Ba mô hình chính của vũ trụ dựa trên độ cong: độ cong bằng không , độ cong dương và độ cong âm .
Độ cong bằng không có nghĩa là vũ trụ là một vũ trụ phẳng hoặc Euclide (Hình học Euclid đề cập đến các bề mặt không cong). Hãy tưởng tượng không gian như một cấu trúc hai chiều - một vũ trụ Euclidian sẽ giống như một mặt phẳng phẳng. Các đường thẳng song song chỉ có thể thực hiện được trên một mặt phẳng. Trong một vũ trụ phẳng, chỉ có đủ vật chất để vũ trụ giãn nở vô thời hạn mà không đảo ngược thành sụp đổ, mặc dù tốc độ giãn nở giảm dần theo thời gian.
Nếu vũ trụ có độ cong dương thì đó là vũ trụ đóng . Một mô hình hai chiều của vũ trụ như vậy sẽ giống như một hình cầu. Không thể có các đường trắc địa song song (các đường thẳng trên một bề mặt cong) - hai đường sẽ cắt nhau tại một số điểm. Trong một vũ trụ đóng, có đủ vật chất để đảo ngược sự giãn nở. Cuối cùng, một vũ trụ như vậy sẽ tự sụp đổ. Một vũ trụ đóng là một vũ trụ hữu hạn - nó sẽ chỉ giãn nở đến một kích thước nhất định trước khi sụp đổ.
Độ cong âm khó hình dung hơn một chút. Mô tả phổ biến nhất là yên ngựa. Trong mô hình độ cong âm, hai đường thẳng song song trên một mặt phẳng sẽ kéo dài ra xa nhau. Các nhà vũ trụ học gọi các mô hình độ cong âm của vũ trụ là các vũ trụ mở . Trong những vũ trụ này, không có đủ vật chất để đảo ngược hoặc làm chậm sự giãn nở, và vì vậy vũ trụ tiếp tục giãn nở vô thời hạn.
Điều này có nghĩa là không gian có hình dạng như một mặt phẳng phẳng, một hình cầu hay một cái yên ngựa? Không cần thiết. Hãy nhớ rằng không-thời gian được đo theo bốn chiều, điều này làm giảm tính hữu dụng của các ví dụ hai chiều. Và có nhiều giả thuyết cạnh tranh về hình dạng cuối cùng của vũ trụ thực sự là như thế nào.
Một hình dạng có thể là hình xuyến ba . Thoạt nhìn, ba hình xuyến có vẻ là một khối lập phương bình thường. Nhưng mỗi mặt của hình lập phương được dán vào mặt của mặt đối diện. Hãy tưởng tượng rằng bạn đang ở trong một con tàu vũ trụ đang bay bên trong một khối lập phương lớn. Bạn đi về phía trên cùng của khối lập phương. Bạn sẽ không tự đánh gục mình một khi bạn tiếp xúc. Thay vào đó, bạn sẽ xuất hiện ở một vị trí tương ứng ở đáy của khối lập phương. Nói cách khác, bạn đã đi lên trên cùng và quay lại từ dưới cùng. Nếu bạn đã đi đủ xa theo bất kỳ hướng nào, cuối cùng bạn sẽ quay lại nơi bạn bắt đầu. Đây không phải là một khái niệm xa lạ, vì trên Trái đất nếu bạn đi trên một đường thẳng, cuối cùng bạn sẽ quay trở lại điểm xuất phát của mình. Bạn sẽ chỉ rất mệt mỏi.
Một hình dạng khác là hình cầu tứ diện Poincaré . Khối mười hai mặt là một vật thể có 12 mặt. Biến thể Poincaré có bề mặt hơi cong ra ngoài. Điều khó hiểu là kích thước dự kiến của vũ trụ này nhỏ hơn diện tích mà chúng ta thực sự có thể quan sát. Nói cách khác, tầm nhìn của chúng ta vượt quá ranh giới của vũ trụ. Không sao, các nhà vũ trụ học nói. Khi bạn nhìn vào một thiên hà xa xôi dường như nằm ngoài ranh giới của không gian, bạn thực sự đang trải nghiệm hiệu ứng bao bọc được mô tả ở trên. Thiên hà được đề cập thực sự sẽ ở phía sau bạn, nhưng bạn đang nhìn qua một mặt của khối tứ diện như thể nó là một cửa sổ. Nếu bạn có thể nhìn đủ xa, bạn đang nhìn vào phía sau đầu của chính mình.
Chóng mặt chưa? Có nhiều hình dạng lý thuyết khác mà vũ trụ có thể có, nhưng hầu hết không phù hợp với bằng chứng chúng ta có cho đến nay. Bằng chứng đó là gì, và chúng ta thu thập nó như thế nào? Tìm hiểu trong phần tiếp theo.
Góc đố vui
Nghĩ rằng bạn biết tất cả những gì cần biết về vũ trụ? Kiểm tra kiến thức của bạn với Câu đố về Lỗ trong Vũ trụ của chúng tôi.
