Vũ trụ có hình dạng gì?
Theo hiểu biết các nhà vũ trụ học, không gian gần như hoàn toàn phẳng. Nhưng thế nghĩa là thế nào?
Thuyết tương đối tổng quát - phát biểu rằng không gian có thể uốn cong - cho phép vũ trụ có một trong ba dạng: phẳng như tờ giấy, đóng như quả cầu, hoặc mở như cái yên ngựa. Chớ coi thường chi tiết hình học này - số phận của vũ trụ phụ thuộc vào nó đấy.
Như nhà vũ trụ học David Spergel của Đại học Princeton từng nói: “Hình dạng của vũ trụ cho chúng ta biết về quá khứ và tương lai của nó.” Liệu vũ trụ có giãn nở mãi mãi hay cuối cùng sẽ suy sụp, và nó là hữu hạn hay vô hạn - tất cả đều là những câu hỏi gắn liền với hình dạng của nó.
Dù dẫn tới những câu hỏi lớn như vậy, các đề mục của chủ đề này đơn giản đến bất ngờ. Hình dạng cuối cùng của vũ trụ chỉ phụ thuộc vào hai yếu tố: mật độ và tốc độ giãn nở của nó.
Vũ trụ đóng, mở, hay phẳng?
Khoảng 68% vũ trụ là năng lượng tối và 27% là vật chất tối. Phần còn lại là vật chất bình thường, tạo nên các hành tinh, ngôi sao và những thiên thể khác. Mật độ của vũ trụ là lượng vật chất nói trên ở trong một thể tích không gian nhất định.
Nếu mật độ của vũ trụ đủ lớn để lực hấp dẫn của nó thắng được lực giãn nở thì vũ trụ sẽ cuộn lại thành một hình cầu. Đây được gọi là mô hình đóng, với độ cong dương, giống một quả bóng. Một đặc tính đáng kinh ngạc của vũ trụ này là nó hữu hạn nhưng lại vô biên [không có biên giới]. Một nhà thám hiểm Ferdinand Magellan liên thiên hà có thể cứ du hành mãi trong không gian và đi vòng quanh nó vô số lần mà không đâm vào bức vách hay rơi khỏi cái rìa nào.
Mặt khác, nếu mật độ vũ trụ thấp và không thể ngăn cản sự giãn nở thì không gian sẽ bị uốn cong theo hướng ngược lại. Việc này sẽ tạo ra một vũ trụ mở, với độ cong âm, giống một cái yên ngựa.
Ba hình học vũ trụ có thể có. Ảnh: Nhóm khoa học NASA / WMAP.
Ngoài ra, còn có một kịch bản Goldilocks [không thừa, cũng không thiếu] cho vũ trụ mà các nhà khoa học cho là nhiều khả năng đúng nhất. Hầu hết các bằng chứng đều chỉ ra vũ trụ có mật độ
vừa phải [còn gọi là “mật độ tới hạn”] – tương đương với khoảng 6 proton mỗi mét khối – và nó giãn nở theo mọi hướng mà không cong dương, cũng chẳng cong âm. Nói cách khác, vũ trụ phẳng. (Có lẽ đây sẽ là niềm an ủi cho những ai thất vọng với hành tinh hình cầu của chúng ta.)
Phẳng ở dạng ba chiều
Nhưng mà vũ trụ phẳng là thế nào mới được? Sự phẳng này không phải ở dạng hai chiều mà chúng ta thường gặp trong cuộc sống hàng ngày, nhưng bạn có thể hình dung ra nó bằng vài phép loại suy.
Giả sử bạn đang đứng ở trong góc của một căn phòng hình vuông. Đi dọc theo bức tường 10 mét đến góc tiếp theo, sau đó quay 90 độ. Đi bộ thêm 10 mét nữa và lại quay 90 độ. Làm việc này hai lần nữa và bạn sẽ thấy mình trở về điểm xuất phát - bạn đã hoàn thành một hình vuông. Đây là hình học Euclid tiêu chuẩn mà tất cả chúng ta đều đã học ở trường, và nếu bổ sung một chiều nữa, bạn sẽ có một vũ trụ phẳng.
Nhưng tiến hành thí nghiệm nói trên trong một không gian cong dương, tượng trưng cho một vũ trụ đóng, sẽ cho kết quả khác. Lần này, hãy bắt đầu từ xích đạo Trái Đất và đi bộ đến Bắc Cực. Sau đó quay 90 độ và đi bộ trở lại xích đạo. Quay 90 độ một lần nữa và trở về điểm xuất phát. Trong ví dụ về vũ trụ phẳng, phải mất 4 lượt đi để quay lại nơi bạn đã khởi hành, nhưng trong ví dụ về vũ trụ đóng thì chỉ cần 3 lượt.
Nếu bạn vẫn còn bối rối (có thể hiểu được) thì đây là một ví dụ nữa: Trong một vũ trụ phẳng, hai tên lửa bay cạnh nhau sẽ luôn song song. Điều này không xảy ra trong một vũ trụ đóng. Ở đó, đường đi của hai tên lửa này sẽ hội tụ, uốn theo độ cong của không gian và cuối cùng trở về nơi chúng đã xuất phát. Còn trong một vũ trụ mở, cong âm, hai tên lửa sẽ phân kỳ và không bao giờ giao nhau cả.
”Cuộc khủng hoảng vũ trụ”
Những manh mối tốt nhất về hình dạng của vũ trụ nằm trong nền vi sóng vũ trụ (CMB), dư quang của Big Bang đang du hành đến chỗ chúng ta từ mọi hướng. Trong vài thập kỷ qua, các nhà khoa học đã nhiều lần đo đạc những thăng giáng nhiệt độ trong CMB – về cơ bản là giải toán lượng giác ở quy mô lớn nhất có thể – và hầu như không phát hiện ra sự cong nào.
…
==============================================================================
Con ốc sên có hai khẩu súng laser này có nên khai hoả vũ khí của nó không?
Còn tuỳ...
Còn tuỳ vào việc nó ở trong vũ trụ loại nào...
Vũ trụ mở, vũ trụ phẳng, hay vũ trụ đóng.
Lượng vật chất tối và năng lượng tối trong vũ trụ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hình dạng của không gian. Nếu mật độ vật chất và năng lượng trong vũ trụ nhỏ hơn mật độ tới hạn thì không gian sẽ mở và cong âm, giống như bề mặt của một cái yên ngựa. Nếu mật độ này đúng bằng mật độ tới hạn thì không gian sẽ phẳng, giống như bề mặt của một tờ giấy. Còn nếu mật độ này lớn hơn mật độ tới hạn thì không gian sẽ đóng và cong dương, giống như bề mặt của một quả cầu. Trong trường hợp sau này, các tia sáng sẽ phân kỳ và cuối cùng hội tụ trở lại một điểm. Thuyết lạm phát, một phần mở rộng của thuyết Big Bang, dự đoán rằng mật độ của vũ trụ rất gần với mật độ tới hạn, từ đó tạo ra một vũ trụ phẳng, giống như bề mặt của một tờ giấy.
))))
