DU HÀNH VỀ QUÁ KHỨ
DU HÀNH THEO THỜI GIAN VỀ
QUÁ KHỨ
Năm 1895 H.G.Wells viết cuốn
truyện viễn tưởng Cỗ máy thời gian-The time machine nêu ý tưởng du hành trong
thời gian. Chỉ sau khi SR (Special relativity-Lý thuyết tương đối hẹp) và GR (General
relativity-Lý thuyết tương đối rộng) của Einstein ra đời người ta mới biết đến
khả năng thực tế du hành trong thời gian.
A / Du hành trong thời gian vào tương
lai
Việc du hành trong thời gian
vào tương lai không những là khả dĩ mà thực tế đã được thực hiện. Nhà du hành
vũ trụ người Nga Sergei K.Krikalev đã ở trong
không gian 803 ngày trên trạm vũ trụ MIR. Theo lý thuyết Einstein thời gian
chảy chậm hơn trong một con tàu chuyển động so với lúc đứng yên. Krikalev đã
chuyển động với vận tốc 17.000 dặm/giờ. Krikalev đã trẻ hơn đồng nghiệp trên
mắt đất 1/48 giây. Nếu Krikalev chỉ trở về trái đất năm 2015 và đã đi vòng
quanh đến sao Betelgeuse-cách trái đất 520 năm ánh sáng – với vận tốc 99,995
vận tốc ánh sáng thì Krikalev chỉ già hơn 10 tuổi, trong khi 1000 năm đã trôi
qua trên trái đất , đó là năm 3015.Đây là nghịch lý anh em sinh đôi, song đây
thực tế không phải là một nghịch lý mà một hiên tượng hoàn toàn logic trong SR
& GR.Hiện tượng này hiện nay đã dược dùng trong công nghệ cao GPS (Global
Positioning System).
Vậy du hành vào tương lai là
chuyện có thể làm được, chỉ cần kinh phí, công nghệ và thời gian!
B / Du hành trong thời gian về quá khứ
Song du hành về quá khứ là
vấn đề nan giải. SR không cho phép nhưng GR
cho phép. GR cho nhiều lời giải trong đó có những lời giải tạo
điều kiện du hành về quá khứ.
Liệu vũ trụ thực tại có ngăn
cấm một cuộc du hành về quá khứ chăng?
Một cuộc du hành về quá khứ
không hề bị ngăn cấm bởi GR.
Sau đây là nghịch lý du hành
trong thời gian về quá khứ:
Giả sử một nhà du hành đi về
quá khứ và giết mẹ của mình (giả sử hơi cực đoan) khi bà ta còn là con gái.
Điều này có nghĩa thế nào?
Nếu người con gái chết thì cô
ta không thể là mẹ của nhà du hành . Song nếu nhà du hành không được sinh ra
thì anh ta không thể đi ngược thời gian để về giết mẹ. Đây là một nghịch lý!
Song có thể xảy ra một kịch
bản dễ chấp nhận hơn. Giả sử nhà du hành quay về quá khứ và cứu được một người
con gái khỏi bị giết chết bởi một kẻ nào đó, người con gái này lớn lên và trở
thành mẹ của nhà du hành. Bây giờ vòng nhân quả là hợp lý và không còn chứa
nghịch lý nào.
Như vậy nguyên lý nhân quả đã
áp đặt một số hạn chế vào các kịch bản phát biểu nghịch lý du hành về quá khứ nhưng không loại
trừ khả năng du hành về quá khứ.
C / Vũ trụ lạ lùng của GODEL
Người đầu tiên sử dụng GR để
mô tả một vũ trụ cho phép du hành về quá khứ: đó là Kurt Godel, đây chính là tác giả của những định lý bất toàn nổi
tiếng hạn chế toán học về những điều chứng minh được và không chứng minh được.
