Bui Nhat Minh
Intern Writer
Nhưng điều gì ẩn chứa đằng sau bong bóng “phẳng” này thì không ai có thể đoán được, và nó có thể thay đổi mọi thứ mà chúng ta nghĩ mình biết.
Vũ trụ bao la. Theo mọi hướng mà chúng ta có thể nhìn thấy, chúng ta đang ở trong một phần nhỏ, hay bong bóng, của toàn bộ vũ trụ . Bong bóng đó rộng khoảng 90 tỷ năm ánh sáng.
Tuy nhiên, nghe có vẻ trái ngược, vũ trụ là phẳng. Trên thực tế, mọi bằng chứng đều chỉ ra rằng vũ trụ của chúng ta phẳng nhất có thể, ngay cả khi nó có thể vô cùng lớn. Chúng ta thậm chí có thể đo độ phẳng này với độ chính xác dưới một phần trăm, điều này khá ấn tượng.
Quan sát này dẫn đến một kết quả khá kỳ lạ. Chúng ta từng nghĩ rằng hình dạng của vũ trụ là tất cả những gì chúng ta cần biết về tương lai của vũ trụ. Ví dụ, hình dạng phẳng có nghĩa là sự giãn nở chậm và đều đặn, trong khi hình dạng cong có nghĩa là cuối cùng nó sẽ co lại thành một điểm kỳ dị siêu đặc, siêu nóng, giống như một sợi dây cao su bật trở lại hình dạng chưa giãn nở của nó. Đây là loại trạng thái dẫn đến Vụ nổ lớn cách đây khoảng 13,8 tỷ năm. Nhưng sau đó chúng ta phát hiện ra năng lượng tối, một lực vẫn còn bí ẩn có thể giải thích sự giãn nở vũ trụ đang tăng tốc của chúng ta. Điều đó có nghĩa là vũ trụ phẳng vàđang mở rộng ngày càng nhanh hơn, một sự kết hợp kỳ lạ của những hoàn cảnh mà chúng ta nghĩ là không thể tồn tại!
Làm sao điều này có thể xảy ra? Tất cả đều phụ thuộc vào hình học.
Đầu tiên, chúng ta cần hiểu cách chúng ta có thể nói một vật thể phẳng trong khi vật thể khác tròn. Sự khác biệt thực sự là gì? Có hai bài kiểm tra rất dễ mà bạn có thể áp dụng để kiểm tra xem vật thể phẳng hay cong, và bản thân Trái Đất là một ví dụ tuyệt vời.
Bài kiểm tra đầu tiên liên quan đến hình tam giác. Nếu bạn lấy một tờ giấy và vẽ ba điểm trên đó, sau đó nối các điểm đó bằng ba đường thẳng để tạo thành một hình tam giác, bạn sẽ thấy rằng các góc bên trong của hình tam giác đó cộng lại bằng đúng 180 độ. Đây là hình học mà tất cả chúng ta đã học ở trường trung học và kéo dài từ thời Euclid ở Hy Lạp cổ đại.
Nhưng nếu bạn lấy một quả địa cầu và chọn ngẫu nhiên ba thành phố, bạn sẽ có được một kết quả khác. Nếu bạn vẽ các đường thẳng nối các thành phố đó để tạo thành một hình tam giác trên bề mặt quả địa cầu, bạn sẽ thấy rằng các góc bên trong của hình tam giác đó cộng lại lớn hơn 180 độ. Nếu bạn đủ mạo hiểm, bạn có thể thử làm điều này ngoài đời thực và chứng minh rằng Trái Đất thực sự cong.
