Du hành xuyên thời gian - Sự thật hay chuyện viễn tưởng?

Cỗ máy thời gian, lỗ đen, v.v..., những khái niệm này dường như chỉ có trên những tác phẩm khoa học viễn tưởng.

Tuy nhiên, với những tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, con người đã dần làm sáng tỏ những bí ẩn xung quanh khái niệm thời gian - chiều không gian thứ 4 này.

Làm sao chúng ta có thể đi tới tương lai, hay trở về quá khứ? Bản chất của những hiện tượng di chuyển xuyên thời gian tồn tại trong vũ trụ là gì? Và con người đã đi xa đến đâu trong cuộc cách mạng đảo ngược thời gian này? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Thực tế, du hành xuyên thời gian hoàn toàn không phải là một khái niệm hoang đường. Chúng ta đều là những thực thể gắn với khái niệm này. Về cơ bản, thời gian được coi như một yếu tố cho thấy sự thay đổi của vũ trụ, và dù muốn hay không, chúng ta đều liên tục thay đổi. Trái đất quay quanh mặt trời, vạn vật luôn biến đổi và con người cũng không nằm ngoài cuộc chơi này.

Chúng ta quy thời gian về những đơn vị như giây, phút, giờ, tháng, năm..., nhưng điều này không có nghĩa là thời gian luôn trôi với một tốc độ hằng định. Nhưng điều gì đã tạo nên sự dao động này? Câu trả lời nằm ở mối quan hệ giữa không gian và thời gian.

Cũng giống như dòng nước chảy lúc nhanh, lúc chậm, thời gian trôi với tốc độ khác nhau ở những nơi khác nhau. Thời gian không thể tồn tại mà thiếu không gian, không gian cũng không thể tồn tại thiếu thời gian. Hai khái niệm này tồn tại gắn bó với nhau như một thể thống nhất. Bất cứ hiện tượng nào xảy ra trong vũ trụ đều cần đến sự góp mặt của không gian và thời gian.

Chúng ta sẽ đi đến tương lai như thế nào?

Thực tế, nếu bạn muốn di chuyển đến tương lai, bạn sẽ phải cần đến mối quan hệ không gian - thời gian này. Trên những vệ tinh nhân tạo ngoài vũ trụ, thời gian trôi nhanh hơn do ít chịu ảnh hưởng từ lực hấp dẫn của trái đất. Trong khi đó, trên mặt đất, lực hấp dẫn này đã "kéo giãn" dòng chảy của thời gian, làm nó trôi chậm lại.

Hiện tượng này được gọi là gravitational time dilation (tạm dịch: hiệu ứng kéo dãn thời gian nhờ trọng lực). Theo như học thuyết của Einstein về mối quan hệ giữa không gian và thời gian, không gian sẽ bị bẻ cong tại những nơi tồn tại một khối lượng vật chất lớn, và do đó, ánh sáng sẽ đi theo những đường cong trong không gian cong này.

Nhưng điều này thì có gì liên quan tới thời gian? Nên nhớ rằng, bất kỳ hiện tượng nào xảy ra trong vũ trụ đều cần đến sự tham gia của hai yếu tố: không gian và thời gian. Lực hấp dẫn không chỉ tác động lên không gian, nó còn ảnh hưởng đến cả thời gian.

Bạn sẽ không thể nào nhận thấy được sự co giãn của thời gian nếu như hai chân vẫn còn ở trên Trái đất. Tuy nhiên, nếu như có dịp được du hành đến nơi nào đó tập trung một lượng vật chất khổng lồ, ví dụ như siêu lỗ đen Sagittarius A tại trung tâm dải thiên hà của chúng ta, có thể bạn sẽ thấy được sự khác biệt. Tại đây, khối lượng vật chất tương đương... 4 triệu lần khối lượng mặt trời được nén vào một điểm đen duy nhất. Một khối lượng khổng lồ tập trung trong một thể tích rất nhỏ, điều này tạo nên một lực hấp dẫn vô cùng lớn. Ngay cả ánh sáng cũng không thể nào thoát ra khỏi những lỗ đen này (và đây cũng chính là nguyên nhân khiến cho các lỗ đen được gọi là...lỗ đen). Dạo một vòng quanh điểm đen này (và hãy cố đừng để nó hút vào), bạn sẽ trải nghiệm cảm giác thời gian trôi chậm lại. Cuộc du hành kéo dài 5 năm quanh lỗ đen này, và một thập kỷ đã đi qua dưới Trái đất.

