Chào các bạn! Bạn đã bao giờ ngước nhìn bầu trời đêm và tự hỏi — nếu không gian không phải là vô tận, mà uốn cong lại chính nó như một bàn cờ khổng lồ của vũ trụ thì sao?

Nếu bạn cứ bay thẳng mãi theo một hướng, liệu có thể quay lại đúng điểm xuất phát? Nghe có vẻ điên rồ, phải không? Nhưng chính ý tưởng này lại đang là chủ đề nóng trong ngành vũ trụ học và không chỉ là khoa học viễn tưởng.

Các nhà toán học và thiên văn học đang ghép nối những mảnh ghép cuối cùng của câu đố vĩ đại nhất: Hình dạng thật sự của vũ trụ là gì? Hãy đeo ba lô xuyên ngân hà vào và cùng khám phá bộ sưu tập bản đồ khiến đầu óc bạn quay cuồng — mười đa tạp Euclid 3 chiều có định hướng. Yên tâm, chúng ta sẽ giữ mọi thứ vui vẻ và dễ hiểu!

Tầm Nhìn Phẳng

Hãy tua ngược lại thời gian. Người xưa từng tin rằng Trái Đất phẳng, cho đến khi Aristotle nhìn ra biển và nhận thấy một điều kỳ lạ: những con thuyền biến mất dần từ dưới lên khi ra khơi. Hmm... có vẻ như mặt biển cong nhỉ? Giờ hãy tua nhanh đến hiện tại: ta đã phóng to tầm nhìn — rất xa. Đến cả vũ trụ. Vậy không gian là một mặt phẳng vô tận, hay nó đang âm thầm gập lại, cuộn xoắn như một tờ giấy origami giữa các vì sao? Tiết lộ trước: các nhà khoa học có đến mười giả thuyết điên rồ — và tất cả đều có cơ sở.

Thế Giới Cao Su

Các bạn ơi, đã đến lúc kéo căng não bộ rồi nhé! Trong tô pô học (ngành toán nghiên cứu hình dạng), một chiếc cốc cà phê và một chiếc bánh vòng được xem là “song sinh”. Tại sao ư? Vì cả hai đều có một lỗ! Hình dạng có thể bị bẻ cong, xoắn vặn, kéo dài — miễn không rách hay đứt. Đó là cách các nhà tô pô học hình dung không gian như thể nó được làm từ cao su vũ trụ. Giờ hãy tưởng tượng điều đó trong không gian ba chiều. Điều gì sẽ xảy ra nếu vũ trụ không chỉ rộng lớn mà còn tự xoắn, gập lại theo những cách kỳ lạ và tuyệt vời?

Từ Hình Vuông Đến Mê Cung 3D

Hãy cùng xây dựng một hình dạng vũ trụ nhé! Bắt đầu với một hình vuông. Ghép hai cạnh đối diện lại với nhau. Boom — bạn vừa tạo ra một hình xuyến 2D (torus)! Giờ nâng cấp lên 3D: lấy một khối lập phương, ghép các mặt đối diện lại, bạn sẽ có một 3-torus. Ánh sáng di chuyển bên trong nó và quay lại điểm xuất phát. Các thiên hà lặp lại theo mọi hướng như trong căn phòng đầy gương. Bạn có thể đi thẳng mãi và quay về đúng chỗ ban đầu! Não bạn đã "nổ tung" chưa?

Vũ Trụ Trông Như Thế Nào?

Sau Vụ Nổ Lớn, ánh sáng cuối cùng cũng thoát ra — tạo nên Bức xạ Nền Vi sóng Vũ trụ (CMB), bức ảnh sơ sinh của vũ trụ. Các nhà khoa học đã thả khinh khí cầu bay trên Nam Cực để quét tín hiệu đó.Kết quả? Vũ trụ có vẻ như phẳng. Không cong như quả cầu, cũng không lõm như yên ngựa.

