Vũ trụ được sinh ra từ vụ nổ Big Bang
gần mười bốn tỷ năm trước,
và vẫn đang nở rộng cho đến tận ngày nay.
Nhưng nó sẽ nở rộng tới đâu?
Đó là một câu hỏi khó.
Đây là lí do:
Các phương trình Einstein về tính tương đối rộng
mô tả không gian - thời gian như một màng liên tục nối liền của vũ trụ.
Nghĩa là những gì ta biết về không gian - thời gian
tồn tại bên trong vũ trụ và không thể vượt lên trên nó.
Khi nở rộng, các vật thể nở rộng
theo chiều không gian.
Nhưng nếu không có không gian,
thì nở rộng sẽ như thế nào?
Năm 1929, những quan sát thiên văn của Hubble
cho ta một câu trả lời đầy đủ.
Ông lùng sục bầu trời đêm để tìm những thiên hà xa xôi
lùi xa, hay di chuyển khỏi Trái đất.
Hơn nữa, thiên hà càng xa, càng lùi xa nhanh hơn.
Ta có thể giải thích nó như thế nào?
Hãy xem xét một ổ bánh mì nho đang nở trong lò vi sóng.
Bột nở ra một lượng giống nhau
giữa mỗi hạt nho khô.
Nếu xem những hạt nho khô tượng trưng cho các thiên hà,
và bột nở tượng trưng cho không gian giữa chúng,
ta có thể tưởng tượng sự kéo giãn hoặc nở rộng
không gian giữa các thiên hà sẽ khiến chúng rời xa nhau,
và những thiên hà ở xa sẽ lùi
một khoảng lớn hơn so với những thiên hà gần
trong cùng khoảng thời gian.
Một cách chắc chắn, các phương trình về tương đối phổ quát dự đoán
một cuộc giằng co giữa trọng lực và sự nở rộng.
Nó chỉ xảy ra trong không gian tối giữa các thiên hà,
nơi sự nở rộng thắng thế, và không gian giãn nở.
Nên đây là câu trả lời.
Vũ trụ đang giãn nở vào chính nó.
Nghĩa là, các nhà vũ trụ học đang chạm đến giới hạn của các mô hình toán
để suy đoán rằng, liệu có thứ gì, tồn tại vượt lên không gian-thời gian.
Những dự đoán này là có căn cứ, nhưng có những giả thuyết
gây cản trở cho học thuyết Big Bang.
Big Bang dự đoán rằng vật chất phân bổ đều khắp vũ trụ,
như một đám mây - nhưng làm thế nào các thiên hà và sao hình thành?
Mô hình lạm phát mô tả một thời kỳ ngắn
của siêu giãn nở
khi mà các thăng giáng lượng tử trong năng lượng của vũ trụ sơ khai,
dẫn tới sự tích tụ của khí dần dẫn đến hình thành thiên hà.
Nếu chấp nhận sự tiến hóa này, nó có thể ngụ ý rằng
vũ trụ đại diện cho một phần của thực tại lớn hơn
đang trải qua sự giãn nở vô tận.
Chúng ta không biết gì về thực tại có tính suy đoán này,
ngoại trừ các tiên đoán toán học rằng sự giãn nở vĩnh cửu của vũ trụ
có thể được dẫn dắt bởi trạng thái lượng tử không ổn định.
Tuy nhiên, trong nhiều vùng địa phương, năng lượng có thể phân bố ngẫu nhiên,
trong trạng thái ổn định, ngăn sự giãn nở và định hình những vũ trụ bong bóng.
Mỗi vũ trụ bong bóng - mà ta là một trong số chúng-
sẽ được tạo ra bởi vụ nổ Big Bang của chính nó và các định luật vật lý.
Vũ trụ của chúng ta sẽ là một phần của một đa vũ trụ rộng lớn,
mà ở đó, tỷ lệ giãn nở rất lớn khiến cho việc đi tới
những vũ trụ hàng xóm là một điều bất khả thi.
Big Bang cũng dự đoán rằng vũ trụ sơ khai, vô cùng nóng, các lực cơ bản
đã từng hợp nhất trong một siêu lực duy nhất.
Thuyết dãy toán chứng minh cho sự thống nhất này,
cùng với cấu trúc cơ bản của các quark tiền nguyên tử và electron.
Trong mô hình này, các vòng rung động tạo ra các khu vực của vũ trụ.
Các lí thuyết dãy giờ đây hợp nhất thành một thuyết thống nhất,
cho rằng các cấu trúc này tương tác với khối lượng, các chiều bậc cao là brane.
Vũ trụ của ta có thể chỉ được chứa trong một brane,
trôi lơ lửng trong một chiều bậc cao hơn, có tên "bulk", hoặc siêu không gian.
Các brane khác- có những kiểu vũ trụ khác- có thể cùng tồn tại trong siêu không gian,
và những brane hàng xóm có thể có chung những lực cơ bản như trọng lực.
Cả sự giãn nở vô tận và brane đều mô tả một đa vũ trụ,
nhưng khi các vũ trụ hợp nhất, các brane vũ trụ có thể va vào nhau.
Âm vọng của một vụ va chạm có thể xuất hiện trong bức xạ nền vi sóng,
một hỗn hợp sóng vô tuyến khắp vũ trụ, tàn tích từ thời kỳ Big Bang.
Dù vậy, chúng ta vẫn chưa tìm ra bất kỳ âm vọng vũ trụ nào.
Vài người nghi ngờ các thuyết đa vũ trụ có thể cuối cùng sẽ hợp nhất,
hoặc bị thay thế bởi một lí thuyết khác.
Cho đến nay, chúng chỉ là những khảo sát lí thuyết của mô hình toán.
Khi các mô hình này được xây dựng và dẫn dắt bởi nhiều suy đoán khoa học,
có rất ít thí nghiệm khách quan để trực tiếp kiểm nghiệm.
Mãi đến khi kính thiên văn Hubble được lắp đặt,
các nhà khoa học dường như vẫn tranh luận về sự tinh tế trong mô hình của mình...
và tiếp tục nghĩ về việc, liệu có gì đó tồn tại vượt lên trên vũ trụ của ta.