Vũ trụ là toàn bộ không-thời gian trong nó chúng ta đang sống, chứa toàn bộ năng lượng hay vật chất. Môn học nghiên cứu vũ trụ, trên những khoảng cách lớn nhất có thể, là vũ trụ học, một môn khoa học kết hợp giữa vật lý và thiên văn.
Vũ trụ học, về cuối thế kỷ 20, bị phân làm hai nhánh chính: thực nghiệm (vũ trụ học thực nghiệm) và lý thuyết (vũ trụ học lý thuyết). Các nhà vũ trụ học thực nghiệm đã gần như từ bỏ hy vọng có thể quan sát được toàn bộ vũ trụ; trong khi đó, các nhà vũ trụ học lý thuyết vẫn phát triển các mô hình cho toàn bộ vũ trụ, bất chấp khả năng các lý thuyết này sẽ không có đủ bằng chứng thực nghiệm để kiểm chứng.
Các từ vũ trụ quan sát được, vũ trụ nhìn thấy là dành cho vũ trụ mà con người có thể cảm nhận được qua các phương tiện thực nghiệm.
HÌNH DÁNH VŨ TRỤ: Hình dáng vũ trụ là một câu hỏi quan trọng trong vũ trụ học.
Câu hỏi đầu tiên là vũ trụ của chúng ta phẳng và tuân thủ hình học Euclid trên khoảng cách vĩ mô, hay không? Hiện nay, đa số các nhà vũ trụ học tin là vũ trụ quan sát được khá phẳng, chỉ có những chỗ không-thời gian méo địa phương do sự tập trung mật độ vật chất cao bất thường (như ở hố đen). Nhận xét này được củng cố bởi bằng chứng thực nghiệm của WMAP, một thí nghiệm nhìn vào "dao động" của phông vi sóng vũ trụ.
Câu hỏi thứ hai là vũ trụ của chúng ta có đa liên thông hay không? Theo mô hình của Vụ Nổ Lớn, vũ trụ của chúng ta không có biên giới, nhưng vẫn có thể chỉ chứa lượng không gian hữu hạn. Điều này tương tự như bề mặt của hình cầu: bề mặt này không có biên giới, nhưng diện tích bề mặt hữu hạn (4πR2); chúng ta đi trên bề mặt này theo một đường thẳng thì rồi sẽ lại vòng về chỗ cũ. Ví dụ ba chiều tương đương gọi là "không gian cầu" khám phá bởi Bernhard Riemann, với thể tích (2π2R3). Nếu vũ trụ của ta cũng tương tự vậy, khi ta đi theo "đường thẳng", ta sẽ trở lại điểm xuất phát sau khi đã đi hết "chu vi" của vũ trụ. Điều này cũng dẫn đến một kết quả thú vị là ta có thể nhìn thấy nhiều ảnh của cùng một ngôi sao, do ánh sáng từ nó có thể đi nhiều vòng quanh vũ trụ trước khi đến mắt ta (tương tự như nhiều ảnh của một ngọn nến nằm giữa hai gương song song). Câu hỏi này còn chưa được trả lời một cách dứt khoát, nhưng với kết quả về vũ trụ phẳng, khả năng về một vũ trụ đa liên thông là thấp.
Phụ thuộc vào mật độ vật chất và năng lượng trong vũ trụ của chúng ta mà nó sẽ tiếp tục nở ra mãi mãi hoặc nở ra chậm dần do lực hấp dẫn rồi sụp đổ trở lại, tạo thành Vụ Sập Lớn. Các bằng chứng quan sát hiện nay cho thấy mật độ vật chất trong vũ trụ không đủ lớn để giảm sự giãn nở, mà thậm chí sự giãn nở này sẽ tăng tốc mãi mãi.
Đa vũ trụ
Có giả thuyết là có nhiều vũ trụ cùng tồn tại, trong một cấu trúc ở mức độ cao hơn gọi là đa vũ trụ. Vũ Trụ của chúng ta chỉ là một trong số các vũ trụ trong đa vũ trụ. Ví dụ, vật chất rơi vào hố đen trong Vũ Trụ của chúng ta sẽ có thể hiện ra thành "Vụ Nổ Lớn" bắt đầu một vũ trụ khác. Tuy vậy các giả thuyết kiểu này hiện không thể có gì kiểm chứng được.[/size]
Trong vũ trụ học, Vụ Co Lớn (tiếng Anh: the Big Crunch) là một giả thuyết về sự quy tụ của vũ trụ trở lại một điểm sau khi nó ngừng nở ra sau Vụ Nổ Lớn.
Nếu lực hấp dẫn của tất cả vật chất trong vòng vũ trụ quan sát được đủ lớn, nó có thể làm chậm dần quá trình nở ra của vũ trụ, đến mức ngừng hẳn rồi sau đó bắt đầu co trở lại. Sau khoảng thời gian gần bằng thời gian giãn nở, vũ trụ co trở về một điểm kỳ dị, tương tự như một hố đen khổng lồ chứa tất cả mọi vật chất. Không thể nói gì được về chuyện gì sẽ xảy ra sau Vụ Co Lớn, vì thời gian ngừng tại điểm kỳ dị này.
Để xảy ra Vụ Co Lớn, mật độ vật chất trong vũ trụ phải đủ lớn để làm độ cong của không-thời gian là dương (tương tự như bề mặt của hình cầu). Nếu mật độ trung bình nhỏ hơn một giá trị, gọi là mật độ tới hạn, độ cong sẽ là âm (tương tự hình yên ngựa) và lực hấp dẫn tuy vẫn làm chậm quá trình giãn nở nhưng sẽ không bao giờ khiến quá trình này ngừng hẳn. Các trường hợp độ cong vũ trụ âm, dương hay bằng 0 tương ứng với 3 mô hình Friedmann. Các mô hình này giả thiết hằng số vũ trụ học bằng 0.
Tuy nhiên, các bằng chứng thực nghiệm (các quan sát về các siêu tân tinh được lấy làm ngọn nến mốc, hay nền vi sóng vũ trụ) cho thấy sự giãn nở của vũ trụ không bị chậm lại mà còn đang tăng tốc. Đa số các nhà thiên văn đã công nhận kết quả thực nghiệm về vũ trụ nở nhanh dần từ năm 2002.
Theo thuyết tương đối rộng, mô hình đơn giản nhất tương ứng với một vũ trụ đang nở nhanh dần là hằng số vũ trụ học dương, có thể được giải thích là chân không lượng tử đang sinh ra một lực đẩy chống lại lực hút hấp dẫn. Sự tăng tốc của quá trình giãn nở gây ra bởi năng lượng tối và hằng số vũ trụ học có thể biến đổi theo thời gian chứ không là một hằng số vật lý. Trên lý thuyết, điều này tương đương với việc hằng số vũ trụ học có thể sẽ không giữ giá trị như hiện nay nữa và trở thành âm một ngày nào đó, để sinh ra Vụ Co Lớn. Lý thuyết tương đối rộng vẫn cho phép xảy ra Vụ Co Lớn, nhưng thời gian diễn ra của một Vụ Co Lớn bị giới hạn.
Nov 10 2006, 08:45 PM
