Tuy nhiên, liệu điều này có đúng không? Thực tế, có thể vũ trụ không có một trung tâm nào cả.
Kể từ Vụ Nổ Lớn 13,8 tỷ năm trước, vũ trụ đã không ngừng giãn nở. Vụ Nổ Lớn không phải là một vụ nổ như chúng ta thường thấy trong các vụ nổ siêu tân tinh, và nó không phát ra từ một điểm trung tâm. Vũ trụ bắt đầu trong một trạng thái cực kỳ dày đặc và nhỏ bé, sau đó nhiều điểm trong vũ trụ cùng nhau nổ ra và giãn nở với tốc độ tương tự nhau, và tiếp diễn cho đến ngày nay. Do đó, vũ trụ không có một điểm khởi đầu xác định, nên cũng không có trung tâm của vũ trụ.
Để dễ hình dung, chúng ta hãy thử tưởng tượng một con kiến hai chiều đang bò trên một quả bóng hình cầu. Từ quan điểm của con kiến, mọi nơi trên bề mặt đều giống nhau, không có trung tâm của quả bóng, và không có góc độ nào cả. Nếu chúng ta thổi phồng quả bóng đó lên, con kiến sẽ thấy không gian hai chiều xung quanh nó giãn nở. Nếu chúng ta vẽ các chấm trên bề mặt, các chấm này sẽ dần trôi ra xa nhau, giống như các thiên hà xung quanh chúng ta đang dần di chuyển ra xa. Đối với con kiến sống trong không gian hai chiều, một chiều thứ ba vuông góc với bề mặt của quả bóng, đi qua tâm của quả bóng, sẽ không có ý nghĩa vật lý gì cả.
Theo nhà vật lý thiên văn Barbara Ryden tại Đại học Ohio, “Con kiến có thể đi tới hoặc đi lui, đi trái hoặc đi phải, nhưng nó sẽ không có khái niệm về lên và xuống, khi nó sống trong không gian hai chiều”. Vũ trụ của chúng ta là phiên bản 3D của vũ trụ 2D cho con kiến.
Vũ Trụ Vô Hạn và Không Có Giới Hạn
Vũ trụ mà chúng ta đang nghiên cứu bắt đầu bằng Vụ Nổ Lớn, và đó là một giới hạn trong tư duy của chúng ta. Nhưng có lẽ vũ trụ là vô hạn, và chúng ta vẫn chưa biết. Nếu đúng như vậy, vũ trụ giống như một quả bóng được thổi phồng mãi mãi. Các thiên hà ở cách xa nhau, do đó vũ trụ vô hạn sẽ không có giới hạn và cũng không có trung tâm.
Việc vũ trụ phẳng hay cong, sẽ phụ thuộc vào tổng khối lượng và năng lượng của toàn bộ vũ trụ. Nếu mật độ khối lượng và năng lượng của vũ trụ vừa đủ ở giới hạn mật độ, thì vũ trụ sẽ phẳng và giãn nở ổn định. Nhưng nếu mật độ này cao hơn mật độ giới hạn, thì vũ trụ sẽ cong như một quả bóng. Các tương tác hấp dẫn sẽ làm chậm sự giãn nở của vũ trụ, và cuối cùng đưa quá trình này đến một điểm dừng hoàn toàn.
Cho đến nay, các ý tưởng và lý thuyết về vũ trụ nói chung, vẫn vẽ nên bức tranh về một vũ trụ phẳng. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa chắc chắn, vì sự hiểu biết của các nhà khoa học về vũ trụ còn quá ít. Giống như khi bạn đứng trên bề mặt Trái Đất, bạn sẽ thấy Trái Đất phẳng, chứ không phải là một hình cầu.
Rốt cuộc, vũ trụ này không có trung tâm và không có rìa, ủng hộ nguyên tắc rằng, không có nơi nào trong vũ trụ đặc biệt hơn nơi nào. Việc quan sát sự dịch chuyển của các thiên hà cho thấy vũ trụ đã liên tục giãn nở kể từ Vụ Nổ Lớn.
Điều Gì Xảy Ra Trước Vụ Nổ Lớn?
