Vũ trụ có thực sự vô hạn?

Vũ trụ vô hạn hay hữu hạn?

Dù đã đạt được nhiều tiến bộ trong việc khám phá vũ trụ quan sát được, các nhà khoa học vẫn chưa thể đưa ra câu trả lời cuối cùng cho câu hỏi liệu không gian có trải dài vô tận hay mang một hình dạng kỳ lạ nào đó.

Các lý thuyết hiện tại chia thành hai luồng chính: một số cho rằng vũ trụ thực sự vô hạn, không có biên giới, trong khi những lý thuyết khác lại tin rằng vũ trụ hữu hạn nhưng không có "biên giới" theo nghĩa thông thường.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng câu trả lời cuối cùng có thể nằm ngoài tầm với của con người, bất chấp những quan sát ngày càng chi tiết và những tiến bộ lý thuyết.

Tuy nhiên, những gì chúng ta biết về phần vũ trụ quan sát được và các thiên hà xa xôi nhất có thể cung cấp những gợi ý quan trọng.

Những điều đã biết về vũ trụ

Phần vũ trụ mà chúng ta có thể quan sát được chắc chắn là hữu hạn. Do ánh sáng di chuyển với tốc độ hữu hạn và vũ trụ đang giãn nở (được xác nhận từ các vụ va chạm hố đen), chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một "chân trời" nhất định.

Vũ trụ đã giãn nở kể từ Vụ Nổ Lớn, khiến các thiên hà ngày càng cách xa nhau. Khoảng cách giữa hai thiên hà càng lớn, tốc độ chúng tách rời nhau càng nhanh.

Điều này có thể hình dung bằng cách thổi phồng một quả bóng bay có các chấm vẽ trên bề mặt; khi quả bóng phồng lên, các chấm sẽ di chuyển ra xa nhau, mô phỏng sự giãn nở của không gian.

Tuy nhiên, hình dạng của vũ trụ, cũng như việc nó có "cạnh" hay trải dài vô tận, vẫn là một ẩn số. Các phép đo hiện tại về độ cong vũ trụ cho thấy vũ trụ là phẳng về mặt không gian.

Điều này không có nghĩa là vũ trụ là một đĩa phẳng, mà là nếu hai chùm tia laser chiếu song song qua không gian, chúng sẽ không bao giờ giao nhau hoặc tách rời nhau, ngay cả sau hàng tỷ năm.

Việc vũ trụ phẳng mở ra hai khả năng rõ ràng: Nếu vũ trụ phẳng như một tờ giấy dài vô tận, nó sẽ là vô hạn. Nhưng nó cũng có thể phẳng theo hình xuyến (hình bánh rán), khi đó nó sẽ hữu hạn nhưng không có ranh giới.

Hình học phẳng mà chúng ta quan sát vẫn cho phép một cấu trúc tôpô toàn cục hữu hạn nhưng không có biên, và độ chính xác quan sát hiện tại chưa đủ để phân biệt rõ ràng hai trường hợp này.

Tại sao sự thật có thể mãi mãi là bí ẩn

Dù có những tiến bộ vượt bậc trong quan sát, khả năng xác định vũ trụ thực sự vô hạn hay chỉ rộng lớn vẫn gặp phải những hạn chế lớn.

Các nhà vật lý thiên văn có những quan điểm khác nhau, một số nghiêng về vũ trụ vô hạn, số khác lại tin vào một vũ trụ hữu hạn với cấu trúc liên kết đặc biệt. Thuyết đa vũ trụ càng làm vấn đề thêm phức tạp, nhấn mạnh tính suy đoán của câu hỏi này.

Bởi vì chúng ta chỉ quan sát được một phần của vũ trụ, bất kỳ kết luận nào về toàn bộ vũ trụ đều đòi hỏi một phép ngoại suy mà có thể không bao giờ kiểm chứng được.

Chúng ta không thể "tua lại" vũ trụ hay thực hiện các thí nghiệm có kiểm soát ở quy mô vũ trụ. Chúng ta phụ thuộc hoàn toàn vào những quan sát thụ động. Điều này có nghĩa là những câu hỏi về những gì nằm ngoài chân trời quan sát của chúng ta, cách không gian được kết nối, liệu có một ranh giới hay không, hay thời gian và không gian có kéo dài vô hạn hay không, có thể vẫn không thể trả lời được.

Cuối cùng, vũ trụ có thể rộng lớn đến mức ngay cả khi nó hữu hạn, việc phân biệt nó với cái "vô hạn" có thể mãi mãi nằm ngoài tầm với của chúng ta.

Nếu nó vô hạn, chúng ta có thể sẽ không bao giờ quan sát thấy bằng chứng về ranh giới. Dù thế nào đi nữa, câu hỏi này có thể vượt quá tầm hiểu biết thực nghiệm của con người.