Đa vũ trụ (Multiverse)

Tóm tắt trong năm phút

Đa vũ trụ là ý tưởng cho rằng vũ trụ mà ta quan sát được có thể chỉ là một trong nhiều vũ trụ. Thuyết đa vũ trụ không phải một lý thuyết duy nhất. Đó là tên gọi chung của nhiều giả thuyết khác nhau, và chúng không thống nhất với nhau ngay cả về việc "một vũ trụ khác" nghĩa là gì.

Dưới đây là bốn phiên bản chính, từ khiêm tốn nhất đến cực đoan nhất:

• Những vùng xa xôi. Không gian có thể trải dài vượt xa phần ta nhìn thấy, và theo nghĩa rộng, những vùng đó có thể coi là các "vũ trụ" khác.
• Vũ trụ bong bóng. Vũ trụ của ta có thể chỉ là một bong bóng trong một không gian lớn hơn liên tục sinh ra bong bóng mới, mỗi bong bóng có các hằng số vật lý riêng.
• Các thế giới lượng tử phân nhánh. Trong cách diễn giải đa thế giới của cơ học lượng tử, mỗi lần đo lượng tử lại tách thực tại thành các nhánh.
• Vũ trụ toán học. Mọi cấu trúc toán học nhất quán đều có thể là một vũ trụ có thật.

Có hai điều cần nhớ. Thứ nhất, chưa ai quan sát được một vũ trụ khác. Đa vũ trụ là một giả thuyết; một số phiên bản được các nhà vật lý đang làm việc xem xét nghiêm túc, số khác phần lớn thuộc về triết học. Thứ hai, các phiên bản là những ý tưởng tách biệt. Nói "đa vũ trụ" mà không nói rõ phiên bản nào thì cũng giống như nói "con vật" chung chung.

Ý tưởng này đến từ đâu

Từ "multiverse" đã được dùng ngoài vật lý từ lâu trước khi các nhà vũ trụ học đón nhận. Đầu thập niên 1960, nhà văn người Anh Michael Moorcock đưa nó vào khoa học viễn tưởng, nơi nó chỉ một tập hợp các thế giới liên kết mà nhân vật chính của ông, Eternal Champion, đi xuyên qua. Về sau các nhà vật lý mượn từ này cho ý tưởng của riêng họ.

Những ý tưởng ấy đến từ ba hướng khác nhau. Năm 1957, nhà vật lý Hugh Everett III đề xuất điều ngày nay gọi là cách diễn giải đa thế giới của cơ học lượng tử. Năm 1981, Alan Guth đề xuất lạm phát vũ trụ, một đợt giãn nở cực nhanh trong tích tắc đầu tiên. Và từ cuối thập niên 1980 đến những năm 2000, lý thuyết dây cùng câu hỏi vì sao các hằng số vật lý lại mang đúng những giá trị như vậy đã khiến một số nhà lý thuyết tự hỏi liệu vũ trụ của ta có phải là một "lá thăm may mắn" trong vô số khả năng hay không.

Phần khoa học thực sự

Phần này tách bạch điều đã được xác lập với điều còn là suy đoán.

Những vùng xa xôi: phiên bản an toàn nhất

Vũ trụ quan sát được là phần mà ánh sáng đã kịp tới chúng ta kể từ Vụ Nổ Lớn cách đây khoảng 13,8 tỷ năm. Vì không gian giãn nở, rìa của nó hiện nay cách ta khoảng 46 tỷ năm ánh sáng theo mọi hướng. Không có gì nói rằng không gian dừng lại ở đó. Nếu không gian rất lớn, hoặc vô hạn, thì có những vùng ta không bao giờ thấy được. Đây là phiên bản ít gây tranh cãi nhất của đa vũ trụ, vì nó chỉ nói rằng vũ trụ lớn hơn phần ta quan sát được. Có nên gọi các vùng đó là "vũ trụ khác" hay không, một phần chỉ là chuyện cách dùng từ.

