Những thắc mắc như vậy sẽ chẳng bao giờ chấm dứt cho dù một ngày kia có thể ta sẽ biết cái gì nằm ngoài biên giới của vũ trụ.
Vũ trụ chỉ là hạt cát trong thiên hà
Vũ trụ của chúng ta ra đời từ một vụ nổ lớn (big bang). Vụ nổ này xuất phải từ một điểm kì dị với mật độ lớn không xác định, và có lẽ là không giới hạn, sau vụ nổ này không gian và thời gian được tạo ra, trước hết là các bức xạ ánh sáng, rồi dần hình thành các hạt cơ bản nặng hơn, chúng lại kết hợp với nhau thành các nguyên tử, phân tử, những hạt bụi và khí nhỏ nhất, để rồi kết quả cuối cùng là các thiên hà, sao, hành tinh... và cả sự sống của chúng ta ngày nay.
Theo những số liệu ngày nay thì chúng ta ước đoán khá chính xác rằng vụ nổ lớn nêu trên xảy ra cách đây khoảng hơn 14 tỷ năm, 10 tỷ năm sau đó thì Trái đất của chúng ta mới ra đời, và con người có trí tuệ thì mới xuất hiện khoảng 15.000 - 20.000 năm trước (giữa và cuối kỷ băng hà).
Từ lâu, con người đã không ngừng tìm hiểu về nguồn gốc của mình trong vũ trụ. Trải qua mấy nghìn năm sai lầm khi tin rằng chúng ta là trung tâm của vũ trụ, thì những cuộc cách mạng về nhận thức từ thời của Copernics, Galilei (thế kỷ 16, 17) cho đến tận thời điểm này khi chúng ta đã tiến sâu tới hơn 10 năm vào thế kỷ thứ 21, đã cho chúng ta biết nhiều hơn về vị trí thật sự của chúng ta.
Chúng ta không chỉ là vi sinh vật trên một hành tinh quay quanh Mặt trời, mà chính Mặt trời cũng không phải là ngôi sao duy nhất, nó chỉ là một trong số 200 tỷ ngôi sao của thiên hà Milk Way.
Trong khi thiên hà này lại chỉ là một trong số hơn 50 thành viên của cụm địa phương (Local Group), một quần thể thiên hà nằm trong siêu quần thiên hà Virgo - một trong số hàng nghìn, hàng triệu hay hàng tỷ siêu quần thiên hà trong vũ trụ này.
Vậy mà đến tận thời điểm này, nơi xa nhất con người từng đặt chân tới mới là Mặt trăng, một vệ tinh của chúng ta. Con số 384.000km từ Trái đất tới Mặt trăng nghe có vẻ lớn khi chúng ta so sánh với thước đo hàng ngày. Nhưng hãy thử làm phép so sánh.
Với vận tốc lên tới xấp xỉ 300.000 cây số mỗi giây, ánh sáng chỉ mất có hơn 1 giây để đưa một hình ảnh từ Trái đất lên tới Mặt trăng, nhưng nó sẽ phải mất tới hơn 50 tỷ năm để tới được rìa của vũ trụ. Có lẽ nền văn minh của chúng ta trong vài trăm năm tới sẽ khó có thể cho phép chúng ta đi được dù chỉ thoát ra khỏi thiên hà nhỏ bé này.
Tuy vậy, cho dù không thể tự mình đi ra ngoài không gian xa xôi, nhưng con người vẫn không ngừng quan sát nó. Đến nay chúng ta đã có thể thu được tín hiệu từ những nơi cách xa hàng tỷ năm ánh sáng (cho dù đó chỉ là thông tin về chúng nhiều tỷ năm trước và có thể khi đó thì khoảng cách của chúng chưa phải là vài tỷ năm ánh sáng).
Vũ trụ là một không gian nhiều chiều (nhiều hơn 4) và nó cũng có giới hạn của nó, giới hạn này đang ngày càng gia tăng do sự giãn nở không ngừng. Những nghiên cứu trong những năm gần đây cho biết, vũ trụ của chúng ta có lẽ sẽ không thể kết thúc bằng một vụ co lại và sụp đổ vật chất, nó cứ tiếp tục giãn nở làm mật độ ngày càng loãng cho tới khi mọi tương tác đều biến mất.
Mặc dù như vậy, cho dù vũ trụ có giãn nở ra bao nhiêu, nó vẫn chỉ là một quả bóng bay được thổi căng dần, nó có thể cứ lớn mãi, lớn mãi, nhưng suy cho cùng nó phải có một giới hạn.
Cái gì bên ngoài vũ trụ?
