Liệu vũ trụ có biên giới không? – Đây là một trong những câu hỏi lớn nhất mà nhân loại từng đặt ra. Dù khoa học hiện đại đã đạt được những bước tiến vượt bậc trong việc khám phá vũ trụ, nhưng ranh giới của không gian vẫn là điều mơ hồ và đầy bí ẩn.
Vũ trụ là gì và kích thước vũ trụ hiện nay
Vũ trụ là toàn bộ không gian, thời gian, vật chất và năng lượng tồn tại – bao gồm các hành tinh, ngôi sao, thiên hà, vật chất tối và năng lượng tối. Từ hàng nghìn năm trước, con người đã ngước nhìn bầu trời đêm và tự hỏi về quy mô, giới hạn và bản chất của nơi chúng ta đang sống.
Đến nay, nhờ sự phát triển của khoa học và công nghệ, chúng ta đã hiểu rõ hơn phần nào về vũ trụ.
Vũ trụ được cho là đã hình thành từ khoảng 13,8 tỷ năm trước, bắt đầu từ vụ nổ Big Bang – một sự kiện vũ trụ học lớn tạo nên không gian, thời gian và vật chất như hiện nay. Từ điểm kỳ dị ban đầu, vũ trụ không ngừng giãn nở theo mọi hướng, dẫn đến câu hỏi then chốt: Liệu vũ trụ có biên giới không?
Theo các nhà khoa học, phần vũ trụ mà chúng ta có thể quan sát được – gọi là vũ trụ khả kiến – có đường kính khoảng 93 tỷ năm ánh sáng. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là đó là toàn bộ kích thước thật sự của vũ trụ. Trên thực tế, phần vũ trụ nằm ngoài khả năng quan sát có thể còn rộng lớn hơn gấp nhiều lần – thậm chí vô hạn.
Vũ trụ không có một trung tâm cụ thể, cũng không có “bên ngoài” rõ ràng. Khái niệm "biên giới" không giống như ranh giới của một quốc gia hay mép của một vật thể vật lý. Thay vào đó, giới hạn của vũ trụ hiện nay phần lớn được định nghĩa bởi khả năng con người quan sát được dựa trên tốc độ ánh sáng và tuổi của vũ trụ.
Chính vì sự bao la đó, câu hỏi “Liệu vũ trụ có biên giới không?” vẫn đang là đề tài thu hút sự quan tâm sâu sắc của các nhà khoa học vũ trụ và triết học hiện đại.
Liệu vũ trụ có biên giới không?
Suốt chiều dài lịch sử, con người không ngừng trăn trở với câu hỏi: Liệu vũ trụ có biên giới không? Câu hỏi tưởng như đơn giản ấy lại mở ra hàng loạt giả thuyết sâu rộng về bản chất và giới hạn của vũ trụ – nơi chứa đựng tất cả thời gian, không gian và vật chất.
Vũ trụ: Hữu hạn hay vô hạn?
Trong những nền văn minh cổ xưa, vũ trụ được hình dung như một “chiếc hộp khổng lồ” – nơi bầu trời là mái vòm bao quanh Trái Đất. Nhưng cùng với những bước tiến của thiên văn học hiện đại, nhận thức ấy đã thay đổi hoàn toàn.
Các quan sát về bức xạ nền vũ trụ (CMB), sự giãn nở của không gian và sự phân bố thiên hà cho thấy rằng vũ trụ không có “bức tường bao” nào như chúng ta từng tưởng tượng.
Thay vào đó, giới hạn mà chúng ta biết đến là giới hạn của vũ trụ quan sát được – khoảng không gian mà ánh sáng đã kịp đến được Trái Đất trong suốt 13,8 tỷ năm kể từ vụ nổ Big Bang. Phạm vi này hiện được ước tính có đường kính khoảng 93 tỷ năm ánh sáng.
Vì sao con người chưa thấy biên giới?
Dù những thiết bị viễn vọng ngày càng hiện đại, con người vẫn chưa thể tiếp cận hay quan sát được điểm tận cùng của vũ trụ. Một phần lý do là vì ánh sáng từ các khu vực xa hơn chưa kịp tới Trái Đất. Mặt khác, vũ trụ không ngừng giãn nở với tốc độ tăng dần, khiến một số vùng không gian trở nên “vĩnh viễn không thể tiếp cận”.
Điều này dẫn đến giả thuyết quan trọng: Vũ trụ có thể là vô hạn – không có biên giới, không có điểm kết thúc và không bị giới hạn bởi bất kỳ “bức tường vũ trụ” nào.
Giả thuyết về một vũ trụ không biên giới
Một số nhà vũ trụ học đề xuất mô hình vũ trụ như mặt phẳng không cong hoặc hình học hyperbolic, nơi người ta có thể di chuyển vô tận mà không bao giờ chạm tới ranh giới. Một số lý thuyết khác lại cho rằng vũ trụ “uốn cong trong chính nó”, giống như bề mặt quả cầu – không có mép, nhưng hữu hạn về diện tích.
Tuy nhiên, bất chấp các mô hình và dữ liệu, đến nay, không có bằng chứng thực nghiệm nào chứng minh rõ ràng rằng vũ trụ vô hạn hay hữu hạn. Câu hỏi “Liệu vũ trụ có biên giới không?” vẫn là một ẩn số lớn trong ngành vật lý vũ trụ học.
