Vì sao nói vũ trụ hữu hạn mà vô biên?

Vũ trụ bao la, chứa đựng muôn vật và dường như vô cùng vô tận. Thế nhưng lý thuyết vũ trụ hiện đại lại nói rằng: vũ trụ hữu hạn mà vô biên. Điều đó có nghĩa là gì?

Nếu dùng thước đo quen thuộc trong đời sống hằng ngày để xét, Trái Đất đã là một thiên thể vô cùng lớn, bán kính bình quân khoảng 6371 km. Đi máy bay vòng quanh Trái Đất một vòng cũng phải mất mấy chục giờ. Mặt Trời còn lớn hơn rất nhiều.

Mặt Trời có thể chứa tới 130 vạn Trái Đất, nhưng nó cũng chỉ là một thành viên bình thường trong đại gia đình hệ Ngân hà. Trong hệ Ngân hà có hàng trăm tỉ hằng tinh lớn như Mặt Trời. Nếu di chuyển nhanh bằng tốc độ ánh sáng, muốn vượt qua hệ Ngân hà cũng phải mất ít nhất 10 vạn năm. Ngoài hệ Ngân hà còn có vô số tinh hệ khác, mỗi tinh hệ lại là một thiên thể khổng lồ giống như hệ Ngân hà. Nhờ các kính viễn vọng thiên văn ngày càng lớn, con người có thể nhìn thấy ngày càng nhiều thiên thể xa xăm hơn. Hiện nay người ta đã quan sát được các thiên thể cách chúng ta 10 tỉ năm ánh sáng, nghĩa là phần vũ trụ quan sát được tối thiểu cũng vượt quá 10 tỉ năm ánh sáng. Nhưng phần quan sát được ấy chỉ là một phần của vũ trụ. Vì năng lực kính viễn vọng còn hạn chế, ta chưa thể nhìn thấy toàn bộ bộ mặt của vũ trụ, nên rất khó xác định vũ trụ lớn đến đâu.

Có thể thấy vũ trụ thực sự rộng lớn vượt xa sức tưởng tượng của con người. Nhưng nếu định nghĩa vũ trụ là tổng hòa của thời gian và không gian có thể hiểu được về mặt vật lý, thì nó không nhất thiết lớn vô hạn. Quan trắc thiên văn cho thấy các hệ sao ở rất xa nhau, và khoảng cách càng xa thì tốc độ rời xa nhau càng lớn. Hiện tượng này giống như khi ta thổi một quả bóng có nhiều chấm hoa trên bề mặt: quả bóng càng phồng lên, các chấm hoa càng cách xa nhau. Thiên văn học hiện đại chỉ ra rằng vũ trụ của chúng ta giống như một quả bóng đang giãn nở. Nếu lần ngược lại quá khứ xa xưa, tức ngược chiều giãn nở, thì vũ trụ có thể đã từng co lại thành một điểm. Vì vậy, vũ trụ rất có thể ra đời từ một vụ nổ lớn siêu cấp, xuất phát từ một điểm ban đầu. Tuy ta chưa biết chính xác vũ trụ chứa bao nhiêu vật chất, nhưng cả về thời gian lẫn không gian, có thể khẳng định nó không phải là vô hạn theo nghĩa đơn giản.

Tuy nhiên, với một vũ trụ hữu hạn như thế, chúng ta vẫn không bao giờ tìm được “rìa” hay điểm tận cùng của nó, nên mới nói vũ trụ vô biên. Có thể hiểu điều này bằng hình ảnh một quả cầu đang giãn nở. Giả sử ta trở thành một con kiến hai chiều dẹt, không có độ dày; trong thế giới của nó chỉ có trước - sau, trái - phải, chứ không có trên - dưới. Khi bò trên mặt quả cầu, nó có thể đi mãi mà không tìm được điểm cuối. Đối với sinh vật hai chiều ấy, mặt cầu là hữu hạn nhưng không có biên giới. Trở lại thế giới ba chiều của chúng ta, do tác dụng hấp dẫn của vật chất trong vũ trụ, thuyết tương đối rộng của Anhxtanh đã chứng minh rằng không gian ba chiều ở quy mô vũ trụ cũng có thể cong như bề mặt quả cầu. Chính vì thời gian và không gian cong, nếu có dịp du hành trong vũ trụ, ta cũng sẽ gặp hiện tượng đi mãi mà không chạm tới một bức tường tận cùng. Đó là ý nghĩa cơ bản nhất của khái niệm “vũ trụ vô biên”.