Vũ trụ bong bóng: lạm phát không bao giờ dừng

Lạm phát vũ trụ là một ý tưởng được nghiên cứu kỹ, giải thích vì sao vũ trụ trông rất đồng đều và phẳng ở quy mô lớn, và các dự đoán của nó về bức xạ nền vi sóng vũ trụ khớp tốt với quan sát. Bản thân lạm phát chưa được chứng minh trong mọi chi tiết, nhưng đây là lý thuyết chủ đạo. Một số phiên bản của nó, do Alexander Vilenkin và Andrei Linde phát triển vào thập niên 1980, đi xa hơn. Trong "lạm phát vĩnh cửu", lạm phát kết thúc ở một số nơi và tạo thành những bong bóng như vũ trụ của ta, trong khi vẫn tiếp diễn ở không gian giữa chúng. Kết quả là nguồn cung bong bóng không bao giờ cạn. Mỗi bong bóng có thể có các hằng số vật lý khác nhau. Những bong bóng này chính là đa vũ trụ trong phần lớn các tiêu đề báo về vật lý. Dự đoán này suy ra từ lý thuyết, nhưng ta chưa có cách nào được xác nhận để phát hiện một bong bóng khác. Các nỗ lực tìm dấu vết mờ nhạt mà va chạm với một bong bóng lân cận có thể để lại trong bức xạ nền vi sóng vẫn chưa tìm thấy tín hiệu nào được xác nhận.

Đa thế giới: phiên bản lượng tử

Trong cơ học lượng tử, một hạt có thể được mô tả bằng một sóng trải ra trên nhiều kết quả khả dĩ. Everett đặt câu hỏi: điều gì xảy ra nếu không có gì buộc sóng đó "suy sụp" về một kết quả duy nhất? Câu trả lời của ông là mọi kết quả đều xảy ra, mỗi kết quả trong một nhánh thực tại riêng. Đây là một cách diễn giải thực sự, được các nhà vật lý như David Deutsch và Sean Carroll xem trọng, còn những người khác thích các cách diễn giải khác. Tất cả đều cho cùng dự đoán trong thí nghiệm, nên cho đến nay chưa thí nghiệm nào phân biệt được chúng. Đa thế giới cũng khác với vũ trụ bong bóng: các nhánh của nó không nằm ở nơi xa trong không gian. Chúng chồng lên vũ trụ của ta nhưng không thể tương tác với nó.

Cảnh quan dây và lập luận nhân sinh

Lý thuyết dây, một nỗ lực chưa được chứng minh nhằm thống nhất hấp dẫn với vật lý lượng tử, cho phép một số lượng khổng lồ các cấu hình vũ trụ. Ước tính thường được trích dẫn lên tới 10 mũ 500, dù những con số này chỉ mang tính thô. Kết hợp với lạm phát vĩnh cửu, điều này dẫn đến ý tưởng "cảnh quan": mọi cấu hình đều có thể hiện thực hóa ở đâu đó. Khi đó lập luận nhân sinh cho rằng ta thấy mình ở trong một vũ trụ có các hằng số phù hợp với sự sống vì ta không thể tồn tại ở những vũ trụ khác. Năm 1987, Steven Weinberg dùng cách suy luận như vậy để ước tính hằng số vũ trụ có thể lớn đến mức nào. Năng lượng tối, được phát hiện năm 1998, hóa ra có độ lớn gần với mức đó, và những người ủng hộ coi đây là một điểm cộng. Giới phê bình đáp rằng đó chỉ là một con số, và một lý thuyết giải thích được mọi thứ có thể chẳng giải thích được gì.

Vũ trụ toán học

Năm 2003, nhà vũ trụ học Max Tegmark sắp xếp các đề xuất thành bốn cấp. Cấp I là những vùng xa xôi, cấp II là vũ trụ bong bóng, cấp III là đa thế giới, và cấp IV là quan điểm cho rằng mọi cấu trúc toán học đều tồn tại về mặt vật lý. Cấp IV mang tính suy đoán nhất. Đó là một lập trường triết học chứ không phải một dự đoán có thể kiểm chứng.

