Bạn có phải là người ngước nhìn các vì sao và tự hỏi không gian thực sự trải dài đến đâu không? Hoặc có thể bạn đã nghe nói rằng vũ trụ đang giãn nở và tự hỏi—điều đó có nghĩa là gì?

Hôm nay, chúng ta hãy cùng khám phá bí ẩn vũ trụ hấp dẫn này theo cách dễ hiểu và vô cùng thú vị.

Vũ trụ là gì?

Trước khi nói về sự giãn nở, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về bản chất của vũ trụ. Nói một cách đơn giản, vũ trụ bao gồm tất cả mọi thứ—tất cả vật chất, năng lượng, hành tinh, ngôi sao, thiên hà, và thậm chí cả thời gian và không gian. Khi chúng ta nói vũ trụ đang giãn nở, chúng ta không chỉ nói về việc các ngôi sao đang tách ra. Chúng ta muốn nói đến chính không gian đang giãn nở.

Hãy tưởng tượng vũ trụ như một quả bóng bay. Khi bạn thổi phồng nó, bề mặt của quả bóng sẽ giãn ra, và bất kỳ điểm nào bạn vẽ trên đó cũng sẽ di chuyển ra xa nhau hơn. Điều này tương tự như cách các thiên hà trong không gian dường như đang di chuyển ra xa nhau—không phải vì chúng đang bay trong không gian, mà bởi vì chính không gian đang giãn nở giữa chúng.

Ai là người phát hiện ra sự giãn nở?

Ý tưởng về một vũ trụ giãn nở còn khá mới mẻ. Năm 1929, nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble đã có một khám phá đáng ngạc nhiên. Ông quan sát thấy các thiên hà đang di chuyển ra xa chúng ta—và chúng càng ở xa thì chuyển động càng nhanh. Mối quan hệ này hiện được gọi là Định luật Hubble.

Công trình của ông được xây dựng dựa trên các lý thuyết trước đó, đặc biệt là của Albert Einstein, người đã phát triển thuyết tương đối rộng. Điều thú vị là, ban đầu Einstein không tin vào một vũ trụ đang giãn nở. Ông thậm chí còn thêm một hằng số vào các phương trình của mình để giữ cho nó "tĩnh". Nhưng khi những phát hiện của Hubble được công bố, Einstein đã thừa nhận sai lầm của mình và ủng hộ mô hình giãn nở.

Chính xác thì sự giãn nở là gì?

Đây là lúc mọi thứ trở nên thực sự đáng kinh ngạc. Không chỉ các vật thể đang di chuyển ra xa nhau—mà bản thân cấu trúc không gian cũng đang giãn nở. Đây là một phần quan trọng của Thuyết giãn nở Nguyên thủy, hiện là lời giải thích tốt nhất mà các nhà khoa học có được về cách vũ trụ bắt đầu.

Bạn có thể nghĩ rằng sự giãn nở Nguyên thủy là một vụ nổ trong không gian, nhưng tốt hơn nên nghĩ về nó như một sự giãn nở của không gian. Không có một điểm trung tâm nào mà mọi thứ nổ tung ra—mà giống như mọi điểm trong vũ trụ bắt đầu giãn nở cùng một lúc.

Liệu sự giãn nở có đang chậm lại?

Trong một thời gian dài, các nhà khoa học cho rằng lực hấp dẫn sẽ làm chậm sự giãn nở của vũ trụ theo thời gian. Nhưng vào năm 1998, một điều bất ngờ đã xảy ra. Hai nhóm nhà thiên văn học đã quan sát các siêu tân tinh (sao nổ) ở xa và phát hiện ra rằng vũ trụ không hề chậm lại—mà đang tăng tốc!

Sự gia tốc này đã gây chấn động cộng đồng khoa học. Để giải thích điều này, các nhà khoa học đã đưa ra khái niệm về năng lượng tối, một loại năng lượng bí ẩn chiếm khoảng 68% vũ trụ. Chúng ta vẫn chưa hiểu đầy đủ năng lượng tối là gì, nhưng dường như nó đang đẩy vũ trụ ra xa nhau ngày càng nhanh hơn.

