Chuyên gia lý giải dự đoán cuối cùng của Stephen Hawking: Liệu du hành thời gian có thể thành hiện thực?

*Bài viết dựa trên quan điểm của Peter Millington - Khoa vật lý thiên văn học, ĐH Nottingham (Anh Quốc)

"Nếu có ai đó làm một đề xuất nghiên cứu về du hành thời gian, nó sẽ bị bác bỏ ngay lập tức," - Stephen Hawking đã viết như vậy trong cuốn "Brief Answer to the Big Questions" (tạm dịch: lời giải ngắn gọn cho những câu hỏi vĩ mô).

Và ông hoàn toàn đúng. Với khả năng của con người hiện tại thì du hành thời gian là chuyện không tưởng, nên chẳng ai bỏ tiền đầu tư vào một nghiên cứu vô thưởng vô phạt như vậy cả.

Tuy nhiên, theo Hawking, du hành thời gian vẫn là một vấn đề thực sự cần thiết để khoa học dấn thân vào. Bởi lẽ sự thật là các lý thuyết hiện tại vẫn chưa bác bỏ khả năng du hành thời gian.

Vậy câu hỏi ở đây là liệu rằng trong tương lai, con người có khả năng tạo ra một cỗ máy thời gian thực thụ?

Trên thực tế, thời gian là một khái niệm hết sức trừu tượng. Thử nhé: ngay lúc này, bạn gọi video call cho một người bạn ở cách nửa vòng Trái đất, và biết được anh/cô ta đang làm gì. Nhưng thực sự thì bạn sẽ không bao giờ biết được, bởi lẽ giọng nói, tín hiệu và hình ảnh của họ cần một khoảng thời gian mới chạm được đến chúng ta (dù thời gian ấy là cực kỳ nhanh). Thời điểm bạn nhận được tín hiệu, thì người ta đã làm hành động khác mất rồi.

Tốc độ và thời gian

Việc bạn không thể thực sự biết được một người đang thực sự làm gì, đó cũng là ý tưởng mà Einstein đã đưa ra trong các lý thuyết của mình. Einstein cho rằng thời gian và không gian là các biến số tách rời của một khái niệm là "không thời gian" (spacetime), tức là chúng ta cần nghĩ về thời gian như một đại lượng giống như khoảng cách không gian vậy.

Lấy ví dụ, khi được hỏi: "Khoảng cách giữa Birmingham và London là bao nhiêu?", một người Anh sẽ trả lời "2,5 giờ". Ý của câu này là đi từ London đến Birmingham sẽ mất khoảng 2,5 giờ, với tốc độ là 50 dặm/h.

Tốc độ càng nhanh, thời gian càng chậm. Câu hỏi là nếu vượt qua được tốc độ ánh sáng, liệu thời gian có quay ngược lại

Nhưng thời gian có thể thay đổi tùy vào vận tốc. Vận tốc ít hơn, thời gian sẽ kéo dài ra và ngược lại.

Nói về tốc độ, tốc độ ánh sáng hiện tại vẫn là nhanh nhất, là tốc độ tối đa mà các loại tín hiệu có thể đạt đến. Theo như Einstein thì có một mối quan hệ nhân quả giữa tốc độ và thời gian, mà cả 2 đều không thể tách rời. Một chiếc đồng hồ đang di chuyển sẽ chậm hơn một chiếc đang đứng yên.

Bạn di chuyển càng nhanh, thời gian của bạn sẽ càng chậm lại. Và khi chạm đến tốc độ ánh sáng, bạn sẽ bước vào không thời gian đóng băng. Hay nói cách khác, thời gian của người bình thường sẽ vùn vụt tiến đến, còn bạn thì ngưng lại rồi.

Vậy nếu chúng ta di chuyển còn nhanh hơn tốc độ thời gian thì sao? Phải chăng thời gian sẽ quay ngược trở lại, như những gì các tiểu thuyết về khoa học viễn tưởng vẫn đề cập?

