Buzz
Thực ra, điều mà chúng ta vẫn xem là hiển nhiên ấy lại che giấu một sự thật đầy ám ảnh: vũ trụ không tồn tại vĩnh viễn mà có điểm khởi đầu và cả hồi kết. Nhận thức này bắt nguồn từ một nghịch lý nổi tiếng trong thiên văn học mang tên "Nghịch lý của Obers".
"Nghịch lý của Obers" là quan điểm do nhà thiên văn học người Đức Heinrich Olbers đưa ra vào khoảng thập niên 1820. Theo giả thuyết này, vũ trụ là vô hạn và chứa đựng vô số ngôi sao rải rác khắp không gian.
Xét theo suy luận lý thuyết, dù một ngôi sao có mờ hơn rất nhiều so với Mặt Trời, ánh sáng cộng dồn từ vô số ngôi sao vẫn đủ để thắp sáng bầu trời đêm trên Trái Đất. Thế nhưng thực tế lại trái ngược: bầu trời đêm mà chúng ta quan sát được vẫn tối đen, từ đó hình thành nên nghịch lý này.
Một số người cho rằng nguyên nhân là do các ngôi sao ở cách chúng ta quá xa, khiến ánh sáng của chúng suy yếu dần trong quá trình lan truyền và khi đến Trái Đất thì đã quá yếu để nhận ra. Tuy nhiên cách giải thích này không đúng, bởi cường độ ánh sáng của ngôi sao tuân theo "định luật bình phương nghịch đảo", nghĩa là cường độ ánh sáng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Nói cách khác, dù ánh sáng của từng ngôi sao giảm theo khoảng cách, số lượng sao lại tăng lên theo khoảng cách và hai yếu tố này bù trừ lẫn nhau.
Để hình dung rõ hơn, ta có thể tưởng tượng một lớp vỏ hình cầu với tâm đặt tại Trái Đất, bán kính có thể thay đổi nhưng độ dày giữ nguyên. Trên lớp vỏ đó, tổng cường độ ánh sáng của tất cả các ngôi sao được tính bằng số lượng sao nhân với cường độ của mỗi ngôi sao, và tổng giá trị này vẫn không đổi dù bán kính của lớp vỏ có tăng hay giảm.
Nếu ta tưởng tượng vũ trụ được chia thành vô số lớp vỏ hình cầu đồng tâm như vậy, thì mỗi lớp sẽ đóng góp một lượng ánh sáng giống nhau cho chúng ta. Khi cộng tất cả các lớp lại, tổng cường độ ánh sáng sẽ tiến tới vô hạn — đây chính là cách diễn giải toán học của nghịch lý Olbers.
Vậy liệu có khả năng rằng một số dạng vật chất trong vũ trụ, chẳng hạn như khí liên sao, bụi vũ trụ hay các thiên thể không tự phát sáng, đã chặn lại hoặc hấp thụ ánh sáng từ những ngôi sao xa xôi, khiến ánh sáng ấy không thể truyền tới mắt chúng ta?
Thoạt nhìn, giả thuyết này dường như có thể giải thích nghịch lý Olbers, nhưng nó lại vấp phải một vấn đề nghiêm trọng: định luật bảo toàn năng lượng. Khi ánh sáng từ các ngôi sao ở xa bị những vật chất này hấp thụ hoặc cản lại, năng lượng của ánh sáng không thể tự biến mất mà sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nhiệt độ của các vật chất đó tăng lên.
Nếu vũ trụ thực sự tồn tại vĩnh viễn, thì sau khoảng thời gian đủ dài, nhiệt độ của những vật chất này sẽ dần đạt đến mức tương đương với các ngôi sao ở xa. Khi đó, chúng cũng sẽ phát sáng giống như các ngôi sao và cuối cùng làm bầu trời đêm của Trái Đất trở nên rực sáng. Vì vậy, cách lý giải này về cơ bản không thể giải quyết được nghịch lý Olbers.
Phải đến thập niên 1920, các phát hiện của nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble mới mang lại lời giải thích thuyết phục hơn cho “Nghịch lý Obers”. Ông nhận thấy rằng các thiên hà ở khoảng cách xa đang dần rời xa chúng ta, cho thấy vũ trụ đang không ngừng giãn nở. Khám phá này lần đầu chứng minh rằng vũ trụ không hề tĩnh tại, trái ngược hoàn toàn với giả định ban đầu của "Nghịch lý của Obers".