Nó đang giãn nở nhanh đến mức nào?

Điều này vẫn đang được tranh luận. Tốc độ giãn nở được gọi là hằng số Hubble, nhưng các phương pháp đo lường khác nhau lại đưa ra những kết quả hơi khác nhau. Một số phép đo sử dụng các thiên hà gần cho thấy tốc độ này vào khoảng 73 km/giây/megaparsec, trong khi các phép đo từ vũ trụ sơ khai (như bức xạ nền vi sóng vũ trụ) cho thấy tốc độ này vào khoảng 67 km/giây/megaparsec.

Sự khác biệt này đã làm dấy lên một trong những câu đố lớn nhất trong vật lý hiện đại—thường được gọi là "Sức căng Hubble". Các nhà khoa học trên khắp thế giới đang nỗ lực tìm hiểu lý do tại sao các con số này không khớp nhau.

Điều này có ý nghĩa gì đối với tương lai?

Nếu sự giãn nở tiếp tục tăng tốc, các thiên hà sẽ ngày càng di chuyển ra xa nhau hơn. Cuối cùng, hầu hết các thiên hà sẽ ở rất xa đến mức chúng ta không thể nhìn thấy chúng. Bầu trời của chúng ta có thể trở nên tối đen, ngoại trừ hệ sao của chúng ta.

Một tương lai có thể xảy ra được gọi là "Big Freeze", khi vũ trụ tiếp tục giãn nở cho đến khi trở nên lạnh lẽo và trống rỗng. Một giả thuyết khác, "Big Rip", cho rằng sự giãn nở có thể trở nên nhanh đến mức xé toạc các thiên hà, ngôi sao, hành tinh - thậm chí cả các nguyên tử.

Nhưng đừng lo lắng - những sự kiện này sẽ xảy ra hàng tỷ, thậm chí hàng nghìn tỷ năm nữa. Hiện tại, vũ trụ của chúng ta vẫn đầy sao, ánh sáng và những bí ẩn hấp dẫn.

Làm thế nào chúng ta biết được tất cả những điều này?

Những khám phá này được hỗ trợ bởi các quan sát thực tế và dữ liệu từ các công cụ mạnh mẽ như Kính viễn vọng Không gian Hubble, vệ tinh Planck, và gần đây hơn là Kính viễn vọng Không gian James Webb. Lĩnh vực vũ trụ học - nghiên cứu về nguồn gốc và cấu trúc của vũ trụ - kết hợp vật lý, thiên văn học và toán học để khám phá những câu hỏi này.

Ví dụ, nghiên cứu được công bố trên các tạp chí như The Astrophysical Journal và Nature đã được các nhà khoa học bình duyệt và được hỗ trợ bởi dữ liệu từ NASA, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và các tổ chức toàn cầu khác.

Tại sao chúng ta nên quan tâm?

Bạn có thể tự hỏi—tại sao vũ trụ đang giãn nở lại quan trọng? Nó giúp chúng ta hiểu mình đến từ đâu và sẽ đi về đâu. Nó cũng truyền cảm hứng cho công nghệ mới, thúc đẩy sự sáng tạo của chúng ta và thách thức những giới hạn kiến thức của con người.

Hơn nữa, thật tuyệt vời khi nghĩ về điều đó. Tất cả chúng ta đều là một phần của vũ trụ khổng lồ, đang trải dài này. Mỗi nguyên tử trong cơ thể bạn đều đến từ những ngôi sao đã ra đời từ rất lâu—và những ngôi sao đó được định hình bởi không gian đang giãn nở xung quanh chúng.

Tham gia kỳ quan

Lần tới khi bạn ngước nhìn bầu trời đêm, hãy nghĩ về sự kéo dài lặng lẽ và đều đặn của không gian. Vũ trụ không hề đứng yên—nó luôn chuyển động, luôn phát triển và luôn thay đổi.

Bạn có tò mò muốn tìm hiểu thêm không? Phần nào của vũ trụ đang mở rộng khiến bạn thích thú nhất? Hãy tự đặt câu hỏi và chúng ta hãy cùng nhau khám phá vũ trụ nhé!