Con người cần vật chất có năng lượng âm để chế tạo cỗ máy thời gian

Bạn đã bao giờ ước rằng mình có thể quay về quá khứ và sửa chữa một sai lầm mà mình mắc phải? Hay quay lại khoảng thời gian cô đơn và lạc lõng nhất trong cuộc đời để tự động viên mình "Cố lên, mọi chuyện rồi sẽ ổn thôi".

Nhiều nhà khoa học đã dành cả đời mình để làm việc với ý tưởng này, nhưng rồi đến cuối cùng lại nhận ra: Việc du hành thời gian và thay đổi quá khứ là không thể. Theo đó, có những nghịch lý như "Nghịch lý ông nội" sẽ ngăn cản họ làm điều đó.

Nhưng cũng có những nhà khoa học chưa chịu từ bỏ. Họ ngày càng có nhiều ý tưởng mới hơn về du hành thời gian, để không phải đối mặt với ông nội. Ví dụ như chúng ta có thể quay về quá khứ dưới dạng "view only", hay vũ trụ thực sự tồn tại các dòng thời gian khác nhau, cho phép các cỗ máy đưa người nhảy qua nhảy lại giữa chúng.

Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu những ý tưởng du hành thời gian được cho là khả thi đó.

Để chế tạo cỗ máy thời gian, chúng ta cần một dạng vật chất có năng lượng âm

Ngày nay, những gì mà chúng ta biết về thời gian được dựa trên lý thuyết tương đối rộng. Trong đó, Albert Einstein đã kết hợp không gian và thời gian thành một thực thể duy nhất - "không thời gian". 

Thuyết tương đối rộng và khái niệm không thời gian đã cho phép các nhà khoa học của thế kỷ 20 giải thích hầu hết các hiện tượng trong vũ trụ, theo một cách phức tạp đáng kể mà không có một lý thuyết nào trước đó sánh nổi.

Những gì mà Einstein viết và dự đoán cũng đã được kiểm chứng trong suốt 100 năm, với khám phá gần đây nhất về sự tồn tại của sóng hấp dẫn. Điều này một lần nữa khẳng định sự đúng đắn không thể chối cãi của thuyết tương đối và cách mà thời gian hoạt động trong khuôn khổ đó. 

Vì vậy, thách thức với ý tưởng du hành thời gian là nó phải vượt qua được bài kiểm tra của thuyết tương đối.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà toán học đã phát hiện ra rằng, hóa ra họ có thể viết các phương trình mô tả ý tưởng du hành thời gian và tất cả các phương trình này thì đều phù hợp với lý thuyết của Einstein. 

Nhưng vấn đề là vật lý thì lại không đơn thuần là toán học. Mọi phương trình đều trở thành vô nghĩa nếu chúng không tương thích với thực tế. Theo đó, có hai vấn đề thách thức các phương trình toán học trở thành sự thật: 

Vấn đề đầu tiên là một cỗ máy thời gian - nếu được chế tạo - sẽ cần đến một vật chất kỳ lạ. Thứ vật chất này phải có năng lượng âm. Trong khi đó, tất cả những thứ chúng ta nhìn thấy trong cuộc sống hàng ngày của mình đều có năng lượng dương.

Con người chưa nắm bắt được vật chất năng lượng âm ở thời điểm hiện tại. Nhưng một lần nữa, một lý thuyết khác gọi là cơ học lượng tử nói rằng những vật chất năng lượng âm thực sự tồn tại. Chúng vẫn đang được tạo ra trong những khoảnh khắc bùng nổ ngắn ngủi, dưới thang đo lượng tử của những mảnh vật chất cực kỳ nhỏ bé.

Hiện tại cũng không có bất kỳ phương trình hay bằng chứng khoa học nào nói rằng con người không thể tạo ra vật chất năng lượng âm với số lượng lớn. Do đó, vấn đề này có lẽ chỉ là một hạn chế của công nghệ hiện tại. Vào một thời điểm nào đó khi chúng ta hiểu về thế giới lượng tử nhiều hơn, chúng ta có thể sẽ có cách để khai thác được vật chất có năng lượng âm.

Giải quyết nghịch lý ông nội

Chuyển sang rào cản thứ hai thách thức ý tưởng du hành thời gian, đó là nó dường như mâu thuẫn với logic và tạo ra một loạt các nghịch lý. Nổi tiếng nhất trong số đó là "Nghịch lý ông nội". Nghịch lý này nói rằng:

Có một người du hành thời gian về quá khứ và giết chết chính ông nội của mình, trước khi ông cưới bà nội. Kết quả là cha của anh ta sẽ không được sinh ra. Tiếp tục, nó dẫn tới chính người du hành thời gian đó cũng sẽ không bao giờ được sinh ra. 