Vận tốc cũng đóng vai trò thay đổi dòng chảy của thời gian. Càng đến gần hơn với vận tốc ánh sáng, thời gian càng trôi chậm lại. Lấy ví dụ, kim đồng hồ trên một chiếc tàu đang chạy sẽ di chuyển chậm hơn chiếc kim đang nằm trên đồng hồ tại sân ga. Một hành khách tất nhiên sẽ không thể nào nhận ra sự thay đổi này, vì cuối chuyến tàu, đồng hồ của anh ta sẽ chỉ chậm lại khoảng... 1 phần tỷ giây. Tuy nhiên, nếu như tồn tại một chiếc tàu có khả năng di chuyển với tốc độ bằng khoảng 99.999% tốc độ ánh sáng, 1 năm trên tàu của người hành khách này đã tương đương với 223 năm trôi qua trên sân ga.

Giả thuyết này có thể giúp bạn đi đến tương lai, nhưng còn quá khứ? Liệu có con tàu nào có thể vượt qua được vận tốc ánh sáng và đảo ngược thời gian?

Quay về quá khứ, có thể hay không?

Đi đến tương lai là chuyện hoàn toàn có thể, và các nhà khoa học đã chứng minh được điều này trong thực tế. Bạn có thể đi đến tương lai, vấn đề chỉ là chuyến đi này sẽ kéo dài bao lâu. Nhưng còn với quá khứ? Hãy thử một lần quan sát dải thiên hà, có thể bạn sẽ có câu trả lời.

Những gì bạn đang nhìn thấy đã là quá khứ của hàng nghìn năm trước.

Dải ngân hà có chiều rộng khoảng 100.000 năm ánh sáng, như vậy một tia sáng từ một ngôi sao nào đó có thể sẽ phải mất đến hàng nghìn năm để tới được Trái đất. Khi bạn quan sát ngôi sao đó, những gì bạn thấy đã là hình ảnh của quá khứ hàng nghìn năm trước. Khi những nhà thiên văn học tiến hành đo đạc lượng bức xạ nền vi sóng vũ trụ, họ đã ghi lại hình ảnh của một vũ trụ thuở sơ khai nguyên thủy của.... 10 tỷ năm trước. Nhưng điều đó chỉ dừng lại ở mức độ quan sát. Liệu chúng ta có thể đi xa hơn thế, hành động và thay đổi quá khứ?

Thuyết tương đối của Einstein không hề đả động gì đến việc bác bỏ giả thuyết du hành ngược về quá khứ. Nhưng, với hành động ấn nút khởi động cỗ máy thời gian và quay trở về ngày hôm qua,bạn đã đi ngược lại thuyết nhân quả. Mỗi một sự kiện xảy ra trong vũ trụ lại dẫn đến một sự kiện khác, chuỗi sự kiện này cứ như vậy tiếp diễn tạo nên một cuốn tiểu thuyết không có hồi kết. Với chân lý bất di bất dịch: nguyên nhân luôn đi trước hệ quả, dường như khả năng đi về quá khứ đã hoàn toàn bị bác bỏ.

