Làm cách nào để biết chúng ta đang sống trong "đa vũ trụ"?

Đa vũ trụ là một giả thuyết đã được các nhà khoa học đặt ra từ lâu, tuy nhiên để chứng minh được điều đó là thật lại không hề đơn giản.

Sự tồn tại của các vũ trụ song song dường như là một khái niệm quen thuộc với các tác phẩm khoa học viễn tưởng hơn là đời thực, nhưng ý tưởng “đa vũ trụ” từ lâu đã được xem là một khả năng có thể xảy ra, mặc dù nó vẫn đang là chủ đề gây khá nhiều tranh cãi trong giới học thuật. Vấn đề nổi trội giờ là việc tìm được bằng chứng, bất cứ thứ gì có thể chứng minh rằng những vũ trụ khác đang tồn tại.

Cần nhớ rằng, quan điểm đa vũ trụ không phải là một giả thuyết, thực chất, nó là hệ quả của những hiểu biết hiện tại của chúng ta về vật lý lý thuyết. Giữa hai khái niệm này là một khoảng cách khá xa. Ý tưởng này không bất chợt nảy ra từ hư không, thay vào đó, nó được đưa ra từ các lý thuyết hiện đại như thuyết dây và vật lý lượng tử.

Chúng ta đang sống trong một "đa vũ trụ"?

Phân tích đa vũ trụ

Có thể bạn đã nghe nói đến thử nghiệm về con mèo của Schrodinger, thí nghiệm về một con mèo được nhốt vào trong hòm sắt, cùng với các thiết bị sau (mà con mèo không thể tác động vào): một ống đếm Geiger và một mẫu vật chất phóng xạ nhỏ đến mức trong vòng một tiếng đồng hồ chỉ có 50% xác suất nó phát ra một tia phóng xạ. Nếu có tia phóng xạ phát ra, ống đếm Geiger sẽ nhận tín hiệu và thả rơi một cây búa đập vỡ lọ thuốc độc hydrocyanic acid nằm trong hòm sắt và mèo sẽ chết. Nếu trong vòng một tiếng vẫn không có tia phóng xạ nào phát ra, mèo sẽ vẫn sống. Hàm sóng của hệ thống sẽ là sự chồng chập của cả trạng thái con mèo sống và con mèo chết và cả hai trạng thái chồng chập có biên độ như nhau.

Thí nghiệm con mèo của Schrodinger cho thấy hai trạng thái đều có thể xảy ra, từ đó mà giả thuyệt đa vũ trụ được đặt ra.

Trạng thái của mèo, mô tả theo cách hiểu Copenhagen về cơ học lượng tử, là chồng chập của sống và chết, cho đến khi có người mở hòm ra xem. Thế nhưng theo trực giác, trong thế giới vĩ mô, con mèo chỉ có thể ở một trong hai trạng thái cơ bản hoặc sống hoặc chết.

Tuy nhiên, theo thuyết đa vũ trụ, mọi sự kiện đều là điểm rẽ nhánh. Trạng thái sống và chết của mèo nằm trên hai nhánh của vũ trụ, cả hai nhánh đều có thật, nhưng không tương tác với nhau. Cả hai trạng thái này, dù sống hay chết, chúng ta chỉ có thể quan sát được một trạng thái duy nhất. Chúng ta có thể chấp nhận rằng tất cả những khả năng trên đều có thật, và chúng tồn tại trong một vũ trụ khác của mô hình đa vũ trụ.

Thuyết dây

Học thuyết dây là học thuyết hứa hẹn nhiều tiềm năng nhất trong việc hợp nhất thuyết trọng trường và thuyết cơ học lượng tử. Đây là điều vô cùng khó, bởi lực trọng trường rất khó mô tả trên các thang đo vi mô như các hạt nguyên tử và hạ nguyên tử - các thành tố chính của khoa học lượng tử.

Nhưng với thuyết dây, học thuyết cho rằng tất cả các hạt đều được tạo thành từ các dây một chiều, nó có khả năng mô tả tất cả các lực tự nhiên, bao gồm cả trọng lực, lực điện từ và lực hạt nhân.

10 chiều không gian? Giới hạn của con người vẫn chưa thể khám phá hết những bí ẩn này của vũ trụ.

Tuy nhiên, để có thể toán học hóa thuyết dây, nó cần ít nhất 10 chiều không gian trong khi chúng ta chỉ có bốn chiều: chiều dài, chiều rộng, chiều sâu và thời gian. Nếu học thuyết này đúng, những chiều không gian còn lại là những câu hỏi cần phải tìm lời giải đáp.