Godel đã trình bày mô hình
này với Einstein : vũ trụ của Godel có hai đặc trưng. Thứ nhất vũ trụ này có
chuyển động quay ngăn cản lực hấp dẫn làm co vũ trụ và tạo nên ổn định cho một
vũ trụ Einstein. Thứ hai trong vũ trụ Godel nhà du hành có thể vượt ra xa và
trở về lại một điểm trong quá khứ của mình sau khi thực hiện một quỹ đạo quanh
một mặt của hình trụ khổng lồ. Các nhà vật lý gọi những quỹ đạo như thế trong
không thời gian là “những đường cong kín
đồng dạng thời gian- closed timelike curves-CTC”.
Những đường cong kín đồng
dạng thời gian là những quỹ đạo xuyên qua không thời gian rồi trở lại khép thành một vòng kín. Trong vũ trụ quay của
Godel những đường cong này đi vòng quanh khắp vũ trụ tương tự như những đường vĩ tuyến trên mặt
trái đất.
Song người ta không có bằng
chứng nào về sự tồn tại một vũ trụ quay. Godel chỉ có thể chứng minh rằng GR
chấp nhận sự tồn tại của CTC và GR không loại trừ việc du
hành về quá khứ còn mô hình Godel thì không phù hợp với thực tế.
Theo Julian Barbour một nhà
vật lý lý thuyết thì Einstein đã biết sự tồn tại của CTC từ năm 1914.
Hình 1. Lỗ sâu đục trong không
thời gian.Những đường cong CTC đi vào và thoát ra khỏi lỗ sâu đục.
D / Một khả năng
Nhiều thập kỷ các nhà vũ trụ
học tìm cách xây dựng những CTC.
Hiện nay các nhà vật lý tìm
CTC trong những
vùng của vũ trụ ( trong khi Godel tìm CTC trong vũ trụ toàn bộ).
Trong GR các hành tinh, sao ,
thiên hà và mọi vật thể có khối lượng đều làm cong không thời gian. Và ngược
lại không thời gian cong lại điều khiển chuyển động của những vật thể đó.Trong
những điều kiện cực đoan (extreme) không thời gian có thể tạo nên những quỹ đạo
đi từ hiện tại đến quá khứ. Năm 1983 Lip S.Thorne (Viện Công nghệ
California) tìm khả năng tạo CTC nhờ lỗ sâu đục (whormhole)-đây là một loại đường hầm nối liền hai vị
trí khác nhau trong không thời gian- cho phép du hành trong thời gian về quá
khứ. Lỗ sâu đục khác lỗ đen ở chỗ: lỗ sâu đục có miệng vào (tiếng Anh là mouth)
và miệng ra (lối ra) trong khi lỗ đen chỉ có một miệng vào.
Sean M.Carroll (ở Caltech)
phát biểu rằng trong GR nếu ta nối hai địa điểm khác nhau trong không gian thì
ta cũng đã nối hai vùng thời gian khác nhau.
Miệng vào của một lỗ sâu đục
có thể là một lối vào 3 chiều dẫn vào một đường hầm 4 chiều trong không thời
gian. Mặc dầu các nhà vật lý đã viết ra những phương trình mô tả CTC, mọi mô hình đưa ra vẫn còn chứa nhiều vấn đề.
Theo Carroll muốn tạo nên một
lỗ sâu đục trước hết cần một năng lượng âm. Năng lượng âm là năng lượng tự phát thăng giáng
xuồng dưới số không. Nếu không có năng lượng âm lỗ sâu đục sẽ tức thì nổ vào
trong (implode). Song năng lượng âm là một điều gay cấn trong vật lý.
Điều này dẫn đến phản hấp
dẫn, phản hấp dẫn cần một năng lượng âm để được tạo
nên. Năng lượng âm tồn tại trong một số hệ QM (Quantum mechanics-Cơ học Lượng
tử).
Paull Davies đua ra một viễn
cảnh: có thể chế tạo một lỗ sâu đục nhờ máy gia tốc. Sau đó cần phóng đại lỗ
sâu đục này. Dùng năng lượng âm (như trong hiệu
ứng Casimir) để giữ ổn định lỗ sâu đục ngăn nó không biến nó thành một lỗ đen
và đưa nó vào vũ trụ.
