Nếu bạn từng mơ ước du hành thời gian, chỉ cần nhìn ra bầu trời đêm; những cái nhìn thoáng qua mà bạn nhìn thấy thực sự là những bức ảnh chụp quá khứ xa xôi. Đó là bởi vì những ngôi sao, hành tinh và thiên hà đó ở rất xa nên ánh sáng từ những người gần nhất có thể mất hàng chục nghìn năm để đến Trái đất.
Vũ trụ chắc chắn là một nơi lớn. Nhưng nó lớn như thế nào?
"Đó có thể là điều mà chúng ta thực sự không bao giờ biết", Sarah Gallagher, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Western ở Ontario, Canada, nói với Live Science. Kích thước của vũ trụ là một trong những câu hỏi cơ bản của vật lý thiên văn. Nó cũng có thể là không thể trả lời. Nhưng điều đó không ngăn cản các nhà khoa học cố gắng.
Một vật thể càng ở gần vũ trụ, khoảng cách của nó càng dễ đo, Gallagher nói. Mặt trời? Miếng bánh. Mặt trăng? Thậm chí dễ dàng hơn. Tất cả các nhà khoa học phải làm là chiếu một chùm ánh sáng lên trên và đo lượng thời gian cần thiết để chùm tia đó bật ra khỏi bề mặt mặt trăng và quay trở lại Trái đất.
Nhưng các vật thể ở xa nhất trong thiên hà của chúng ta phức tạp hơn, Gallagher nói. Rốt cuộc, đến được chúng sẽ cần một tia sáng rất mạnh. Và ngay cả khi chúng ta có khả năng công nghệ để chiếu ánh sáng đến mức đó, ai có hàng ngàn năm chờ đợi chùm tia bật ra khỏi các ngoại hành tinh xa xôi của vũ trụ và quay trở lại với chúng ta?
Các nhà khoa học có một vài thủ thuật để xử lý các vật thể xa nhất trong vũ trụ. Các ngôi sao thay đổi màu sắc khi có tuổi và dựa trên màu sắc đó, các nhà khoa học có thể ước tính lượng năng lượng và ánh sáng, những ngôi sao đó tỏa ra. Hai ngôi sao có cùng năng lượng và độ sáng sẽ không xuất hiện giống nhau từ Trái đất nếu một trong những ngôi sao đó ở xa hơn nhiều. Người xa hơn sẽ tự nhiên xuất hiện mờ hơn. Các nhà khoa học có thể so sánh độ sáng thực tế của một ngôi sao với những gì chúng ta nhìn thấy từ Trái đất và sử dụng sự khác biệt đó để tính toán khoảng cách của ngôi sao đó, Gallagher nói.
Nhưng những gì về các cạnh tuyệt đối của vũ trụ? Làm thế nào để các nhà khoa học tính toán khoảng cách đến các vật thể ở xa? Đó là nơi mọi thứ trở nên thực sự khó khăn.
Hãy nhớ rằng: một vật thể ở càng xa Trái đất thì ánh sáng từ vật thể đó càng kéo dài đến chúng ta. Hãy tưởng tượng rằng một số vật thể ở rất xa mà ánh sáng của chúng đã mất hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ năm để đến với chúng ta. Bây giờ, hãy tưởng tượng rằng ánh sáng của một số vật thể mất quá nhiều thời gian để thực hiện hành trình đó trong tất cả hàng tỷ năm của vũ trụ, nó vẫn chưa đến Trái đất. Đó chính xác là vấn đề mà các nhà thiên văn học phải đối mặt, Will Kinney, nhà vật lý tại Đại học Bang New York tại Buffalo, nói với Live Science.
"Chúng tôi chỉ có thể nhìn thấy một bong bóng nhỏ, nhỏ. Và những gì bên ngoài đó? Chúng tôi không thực sự biết", Kinney nói.
Nhưng bằng cách tính kích thước của bong bóng nhỏ đó, các nhà khoa học có thể ước tính những gì bên ngoài nó.
Các nhà khoa học biết rằng vũ trụ là 13,8 tỷ năm tuổi, cho hoặc mất vài trăm triệu năm. Điều đó có nghĩa là một vật thể có ánh sáng đã mất 13,8 tỷ năm để đến với chúng ta phải là vật thể xa nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy. Bạn có thể bị cám dỗ để nghĩ rằng điều đó cho chúng ta một câu trả lời dễ dàng cho kích thước của vũ trụ: 13,8 tỷ năm ánh sáng. Nhưng hãy nhớ rằng vũ trụ cũng liên tục mở rộng với tốc độ ngày càng tăng. Trong khoảng thời gian ánh sáng đã đến để đến với chúng ta, cạnh của bong bóng đã di chuyển. May mắn thay, các nhà khoa học biết nó đã di chuyển được bao xa: 46,5 tỷ năm ánh sáng, dựa trên các tính toán về sự giãn nở của vũ trụ kể từ vụ nổ lớn.
Một số nhà khoa học đã sử dụng con số đó để thử và tính toán những gì nằm ngoài giới hạn của những gì chúng ta có thể nhìn thấy. Dựa trên giả định rằng vũ trụ có hình dạng cong, các nhà thiên văn học có thể nhìn vào các mô hình mà chúng ta thấy trong vũ trụ quan sát được và sử dụng các mô hình để ước tính phần còn lại của vũ trụ kéo dài bao xa. Một nghiên cứu cho thấy vũ trụ thực tế có thể gấp ít nhất 250 lần kích thước của 46,5 tỷ năm ánh sáng mà chúng ta thực sự có thể nhìn thấy.
Nhưng Kinney có ý tưởng khác: "Không có bằng chứng nào cho thấy vũ trụ là hữu hạn", ông nói, "Nó có thể sẽ tiếp tục mãi mãi."
Không có gì chắc chắn liệu vũ trụ là hữu hạn hay vô hạn, nhưng các nhà khoa học đồng ý rằng "nó thực sự khổng lồ", Gallagher nói. Thật không may, phần nhỏ chúng ta có thể thấy bây giờ là phần lớn nhất chúng ta có thể quan sát được. Bởi vì vũ trụ đang giãn nở với tốc độ ngày càng tăng, các cạnh bên ngoài của vũ trụ quan sát được của chúng ta thực sự đang di chuyển ra ngoài nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Điều đó có nghĩa là các cạnh của vũ trụ của chúng ta đang di chuyển ra xa chúng ta nhanh hơn ánh sáng của chúng có thể chiếu tới chúng ta. Dần dần, các cạnh này (và bất kỳ nhà hàng nào ở đó, như tác giả người Anh Douglas Adams đã từng viết) đang dần biến mất khỏi tầm nhìn.
Kích thước của vũ trụ và số lượng lớn mà chúng ta không thể thấy - đó là sự khiêm tốn, Gallagher nói. Nhưng điều đó không ngăn cô và các nhà khoa học khác tiếp tục thăm dò để tìm câu trả lời.
"Có lẽ chúng tôi sẽ không thể tìm ra nó. Nó có thể được coi là bực bội," Gallagher nói. "Nhưng nó cũng làm cho nó thực sự thú vị."
