Liệu vũ trụ có thể được minh họa như một lỗ đen khổng lồ?

Điểm nổi bật

• Vũ trụ quan sát được thỏa mãn tiêu chí kích thước và khối lượng theo công thức Schwarzschild để là lỗ đen.
• Bên trong lỗ đen có cấu trúc bất đẳng hướng, còn vũ trụ đang giãn nở đồng đều trong mọi hướng.
• Chân trời sự kiện của vũ trụ là “lớp ngăn” ngược chiều so với chân trời lỗ đen.
• Kì dị của lỗ đen nằm ở tương lai, trong khi kì dị vũ trụ ở quá khứ.

Đoạn trích từ bản tin Lost in Space-Time.

“Vậy là bạn đã viết một cuốn sách về lỗ đen ư?”

Nhân vật lạ cầm ly cocktail đặt câu hỏi khi chúng tôi đang ở một bữa tiệc. Tôi gật đầu rồi khuấy nhẹ ly piña colada.

“Thế cho tôi hỏi,” người đó nhìn chằm chằm vào tôi, “thật sự có đúng là toàn bộ vũ trụ là một lỗ đen không?”

Không có gì bất ngờ – đây là câu hỏi thường gặp khi tôi giới thiệu mình đã dành nhiều năm tìm hiểu về lỗ đen.

Cách tạo ra một lỗ đen

Nói ngắn gọn, lỗ đen là vùng không gian có lực hấp dẫn mạnh đến mức không gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra.

Nhà thiên văn Karl Schwarzschild phát hiện ra công thức mô tả bán kính tính được lỗ đen từ các phương trình tương đối rộng của Einstein. Theo đó, chỉ cần nén khối lượng bên trong thể tích được tính từ công thức, ta sẽ có một lỗ đen.

Ví dụ, khối lượng Trái Đất nếu nén vào bán kính cỡ quả golf sẽ trở thành lỗ đen, còn Mặt Trời cần nén vào bán kính khoảng 6 km.

Kích thước vũ trụ

Chân trời sự kiện cổ xưa nhất chúng ta quan sát được là bức xạ vi sóng nền, phát ra sau Big Bang 380.000 năm. Riêng bán kính vũ trụ quan sát được hiện đạt 46,5 tỷ năm ánh sáng, tương đương đường kính 93 tỷ năm ánh sáng.

Khối lượng bên trong thể tích đó khoảng 1 septendecillion kg. Khi tính bán kính Schwarzschild cho khối lượng này, ta thu được khoảng 300 tỷ năm ánh sáng – gấp ba lần đường kính vũ trụ quan sát được.

Bên trong bóng tối

Lỗ đen có cấu trúc bất đẳng hướng: một chiều giãn nở, hai chiều co lại, còn vũ trụ đang giãn nở đồng đều trong mọi hướng nên không khớp.

Chân trời sự kiện của vũ trụ là giới hạn ánh sáng không thể vượt qua do giãn nở quá nhanh – ngược lại với chân trời sự kiện của lỗ đen.

Kì dị của lỗ đen xuất hiện ở tương lai, còn kì dị Big Bang của vũ trụ ở quá khứ, cho thấy hai kịch bản không hoàn toàn đối xứng.

Kết hợp lại, vũ trụ tuy thỏa mãn công thức Schwarzschild về khối lượng – kích thước, nhưng không mang dấu ấn bên trong của một lỗ đen.

Với những phát hiện này, chúng ta lại càng trân trọng tính đa dạng của lực hấp dẫn – vừa có thể tạo ra những vực thẳm kì dị như lỗ đen, vừa dẫn đến vũ trụ đang giãn nở mãnh liệt.

Jonas Enander – nhà khoa học kiêm tác giả cuốn Facing Infinity (2025).

Có thể bạn quan tâm

Hành trình khám phá vũ trụ từ Cheshire

Tham gia chương trình cuối tuần khám phá những bí ẩn vũ trụ với kính thiên văn Lovell.

Find out more