Vậy thì làm sao anh ta có thể du hành về quá khứ? Nhưng nếu anh không về quá khứ để giết ông nội của mình, thì ông nội anh phải còn sống và điều đó nghĩa là anh ta vẫn được sinh ra, rồi trở về quá khứ để giết ông nội mình. Nghịch lý này thực sự đã phủ nhận sự tồn tại của cả hai trường hợp.

Mở rộng của cách phát biểu nghịch lý ông nội là nó sẽ xảy ra bất cứ khi nào có một sự kiện dẫn đến việc thay đổi quá khứ, nhưng bản thân sự thay đổi này lại ngăn chặn sự kiện đó xảy ra ngay từ đầu. Đây hoàn toàn là một nghịch lý logic và nó chứng minh sự tồn tại của một người du hành ngược thời gian là không thể xảy ra.

Có một quan niệm sai lầm phổ biến trong những bộ phim khoa học viễn tưởng, đó là các đạo diễn cho rằng nghịch lý là thứ mà con người "tạo ra". Do đó, để tránh những nghịch lý du hành thời gian thì trong phim, nhân vật chính lúc nào cũng được cảnh báo rằng khi trở về quá khứ, anh đừng thay đổi bất cứ sự kiện nào đã từng xảy ra là được. 

Chúng ta có thể dễ dàng thấy thứ logic này xuất hiện trong các bộ phim cũ, từ nhiều thập kỷ trước như bộ ba Back to the Future. Nhưng thật đáng tiếc là ngoài đời thật thì một nghịch lý không phải là sự kiện "xảy ra" và con người không thể bằng ý chí mà nắm quyền kiểm soát nó. 

Nghịch lý du hành thời gian là một khái niệm lý thuyết thuần tuý, nó là sự mâu thuẫn trong chính lý thuyết và chưa từng "xảy ra" trong thực tế, và cũng có thể là không bao giờ xảy ra. 

Nói cách khác, nghịch lý không chỉ ám chỉ du hành thời gian là một nỗ lực nguy hiểm, mà nó còn ám chỉ trở lại quá khứ đơn giản là điều mà không ai, không một nền văn minh, không một dạng ý thức siêu nhiên nào có thể thực hiện được.

Đây là một trong những động lực để nhà vật lý lý thuyết Stephen Hawking cho rằng thực tại của chúng ta cùng năm tháng quá khứ của nó giống như một dòng chảy thời gian được bảo vệ nghiêm ngặt bởi vật lý. 

Hawking cũng đã tiến hành một thí nghiệm đơn giản để chứng minh du hành thời gian là điều không thể. Ông viết một giấy mời, ghi rõ địa điểm và thời gian mà ông tổ chức một bữa tiệc và gửi nó đến tương lai hàng ngàn năm sau để mời những người tương lai quay lại dự bữa tiệc của ông.

Nhưng làm thế nào để gửi bức thư đó đến cho người tương lai ở hàng ngàn năm sau? Hóa ra điều đó rất đơn giản, hãy cho chiếc giấy mời vào trong một chiếc hộp kim loại được làm thật chắc chắn rồi chôn nó xuống đất. 

Hàng ngàn năm sau, khi những người tương lai đào nó lên, họ sẽ biết được vị trí của Hawking và cả vị trí "GPS" của ông trên dòng thời gian. Nếu có một cỗ máy du hành ngược về quá khứ, người tương lai chắc chắn sẽ tới bữa tiệc của Hawking, bởi dù gì, ông cũng là một nhà vật lý lý thuyết đủ uy tín với loài người.

Đáng tiếc, Hawking đã chờ cả ngày mà chẳng có người tương lai nào tới dự bữa tiệc của ông.

Trong trường hợp nào thì du hành thời gian là khả thi?

Tuy nhiên, việc không có người tương lai nào quay lại bữa tiệc của Hawking có chứng minh rằng họ không thể du hành ngược thời gian hay không? Theo một lý thuyết được Igor Dmitriyevich Novikov, nhà vật lý lý thuyết người Nga đưa ra vào thập niên 1980 thì chưa chắc. 