Một con tàu vũ trụ đi vào lỗ sâu đục. Miệng số 2 của lỗ sâu đục
ở gần sao neutron , sao này tạo ra một trường hấp dẫn mạnh, làm cho thời gian
chậm lại. Bởi vì thời gian ở miệng kia của lỗ sâu đục số 1 chảy nhanh hơn do đó
hai miệng lỗ sâu đục sẽ cách nhau không những trong không gian mà còn trong
thời gian.
Cho rằng lỗ sâu đục đã được
tạo nên (nhờ năng lượng âm) chúng ta cần biến nó thành một cỗ máy thời gian: hạt
phải đi vào lỗ sâu đục và thoát ra làm thành một vòng kín nhiều lần như vậy
(xem hình 2).
Carroll nói rằng lỗ đen là
hiện tượng không tránh khỏi trong GR còn CTC lại là một hiện tượng khó tạo
nên.
Một nhà du hành khi đi vào và
thoát ra khỏi một lỗ sâu đục thì đã du hành từ hiện tại về quá khứ (hay vào
tương lai ).Như trên đã nói một miệng của lỗ sâu đục phải nằm sát bề mặt một
sao neutron. Trường hấp dẫn của sao neutron sẽ làm chậm thời gian ở đầu miệng
đó.Và hiệu thời gian sẽ được tích lũy giữa 2 miệng của lỗ sâu đục. Giả sử hiệu
thời gian là 10 năm thì nhà du hành thứ nhất đi vào lỗ sâu đục theo chiều này
sẽ làm một bước nhảy 10 năm vào tương lai. Còn nếu nhà du hành thứ hai đi theo
chiều ngược lại thì sẽ làm một bước nhảy lùi 10 năm về quá khứ và nếu anh quay
về điểm cũ trong quá khứ thì có thể xảy ra hiện tượng anh ta trở về nhà trước
cả lúc anh rời nhà lên tàu vũ trụ!
Điều đáng chú ý là CTC không trái ngược với GR, ta muốn
chứng minh rằng CTC là không thể có được song ta lại không thể chứng minh điều
đó được.Lý thuyết GR của Einstein đã tạo nên những điều tưởng chừng như không
khả dĩ, nhưng nghiên cứu những điều tưởng chừng như bất khả dĩ đó các nhà vật
lý lại thêm một bước hiểu sâu vũ trụ.
Hình
2. Miệng số 2 của lỗ sâu đục nằm sát một sao neutron với trường hấp dẫn rất
mạnh
E / Có phải vũ trụ đã được hình
thành từ chính vũ trụ không?
Theo một ý tưởng lý thú gần
đây nếu vũ trụ không cho phép du hành về quá khứ thì bản thân vũ trụ cũng không
thể hình thành được.
GR mô tả vũ trụ ở mức vĩ mô
còn QM (Quantum mechanics) mô tả vũ trụ ở mức vi mô. Song QM lại tạo nên khả
năng tiếp cận CTC –xét từ thời sơ
sinh của vũ trụ.
“Ở kích thước nhỏ 10 -30
cm-thì topo của không thời gian thăng giáng và những thăng giáng ngẫu nhiên đó
có thể tạo nên những CTC”- John Friedman (Đại học Wisconsin-Milwaukee) đã phát biểu như vậy. Có
thể chăng phóng đại những thăng giáng đó đề tạo nên cỗ máy thời gian?
Chắc rằng việc tạo nên những
vòng kín trong không thời gian ở qui mô lượng tử hay vũ trụ sẽ đòi hỏi một vật
lý cực đoan (extreme ).Và vật lý cực đoan đó thực tế đã tồn tại ở buổi sơ sinh của vũ trụ , Gott đã nói như
vậy.