Đến nay, chưa có bất cứ bằng chứng nào xác thực cho sự tồn tại của cái gì đó bên ngoài vũ trụ, nhưng một mô hình có tên là Đa vũ trụ (multiverse) vẫn được nhiều người quân tâm vì nó lý giải cho những cơ may của những vũ trụ và sự sống bên ngoài giới hạn của chúng ta.
Về cơ bản, đa vũ trụ mới chỉ là một mô hình được đề xuất dựa trên giả thuyết đa lịch sử và tính xác xuất trong cơ học lượng tử.
Đôi khi nó còn được gọi là các vũ trụ song song với nội dung chính là vũ trụ của chúng ta không phải là duy nhất mà có thể còn có những vụ trụ khác đang tồn tại song song với chúng ta. Thuyết đa vũ trụ này có 4 dạng chia thay 4 cấp với sự sai khác khác nhau so với vũ trụ của chúng ta.
Cấp 1: Có sự tồn tại của các vũ trụ khác độc lập với vũ trụ của chúng ta. Chúng cũng có các tính chất vật lý y như chúng ta không có gì khác biệt, chỉ trừ các xác xuất và điều kiện trong khác nhau nên sẽ sinh ra những kết quả khác nhau.
Có thể có sự sống như chúng ta, cũng có nền văn minh giống y như chúng ta, chỉ có tính chất có thể khác đôi chút. Hiện nay, một bằng chứng khá lờ mờ cho việc này là sự không đồng đểu ở một vài điểm trong bức xạ nền thu được.
Như chúng ta biết, bức xạ nền này phát ra không lâu sau vụ nổ lớn Big Bang và lan rộng khắp vũ trụ, những gì chúng ta thu được ngày nay là phần tàn dư của nó, do đó nó chính là những nhân chứng cho thời kỳ đầu của vũ trụ. S
ự không đồng đều trong nền bức xạ này đặt ra nghi vấn vũ trụ từ có va chạm với những vũ trụ khác như lý thuyết đa vũ trụ đề xuất, tất nhiên đến nay đây vẫn chỉ là những nghi vấn.
Cấp 2: Ở cấp này, chúng ta nhìn nhận đa vũ trụ là những “bong bóng” sinh ra trong một không gian trống rỗng. Các bong bóng này có thể đang được đẩy ra xa nhau giống như các thiên hà đang rời xa nhau trong vũ trụ của chúng ta.
Ở giả thuyết này có sự khác biệt hơn. Các phương trình vật lý và toán học vẫn không có gì khác nhau giữa các vũ trụ nhưng không chỉ các điều kiện đầu khác nhau mà có thể các hằng số vật lý cũng khác nhau như vận tốc ánh sáng, hằng số hấp dẫn... kết quả do các cấu trúc vật chất khác nhau.
Cấp 3: Đây chính là giả thuyết đa lịch sử/đa thế giới mà chúng ta hay bắt gặp trong các phim viễn tưởng. Có thể có những thế giới song song với chúng ta nhưng với những hằng số khác dẫn đến những hệ quả khác. Giống như chú mèo máy
Doraemon, trên thực tế khi chú mèo máy Doraemon trở về quá khứ giúp Nobita thì đó là một thế giới và lịch sử khác, trong khi lịch sử ban đầu vẫn xảy ra ở một thế giới song song khác.
Cấp 4: Mô hình này, sự sai khác là rõ rệt nhất. Các vũ trụ song song với chúng ta gần như không có điểm nào giống với chúng ta. Không chỉ các điều kiện trong các hằng số vật lý mà cả các định luật vật lý cũng hoàn toàn khác.
Hình học của các vụ trụ ở cấp này khác nhau hoàn toàn, trong khi vũ trụ của chúng ta ngày nay vũ trụ mở thì lại có nhiều vũ trụ đóng, các vũ trụ phẳng các các vũ trụ với cấu tạo không thời gian phức tạp, liên tục thăng giáng... và thậm chí có những vũ trụ mở nhưng với các định luật vật lý khác, các hạt cơ bản hoàn toàn xa lạ, nơi chúng ta không có cơ hội sống sót nếu giả sử bị đẩy sang đó.
Hiện nay, người ta cố gắng tìm kiếm thêm các dấu hiệu tương tự như sự không đều trong bức xạ để làm bằng chứng cho sự tồn tại của đa vũ trụ (bất cứ cấp nào), nhưng với công nghệ ngày nay bất cứ phép đo nào đối với bức xạ nền này đều chưa phải tuyệt đối chính xác. Giả sử có bằng chứng về các vũ trụ khác thì khả năng có thể quan sát được chúng là không thể.