Một bài kiểm tra khác liên quan đến các đường thẳng song song. Trên một tờ giấy phẳng, các đường thẳng bắt đầu song song sẽ mãi mãi song song. Một lần nữa, đây là hình học phổ thông. Nhưng trên các bề mặt cong, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Ví dụ, các đường kinh độ bắt đầu tại đường xích đạo hoàn toàn song song. Nhưng khi chúng di chuyển về phía bắc, chúng sẽ giao nhau tại Bắc Cực. Điều này có nghĩa là nếu bạn và một người bạn cùng bắt đầu hành trình tại đường xích đạo và luôn để la bàn chỉ về phía Bắc, và không bao giờ rẽ trái hoặc phải, thì cuối cùng bạn sẽ giao nhau tại Bắc Cực.
Khi nói đến vũ trụ, chúng ta chỉ cần áp dụng những loại thử nghiệm hình học này ở quy mô rất lớn. Một trong những cách dễ nhất để thực hiện điều này là với phông vi sóng vũ trụ, hay CMB. Đây là ánh sáng được phát ra khi vũ trụ của chúng ta chỉ mới 380.000 năm tuổi và khi nó giãn nở và nguội đi từ trạng thái plasma. Ánh sáng đó đã đi qua vũ trụ trong hơn 13 tỷ năm trước khi cuối cùng chạm tới các máy dò của chúng ta trên Trái đất. Và vì các tia sáng luôn di chuyển theo đường thẳng, chúng ta có thể sử dụng sự xuất hiện của CMB trên bầu trời để kiểm tra độ cong của vũ trụ.
Chúng ta có thể thực hiện thử nghiệm này vì nền vi sóng vũ trụ không hoàn toàn đồng nhất. Có những biến thể nhỏ, với các điểm nóng và điểm lạnh có chênh lệch nhiệt độ không quá một phần trong 100.000. Nhưng chúng ta hiểu rất rõ về vật lý tạo ra CMB nên chúng ta có thể dự đoán được các đốm sáng trên bầu trời sẽ lớn đến mức nào. Vì vậy, trong một vũ trụ phẳng, nơi các tia sáng luôn song song hoàn hảo và các tam giác cộng lại thành 180 độ, các đốm sáng sẽ có cùng kích thước như chúng ta dự đoán. Nếu chúng lớn hơn hoặc nhỏ hơn, thì chúng ta biết rằng các tia sáng đang bị cong, và do đó vũ trụ của chúng ta có hình dạng khác.
Điều này có ý nghĩa gì đối với cấu trúc tổng thể của vũ trụ? Thật không may, chúng ta không thể nhìn thấy toàn bộ vũ trụ. Nó chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn các nhà khoa học ước tính 13,8 tỷ năm và ánh sáng chỉ có thể di chuyển nhanh (186.000 dặm một giây), đó là lý do tại sao chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một phần nhỏ. Những gì nằm ngoài bong bóng đó là phỏng đoán của bất kỳ ai, mặc dù chúng tôi nghi ngờ mạnh mẽ rằng đó chỉ đơn giản là nhiều ngôi sao và thiên hà hơn và tất cả những thứ thông thường tạo nên một vũ trụ. Có thể vũ trụ vô cùng lớn và chỉ đơn giản là phẳng ở mọi nơi trong toàn bộ không gian vô tận của nó.
Nhưng cũng có khả năng là ngoài ranh giới của bong bóng quan sát được của chúng ta, vũ trụ là cong. Điều đó có nghĩa là nó chỉ có vẻ phẳng đối với chúng ta vì chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một phần nhỏ của nó. Điều này giống như cố gắng đo độ cong của Trái đất từ sân sau nhà bạn. Ngay cả khi bạn có một điền trang lớn, bạn cũng sẽ rất khó để đo độ cong của toàn bộ quả địa cầu dựa trên dữ liệu mà bạn chỉ có thể lấy từ một phần rất nhỏ của nó.
Nhưng một lần nữa, chúng ta không biết - và có lẽ không bao giờ có thể biết phạm vi hoặc hình dạng hoặc cấu trúc thực sự của vũ trụ. Chúng ta bị nhốt bên trong bong bóng quan sát được của mình, và theo như chúng ta có thể biết, nó phẳng. Và chúng ta chỉ phải sống với điều đó.
www.popularmechanics.com
Vũ trụ bao la. Theo mọi hướng mà chúng ta có thể nhìn thấy, chúng ta đang ở trong một phần nhỏ, hay bong bóng, của toàn bộ vũ trụ . Bong bóng đó rộng khoảng 90 tỷ năm ánh sáng.