Hơn nữa, sự giãn nở không ngừng của vũ trụ còn hé lộ lịch sử phát triển của chính nó. Nếu lần ngược dòng thời gian, ta sẽ thấy rằng khoảng 13,8 tỷ năm trước, toàn bộ vũ trụ từng tồn tại trong một trạng thái cực kỳ đặc và nóng được gọi là "điểm kỳ dị". Theo vũ trụ học Big Bang, trạng thái này chính là điểm khởi đầu của vũ trụ: từ một điểm có nhiệt độ và mật độ khổng lồ, một vụ nổ vĩ đại đã xảy ra, khiến vũ trụ bắt đầu giãn nở và dần hình thành nên không gian bao la mà chúng ta quan sát ngày nay.
Bên cạnh đó, sự giãn nở không ngừng của vũ trụ còn gây ra hiện tượng dịch chuyển đỏ đối với ánh sáng phát ra từ các ngôi sao xa xôi. Khi vũ trụ nở ra, mọi điểm trong không gian không trùng nhau đều có xu hướng tách xa, tạo nên cái gọi là "vận tốc hồi quy". Khoảng cách càng lớn thì vận tốc này càng cao. Vì vậy, khi chúng ta quan sát các ngôi sao ở rất xa, ánh sáng của chúng chịu tác động của hiệu ứng Doppler, khiến bước sóng bị kéo dài và dịch chuyển về phía đỏ. Đến khi chạm tới Trái Đất, nhiều tia sáng đã biến thành hồng ngoại, vi sóng hoặc sóng vô tuyến — những dạng bức xạ mà mắt thường không thể nhận biết.
Thậm chí, vận tốc hồi quy còn có thể tăng lên mà không có giới hạn. Khi một ngôi sao ở cách chúng ta đủ xa, tốc độ nó rời xa có thể vượt qua cả tốc độ ánh sáng. Trong trường hợp đó, ánh sáng do ngôi sao phát ra sẽ bị cuốn đi cùng sự giãn nở của không gian nhanh hơn tốc độ ánh sáng, khiến chúng vĩnh viễn không thể đến được Trái Đất.
Vì thế, dù vũ trụ có thể là vô hạn và phân bố vật chất khá đồng đều, nhưng thời gian tồn tại của nó không phải vô tận. Kết hợp với sự giãn nở liên tục của không gian, lượng ánh sáng mà Trái Đất nhận được từ các ngôi sao xa xôi trở nên rất hạn chế, và tổng cường độ ấy không đủ để làm sáng bầu trời đêm của Trái Đất.
Chính vì vậy mà bầu trời đêm trước mắt chúng ta luôn chìm trong bóng tối. Hiện tượng tưởng chừng bình thường này thực ra lại hé lộ một sự thật đầy u ám: khi vũ trụ tiếp tục giãn nở, khoảng cách giữa các thiên thể ngày càng lớn. Khi một ngôi sao vượt qua một ngưỡng khoảng cách nhất định, ánh sáng của nó sẽ bị sự giãn nở của không gian kéo đi với vận tốc siêu ánh sáng, khiến những tia sáng ấy không bao giờ có thể tới được Trái Đất.
Điều đáng lo ngại hơn là quá trình giãn nở của vũ trụ vẫn đang tiếp diễn. Theo thời gian, ngày càng nhiều thiên thể sẽ trôi xa đến mức không còn liên hệ với chúng ta nữa. Nói cách khác, càng về tương lai, số lượng thiên thể mà loài người có thể quan sát trong vũ trụ sẽ càng ít đi.
Các nhà khoa học dự đoán rằng nếu quá trình này tiến tới trạng thái cực đoan, thì ngoại trừ những thiên thể nằm trong nhóm thiên hà địa phương — vốn được giữ chặt với nhau nhờ lực hấp dẫn — tất cả các thiên thể xa hơn sẽ hoàn toàn biến mất khỏi tầm quan sát của chúng ta.
Nguồn tham khảo: Zhihu