Năm 1998 Richard Gott (Đại
học Princeton) và Li-Xin Li ( Đại học Bắc kinh) đã công bố một bài báo nêu ý
tưởng rằng những CTC không những khả
dĩ mà còn là nhất thiết đề giải thích nguồn gốc của vũ trụ. “Chúng tôi nghiên
cứu vấn đề liệu vũ trụ có phải chính là mẹ đẻ của nó và liệu có phải các CTC ở
thuở sơ sinh của vũ trụ đã cho phép vũ trụ tạo ra chính mình hay không?”, Gott
phát biểu như vậy.
Gott & Li bắt đầu với một
lạm phát (inflation) – như trong mô hình chuẩn của vũ trụ học- trong đó mọi
năng lượng đã kích động sự dãn nở ban đầu.Hiện nay nhiều nhà vũ trụ học cho
rằng lạm phát đã sinh ra nhiều vũ trụ ngoài vũ trụ của chúng ta. Gott nghĩ rằng
“Một khi đã bắt đầu thì lạm phát khó lòng dừng lại”.Và điều đó tạo nên vô cùng
nhiều nhánh cây. Chúng ta là một nhánh trong các nhánh đó.Song ta phải tự hỏi
thế thân cây ở đâu? Li-Xin Li và Gott cho rằng một nhánh đã cuộn vòng lại (loop
around) và phát triển thành thân cây.
Một phác họa đơn giản 2 chiều
có biểu diễn tương tự như hình con số 6 trong đó vòng không thời gian ở phía
dưới còn vũ trụ hiện tại là nhánh phía trên. Một bùng nổ của lạm phát theo Gott
& Li cho phép vũ trụ
thoát khỏi vòng thời gian và dãn nở thành vũ trụ hiện nay.
Thật khó lòng mà chiêm ngưỡng
mô hình này song chính mô hình này lại loại trừ được khẳng định vũ trụ đột sinh
từ cái không có gì cả.
Hình 3. Vũ trụ thoát thân từ chính vũ trụ
Alexander Vilenkin (Đại học
Tufts), Stephen Hawking (Đại học Cambridge) và James Hartle (Đại học
California) lại đưa ra mô hình vũ trụ đột sinh từ cái không có gì cả.Theo QM
chân không không phải là trống trơn mà chứa đầy nhừn cặp hạt ảo hủy và sinh
liên tục. Như vậy các tác giả này cho rằng vũ trụ đột sinh từ môi trường đó.
Còn Gott thì cho rằng vũ trụ đột sinh từ chính bản thân vũ trụ.
G / Một trò chơi cờ vũ trụ
Richard Feynman lại so sánh
vũ trụ với một trò chơi cờ của Thượng đế.Các nhà khoa học muốn tìm hiều trò
chơi này nhưng lại không biết các quy tắc của nó.Chúng ta thấy Thượng đế chuyển
động con tốt từng bước một lên phía trước, và tưởng rằng con tốt luôn là con
tốt mãi đến khi nó biến thành con hậu. Ta tưởng rằng sai luật song Thượng đế
nói rằng đây là điều kiện cực đoan. Vấn
đề du hành trong thời gian cũng tương tự như vậy. Ta phải xét vật lý dưới những
điều kiện cực đoan. Du hành về quá khứ không phải là điều bất khả dĩ: biến con
tốt thành con hậu là một phần của GR.
Những ý tưởng như vậy dường
như gần với triết học hơn vật lý.Song QM và GR cho phép chúng ta nghĩ rằng
những ý tưởng như vậy cũng rất gần vật lý.
Liệu trong tương lai lý
thuyết có thể loại trừ được khả năng du hành về quá khứ? Chắc là không ngoài ra
vũ trụ lại có thể còn lạ lùng hơn chúng ta tưởng nhiều ?Có thể nghĩ đến một đối
xứng nào đó cho phép du hành về quá khứ.
Du hành trong thời gian về
quá khứ là điều không cấm đoán bởi GR, song để thực hiện chuyến du hành đó các
nhà khoa học còn gặp nhiều gian nan, thách thức mà hiện nay các nhà khoa học
muốn tìm cách vượt qua.
Tài liệu tham khảo
Nhận xét
Đăng nhận xét