Du hành thời gian : Khả thi hơn bạn nghĩ
Hầu hết chúng ta đều đã từng xem qua những bộ phim về du hành thời gian. Các khái niệm đi lùi hay đi tới trong thời gian luôn kích thích sự tò mò trí tưởng tượng của con người. Trong lịch sử, nó từng được xem như là một khái niệm viễn tưởng cho đến khi thuyết tương đối của Albert Einstein mở ra cánh cửa cho việc du hành thời gian khả thi hơn. Điều này đã cho chúng ta một cái nhìn mới về không-thời gian, cái nhìn nầy rất khác với cái nhìn lúc bấy giờ mà được tạo nên bởi Isaac Newton.
Cơ học cổ điển của Newton được dựa trên giả thuyết thời gian trôi qua thống nhất ở bất cứ nơi nào và bất cứ nơi đâu. Tuy nhiên thuyết tương đối của Einstein cho chúng ta biết rằng dòng thời gian là không liên tục ở những nơi trong vũ trụ. Bạn di chuyển nhanh lên và dòng thời gian sẽ chậm lại cho tới khi bạn đạt đến tốc độ ánh sáng. Như vậy căn bản chứng minh rằng đi lại trong thời gian tương lai là điều có thể, bạn chỉ cần đi trong một con tàu vũ trụ đạt được tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng. Nếu tàu vũ trụ của bạn đi với tốc độ 95% vận tốc ánh sáng và đi vòng quanh Trái Đất trong 1 năm thì khi trở về Trái Đất là 10 năm đã trôi qua.
Như vậy thuyết này cho chúng ta biết rằng nếu bạn di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng, bạn có thể đi ngược lại về quá khứ. Tuy nhiên bạn cũng biết rằng hầu hết không có gì là nhanh hơn ánh sáng, nhưng thuyết tương đối tổng quát có vài dự đoán rằng chúng ta có thể qua mặt các định luật vật lý rồi trở nên nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Thuyết tương đối tổng quát của Einstein gắn liền với trọng lực và kết cấu của không-thời gian. Trong hình ảnh vũ trụ của Einstein, không gian và thời gian được kết hợp lại và gọi là không-thời gian (spacetime), hình dạng của không-thời gian bị ảnh hưởng bởi những vật chất trong đó. Einstein cho thấy không-thời gian có thể bị uốn cong, kéo dài hoặc xoắn lại tùy thuộc vào vật chất bên trong nó. Chúng ta có thể tận dụng điều nầy để đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng, tất cả những gì chúng ta cần là một hố đen quay.
Hố đen quay liên tục xoắn lại không-thời gian xung quanh nó. Do đó nếu chúng ta có thể đi xung quanh hố đen quay với tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng thì người quan sát bên ngoài sẽ thấy chúng ta đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng tùy thuộc vào không-thời gian được xoắn lại nhanh đến thế nào. Chúng ta không vi phạm những định luật vật lý trong trường hợp nầy vì chúng ta không thực sự di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng mà chỉ nhanh hơn khi quan sát từ bên ngoài.
Một dự đoán nữa của thuyết tương đối tổng quát mà chúng ta có thể sử dụng đó là cầu nối Einstein-Rosen, hay cái tên khác phổ biến hơn là hố sâu hay hố giun (wormhole). Hố sâu là một lối tắt trong vũ trụ từ một điểm không-thời gian nầy đến điểm không-thời gian khác. Bạn có thể hình dung cầu nối này bằng cách chấm hai điểm cách nhau trên tờ giấy và xếp tờ giấy lại cho hai điểm đó trùng vào nhau, vậy là từ một khoảng cách xa mà chúng đã trở nên thật gần nhau. Einstein kết hợp không gian và thời gian lại nên chúng ta có thể sử dụng hố sâu để đi tắt cho cả không gian và thời gian. Vẫn chưa chắc chắn rằng cách nào để tạo nên một hố sâu nhưng nếu có thể tạo nên rồi thì nó chỉ kéo dài trong một khoảng thời gian rất ngắn. Tạo nên hố sâu nhưng giữ hố sâu tồn tại thì lại là một vấn đề khác nữa.
Khả năng đi du hành trở ngược lại thời gian từ lâu đã được đem ra để tranh luận. Nhiều người cho rằng nó không thể bởi vì có nhiều nghịch lý có thể sẽ được diễn ra. Luật nhân quả (the law of causality) cho rằng nguyên nhân xẩy ra trước khi kết quả có hiệu lực, luật nầy sẽ bị phá vỡ nếu có thể đi ngược thời gian, nghịch lý ông nội (grandfather paradox) thể hiện điều này. Nếu bạn đi ngược về quá khứ và giết chết ông nội của bạn, thì cha của bạn và bạn sẽ không được sinh ra đời, nếu bạn không được sinh ra đời thì bạn sẽ không thể trở về quá khứ để giết chết ông nội của mình được.