Vấn đề nằm ở chỗ vật lý mà chúng ta sử dụng để hiểu vũ trụ sơ khai, một sự kết hợp phức tạp giữa thuyết tương đối rộng và vật lý hạt năng lượng cao, cũng sẽ bị phá vỡ. Khi chúng ta đi sâu hơn vào sự hình thành của vũ trụ, vấn đề ngày càng trở nên khó trả lời hơn. Điểm mấu chốt mà chúng ta vẫn chưa thể tìm hiểu sâu là sự tồn tại của “điểm kỳ dị”, đó là điểm siêu dày đặc, nóng và tràn đầy năng lượng ở đầu Vụ Nổ Lớn. Điều này cho thấy đã có một thời điểm vũ trụ bị giới hạn trong một hạt cực kỳ nhỏ và dày đặc.
Các nhà khoa học đã biết chính xác điều gì xảy ra 10^-43 giây sau Vụ Nổ Lớn, nhưng vẫn không thể kết luận điều gì xảy ra vào thời điểm trước đó, vì mọi thứ vẫn còn rất nóng. Điều đó có nghĩa là chúng ta cần một mô hình vật lý mới tập trung vào lực hấp dẫn và các lực khác, kết hợp chúng dưới năng lượng cực kỳ cao. Nếu chuỗi lý thuyết này được tìm ra, nó có thể giải thích những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ.
Theo nhà vật lý lý thuyết Sean Carroll tại Viện Công nghệ California, “Vụ Nổ Lớn là một khoảnh khắc trong thời gian, không phải là một điểm trong không gian”. Có lẽ trước Vụ Nổ Lớn, vũ trụ là một khối vật chất cực nóng trải dài vô tận, dày đặc, tồn tại ở trạng thái ổn định cho đến khi, vì một lý do nào đó, Vụ Nổ Lớn xảy ra. Vũ trụ cực kỳ dày đặc này có thể đã bị chi phối bởi cơ học lượng tử và chịu sự biến đổi vật lý ở quy mô khủng khiếp. Và sau đó, Vụ Nổ Lớn đại diện cho thời điểm mà vật lý cổ điển trong vũ trụ từng chiếm ưu thế đã chấm dứt, mở ra một giai đoạn tiến hóa mới.
Các Lý Thuyết Khác Về Nguồn Gốc Vũ Trụ
Đối với Stephen Hawking, trước Vụ Nổ Lớn, ông nói các sự kiện là không thể đo lường được, và do đó không xác định. Hawking gọi đây là giai đoạn không biên giới. Theo ông, thời gian và không gian là hữu hạn, nhưng chúng không có bất kỳ ranh giới nào, hoặc bất kỳ điểm bắt đầu hoặc kết thúc nào trước Vụ Nổ Lớn.
Một trong những khái niệm chuỗi lý thuyết đầu tiên nói về vũ trụ ekpyrotic, từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là conflagration (vụ cháy lớn). Trong lý thuyết này, Vụ Nổ Lớn xảy ra sau khi bị ảnh hưởng bởi một sự kiện khác, có nghĩa là Vụ Nổ Lớn không phải là sự khởi đầu của vũ trụ, mà chỉ là một phần của quá trình. Mở rộng lý thuyết về vũ trụ ekpyrotic dẫn đến một loạt các lý thuyết khác, được gọi là vũ trụ học tuần hoàn, tức là sự hình thành của vũ trụ là một vòng lặp với một khoảng thời gian vô hạn, vô hạn theo thời gian được tính bằng các điểm kỳ dị Big Bang tiếp theo.
Theo nhà toán học và vật lý Roger Penrose từ Đại học Oxford, đã có nhiều hơn một Vụ Nổ Lớn và trong tương lai sẽ còn nhiều hơn nữa, và các lỗ đen là những gì nắm giữ manh mối về sự tồn tại của các vũ trụ trước đó. Tuy nhiên, lý thuyết này cũng gây tranh cãi và giống như nhiều lý thuyết khác, có lẽ nó sẽ không bao giờ được chứng minh là đúng hay sai. Nhưng nếu đúng thì vũ trụ như chúng ta biết, cũng sẽ có ngày kết thúc, thay vào đó là sự tái sinh của một vũ trụ mới.
Kết Luận
Vũ trụ là một chủ đề phức tạp và đầy bí ẩn, luôn thách thức sự hiểu biết của chúng ta. Dù có nhiều lý thuyết khác nhau, nhưng một điều chúng ta có thể khẳng định là vũ trụ không có một trung tâm xác định. Vũ trụ đang không ngừng giãn nở, và sự hiểu biết của chúng ta về nó vẫn còn rất hạn chế. Tuy nhiên, chính sự tò mò và khát khao khám phá sẽ tiếp tục thúc đẩy chúng ta tìm kiếm câu trả lời cho những câu hỏi lớn về nguồn gốc và bản chất của vũ trụ.