Vũ trụ, một không gian bao la và bí ẩn, luôn là đề tài hấp dẫn đối với các nhà khoa học và những người yêu thích khám phá. Một trong những câu hỏi cơ bản nhất về vũ trụ là: “Nó có hình dạng gì?”. Liệu vũ trụ có phẳng như một tờ giấy, cong như một quả cầu, hay uốn lượn như yên ngựa? Câu trả lời cho câu hỏi này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu trúc vũ trụ mà còn hé lộ những bí mật về quá khứ, hiện tại và tương lai của nó.
Hình dạng vũ trụ: Ba khả năng và ý nghĩa
Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, không gian không cố định mà có thể cong. Dựa trên lý thuyết này, vũ trụ có thể có một trong ba hình dạng: phẳng, đóng hoặc mở.
- Vũ trụ phẳng: Tương tự như một tờ giấy trải dài vô tận, vũ trụ phẳng có độ cong bằng 0. Trong vũ trụ này, các đường thẳng song song sẽ không bao giờ gặp nhau.
- Vũ trụ đóng: Tương tự như bề mặt của một quả cầu, vũ trụ đóng có độ cong dương. Trong vũ trụ này, các đường thẳng song song cuối cùng sẽ giao nhau. Một đặc điểm thú vị của vũ trụ đóng là nó có hữu hạn nhưng không có giới hạn.
- Vũ trụ mở: Tương tự như yên ngựa, vũ trụ mở có độ cong âm. Trong vũ trụ này, các đường thẳng song song sẽ phân kỳ và không bao giờ giao nhau.
Hình dạng của vũ trụ không phải là một vấn đề trừu tượng mà nó ảnh hưởng trực tiếp đến số phận của vũ trụ. Theo nhà vũ trụ học David Spergel, hình dạng vũ trụ cho chúng ta biết liệu vũ trụ sẽ tiếp tục giãn nở vĩnh viễn hay sẽ co lại trong tương lai, liệu nó có hữu hạn hay vô hạn.
Yếu tố quyết định hình dạng vũ trụ
Vậy, yếu tố nào quyết định hình dạng của vũ trụ? Hai yếu tố chính là: mật độ vật chất và tốc độ giãn nở của vũ trụ. Mật độ vật chất là lượng vật chất được chứa trong một thể tích không gian nhất định. Nếu mật độ vật chất đủ lớn, lực hấp dẫn sẽ thắng lực giãn nở, khiến vũ trụ co lại, tạo thành một vũ trụ đóng. Ngược lại, nếu mật độ vật chất thấp, lực giãn nở sẽ thắng, khiến vũ trụ giãn nở mãi mãi, tạo thành một vũ trụ mở.
Tuy nhiên, theo các nhà khoa học, khoảng 68% vũ trụ là năng lượng tối, 27% là vật chất tối, và chỉ 5% là vật chất thông thường. Điều này cho thấy sự phức tạp của vũ trụ và sự cần thiết phải nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ về nó.
Vũ trụ phẳng: Quan điểm được chấp nhận rộng rãi
Hầu hết các bằng chứng khoa học hiện nay đều ủng hộ giả thuyết vũ trụ phẳng. Các nhà khoa học đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để đo độ cong của vũ trụ, bao gồm việc quan sát nền vi sóng vũ trụ (CMB) – ánh sáng còn sót lại từ Vụ Nổ Lớn. Các kết quả này đều cho thấy vũ trụ có độ cong rất nhỏ, gần như bằng 0.
Để dễ hình dung về vũ trụ phẳng, hãy tưởng tượng bạn đứng ở một góc của một căn phòng vuông, đi bộ 10 mét dọc theo tường, rồi rẽ 90 độ và đi tiếp 10 mét, cứ thế lặp lại, bạn sẽ trở về điểm xuất phát. Điều này đúng với không gian phẳng. Nếu bạn thực hiện thí nghiệm tương tự trên bề mặt hình cầu, bạn sẽ thấy kết quả khác biệt.
Các tranh cãi và những thách thức
Mặc dù giả thuyết vũ trụ phẳng được chấp nhận rộng rãi, nhưng vẫn còn những tranh cãi và thách thức. Một nghiên cứu vào năm 2019 của Alessandro Melchiorri và các đồng nghiệp cho rằng dữ liệu CMB từ kính thiên văn Planck cho thấy vũ trụ có độ cong dương, tức là một vũ trụ đóng. Họ phân tích hiệu ứng thấu kính hấp dẫn của CMB và thấy rằng nó lớn hơn so với dự đoán của mô hình vũ trụ phẳng.
Tuy nhiên, các nhà khoa học khác, đặc biệt là những người liên quan đến kính thiên văn vũ trụ Atacama, đã không tìm thấy bằng chứng về độ cong dương. Họ kết hợp dữ liệu của mình với dữ liệu của Planck và kết luận rằng sự khác biệt trong nghiên cứu của Melchiorri có thể chỉ là một biến động thống kê.
Kết luận: Vũ trụ phẳng hay chưa?
Mặc dù có những tranh cãi, hầu hết các bằng chứng hiện tại đều ủng hộ quan điểm vũ trụ phẳng. Dù vậy, các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu và quan sát vũ trụ để có được câu trả lời chính xác nhất về hình dạng thực sự của nó. Quan trọng hơn, việc nghiên cứu hình dạng vũ trụ không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về vũ trụ mà còn mở ra những cánh cửa mới cho khoa học và tri thức của nhân loại.
Có thể ví vũ trụ giống như một tờ giấy 3 chiều, nhưng cũng có thể nó cong đến mức chúng ta không thể nhận ra. Điều này cũng giống như việc chúng ta đứng giữa một sân bóng nhỏ, không thể hình dung hết được sự rộng lớn của Trái Đất. Và có lẽ, những gì chúng ta thấy chỉ là một phần nhỏ bé trong một bức tranh vũ trụ bao la và đầy bí ẩn.
Tài liệu tham khảo
- https://www.youtube.com/watch?v=l6j201488vQ
- Bài báo của Alessandro Melchiorri và cộng sự (nếu có thông tin cụ thể)
- Các bài báo khoa học liên quan đến quan sát CMB của kính thiên văn Planck và Atacama.