Các nhà khoa học đề xuất một "vũ trụ trong gương", nơi thời gian trôi ngược lại

Ai rồi cũng sẽ già đi, chúng ta chỉ có những kỷ niệm về quá khứ và không hề biết trước được tương lai sẽ ra sao. Đó là những trải nghiệm đang khiến tất cả mọi người đều tin rằng thời gian chỉ trôi theo một hướng.

Tuy nhiên, nhiều nhà vật lý nhận ra rằng không có một định luật cơ bản nào của vật lý hiện đại chi phối trạng thái vũ trụ khiến thời gian nhất thiết cứ phải trôi về phía trước. Trong suốt hàng thập kỷ họ vẫn đang đi tìm câu trả lời cho thắc mắc đó.

Hai nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi các giáo sư đến từ những trường đại học hàng đầu thế giới tại Anh và Hoa Kỳ đang cùng kiểm tra lại dòng chảy của thời gian. Họ có vẻ đã tìm thấy một “vũ trụ trong gương” nơi thời gian trôi ngược lại.

Liệu có một vũ trụ mà ở đó thời gian trôi ngược lại?

“Thời gian không phải là một thứ gì đó tồn tại trước đây một cách hiển nhiên”, Julian Barbour, giáo sư vật lý trong đội nghiên cứu đến từ Đại học Oxford, Anh nói. “Hướng và dòng chảy của thời gian, chúng ta phải suy luận nó từ những gì đang xảy ra trong vũ trụ. Khi nhìn theo cách đó, hiển nhiên có thể nói rằng thời gian bắt đầu ở một điểm trung tâm và trôi theo hai hướng ngược nhau”.

Nhiều nhà vật lý đã tranh luận trong suốt vài thập kỷ qua, họ nhận ra rằng không một định luật cơ bản nào của vật lý hiện đại chi phối trạng thái vũ trụ khiến thời gian nhất thiết cứ phải trôi về phía trước.

“Cho dù là thuyết vạn vật hấp dẫn của Newton, điện động lực học của Maxwell, thuyết tương đối hẹp và tương đối rộng của Einstein và cơ học lượng tử, tất cả các phương trình mô tả vũ trụ của chúng ta vẫn có thể làm việc hoàn hảo nếu thời gian trôi ngược lại”, Lee Billings, một tác giả khoa học viết trên Scientific American.

Tuy nhiên, có một điểm bám víu vững chắc cho các nhà vật lý muốn thuyết phục rằng thời gian chỉ trôi theo một hướng. Trở lại thời điểm năm 1927, Arthur Eddington,một nhà thiên văn học người Anh, đề xuất rằng có một “mũi tên của thời gian”. Nó hoạt động như một đặc tính cơ bản trong nhánh nhiệt động lực học của vật lý.

Theo đó, định luật thứ 2 của nhiệt động lực học cho rằng entropy (hiểu đơn giản là sự hỗn loạn) của một hệ cô lập, bao gồm cả vũ trụ, sẽ chỉ có thể giữ nguyên hoặc tăng lên. Như vậy, dẫu cho mũi tên của thời gian có chỉ theo chiều nào thì mọi hệ cô lập phải luôn hướng đến một trạng thái entropy cao hơn.

Mũi tên của thời gian gắn với sự gia tăng hỗn loạn trong vũ trụ

Vũ trụ của chúng ta là một phiên bản mà khi vụ nổ Big Bang bắt đầu, nó như một quả trứng với trật tự cao và entropy thấp. Chẳng bao lâu, “quả trứng” vỡ tung và mọi thứ trong vũ trụ tranh giành nhau không gian. Mọi thứ rơi vào hỗn loạn, mức độ entropy tăng đúng như định luật thứ 2 của nhiệt động lực học.

Vậy vấn đề là định luật này không cho phép thời gian có thể quay ngược lại như các định luật cơ bản khác. Bạn không thể từ một quả trứng vỡ tung khiến nó trật tự và nguyên vẹn trở lại. Làm sao để giải quyết điều này?