Nó được gọi là nguyên tắc tự nhất quán Novikov, nói rằng: Bạn có thể du hành thời gian về quá khứ, nhưng bạn không thể thay đổi quá khứ, dù bằng bất kỳ cách nào, ngay cả việc bạn xuất hiện trước mặt Hawking trong bữa tiệc cũng là điều không thể.

Vật lý luôn có một cách nào đó để duy trì sự nhất quán và lịch sử mà nó đã tạo ra. Vì vậy, nếu bạn thực sự có thể du hành về quá khứ, có lẽ bạn sẽ chỉ tồn tại ở đó dưới dạng quan sát, giống như một người chỉ có quyền "view only" trong file GoogleDoc mà không có quyền "edit" nó.

Nhưng du hành thời gian mà không thể thay đổi quá khứ thì có ích gì? Ít nhất, nó cho phép chúng ta xác nhận lịch sử. Nếu bạn không thể thay đổi lịch sử thì ít nhất bạn cũng biết điều gì đã thực sự xảy ra và kiểm chứng những gì được các nhà sử học ghi chép lại có đúng không?

Tuy nhiên, ngay cả nguyên tắc tự nhất quán Novikov một mình nó cũng chưa thể giải quyết được hết các nghịch lý. Trong một bài báo gần đây của nhà vật lý Barak Shoshany tại Đại học Brock, ông và các học trò của mình là Jacob Hauser và Jared Wogan đã chứng minh điều đó và khẳng định việc con người quay về quá khứ của mình dưới dạng "view only" cũng không khả thi về mặt logic.

Thay vào đó, Shoshany đề xuất một ý tưởng khác về du hành thời gian, trong đó có nhiều lịch sử và chúng ta thực sự có thể thay đổi một lịch sử nào đó. Nói cách khác, ý tưởng của Shoshany giống với những gì chúng ta đã thấy trong những bộ phim của Marvel, rằng có nhiều dòng thời gian tồn tại song song nhau cùng một lúc. Điều này có thể giải quyết được bất kỳ nghịch lý du hành thời gian nào, kể cả nghịch lý ông nội.

Shoshany cho biết khi bạn thoát ra khỏi cỗ máy thời gian, bạn sẽ rơi vào một dòng thời gian khác chứ không phải dòng thời gian của bạn. Trong dòng thời gian đó, bạn có thể làm bất cứ điều gì bạn muốn, kể cả việc giết chết ông nội của mình mà không làm thay đổi bất kỳ điều gì trong dòng thời gian ban đầu của bạn.

Vì ông nội trong dòng thời gian chính của bạn vẫn sống, bố bạn vẫn sẽ được sinh ra và bạn cũng vậy. Sẽ không có nghịch lý nào diễn ra ở đây cả.

"Sau khi nghiên cứu về nghịch lý du hành thời gian trong 3 năm qua, tôi ngày càng tin rằng du hành thời gian có thể thực hiện được, nhưng chỉ khi vũ trụ của chúng ta có thể cho phép nhiều lịch sử cùng tồn tại. Vậy, nó có thể hay không", Shoshany nói.

Hoá ra, cơ học lượng tử thực sự ngụ ý vũ trụ của chúng ta tồn tại các dòng thời gian song song nhau, và cả sự tồn tại của đa vũ trụ. Ví dụ như liệu con mèo của Schrödinger còn sống hay đã chết. Nó có thể sống ở một dòng thời gian này và chết ở dòng thời gian khác. Do đó, chúng ta có thể nói nó vừa sống và vừa chết trong vũ trụ của mình.

Nhưng cuối cùng thì, đây chỉ là những suy đoán. Các nhà khoa học như Shoshany hiện vẫn đang nghiên cứu để tìm ra một lý thuyết cụ thể về du hành thời gian, trong bối cảnh có nhiều lịch sử tồn tại cùng với thuyết tương đối rộng. 

Tất nhiên, ngay cả khi chúng ta cố gắng tìm ra một lý thuyết như vậy, điều này sẽ không đủ để chứng minh du hành thời gian là có thể. Nhưng ít nhất, nó cũng có nghĩa là du hành thời gian không bị loại trừ bởi những nghịch lý. 

Và như vậy thì con người hoàn toàn có quyền mơ ước, thậm chí theo đuổi ý tưởng chế tạo cỗ máy thời gian một cách nghiêm túc - dù nó chính xác là một cỗ máy nhảy giữa các dòng thời gian và vũ trụ khác nhau.

Tham khảo Theconversation