Một vài nhà khoa học đưa ra ý tưởng phá vỡ giới hạn vận tốc ánh sáng để đưa con người trở về quá khứ. Một vật có vận tốc gần đạt vận tốc ánh sáng có thể làm thời gian trôi chậm lại, vậy một vật có khả năng vượt qua giới hạn này liệu có thể quay ngược thời gian? Rào cản nằm ở chỗ, một vật có khi đạt gần đến vận tốc của ánh sáng nếu như tiếp tục tăng tốc, khối lượng tương đối của nó sẽ tăng, và sẽ đạt mức vô tận khi vận tốc của nó ngang với vận tốc ánh sáng. Tiếp tục gia tốc thêm cho một vật có khối lượng vô tận, điều này là không thể -- ít nhất là ở hiện tại. Bạn sẽ cần đến những nguồn năng lượng khổng lồ, những nguồn năng lượng nằm trong tương lai có lẽ là còn rất xa nữa.

Nhưng nếu du hành xuyên thời gian không còn là chuyện của những công nghệ trong tương lai hàng nghìn, thậm chí là hàng vạn năm tới? Chào mừng bạn đến với thế giới của những lỗ đen, lỗ sâu và dây vũ trụ.

Lỗ đen

Dạo một vòng quanh lỗ đen, và hiện tượng kéo dãn thời gian nhờ trọng lực sẽ giúp bạn đi đến tương lai. Nhưng điều gì xảy ra nếu bạn bị cuốn trôi vào đó? Phần lớn những nhà khoa học đều đồng ý rằng những lỗ đen này sẽ xé vụn bạn ra thành từng mảnh, chỉ trừ một loại duy nhất: những lỗ đen Kerr. Bạn có thể may mắn sống sót, nhưng sau đó chuyện gì sẽ xảy ra?

Năm 1963, nhà toán học người Úc Roy Kerr đã đưa ra giả thuyết về một lỗ đen xoay. Giả thuyết này dựa trên sự tồn tại của những ngôi sao neutron. Chúng là tàn tích từ những vụ sụp đổ của những ngôi sao lớn, có bán kính khoảng 10-20km nhưng khối lượng của chúng có thể tương đương với khối lượng mặt trời. Ông cho rằng, những ngôi sao này sẽ hình thành nên các lỗ đen xoay, và lực ly tâm được tạo ra sẽ ngăn cản các lỗ đen này trở thành những chấm đen tập trung một lượng vật chất khổng lồ. Và do đó, chúng ta có thể xâm nhập vào những lỗ đen này mà không phải e ngại một lực hút khủng khiếp ở trung tâm của chúng.

Nếu như lỗ đen Kerr thực sự tồn tại, các nhà khoa học giả thiết rằng ta có thể đi vào đó, và lối ra, sẽ dẫn đến một nơi được gọi là Lỗ trắng. Hãy tưởng tượng lỗ trắng này cũng giống như một đầu xả của lỗ đen, thay vì hút mọi thứ nhờ vào lực hấp dẫn, chúng sẽ tống mọi thứ đi, và-rất-có-thể-là đến một khoảng không gian-thời gian khác, và thậm chí là một vũ trụ khác.

Những lỗ đen Kerr hoàn toàn chỉ tồn tại trên lý thuyết, nhưng nếu chúng có thực, đây sẽ là chuyến tàu một chiều để đến quá khứ hoặc tương lai. Bạn sẽ nói gì nếu như quá khứ 10 năm trước của bạn bất chợt xuất hiện ngay trước mắt bạn từ một lỗ đen?

Lỗ sâu

Những lỗ đen Kerr không phải là phương thức duy nhất giúp ta du hành xuyên thời gian. Một phương tiện khác, với tên gọi "Chiếc cầu Einstein-Rosen", hay đơn giản hơn - lỗ sâu, sẽ cho phép chúng ta thực hiện điều này.

Einstein cho rằng, bất kỳ một trọng lượng nào cũng có thể bẻ cong mặt phẳng không gian-thời gian. Thử hình dung điều này qua ví dụ sau: hai người cầm 4 góc của một tấm thảm và căng ra, sau đó thả một quả bóng vào. Quả bóng sẽ lăn đến giữa tấm thảm, và trọng lượng của quả bóng sẽ khiến tấm thảm bị đè xuống. Tiếp tục đặt một hòn bi vào mép tấm thảm, hòn bi này sẽ lăn đến chỗ quả bóng do độ dốc mà quả bóng đã tạo ra.