Vậy nên chỉ còn ba khả năng:

- Hình cầu (độ cong dương)

- Hình hyperbol (độ cong âm)

- Euclid (phẳng — như mặt biển yên bình)

Và người chiến thắng là… phẳng. Nhưng đừng vội nghĩ “phẳng” là nhàm chán nhé.

Mười Dạng Vũ Trụ Khả Dĩ

Trong số 18 hình dạng "không gian phẳng" có thể có, chỉ có mười dạng là có định hướng (nghĩa là không làm đảo ngược trái–phải của bạn).

Mười dạng này là những ứng cử viên sáng giá nhất cho hình dạng thực sự của vũ trụ. Mỗi hình dạng dẫn dắt ánh sáng và vật chất theo cách riêng. Mỗi hình để lại “dấu vân tay” tí hon trên nền vi sóng vũ trụ. Và một trong số đó có thể chính là… nhà của chúng ta. Cùng chào đón những ứng cử viên vũ trụ nhé:

1. 3‑Torus: Vòng Lặp Kinh Điển

Người hùng hình khối của chúng ta! Ghép các mặt đối diện của một khối lập phương — không xoay, chỉ đơn giản là ghép. Trong vũ trụ này, bạn sẽ thấy ảnh ảo của các thiên hà lặp đi lặp lại vô tận. Nó hữu hạn nhưng không có rìa. Giống như Trái Đất: bạn có thể đi mãi mà chẳng bao giờ “rơi xuống mép”.

2–6. Các Vũ Trụ Xoay

Điều gì xảy ra nếu khi bạn di chuyển qua không gian, chính không gian lại xoay ngược phía dưới bạn?

- Khối xoay nửa vòng: mỗi vòng lặp lật ngược vũ trụ.

- Khối xoay 1/4 vòng: mỗi lần đi qua, thế giới xoay 90°.

- Lăng trụ xoay 1/3: tưởng tượng thiên hà xoắn trong một không gian xoắn ốc.

- Ống kính xoay 1/6: không gian xoay mỗi 60°.

Mỗi kiểu xoay đều thay đổi họa tiết ánh sáng trên bầu trời. Các kính thiên văn tương lai có thể phát hiện những dấu vết này.

7. Khối Đôi: Tấm Gương Vũ Trụ

Hai khối lập phương. Xếp chồng. Xoay. Phản chiếu.

Một số mặt được ghép bình thường, số khác bị xoay 180°.

Nếu đây là vũ trụ của bạn, có thể bạn sẽ thấy… chính bàn chân mình trên bầu trời.

Vâng, logic không gian như bị “bẻ gãy” — nhưng chỉ là bề ngoài. Nó vẫn là không gian phẳng. Vẫn thực. Vẫn khả thi.

♾️ 8–10. Những Nhà Thám Hiểm Vô Tận

Giờ ta bước vào các dạng không lặp. Chúng không vòng lại mà kéo dài vô hạn.

- Không gian Euclid 3 chiều: vô tận cổ điển, không lặp.

- Không gian dạng lát: như món lasagna vũ trụ — hữu hạn một chiều, vô hạn ở hai chiều còn lại.

- Không gian ống khói: đường hầm vô tận vòng lại ở hai hướng. Đi đủ xa, bạn sẽ quay lại — nhưng chỉ theo chiều ngang!

Nghe có vẻ viễn tưởng, nhưng bạn biết không? Người ta từng nghĩ Trái Đất phẳng đấy!

Kết Luận

Đó chính là câu hỏi lớn. Các nhà khoa học đang dùng dữ liệu từ CMB, kính thiên văn và toán học khiến não quay cuồng để săn lùng dấu hiệu — những hoa văn lặp lại, ánh sáng vòng lặp, tiếng vang trong bầu trời. Nếu tìm thấy? Chúng ta sẽ biết được bản thiết kế của thực tại. Hãy tưởng tượng: toàn bộ vũ trụ… được bản đồ hóa như một khối Rubik khổng lồ không rìa.