Nhìn vào bầu trời đêm, chúng ta có thể thấy nhiều ngôi sao ở mọi hướng. Tất cả cứ như thể chúng ta đang ở trong trung tâm của vũ trụ bao la. Nhưng, có thật sự là như vậy? Và nếu không phải thế, trung tâm của vũ trụ thực sự nằm ở đâu?

Vũ trụ rộng lớn vô cùng. Nhưng đâu là tâm của vũ trụ? Có vẻ như vũ trụ không có tâm. Credit: Shutterstock, LiveScience.

Vũ trụ, thực ra, không có điểm chính giữa. Kể từ sự kiện Vụ Nổ Lớn (Big Bang) diễn ra cách đây 13.7 tỷ năm, vũ trụ đang ngày càng mở rộng. Tuy nhiên, mặc dù như chính tên gọi, sự kiện Big Bang không phải là vụ nổ lan rộng từ một điểm trung tâm của nguồn phát. Vũ trụ đã khởi nguồn một cách nhỏ bé và đậm đặc. Sau đó, mọi vị trí trong vũ trụ giãn nở đồng đều, và tiếp tục giãn nở đến ngày hôm nay. Và như thế, bởi không có điểm gốc bắt đầu, bản thân vũ trụ không có điểm trung tâm.

Một cách để hình dung chính là tưởng tượng một con kiến hai chiều sống trên bề mặt của một quả bong bóng hình cầu hoàn hảo. Từ góc nhìn của con kiến, mọi điểm trên bề mặt của quả bóng đều giống nhau. Như thế, tâm điểm không tồn tại trên mặt phẳng hình cầu, kể cả vùng ranh giới của nó.

Nếu chúng ta thổi quả bong bóng, con kiến sẽ nhìn thấy vũ trụ trong không gian hai chiều đang giãn nở. Vẽ những chấm điểm trên mặt quả bong bóng, những chấm điểm sẽ di chuyển cách xa nhau so với điểm kế cận, như chính cách những thiên hà đang chuyển động trong vũ trụ của chúng ta.

Đối với con kiến trong vũ trụ hai chiều, bất kỳ chiều thứ ba nào giãn nở vuông góc với mặt phẳng của quả bóng - như thể dịch chuyển đến tâm điểm của quả bong bóng - không mang nhiều ý nghĩa vật lý.

"Con kiến biết rằng nó có thể tiến về phía trước và lùi ra sau. Nó có thể sang phải và sang trái", theo Barbara Ryden, nhà vật lý thiên văn thuộc trường Đại học Bang Ohio, Hoa Kỳ. "Nhưng không có khái niệm đi lên và đi xuống".

Vũ trụ của chúng ta là một phiên bản ba chiều của không gian vũ trụ hai chiều của con kiến. Nhưng sự tương đồng với quả bong bóng, xét về mặt giới hạn về diện tích bề mặt, biểu diễn một vũ trụ hữu hạn - điều mà theo các nhà vũ trụ học không chắc chắn đúng với vũ trụ của chúng ta, theo Ryden. Bị giới hạn bởi sự di chuyển của ánh sáng kể từ Vụ Nổ Lớn, các quan sát vũ trụ học chỉ đề xuất một khía cạnh hữu hạn của vũ trụ, nhưng toàn bộ vũ trụ có thể là vô hạn.

Trong trường hợp trên, chúng ta có thể thay thế hình tượng quả bóng bằng một dải cao su dẹt, và giãn nở mãi mãi. Hoặc nếu nghĩ đến một vũ trụ ba chiều, hãy tưởng tượng một ổ bánh mì nho khô vô hạn và đang tiếp tục giãn nở. Những miếng nho khô đại diện cho những thiên hà dịch chuyển cách xa nhau. Theo tiến sĩ Ryden trên tạp chí Live Science: "Nếu vũ trụ chúng ta là vô hạn, nó sẽ không có điểm chính giữa".

Vũ trụ là dạng phẳng hay dạng cong phụ thuộc vào tổng khối lượng và năng lượng trong chính vũ trụ ấy. Nếu mật độ khối lượng và năng lượng của vũ trụ vừa đủ - gọi là giá trị mật độ tới hạn, vũ trụ mang hình dạng phẳng như một mảnh giấy và giãn nở với gia tốc không đổi trong không gian.

Nhưng nếu mật độ ấy cao hơn so với mật độ tới hạn, vũ trụ sẽ có hình dạng cong như quả bóng. Lực hấp dẫn từ lượng mật độ tăng thêm làm chậm sự giãn nở của vũ trụ, cuối cùng khiến quá trình mở rộng tạm dừng.

Trong khi đó, với mật độ vật chất và năng lượng thấp hơn so với mật độ tới hạn, sự giãn nở của vũ trụ ngày càng tăng lên. Trong viễn cảnh đó, vũ trụ sẽ có dạng cong âm giống như hình dạng của một chiếc yên ngựa. Tuy vậy, vũ trụ vẫn là vô hạn, và vì thế, không có điểm trung tâm.

Cho đến hôm nay, nhiều quan điểm lý thuyết và quan sát bao gồm những nghiên cứu về nền vi sóng vũ trụ - tàn dư từ sự kiện Vụ Nổ Lớn, hướng đến một vũ trụ dạng phẳng. Dẫu vậy, các nhà vũ trụ học vẫn không chắc chắn liệu vũ trụ thật sự phẳng hay là độ cong của vũ trụ quá rộng khiến cho nó trông như phẳng, giống như cách nhìn nhận của chúng ta về Trái Đất phẳng trên bề mặt của nó.

Việc không có điểm trung tâm của vũ trụ, và bởi sự giãn nở của nó, vũ trụ cũng không có biên. Điều này nhất quán với nguyên tắc vũ trụ học, là quan điểm cho rằng không nơi nào trên vũ trụ là đặc biệt. Các quan sát về sự phân bố của các cụm thiên hà cũng như nền vi sóng vũ trụ cho thấy một vũ trụ, khi được phóng to đủ xa, vạn vật trong nó sẽ giống nhau ở khắp nơi.

Xuyên suốt các thời kì lịch sử, con người suy nghĩ sai lầm về việc chúng ta sống ở trong hoặc gần trung tâm của vũ trụ, với trung tâm ấy là Trái Đất, Mặt Trời hay thậm chí là Ngân Hà. Và dẫu chúng ta nghĩ chúng ta đặc biệt như thế nào, vũ trụ luôn cho thấy những điều ngược lại.

Theo Live Science

Tham khảo

Author: Trương Lê Gia Bảo
Sinh viên cử nhân ngành Kỹ thuật Không gian, trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (HCMIU).