Tuy nhiên, nghe có vẻ trái ngược, vũ trụ là phẳng. Trên thực tế, mọi bằng chứng đều chỉ ra rằng vũ trụ của chúng ta phẳng nhất có thể, ngay cả khi nó có thể vô cùng lớn. Chúng ta thậm chí có thể đo độ phẳng này với độ chính xác dưới một phần trăm, điều này khá ấn tượng.
Quan sát này dẫn đến một kết quả khá kỳ lạ. Chúng ta từng nghĩ rằng hình dạng của vũ trụ là tất cả những gì chúng ta cần biết về tương lai của vũ trụ. Ví dụ, hình dạng phẳng có nghĩa là sự giãn nở chậm và đều đặn, trong khi hình dạng cong có nghĩa là cuối cùng nó sẽ co lại thành một điểm kỳ dị siêu đặc, siêu nóng, giống như một sợi dây cao su bật trở lại hình dạng chưa giãn nở của nó. Đây là loại trạng thái dẫn đến Vụ nổ lớn cách đây khoảng 13,8 tỷ năm. Nhưng sau đó chúng ta phát hiện ra năng lượng tối, một lực vẫn còn bí ẩn có thể giải thích sự giãn nở vũ trụ đang tăng tốc của chúng ta. Điều đó có nghĩa là vũ trụ phẳng vàđang mở rộng ngày càng nhanh hơn, một sự kết hợp kỳ lạ của những hoàn cảnh mà chúng ta nghĩ là không thể tồn tại!
Làm sao điều này có thể xảy ra? Tất cả đều phụ thuộc vào hình học.
Đầu tiên, chúng ta cần hiểu cách chúng ta có thể nói một vật thể phẳng trong khi vật thể khác tròn. Sự khác biệt thực sự là gì? Có hai bài kiểm tra rất dễ mà bạn có thể áp dụng để kiểm tra xem vật thể phẳng hay cong, và bản thân Trái Đất là một ví dụ tuyệt vời.
Bài kiểm tra đầu tiên liên quan đến hình tam giác. Nếu bạn lấy một tờ giấy và vẽ ba điểm trên đó, sau đó nối các điểm đó bằng ba đường thẳng để tạo thành một hình tam giác, bạn sẽ thấy rằng các góc bên trong của hình tam giác đó cộng lại bằng đúng 180 độ. Đây là hình học mà tất cả chúng ta đã học ở trường trung học và kéo dài từ thời Euclid ở Hy Lạp cổ đại.
Nhưng nếu bạn lấy một quả địa cầu và chọn ngẫu nhiên ba thành phố, bạn sẽ có được một kết quả khác. Nếu bạn vẽ các đường thẳng nối các thành phố đó để tạo thành một hình tam giác trên bề mặt quả địa cầu, bạn sẽ thấy rằng các góc bên trong của hình tam giác đó cộng lại lớn hơn 180 độ. Nếu bạn đủ mạo hiểm, bạn có thể thử làm điều này ngoài đời thực và chứng minh rằng Trái Đất thực sự cong.
Một bài kiểm tra khác liên quan đến các đường thẳng song song. Trên một tờ giấy phẳng, các đường thẳng bắt đầu song song sẽ mãi mãi song song. Một lần nữa, đây là hình học phổ thông. Nhưng trên các bề mặt cong, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Ví dụ, các đường kinh độ bắt đầu tại đường xích đạo hoàn toàn song song. Nhưng khi chúng di chuyển về phía bắc, chúng sẽ giao nhau tại Bắc Cực. Điều này có nghĩa là nếu bạn và một người bạn cùng bắt đầu hành trình tại đường xích đạo và luôn để la bàn chỉ về phía Bắc, và không bao giờ rẽ trái hoặc phải, thì cuối cùng bạn sẽ giao nhau tại Bắc Cực.
