Vũ trụ hình thành khoảng 13,77 tỷ năm trước, nhưng sự giãn nở khiến việc xác định trung tâm vũ trụ nằm ngoài tầm với của con người.
Ảnh chụp của kính viễn vọng không gian James Webb hé lộ một số thiên hà cổ xưa nhất và xa nhất từng được quan sát. (Ảnh: NASA/ESA/CSA/STScI)
Vũ trụ vô cùng rộng lớn và từ góc nhìn của con người, có vẻ Trái đất ở giữa mọi thứ. Nhưng liệu có tồn tại trung tâm vũ trụ không, nếu có thì ở đâu? Nếu vụ nổ Big Bang khai sinh ra vũ trụ thì nó đến từ đâu và sẽ đi về đâu? Để giải đáp những câu hỏi này, hãy quay về khoảng 100 năm trước.
Những năm 1920, nhà thiên văn học Edwin Hubble liên tiếp có hai phát hiện đáng kinh ngạc. Đầu thập kỷ, ông nhận thấy các thiên hà nằm rất xa Trái đất. Cuối thập kỷ, ông phát hiện rằng nhìn chung, tất cả thiên hà đang lùi xa khỏi hành tinh xanh.
May mắn là giới khoa học có một lời giải thích về mặt lý thuyết cho những điều trên. Thuyết tương đối rộng của Einstein đã dự đoán rằng vũ trụ có tính động - giãn nở hoặc co lại. Điều này đi ngược với quan điểm phổ biến thời đó là vũ trụ hoàn toàn tĩnh. Sau đó, 4 nhà khoa học đã nỗ lực nghiên cứu để phát triển nghiệm Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker cho phương trình của Einstein, đặt nền tảng cho vũ trụ học hiện đại.
Kính viễn vọng không gian Hubble chụp ảnh 3 thiên hà xoắn ốc chuẩn bị va chạm trong chòm sao Mục Phu. (Ảnh: NASA/ESA)
Lời giải cho phương trình Einstein nói trên cùng những quan sát ấn tượng của kính viễn vọng không gian Hubble cho thấy, con người sống trong một vũ trụ đang giãn nở. Trung bình, mọi thiên hà đều đang ngày càng rời xa khỏi mọi thiên hà khác, và từ lâu, tất cả vật chất trong vũ trụ đã bị nén vào một điểm tí hon vô hạn gọi là điểm kỳ dị - điểm bắt đầu của vụ nổ Big Bang.
Vậy vụ nổ Big Bang ở đâu? Đây chắc chắn sẽ là trung tâm thực sự của vũ trụ. Tuy nhiên, những thông tin mà con người biết về vũ trụ vẫn không đủ để đưa ra lời giải thích đơn giản rõ ràng nào. Đó là vì vũ trụ không có trung tâm, cũng không có rìa. Vũ trụ không giãn nở từ một điểm và cũng không giãn nở thành bất cứ thứ gì.
Đầu tiên, hãy giải quyết vấn đề rìa. Theo định nghĩa, vũ trụ là tất cả những thứ tồn tại. Trong khi rìa là thứ phân chia vùng này với vùng khác. Nhưng nếu vũ trụ bao gồm tất cả các vùng thì không thể có rìa. Điều này đồng nghĩa, vũ trụ có thể rộng lớn vô hạn và việc tìm trung tâm của một không gian vô tận là bất khả thi.
Một khả năng khác là vũ trụ hữu hạn. Nhưng điều này đồng nghĩa, ở quy mô cực kỳ lớn - lớn hơn nhiều so với những gì con người có thể quan sát - vũ trụ sẽ tự gập cong vào chính nó. Như vậy, vũ trụ cũng không có trung tâm.
Để so sánh, hãy quan sát Trái đất. Người ta có thể chỉ ra tâm của hành tinh ba chiều - phần nóng chảy trong lõi - nhưng không thể tìm ra tâm của bề mặt Trái đất: Nó có thể ở điểm giao giữa vĩ độ 0 và kinh độ 0, cũng có thể ở các cực, thậm chí ở nhà của bất kỳ ai. Điểm nào cũng phù hợp như nhau.
Như vậy, vụ nổ Big Bang xảy ra đồng thời ở khắp nơi trong vũ trụ. Nó xảy ra trong căn phòng bạn đang ngồi và cũng ở thiên hà xa nhất mà con người có thể nhìn thấy. Vụ nổ Big Bang không phải một điểm trong không gian mà là một địa điểm trong thời gian.
Có thể chỉ ra tâm của Trái đất ba chiều - phần nóng chảy trong lõi - nhưng không thể chỉ ra tâm của bề mặt hành tinh. Ảnh: Salon
Tuy nhiên, có một bước ngoặt thú vị: Vũ trụ có tuổi, khoảng 13,77 tỷ năm tuổi. Vì tốc độ ánh sáng quá nhanh nên chỉ một phần nhỏ vũ trụ được chiếu sáng cho con người. Những gì con người quan sát được có giới hạn, và rìa giới hạn cách Trái đất khoảng 45 tỷ năm ánh sáng. Điều này xảy ra vì vũ trụ giãn nở nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Phần lớn vũ trụ bị ẩn khỏi con người: Giống như ánh sáng đèn pin trong khu rừng xa, con người chỉ có thể nhìn thấy những thứ trong giới hạn chiếu sáng. Từ góc nhìn của con người, tất cả các thiên hà khác đang di chuyển ra xa khỏi dải Ngân Hà. Do đó, dường như con người đang ở trung tâm của toàn bộ vũ trụ. Tất nhiên, điều tương tự cũng có thể xảy ra với bất cứ thiên hà nào khác. Từ góc nhìn của những thiên hà này, chúng cũng nằm ở trung tâm của vùng quan sát được và mọi thiên hà khác đang lùi ra xa.
Đây là điểm thú vị của một vũ trụ đang giãn nở: vừa không có trung tâm, vừa có thể nói mọi nơi đều là trung tâm. Tất cả những người quan sát, bao gồm cả con người, đều có thể tuyên bố rằng mình ở vị trí chính giữa.