Đây có phải là khoa học?

Đây là điểm tranh cãi chính. Người ủng hộ nói đa thế giới suy ra từ những lý thuyết ta đã có, và đôi khi khoa học phải chấp nhận những hệ quả không thể nhìn trực tiếp, như bên trong lỗ đen. Giới phê bình như George Ellis và Paul Steinhardt cho rằng một ý tưởng không thể kiểm chứng, dù chỉ về nguyên tắc, nằm ngoài cốt lõi của khoa học. Cả hai phía đều có những nhà vật lý đáng kính, và câu hỏi vẫn còn bỏ ngỏ.

Đa vũ trụ trong tiểu thuyết và phim ảnh

Văn học đến với đa vũ trụ từ rất sớm, và thường táo bạo hơn cả vật lý. Jorge Luis Borges mô tả thời gian phân nhánh trong truyện ngắn "Khu vườn có những lối đi rẽ đôi" (The Garden of Forking Paths) năm 1941, nhiều năm trước Everett. The Man in the High Castle (1962) của Philip K. Dick là tiểu thuyết lịch sử thay thế, trong đó phe Trục thắng Thế chiến thứ hai, và các nhân vật được thoáng thấy thế giới của chúng ta. Các tiểu thuyết Eternal Champion của Michael Moorcock xem đa vũ trụ là một tập hợp các thế giới mà những người hùng đi qua, do các thế lực Trật Tự và Hỗn Mang cai quản.

Một ví dụ gần đây hơn là tiểu thuyết Dark Matter (2016) của Blake Crouch, biến đa thế giới thành một truyện ly kỳ về người đàn ông bước vào một cuộc đời mình không chọn. Trong điện ảnh, bộ phim Everything Everywhere All at Once (2022) dùng ý tưởng này cho câu chuyện về một gia đình, còn truyện tranh và truyền hình đã dùng nó nhiều đến mức "đa vũ trụ" nay là một thủ pháp kể chuyện quen thuộc. Trong hầu hết các câu chuyện, đi lại giữa các vũ trụ rất dễ dàng. Còn trong vật lý, điều đó không được kỳ vọng là khả thi.

Những hiểu lầm thường gặp

• "Các nhà khoa học đã chứng minh đa vũ trụ." Chưa. Một số lý thuyết dự đoán nó, nhưng chưa quan sát được vũ trụ nào khác.
• "Đa vũ trụ là một lý thuyết duy nhất." Đó là nhiều giả thuyết khác nhau với những nền tảng khác nhau.
• "Ở một vũ trụ khác có một phiên bản của bạn đã đưa ra những lựa chọn khác." Điều này chỉ đúng theo đa thế giới, và ngay cả khi đó các nhánh bắt nguồn từ các sự kiện lượng tử, chứ không phải từ những quyết định đời thường như phim vẫn chiếu.
• "Ta có thể du hành sang vũ trụ khác." Không có vật lý nào đã biết cho phép điều đó. Lỗ sâu, nếu tồn tại, cùng lắm chỉ nối các nơi trong cùng một không thời gian.
• "Đa vũ trụ và vũ trụ song song là một." Hai khái niệm có phần chồng nhau, nhưng đa vũ trụ là toàn bộ tập hợp, còn vũ trụ song song là một thành viên của nó.

Đọc tiếp

• Vũ trụ song song: nhìn kỹ hơn vào một "vũ trụ khác", và cách tiểu thuyết với vật lý dùng thuật ngữ này khác nhau.
• Lỗ sâu: vì sao đường tắt xuyên không thời gian không phải là cánh cửa sang vũ trụ khác.
• Lịch sử khoa học viễn tưởng: câu chuyện rộng hơn về sự phát triển của thể loại này và vị trí của các truyện đa vũ trụ.