>>>Bài viết khác: Vật chất tối là gì? Những điều bạn chưa từng biết
Quan điểm của các nhà khoa học hàng đầu
Từ thuở sơ khai của vũ trụ học, câu hỏi "Liệu vũ trụ có biên giới không?" đã thôi thúc trí tò mò của biết bao thế hệ nhà khoa học. Các quan sát thiên văn hiện đại và lý thuyết vật lý lượng tử, thuyết tương đối tổng quát của Einstein cho đến thuyết lạm phát vũ trụ đều góp phần định hình những quan điểm khác nhau, đôi khi đối lập, về kích thước và ranh giới của vũ trụ.
Stephen Hawking: "Vũ trụ không có ranh giới theo nghĩa cổ điển"
Stephen Hawking, một trong những nhà vật lý lý thuyết vĩ đại nhất, đã từng đề xuất "Giả thuyết không biên giới" vào những năm 1980. Theo ông, vũ trụ không có điểm khởi đầu hoặc kết thúc cụ thể – giống như bề mặt Trái Đất, nơi bạn có thể đi mãi mà không thấy “rìa”.
Ông mô tả vũ trụ giống như một hình cầu bốn chiều, khép kín và không có ranh giới, ít nhất là trong không-thời gian lượng tử.
Brian Greene: Vũ trụ có thể là một phần nhỏ của một cấu trúc lớn hơn
Nhà vật lý Brian Greene – tác giả của “Vũ trụ thanh mảnh” – cho rằng vũ trụ của chúng ta có thể là một phần của đa vũ trụ (multiverse). Trong khái niệm này, những gì chúng ta quan sát được chỉ là một bong bóng nhỏ trong một biển cả vô tận của các vũ trụ khác, có thể tồn tại các định luật vật lý hoàn toàn khác biệt.
Như vậy, việc xác định "biên giới vũ trụ" trở nên vô nghĩa, bởi mỗi vũ trụ con có thể mở rộng theo cách riêng.
Neil deGrasse Tyson: Chúng ta không đủ công cụ để biết vũ trụ có kết thúc hay không
Nhà vật lý thiên văn nổi tiếng Neil deGrasse Tyson nhấn mạnh rằng vũ trụ quan sát được chỉ là phần nhỏ của toàn thể vũ trụ. Với tốc độ ánh sáng là giới hạn, những gì ở quá xa sẽ không bao giờ đến được với chúng ta. Do đó, vấn đề biên giới vũ trụ hiện tại vượt ngoài khả năng quan sát, và chỉ có thể được phỏng đoán thông qua mô hình lý thuyết.
Lisa Randall: Hình học không gian có thể làm “ẩn” biên giới
Giáo sư vật lý Harvard Lisa Randall nhấn mạnh đến vai trò của hình học không gian. Theo bà, vũ trụ có thể có hình học cong (đóng hoặc mở), dẫn đến các kịch bản khác nhau: Vũ trụ có thể uốn cong về chính nó, hoặc mở rộng vô tận. Tuy nhiên, nếu không có biên giới vật lý rõ rệt thì việc định nghĩa “kết thúc” sẽ trở nên trừu tượng và phi thực tế.
Những hệ lụy nếu vũ trụ thực sự có hoặc không có biên giới
Câu hỏi liệu vũ trụ có biên giới không không chỉ là một vấn đề khoa học đơn thuần mà còn kéo theo nhiều hệ lụy sâu rộng trong nhận thức, vật lý và triết học. Việc vũ trụ có giới hạn hay không ảnh hưởng trực tiếp đến cách chúng ta hiểu về không gian, thời gian và sự tồn tại của chính mình.
Nếu vũ trụ có biên giới
Giới hạn không gian và thời gian: Một vũ trụ có biên giới nghĩa là có điểm kết thúc về không gian và có thể cả thời gian. Điều này đặt ra câu hỏi về điều gì tồn tại bên ngoài biên giới đó và liệu có tồn tại một “bên ngoài” thực sự hay không.
Khả năng tồn tại đa vũ trụ (multiverse): Nếu vũ trụ của chúng ta chỉ là một phần hữu hạn trong một hệ thống lớn hơn, có thể tồn tại nhiều vũ trụ song song với các quy luật vật lý khác nhau. Điều này mở rộng hiểu biết về sự đa dạng và phong phú của thực tại.
Giới hạn trong nghiên cứu khoa học: Sự có mặt của biên giới có thể giới hạn khả năng quan sát và thăm dò, tạo ra một ranh giới vật lý mà con người không thể vượt qua để hiểu biết toàn diện về vũ trụ.
Nếu vũ trụ không có biên giới
Vũ trụ vô tận và không giới hạn: Một vũ trụ không biên giới sẽ là không gian vô hạn, không có điểm kết thúc. Điều này thay đổi hoàn toàn cách nhìn nhận về không gian và tồn tại, khiến các khái niệm về ranh giới và mép trở nên vô nghĩa.
Thách thức đối với các định luật vật lý hiện hành: Các lý thuyết vật lý và mô hình hiện đại cần được điều chỉnh để mô tả chính xác một vũ trụ vô tận. Một vũ trụ không có biên giới cũng gây khó khăn cho việc định nghĩa các thông số vật lý cơ bản.
Ý nghĩa triết học sâu sắc: Vũ trụ vô tận dẫn đến những câu hỏi lớn về sự tồn tại, ý nghĩa của cuộc sống và vị trí của con người trong một không gian bao la không giới hạn.
>>>Gợi ý thêm cho bạn: Năng lượng tối có vai trò gì trong vũ trụ hiện đại?
Dù vẫn chưa có câu trả lời cuối cùng cho câu hỏi liệu vũ trụ có biên giới không, mỗi bước tiến của khoa học lại mở ra thêm những chân trời mới. Dù hữu hạn hay vô tận, vũ trụ vẫn luôn là nguồn cảm hứng bất tận cho tri thức và trí tưởng tượng của loài người.