Một nghịch lý khác liên quan đến việc lấy thông tin từ một thời gian khác. Bây giờ chúng ta đi ngược thời gian và chỉ cho Issac Newton những định luật vật lý mà ông đã khám phá mà chúng ta được học ở trường. Rồi bây giờ những định luật đó xuất phát từ ai ? Lúc bấy giờ chúng ta khỏi thể nói là do Newton khám phá vì chúng ta là người nói ông nghe, mặt khác chúng ta cũng không thể nói đó là do chúng ta khám phá vì rõ ràng chúng ta được học những khám phá này của ông ở trường học.
Cuối cùng là một nghịch lý dễ hiểu. Nếu du hành thời gian ngược quá khứ là có thể thì tại sao chúng ta vẫn chưa gặp được những người khách đến từ tương lai ? Có rất nhiều nghịch lý cho việc này nhưng vật lý hiện đại có những giải pháp để giải quyết những nghịch lý.
Để giải thích cho những nghịch lý của việc du hành về quá khứ, một số nhà vật lý đã cho rằng nếu bạn đi ngược thời gian thì bạn sẽ đến quá khứ của vũ trụ khác, nơi mà bạn sẽ không ra những nghịch lý bằng mọi cách. Lý thuyết vũ trụ song song (parallel universes) xuất phát từ bản chất xác suất của cơ học lượng tử. Trong cơ học lượng tử, bạn không thể nói vị trí cụ thể của một hạt, mỗi trường hợp với khả năng xảy ra thì bạn sẽ ở trong những vũ trụ khác. Trong thực tế thì lý thuyết này cho chúng ta biết rằng có vô hạn những vũ trụ song song.
Theo một số người thì du hành thời gian đang dần trở thành hiện thực. Nếu chúng ta bằng cách nào đó có thể đi xuyên thời gian thì chúng ta sẽ trở thành bậc thầy của vũ trụ hoặc gần như thế. Cơ sở triết học và khoa học cho việc du hành thời gian vẫn còn đang tranh cãi, nhưng một khi chúng ta phát minh ra cỗ máy thời gian thì đây sẽ là phát minh quan trọng nhất trong lịch sử nhân loại.
 |
| Hình minh họa từ chương trình truyền hình Doctor Who. |
Cơ học cổ điển của Newton được dựa trên giả thuyết thời gian trôi qua thống nhất ở bất cứ nơi nào và bất cứ nơi đâu. Tuy nhiên thuyết tương đối của Einstein cho chúng ta biết rằng dòng thời gian là không liên tục ở những nơi trong vũ trụ. Bạn di chuyển nhanh lên và dòng thời gian sẽ chậm lại cho tới khi bạn đạt đến tốc độ ánh sáng. Như vậy căn bản chứng minh rằng đi lại trong thời gian tương lai là điều có thể, bạn chỉ cần đi trong một con tàu vũ trụ đạt được tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng. Nếu tàu vũ trụ của bạn đi với tốc độ 95% vận tốc ánh sáng và đi vòng quanh Trái Đất trong 1 năm thì khi trở về Trái Đất là 10 năm đã trôi qua.
Như vậy thuyết này cho chúng ta biết rằng nếu bạn di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng, bạn có thể đi ngược lại về quá khứ. Tuy nhiên bạn cũng biết rằng hầu hết không có gì là nhanh hơn ánh sáng, nhưng thuyết tương đối tổng quát có vài dự đoán rằng chúng ta có thể qua mặt các định luật vật lý rồi trở nên nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Thuyết tương đối tổng quát của Einstein gắn liền với trọng lực và kết cấu của không-thời gian. Trong hình ảnh vũ trụ của Einstein, không gian và thời gian được kết hợp lại và gọi là không-thời gian (spacetime), hình dạng của không-thời gian bị ảnh hưởng bởi những vật chất trong đó. Einstein cho thấy không-thời gian có thể bị uốn cong, kéo dài hoặc xoắn lại tùy thuộc vào vật chất bên trong nó. Chúng ta có thể tận dụng điều nầy để đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng, tất cả những gì chúng ta cần là một hố đen quay.
