Vì sao ban đêm trời lại tối?
Có thể bạn nghĩ câu trả lời rất hiển nhiên - Mặt Trời lặn đi rồi. Nhưng lý do duy nhất
để trời sáng vào ban ngày là do ánh sáng được tản ra trên bầu khí quyển. Nếu chúng ta
không có bầu khí quyển (ví dụ như trên mặt trăng), trời vẫn tối, mặc dù Mặt Trời
vẫn đang chiếu sáng. Vậy hãy đổi câu hỏi thành: Vì sao vũ trụ lại tối?
Rõ ràng là vũ trụ có rất nhiều ngôi sao - vô vàn ngôi sao sáng không kém gì
Mặt Trời, và trong một vũ trụ vô biên, nếu bạn nhìn đủ xa
theo bất kì hướng nào, bạn sẽ nhìn thấy một ngôi sao hay một dải ngân hà. Vi thế, bầu trời sẽ
sáng như Mặt Trời, cả ngày lẫn đêm!
Nhưng thực tế không phải vậy. Phải chăng có một giới hạn nào đấy
mà vượt qua nó các ngôi sao và dải ngân hà sẽ... biến mất? Một giới hạn giữa "mọi vật" và "không có gì"?
Một "biên giới" của vũ trụ?
Không hẳn - chúng ta có tất cả bằng chứng cho thấy vũ trụ là vô hạn. Tuy nhiên, vũ trụ
CÓ một giới hạn - không phải trong không gian, mà trong thời gian. Theo như chúng ta biết, vũ trụ
có một điểm bắt đầu. Ít nhất là một thời điểm khoảng 13.7 tỉ năm trước khi vũ trụ
cực nhỏ và xoắn lại với nhau đến nỗi quy ước về không gian và thời gian không còn đúng.
Vì một khoảng thời gian hữu hạn đã trôi qua kể từ "điểm bắt đầu" này,
một số ngôi sao ở quá xa chúng ta
đến nỗi ánh sáng của chúng chưa chiếu tới Trái đất. Nói như kiểu
vũ trụ là một cơn sấm chớp khổng lồ và ta vẫn còn đang đợi nghe tiếng sấm
từ đằng xa.
Nhưng mà từ từ, cũng vì ánh sáng cần thời gian để di chuyển trong vũ trụ
khi chúng ta soi kính thiên văn vào một phần của vũ trụ ở rất xa, thực ra chúng ta thực chất đang nhìn
vào phần đó khi mà ánh sáng được phát ra. Vậy nên khi chúng ta nhìn vào ánh sáng 13.5 tỉ năm trước,
chúng ta không thấy ngôi sao nào không chỉ vì ánh sáng chưa kịp di chuyển tới,
chúng ta không thấy ngôi sao nào vì chúng ta đang nhìn vào vũ trụ
trước khi bắt đầu! Trước khi ngôi sao đầu tiên hình thành! Điều này nghe có vẻ là một lý do khá hợp lý
vì sao chúng ta nhìn thấy trời tối.
Nhưng... không phải thế. Tất nhiên chúng ta có thể tìm ra những điểm ở trên trời
mà không có ngôi sao nào bằng cách nhìn qua những ngôi sao mới và nhờ vậy nhìn vào quá khứ. Tuy vậy
khi chúng ta soi kính thiên văn qua những ngôi sao mới, chúng ta vẫn nhìn thấy ánh sáng. Không phải từ các ngôi sao,
mà đó là những ánh sáng phát ra từ vụ nổ big bang. Chúng ta nhận được những "bức xạ vũ trụ" này
từ gần như tất cả các hướng, tạo nên một lớp nền ánh sáng trùm lên các ngôi sao.
Vậy có lẽ thực ra vũ trụ KHÔNG hề tối.
Vậy thì...kính thiên văn nói rằng vũ trụ không hề tối, nhưng tại sao
nó trông tối?
Đây là một manh mối cho câu trả lời: khi kính thiên văn Hubble chụp bức ảnh của những ngôi sao ở xa,
để có những bức ảnh tuyệt đẹp như thế này, người ta sử dụng
máy ảnh hồng ngoại. Vì sao ư? Những ngôi sao và ngân hà ở xa đang di chuyển ngày càng xa chúng ta
vũ trụ đang nở ra. Giống như giọng của chúng ta trở nên trầm hơn khi băng ghi âm chơi chậm lại,
hiệu ứng doppler làm cho những ngôi sao di chuyển khỏi chúng ta trở nên đỏ hơn.
Ngôi sao ở càng xa thì càng di chuyển nhanh và càng trở nên đỏ,
cho tới khi chúng trở thành... hồng ngoại. Và chúng ta không thể nhìn thấy chúng, ít nhất là
không phải bằng mắt thường - và đó là lý do vì sao trời trông tối vào ban đêm.
Tóm lại: Nếu chúng ta sống trong một vũ trụ vô hạn, không thay đổi, bầu trời sẽ sáng
như Mặt Trời. Nhưng trời tối vào ban đêm, bởi vì vũ trụ có một điểm bắt đầu
nên không phải hướng nào cũng có một ngôi sao chiếu sáng; quan trọng hơn, bởi vì
ánh sáng từ những ngôi sao ở xa (và cả những bức xạ ở xa hơn nữa) bị chuyển đỏ
cho tới khi chúng trở thành tia hồng ngoại, và chúng ta không thể nhìn thấy chúng.
Cuối cùng thì, việc vì sao ban đêm trời lại tối đã rõ như ban ngày!