Để có thể sử dụng thuyết này để giải thích các hiện tượng vật lý trước mắt, những chiều không gian này được cho là đã bị “nén” bằng cách bẻ cong theo những cách khác nhau, để chúng trở nên quá bé với con mắt của người bình thường. Có lẽ, tại một điểm nào đó trong không gian bốn chiều này, luôn tồn tại sáu chiều không gian khác mà chúng ta chưa nhận ra?

Tuy nhiên, câu hỏi cần đặt ra là: chúng ta đang đứng tại đâu trong vô vàn các khả năng của mô hình đa vũ trụ này? Học thuyết dây không cung cấp bất cứ một cơ chế dự báo nào, bởi vậy, chúng ta không thể kiểm nghiệm nó. Tuy nhiên, ý tưởng về sự hình thành của vũ trụ rất có thể sẽ mang đến câu trả lời khả dĩ.

Mô hình vũ trụ sơ khai

Trong thời kỳ sơ khai của vũ trụ, trước cả vụ nổ Big Bang, vũ trụ đã trải qua một giai đoạn giãn nở tăng dần. Sự giãn nở này lúc đầu được đưa ra chủ yếu để giải thích về sự đồng nhất nhiệt độ tại vũ trụ mà chúng ta đang quan sát.

Tuy nhiên, học thuyết này cũng dự đoán về một dải dao động nhiệt xung quanh điểm cân bằng này, và dự đoán này sau đó đã được kiểm chứng bởi các quan sát đến từ nhiều tàu vũ trụ như: Cosmic Background Explorer, Wilkison Microwave Anisotropy Probe hay PLANCK.

Vụ nổ Big Bang xảy ra cách đây 13,7 tỷ năm đã hình thành nên vũ trụ ngày nay.

Những chi tiết của thuyết này vẫn đang là chủ đề tranh luận khá nóng, tuy nhiên, sự giãn nở của vũ trụ được chấp thuận tương đối rộng rãi. Theo đó, ở đâu đó trong vũ trụ này vẫn sẽ tồn tại những phần vẫn đang tiếp tục giãn nở.
Tuy nhiên, do các dao động lượng tử của không gian – thời gian, một số phần của vũ trụ sẽ không bao giờ thực sự đạt đến trạng thái cuối cùng của quá trình giãn nở. Điều này có nghĩa là vũ trụ, theo những hiểu biết hiện tại của chúng ta, sẽ vĩnh viễn ở trạng thái giãn nở. Một số phần, do đó sẽ trở thành các vũ trụ khác, và đây chính là cơ chế để tạo ra vô số các vũ trụ khác nhau tồn tại một cách song song và độc lập với nhau.

Bằng cách kết hợp viễn cảnh này với thuyết dây, có khả năng rằng mỗi một vũ trụ sẽ chiếm hữu một loại hình nén khác nhau đối với sáu chiều không gian còn lại, và do đó, chúng sẽ sở hữu những quy luật vật lý khác nhau.

Kiểm nghiệm giả thuyết

Mô hình đa vũ trụ từ thuyết dây và sự giãn nở vũ trụ cùng chung sống trong một không gian vật lý, chúng có thể chồng lấp hoặc va chạm nhau. Rõ ràng, sự va chạm của chúng là không thể tránh khỏi, và điều này sẽ tạo ra các dấu hiệu thiên văn học mà chúng ta đang cố gắng tìm kiếm.

Liệu rằng có nhiều Trái đất cũng tồn tại song song với chúng ta?

Các dấu hiệu này chính xác trông ra sao? Điều này phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu của các mô hình vũ trụ, từ các điểm nóng hoặc lạnh trong vũ trụ cho tới các khoảng chân không khổng lồ trong thiên hà. Tuy nhiên, khi mà sự va chạm với các vũ trụ khác bắt buộc phải xảy ra, chúng ta sẽ mong đợi bất cứ dấu hiệu nào đó sẽ phá vỡ tính đồng nhất của vũ trụ.

Các nhà khoa học vẫn đang tích cực tìm kiếm những dấu hiệu này. Một số tìm kiếm những dấu ấn trực tiếp trong vũ trụ, ví dụ như những phát quang tồn dư sau vụ nổ Big Bang, một số khác tìm kiếm những dấu hiệu gián tiếp, như các bức xạ hấp dẫn, giúp chứng minh sự tồn tại của thuyết giãn nở, từ đó làm vững bền học thuyết ủng hộ sự tồn tại của mô hình đa vũ trụ.

Liệu chúng ta có thể chứng tỏ sự tồn tại của những vũ trụ khác không? Đó là câu hỏi rất khó để trả lời. Nhưng sự hiện diện của vô số những hiện tượng, những gợi ý về một khám phá vĩ đại – đó chắc chắn là bí ẩn xứng đáng cho những hành trình khai phá.