Hố đen quay liên tục xoắn lại không-thời gian xung quanh nó. Do đó nếu chúng ta có thể đi xung quanh hố đen quay với tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng thì người quan sát bên ngoài sẽ thấy chúng ta đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng tùy thuộc vào không-thời gian được xoắn lại nhanh đến thế nào. Chúng ta không vi phạm những định luật vật lý trong trường hợp nầy vì chúng ta không thực sự di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng mà chỉ nhanh hơn khi quan sát từ bên ngoài.
Một dự đoán nữa của thuyết tương đối tổng quát mà chúng ta có thể sử dụng đó là cầu nối Einstein-Rosen, hay cái tên khác phổ biến hơn là hố sâu hay hố giun (wormhole). Hố sâu là một lối tắt trong vũ trụ từ một điểm không-thời gian nầy đến điểm không-thời gian khác. Bạn có thể hình dung cầu nối này bằng cách chấm hai điểm cách nhau trên tờ giấy và xếp tờ giấy lại cho hai điểm đó trùng vào nhau, vậy là từ một khoảng cách xa mà chúng đã trở nên thật gần nhau. Einstein kết hợp không gian và thời gian lại nên chúng ta có thể sử dụng hố sâu để đi tắt cho cả không gian và thời gian. Vẫn chưa chắc chắn rằng cách nào để tạo nên một hố sâu nhưng nếu có thể tạo nên rồi thì nó chỉ kéo dài trong một khoảng thời gian rất ngắn. Tạo nên hố sâu nhưng giữ hố sâu tồn tại thì lại là một vấn đề khác nữa.
Khả năng đi du hành trở ngược lại thời gian từ lâu đã được đem ra để tranh luận. Nhiều người cho rằng nó không thể bởi vì có nhiều nghịch lý có thể sẽ được diễn ra. Luật nhân quả (the law of causality) cho rằng nguyên nhân xẩy ra trước khi kết quả có hiệu lực, luật nầy sẽ bị phá vỡ nếu có thể đi ngược thời gian, nghịch lý ông nội (grandfather paradox) thể hiện điều này. Nếu bạn đi ngược về quá khứ và giết chết ông nội của bạn, thì cha của bạn và bạn sẽ không được sinh ra đời, nếu bạn không được sinh ra đời thì bạn sẽ không thể trở về quá khứ để giết chết ông nội của mình được.
Một nghịch lý khác liên quan đến việc lấy thông tin từ một thời gian khác. Bây giờ chúng ta đi ngược thời gian và chỉ cho Issac Newton những định luật vật lý mà ông đã khám phá mà chúng ta được học ở trường. Rồi bây giờ những định luật đó xuất phát từ ai ? Lúc bấy giờ chúng ta khỏi thể nói là do Newton khám phá vì chúng ta là người nói ông nghe, mặt khác chúng ta cũng không thể nói đó là do chúng ta khám phá vì rõ ràng chúng ta được học những khám phá này của ông ở trường học.
Cuối cùng là một nghịch lý dễ hiểu. Nếu du hành thời gian ngược quá khứ là có thể thì tại sao chúng ta vẫn chưa gặp được những người khách đến từ tương lai ? Có rất nhiều nghịch lý cho việc này nhưng vật lý hiện đại có những giải pháp để giải quyết những nghịch lý.
Để giải thích cho những nghịch lý của việc du hành về quá khứ, một số nhà vật lý đã cho rằng nếu bạn đi ngược thời gian thì bạn sẽ đến quá khứ của vũ trụ khác, nơi mà bạn sẽ không ra những nghịch lý bằng mọi cách. Lý thuyết vũ trụ song song (parallel universes) xuất phát từ bản chất xác suất của cơ học lượng tử. Trong cơ học lượng tử, bạn không thể nói vị trí cụ thể của một hạt, mỗi trường hợp với khả năng xảy ra thì bạn sẽ ở trong những vũ trụ khác. Trong thực tế thì lý thuyết này cho chúng ta biết rằng có vô hạn những vũ trụ song song.
Theo một số người thì du hành thời gian đang dần trở thành hiện thực. Nếu chúng ta bằng cách nào đó có thể đi xuyên thời gian thì chúng ta sẽ trở thành bậc thầy của vũ trụ hoặc gần như thế. Cơ sở triết học và khoa học cho việc du hành thời gian vẫn còn đang tranh cãi, nhưng một khi chúng ta phát minh ra cỗ máy thời gian thì đây sẽ là phát minh quan trọng nhất trong lịch sử nhân loại.
Anh Tuấn Nguyễn theo From Quarks To Quasars