Khi nói đến vũ trụ, chúng ta chỉ cần áp dụng những loại thử nghiệm hình học này ở quy mô rất lớn. Một trong những cách dễ nhất để thực hiện điều này là với phông vi sóng vũ trụ, hay CMB. Đây là ánh sáng được phát ra khi vũ trụ của chúng ta chỉ mới 380.000 năm tuổi và khi nó giãn nở và nguội đi từ trạng thái plasma. Ánh sáng đó đã đi qua vũ trụ trong hơn 13 tỷ năm trước khi cuối cùng chạm tới các máy dò của chúng ta trên Trái đất. Và vì các tia sáng luôn di chuyển theo đường thẳng, chúng ta có thể sử dụng sự xuất hiện của CMB trên bầu trời để kiểm tra độ cong của vũ trụ.
Chúng ta có thể thực hiện thử nghiệm này vì nền vi sóng vũ trụ không hoàn toàn đồng nhất. Có những biến thể nhỏ, với các điểm nóng và điểm lạnh có chênh lệch nhiệt độ không quá một phần trong 100.000. Nhưng chúng ta hiểu rất rõ về vật lý tạo ra CMB nên chúng ta có thể dự đoán được các đốm sáng trên bầu trời sẽ lớn đến mức nào. Vì vậy, trong một vũ trụ phẳng, nơi các tia sáng luôn song song hoàn hảo và các tam giác cộng lại thành 180 độ, các đốm sáng sẽ có cùng kích thước như chúng ta dự đoán. Nếu chúng lớn hơn hoặc nhỏ hơn, thì chúng ta biết rằng các tia sáng đang bị cong, và do đó vũ trụ của chúng ta có hình dạng khác.
Điều này có ý nghĩa gì đối với cấu trúc tổng thể của vũ trụ? Thật không may, chúng ta không thể nhìn thấy toàn bộ vũ trụ. Nó chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn các nhà khoa học ước tính 13,8 tỷ năm và ánh sáng chỉ có thể di chuyển nhanh (186.000 dặm một giây), đó là lý do tại sao chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một phần nhỏ. Những gì nằm ngoài bong bóng đó là phỏng đoán của bất kỳ ai, mặc dù chúng tôi nghi ngờ mạnh mẽ rằng đó chỉ đơn giản là nhiều ngôi sao và thiên hà hơn và tất cả những thứ thông thường tạo nên một vũ trụ. Có thể vũ trụ vô cùng lớn và chỉ đơn giản là phẳng ở mọi nơi trong toàn bộ không gian vô tận của nó.
Nhưng cũng có khả năng là ngoài ranh giới của bong bóng quan sát được của chúng ta, vũ trụ là cong. Điều đó có nghĩa là nó chỉ có vẻ phẳng đối với chúng ta vì chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một phần nhỏ của nó. Điều này giống như cố gắng đo độ cong của Trái đất từ sân sau nhà bạn. Ngay cả khi bạn có một điền trang lớn, bạn cũng sẽ rất khó để đo độ cong của toàn bộ quả địa cầu dựa trên dữ liệu mà bạn chỉ có thể lấy từ một phần rất nhỏ của nó.
Nhưng một lần nữa, chúng ta không biết - và có lẽ không bao giờ có thể biết phạm vi hoặc hình dạng hoặc cấu trúc thực sự của vũ trụ. Chúng ta bị nhốt bên trong bong bóng quan sát được của mình, và theo như chúng ta có thể biết, nó phẳng. Và chúng ta chỉ phải sống với điều đó.
The True Shape of the Universe Is Flat, According to Science—And Ancient Geometry Proves It
But what's beyond this “flat” bubble is anyone's guess, and it could change everything we think we know.
www.popularmechanics.com