Mặt phẳng không gian-thời gian được gấp lại, và lỗ sâu được tạo ra khi sức ép lên mặt phẳng này đủ lớn.

Trong ví dụ trên, không gian được miêu tả như một mặt phẳng 2 chiều chứ không còn là một khái niệm 4 chiều nữa. Hãy thử tưởng tượng, nếu bạn gấp mặt phẳng này lại và tạo ra những sức ép đủ lớn trên cùng một vị trí từ hai phía của mặt phẳng này -- một lối đi tắt đã được tạo ra. Đường tắt này, về mặt lý thuyết, sẽ nối giữa hai khoảng không gian-thời gian riêng biệt, cho phép tạo nên một con đường thông thương.

Theo Stephen Hawking, ông hoàng của vật lý lý thuyết thế giới, những lỗ sâu này vẫn luôn tồn tại trong các "bọt lượng tử", thế giới của những hạt nhỏ nhất trong vũ trụ. Các đường hầm xuyên thời gian và không gian liên tục được sinh ra, tồn tại và biến mất, rồi lại tiếp tục xuất hiện. Chúng đã thực sự tạo thành cầu nối giữa hai nơi khác nhau tại những thời điểm khác nhau.

Không may mắn là những lỗ sâu này quá nhỏ bé và có tuổi thọ quá ngắn. Nhưng nếu một ngày nào đó, loài người có thể tóm được chúng, sau đó phóng to lên hàng tỷ tỷ lần, đủ lớn để một người, thậm chí là một chiếc tàu du hành xuyên qua? Một viễn cảnh trong mơ, khi bạn đặt chân vào một chiếc cổng có khả năng đưa bạn đến bất kỳ đâu, bất kỳ thời điểm nào.

Nhưng chính Hawking đã phủ nhận điều này thông qua lý thuyết phản hồi. Bạn đọc có thể hình dung thuyết này qua ví dụ sau: khi âm thanh đi vào micro, nó sẽ được phóng đại lên nhiều lần qua hệ thống ampli, rồi phát ra ngoài qua hệ thống loa. Âm thanh từ hệ thống loa này tiếp tục đi vào micro, và quá trình khuếch đại cứ thế lặp lại nhiều lần, âm thanh ngày càng lớn hơn. Nếu không có gì ngăn cản, sự phản hồi này sẽ phá hủy toàn bộ hệ thống âm thanh.

Điều tương tự cũng xảy ra với các lỗ sâu, chỉ khác ở chỗ, âm thanh giờ đây được thay thế bằng các bức xạ. Khi các lỗ sâu được phóng to lên, những bức xạ này sẽ được khuếch đại ngày càng mạnh, đến 1 mức nào đó sẽ phá hủy chính lỗ sâu đó.

Dây vũ trụ

Khái niệm này lần đầu tiên được đưa ra bởi nhà vật lý học J. Richard Gott vào năm 1991. Đúng như tên gọi của mình, dây vũ trụ là những vật thể có dạng dây, và các nhà khoa học tin rằng đây là những vật thể đã hình thành từ thời kỳ sơ khai của vũ trụ. Những sợi dây này trải dọc trên toàn bộ chiều dài của vũ trụ, mỏng hơn cả kích thước của một nguyên tử, nhưng có lực căng vô hạn. Điều này có nghĩa là, một vật thể va chạm vào những sợi dây này sẽ được hưởng một lực đẩy vô cùng lớn, vô hình chung tạo ra một vận tốc có thể giúp chúng ta đi xuyên thời gian. Bằng cách đặt hai sợi dây này tiếp xúc song song nhau, không gian và thời gian sẽ bị uốn cong đến mức tạo ra một thứ gọi là đường cong gần giống thời gian.

Sử dụng lực hấp dẫn tạo ra từ hiện tượng này, một phi thuyền có thể đi về quá khứ. Tuy nhiên, để đi về quá khứ một năm trước, bạn cần đến những sợi dây tập trung khoảng một nửa nguồn năng lượng của cả một dải thiên hà. Trích lời Gott: "Đó là điều mà chỉ một nền văn minh siêu hạng mới có khả năng thực hiện. Chúng ta thậm chí còn chưa kiểm soát được nguồn năng lượng của chính mình."

