Có thể toàn bộ vũ trụ của chúng ta đang nằm bên trong một hố đen?

Chắc hẳn nhiều người đã thắc mắc: Nếu vụ nổ Big Bang (Vụ nổ lớn) bắt đầu mọi thứ, thì cái gì đã tồn tại trước Big Bang? 

Một số gợi ý rằng chúng ta phải chấp nhận rằng chúng ta sẽ không bao giờ hiểu được câu trả lời cho những câu hỏi như vậy. Xét cho cùng, ngay cả Kính viễn vọng Không gian James Webb - kính thiên văn mạnh nhất trong lịch sử - có thể nhìn xuyên suốt 100 triệu năm sau Vụ nổ lớn (theo NASA), nhưng nó vẫn không thể nhìn xuyên qua những khoảnh khắc đầu tiên của sự tồn tại.

Chúng ta biết rằng vụ nổ Big Bang đã xảy ra khoảng 13,7 tỷ năm trước. Chỉ 10 mũ âm 36 giây sau Vụ nổ lớn -một phần nghìn tỷ của một phần nghìn tỷ của một phần nghìn tỷ giây - không gian phồng lên như một quả bóng bay. Các proton và neutron đầu tiên hình thành khoảng 10 mũ âm 6 giây sau Vụ nổ lớn và sau ba phút, chúng ta đã có nguyên tố đầu tiên - deuterium (một loại hydro).

Trước vụ nổ Big Bang? Một số nhà nghiên cứu cho rằng vũ trụ tồn tại như một điểm duy nhất, dày đặc và vô hạn, được gọi là điểm kỳ dị. Điểm kỳ dị đó đã vỡ ra và không ngừng mở rộng kể từ đó. Điều này về cơ bản là trái ngược với tính chất hố đen. Hố đen cũng là một điểm dày đặc vô hạn trong không thời gian. Tuy nhiên, thay vì phun ra mọi thứ, nó hút mọi thứ vào. Liệu sự hình thành của một hố đen có thể đồng nghĩa với việc tạo ra một vũ trụ mới bên trong nó?

Tuy nhiên ở thời điểm hiện tại, có những ý kiến cho rằng không thể có những hố đen có thể đạt được kích thước khổng lồ để chứa cả vũ trụ ở bên trong. Điều này cũng không hoàn toàn sai. Theo những hiểu biết hiện tại của con người, hố đen nhỏ nhất được phát hiện cho đến nay có tên IGR J17091-3624, nhỏ hơn ba lần khối lượng của Mặt Trời. Dù nhỏ, hố đen này lại vô cùng dữ dội, có khả năng tạo ra sức gió 32 triệu km/h

Thế nhưng hố đen lớn nhất mà chúng ta từng phát hiện là Ton 618, nó có kích thước khổng lồ đến khó tin, có đường chân trời sự kiện dài 262 tỷ dặm, gấp 43 lần đường kính Hệ Mặt Trời của chúng ta và toàn bộ vũ trụ có bề ngang khoảng 23 nghìn tỷ năm ánh sáng. Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ có thể quan sát được 1/250 của toàn bộ vũ trụ - chứa 2 nghìn tỷ thiên hà, theo Big Think. Vậy làm thế nào mà toàn bộ vũ trụ có thể nằm gọn trong một hố đen?

Như Science ABC giải thích, vũ trụ đang giãn nở nhanh đến mức chúng ta không bao giờ có thể chạm tới rìa của nó. Do độ cong mở của không thời gian, vũ trụ của chúng ta rất có thể có hình dạng giống như một chiếc bánh donut, như Live Science giải thích. Nếu cố gắng đi ra khỏi rìa vũ trụ, bạn sẽ chỉ có thể đi vòng quanh và đích cuối cùng chính là điểm ban đầu bạn đã xuất phát.

Cũng giống như việc bạn không thể đến được rìa vũ trụ, bạn cũng sẽ không thể đến được tâm hố đen. Như Einstein đã quy định thông qua thuyết tương đối hẹp và phương trình E = mc^2, thời gian sẽ dừng lại đối với các vật thể chuyển động với tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, một vật thể bị hố đen hút vào sẽ không tồn tại mãi mãi. Thông qua một quá trình được gọi là "spaghettification", các vật thể trong đĩa bồi tụ của hố đen - hình dạng không thời gian bị biến dạng xung quanh điểm kỳ dị của nó - sẽ bị cắt nhỏ về mặt phân tử trong khi bị mắc kẹt ở thời gian gần như bằng không.

Vì vậy, nếu vũ trụ của chúng ta tồn tại trong một hố đen tồn tại trong một vũ trụ khác, điều đó có nghĩa là thực tế bao gồm một tập hợp các vũ trụ lồng nhau chứa các hố đen chứa các vũ trụ.

Nếu đúng là mỗi hố đen chứa đựng vũ trụ riêng biệt của riêng nó, thì hình dạng thực sự của đa vũ trụ là thứ gì đó giống như một cái cây cứ tách ra thành các nhánh rồi lại tách ra thành các nhánh khác. Theo National Geographic giải thích lời nhà vật lý Nikodem Poplawski của Đại học New Haven, mỗi hố đen đều đại diện cho một "cánh cửa một chiều". Nếu điều này là đúng, thì cái gì đã tạo ra vũ trụ đầu tiên?

Lý thuyết vũ trụ hố đen có thể giúp chúng ta giải quyết một số vấn đề khác với vật lý. Cụ thể, như Big Think giải thích, nó có thể giúp giải thích năng lượng tối. Năng lượng tối là thứ chưa biết đang thúc đẩy sự giãn nở của vũ trụ. Không ai biết nó thực sự là gì, hay tại sao vũ trụ không chỉ tiếp tục giãn nở mà còn giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh.

Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu năng lượng tối là do vật chất từ bên ngoài vũ trụ hố đen của chúng ta bị hút vào hố đen? Vật chất từ bên ngoài trở thành năng lượng bên trong và thúc đẩy quá trình mở rộng của chúng ta. Điều này cũng có thể giúp giải thích sự giãn nở sớm và nhanh chóng của vũ trụ sau Vụ nổ lớn.

Mặc dù lý thuyết vũ trụ hố đen có thể trả lời một số câu hỏi, nhưng nó lại đặt ra những câu hỏi khác. Như Inside Science đã chỉ ra, lý thuyết này không giải thích được tại sao quá trình giãn nở ban đầu của vũ trụ chúng ta lại chậm lại.

Chúng ta cũng không biết vật chất từ bên ngoài trở thành năng lượng bên trong như thế nào. Nhưng giả sử chúng ta có thể giải quyết tất cả những vấn đề này, thì làm thế nào chúng ta có thể kiểm tra xem chúng ta có ở trong một hố đen hay không?