Julian Barbour và các đồng nghiệp của ông ở Anh đã xuất bản một bài báo khoa học năm 2014 cho rằng mũi tên của thời gian thực sự bị chi phối bởi lực hấp dẫn chứ không phải theo thuyết nhiệt động lực học.

Công trình được đăng trên tạp chí Physical Review Letters trình bày cách mà các nhà khoa học mô phỏng 1.000 hạt trên máy tính, cùng với lực hấp dẫn theo định luật Newton của chúng. Đây là mô phỏng đơn giản nhất của vũ trụ mà chúng ta có thể tưởng tượng.

Họ phát hiện ra rằng, nhờ lực hấp dẫn, mô phỏng sẽ đi đến một trạng thái các hạt thu hẹp lại khoảng cách đến tối thiểu. Họ gọi đó là “điểm Janus”. Sau đó, các hạt lại tiếp tục tách ra phía ngoài theo các hướng khác nhau. Đó là hình dung cho sự di chuyển lùi và tiến của thời gian trong vũ trụ.

“Đó là điều đơn giản nhất”, Barbour nói về nghiên cứu của mình. “Bạn bắt đầu ở một điểm Janus trung tâm nơi có sẵn những chuyển động hỗn loạn – giống như quan niệm về sự hỗn loạn nguyên thủy của người Hy Lạp. Nhưng sau đó, theo cả hai chiều, bạn có được cấu trúc hỗn loạn hình thành. Nếu lý thuyết này là đúng, tồn tại một vũ trụ ở phía bên kia vụ nổ Big Bang, nơi thời gian trôi ngược với chúng ta”.

Mô hình hai vũ trụ với hai chiều thời gian ngược nhau

Bên cạnh nhóm của Barbour, hai nhà vật lý khác đến từ Hoa Kỳ cũng ủng hộ lý thuyết này. Giáo sư Sean Carroll đến từ Viện công nghệ California và Alan Guth của Viện công nghệ Massachusetts (MIT) đưa ra kết quả tương tự bằng cách sử dụng một mô hình hạt khác.

Nhóm nghiên cứu tạo ra một đám mây hữu hạn các hạt và bỏ nó vào một vũ trụ vô hạn. Chẳng bao lâu, hai mũi tên của thời gian xuất hiện một cách tự nhiên. Một mũi tên sẽ chỉ theo chiều hướng tăng entropy như vũ trụ của chúng ta. Mũi tên còn lại hướng theo chiều entropy giảm ở trung tâm trước khi mọi thứ lại trở lại hỗn loạn. “Cuối cùng, toàn bộ đám mây mở rộng và entropy tăng song song”, Sokol, tác giả trên New Scientist giải thích.

Có lẽ khu vực trung tâm của sự tập trung, mô tả trạng thái thấp của entropy chính là hình tượng của vụ nổ Big Bang. Nó còn có thể giúp giải quyết việc có hay không một “sự khởi đầu của thời gian” – chỉ trạng thái thấp nhất của sự hỗn loạn.

Hiện nay, hai giáo sư Sean Carroll và Alan Guth vẫn chưa công bố kết quả nghiên cứu trong mô hình của mình. Họ cũng thừa nhận rằng còn rất nhiều hạn chế phải được giải quyết trước khi công trình hoàn thiện để được chấp nhận. Tuy nhiên, nghiên cứu đồng quan điểm của giáo sư Julian Barbour và đội của ông phía bên kia Đại Tây Dương có thể là động lực lớn cho hai nhà khoa học Mỹ. Có lẽ, một thứ gì khác xảy ra bên ngoài “một vũ trụ được tạo ra từ sự khởi đầu của thời gian” sẽ sớm được tìm ra.

Tham khảo ScienceAlert, NewSciencetist, Qz