Nghịch lý thời gian

Như đã đề cập trong những phần trước, giả thuyết đi ngược về quá khứ đã bị bác bỏ bởi thuyết nhân quả. Nguyên nhân luôn đến trước kết quả, điều này đã làm cho những bộ óc thiên tài nhất cũng phải bó tay trong việc tìm cách trở về quá khứ.

Cùng bắt đầu với giả thiết bạn có thể quay về quá khứ 200 năm trước. Điều này thật phi lý, làm cách nào mà bạn (hệ quả), lại có mặt ở đây trước khi bạn sinh ra (nguyên nhân)?

Để hiểu rõ hơn vấn đề này, hãy cùng đề cập đến nghịch lý ông nội, một ví dụ kinh điển về thuyết nhân quả. Bạn là một sát thủ xuyên thời gian, và mục tiêu lần này chính là người ông nội của bạn. Bạn ngồi lên cỗ máy thời gian, quay ngược lại thời điểm 50 năm trước, khi người ông của bạn mới 18 tuổi. Bạn đã xác định được mục tiêu, bạn đưa khẩu súng laser lên và chuẩn bị bóp cò. Điều gì sẽ xảy ra?

Hãy nghĩ cho kỹ. Bạn chưa được sinh ra. Cả bố bạn cũng vậy. Nếu giờ đây bạn bóp cò, người đàn ông này sẽ chẳng bao giờ có thể có một đứa con trai. Và đứa con trai đó sẽ chẳng thể nào sinh ra bạn -- kẻ đang đứng đây chĩa súng vào người ông của mình. Bạn bóp cò, và bạn đã tự phủ định sự tồn tại của chính mình.

Một ví dụ nổi tiếng khác được đưa ra bởi Stephen Hawking, nghịch lý giáo sư điên. Một vị giáo sư sau một thời gian miệt mài nghiên cứu đã sáng tạo ra một công thức toán học mới, và đem nó giảng giải cho các sinh viên. Một trong số những sinh viên này tìm đến một cỗ máy thời gian và du hành ngược về thời điểm trước khi vị giáo sư tìm ra công thức, và giảng cho ông nghe về công thức đó. Và vị giáo sư lại đem công thức này giảng lại cho các sinh viên. Vậy ai mới là người nghĩ ra công thức đó?

Các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết để giải quyết mâu thuẫn này. Một trong những giả thuyết được nhiều người công nhận là giả thuyết vũ trụ song song. Quá khứ mà bạn đến, nó chỉ tồn tại ở một không gian song song với nơi bạn đang sinh sống. Những hành động can thiệp vào quá khứ sẽ không làm thay đổi hiện tại của bạn. Tay sát thủ máu lạnh vẫn có thể hạ gục người ông của mình mà không cần băn khoăn về sự tồn tại của hắn, đơn giản vì một bản sao của người ông vẫn đang sống ở thế giới của hắn. Và dù tay sinh viên láu cá có quay về quá khứ và giảng giải hàng trăm lần cho vị giáo sư đáng kính kia, vẫn còn một bản sao khác của ông ở thế giới song song có thể tự hào rằng mình mới chính là tác giả của công thức toán học đó.

Kết

Với con người thời gian dường như đã trở thành nỗi ám ảnh. Bất tử, thiên đường, địa ngục, Thượng đế - Đó đều là những ý tưởng giúp con người vượt qua nỗi ám ảnh này, và cỗ máy thời gian cũng là một trong số đó. Những rào cản kỹ thuật trong vũ trụ mà ta đang sống đã làm cho việc du hành xuyên thời gian dường như là không thể, nhưng với sự tiến bộ từng ngày của khoa học kỹ thuật, hãy cùng chờ xem những bộ óc thiên tài sẽ giải mã bí mật này như thế nào.

Theo GenK