Sự thực thì khả năng đạt đến tốc độ ánh sáng đã là không tưởng - ít nhất là với lý thuyết hiện tại. Theo Einstein, bạn sẽ cần một nguồn năng lượng vô hạn để đưa một vật đạt đến tốc độ ánh sáng, chứ chưa nói đến việc vượt qua nó.

Nhưng kể cả khi làm được, thời gian không đơn giản là sẽ chạy ngược lại. Chính xác hơn là ở thời điểm đó, thời gian tiến hay lui cũng không quan trọng. Bởi lẽ, quy luật nhân quả lúc này đã không còn ý nghĩa gì nữa rồi.

Những hố giun - nơi thời gian ngưng lại

Theo Einstein, lực hấp dẫn chính là thứ có thể bẻ cong không gian và thời gian. Lực hấp dẫn càng lớn, lực nén sẽ càng lớn, không thời gian càng bị vặn xoắn, và đồng hồ càng chạy chậm hơn.

Khi chúng ta nén một lực hấp dẫn đủ lớn, không thời gian sẽ bị vặn xoắn đến cực đại, đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra. Đó là thời điểm hố đen vũ trụ ra đời. Và nếu chúng ta bằng cách nào đó chạm đến rìa của hố đen, thời gian quanh bạn sẽ chậm đến mức gần như đóng ngưng lại.

Hố giun có tồn tại

Vậy câu hỏi là, liệu không thời gian có thể bị bẻ cong đến mức khiến thời gian chạy ngược lại?

Câu trả lời là có thể, và nơi không thời gian bị vặn xoắn ấy chính là hố giun. Đây vốn là một cấu trúc không thời gian được giả định với khả năng tạo nên đường đi tắt trong không thời gian. Chúng nối thông từ một vùng không thời gian này đến vùng khác, và đôi khi vật chất đi từ vùng này sang vùng kia bằng cách chui qua hố này.

Tuy nhiên, khoa học chứng minh rằng chúng ta sẽ phải tạo ra một nguồn năng lượng âm đủ dày đặc để giúp hố giun trở nên ổn định. Mà theo như vật lý học cổ điển từ thế kỷ 19, đó lại là chuyện không tưởng.

Nhưng với vật lý học lượng tử hiện đại thì khác. Vũ trụ ở thế giới lượng tử không hề trống trải, mà tập hợp những cặp phân tử năng lượng trong trạng thái tồn tại hoặc không. Nếu có thể tạo ra một khu vực ít phân tử hơn đến mức cùng cực, nơi đó sẽ có năng lương âm đủ dày.

Có điều việc kết hợp lý thuyết của Einstein và lý thuyết lượng tử không dễ. Chính xác hơn, đó là một trong những thách thức lớn nhất trong lịch sử vật lý lý thuyết.

Du hành thời gian, có thể hay không?

Tóm lại, liệu du hành thời gian có thành hiện thực vào một ngày nào đó? Theo Peter Millington - chuyên gia nghiên cứu về phân tử vũ trụ của ĐH Nottingham - dù hiểu biết hiện tại của nhân loại chưa thể bác bỏ hay chứng minh, nhưng nhiều khả năng là không thể thành hiện thực.

Theo Millington, lý thuyết của Einstein không thể giải thích được cấu trúc không thời gian khi áp dụng ở quy mô cực nhỏ. Và dù các quy luật tự nhiên có thể trở nên khá mâu thuẫn, nhưng chúng vẫn luôn tự nhất quán lại, chẳng chừa chỗ cho sự tồn tại của các nghịch lý nhân-quả của không thời gian.

Với Hawking, dù lạc quan về khả năng du hành thời gian, ông cũng nhận ra rằng có một lý thuyết sẽ phản bác được thuyết của Einstein mà hiện tại con người chưa thể tìm ra. Chính lý thuyết này sẽ bác bỏ khả năng du hành thời gian của chúng ta trong tương lai.

Hay nói cách khác, lịch sử sẽ chẳng thể thay đổi được qua máy du hành thời gian (vì nó sẽ không thành hiện thực), và Hawking hiểu điều đó.

Tham khảo: Science Alert,The Conversion