Nhanh hơn ÁNH SÁNG là DU HÀNH THỜI GIAN? | SAMURICE

Trong số trước, khi chúng ta tìm hiểu về mô hình thời không của Minkowski, chúng ta cũng đặt ra câu hỏi nếu tốc độ ánh sáng là giới hạn của vạn vật và vector thời gian có thể được vẽ ngược lại, vậy thì liệu du hành nhanh hơn tốc độ ánh sáng có được coi là du hành thời gian không?

Theo thuyết tương đối của Einstein, thời gian và không gian là 1 và qua mô hình của Minkowski, chúng ta có thể thấy thời gian và không gian có sự liên kết mật thiết với tốc độ ánh sáng và chuyển động. Từ đây chúng ta có thể mở rộng ra hơn về tư duy liên quan tới thời không.

Khi chúng ta du hành trên trục thời gian, nếu lấy mỗi giây là một đơn vị thời gian, chúng ta cũng sẽ đánh dấu cho cả không gian quanh mình ở thời điểm đó là đã du hành được 1 giây. Lưu ý, đây là không gian quanh mình, nghĩa là thế giới trong góc nhìn của người đang đếm giờ, hay còn gọi là World Line.

Với tư duy đó, ta có thể vẽ tọa độ của người đếm giờ trong mô hình của Minkowski như sau. Mỗi giây là một đơn vị trên trục thời gian, và với mỗi giây, không gian của người này cũng nhích thêm một nấc. Và cứ thế, qua mỗi giây, thế giới lại nhích thêm một giây.

Giờ chúng ta sẽ đặt tên và mô tả thế giới đó cho dễ hình dung nhé. Ví dụ, người đếm thời gian đó là một huấn luyện viên, đang đếm thời gian chạy của một học sinh. Với mỗi giây, học sinh đó lại bước một mét. Vậy là chúng ta có thể thấy di chuyển của học sinh đó qua từng giây như sau.

Và từ đây, chúng ta cần tập trung hơn. Vì mỗi giây đều ghi lại một sự thay đổi trong thời không và chúng ta đang tiến lên trên trục thời gian, mỗi một giây tương ứng với một ghi chép về thời không. Nếu chúng ta đặt các ghi chép này chồng lên nhau, chúng ta sẽ có một thước phim diễn tả sự di chuyển của học sinh qua mỗi giây.

Với những ai đã quen với việc dựng video, chắc chắn họ sẽ hiểu đây là khái niệm gì. Mỗi một frame là một thời điểm trong thời không. Và chúng ta có thể tiến và lùi trong thời không để nhìn lại các hành động đã diễn ra từ trước đó. Nhưng các nhà khoa học thì không dùng phần mềm dựng video để mô tả khái niệm này, họ gọi khái niệm này là các “lát cắt” thời gian, hay các time slices.

Với mỗi time slice chúng ta lại có một khung hình khác của thực tại. Bên cạnh đó, vì thời gian và không gian không tồn tại độc lập, chúng ta có thể quy rằng mọi thứ trên trục thời gian vẫn luôn tồn tại song song với trục không gian.

Điều đó có nghĩa là mọi thứ từng xảy ra trong quá khứ vẫn tồn tại và mọi thứ trong tương lai đã được định sẵn. Có thể hiểu, quá khứ và tương lai không tồn tại, mọi thứ đều được sắp đặt sẵn trong khối khổng lồ là thời không của vạn vật.

Như các bạn có thể thấy, tư duy trên đã chạm trực tiếp vào sự tồn tại của ý chí tự do và khiến mọi người đặt câu hỏi về định mệnh và sự tồn tại của loài người. Vậy nên tư duy này hiện vẫn đang được các nhà khoa học và các nhà triết học đưa ra để tranh luận. Để tránh các tranh cãi không liên quan tới nội dung hôm nay, hãy cùng nhau bỏ qua phần đó và tập trung vào các time slices thôi đã nhé.

Vì các time slices hay các lát cắt thời gian vẫn tồn tại, việc chúng ta có thể chạm được vào quá khứ là điều mà theo lý thuyết là có thể. Nhưng nếu chúng ta tính kỹ hơn và đưa mô hình Minkowski vào câu hỏi, chúng ta có một vài vấn đề cần giải quyết.

Công thức cơ bản của thuyết tương đối mà ai cũng biết là E = mc2. Năng lượng bằng khối lượng nhân với tốc độ ánh sáng bình phương. Điều đó có nghĩa là với hạt photon trong ánh sáng, một thứ không có khối lượng, năng lượng của nó cũng bằng tốc độ ánh sáng bình phương. Hiểu cách khác thì ánh sáng là thứ nhanh nhất trong vũ trụ vì nó không có khối lượng. Vậy nên mọi khối có trọng lượng hay vật có khối lượng khác đều không thể vượt qua được tốc độ ánh sáng. Nhưng hãy cứ tưởng tượng chúng ta có một công thức gì đó để bóp méo thời không, cho phép chúng ta du hành nhanh hơn tốc độ ánh sáng, như một Warp Drive trong các phim khoa học viễn tưởng chẳng hạn. Vậy thì chúng ta có thể du hành như thế nào?

Trong mô hình của Minkowski, một vật có khả năng du hành nhanh hơn tốc độ ánh sáng sẽ nằm ngoài giới hạn hình nón của ánh sáng, cụ thể hơn thì vector chuyển động của nó sẽ có hình dáng như thế này.

Nếu các bạn đang băn khoăn không hiểu vì sao lại có mô hình này và tại sao lại có vector như thế này thì có thể tham khảo bài viết trước.

Trở lại với con tàu du hành nhanh hơn ánh sáng, nếu chúng ta cho nó đạt tốc độ cao hơn, cho nó di chuyển trong không gian nhanh đến mức nó có thể đi ngang trong trục thời gian đi. Có nghĩa là trong 1 time slice, chúng ta có 2 con tàu nhanh hơn ánh sáng. Đây chính là khái niệm dịch chuyển tức thời - Instant Teleportation.

Tạm cho là chúng ta có cách để dịch chuyển tức thời, như một cỗ máy gì đó cho phép truyền tải thông tin nhanh hơn tốc độ ánh sáng, một nút bấm để ra tín hiệu cho người khác trong vũ trụ này.

Trong điều kiện chúng ta có nút bấm ra tín hiệu tức thời trong thời gian, ta cần định nghĩa lại khái niệm tức thời này, vì như đã tả trong 2 video trước, khái niệm tức thời không tồn tại. Vậy thì tức thời ở đây là gì?

Tức thời mà chúng ta nhắc tới trong video này sẽ được định nghĩa dựa vào World Line của người ra tín hiệu. Giờ hãy giả sử chúng ta có 2 người, một cô gái tên Trang và một chàng trai tên Nghĩa.

Đầu tiên, hai người đang đứng ở cùng một điểm trên Trái Đất và đồng hồ cùng điểm mỗi giây là 1 giây.

Sau đó, Trang ở lại Trái Đất và Nghĩa lên tàu du hành với vận tốc bằng 87% tốc độ ánh sáng. Lý do vì sao là 87% thì bởi vì với tốc độ này, thời gian trong World Line của Nghĩa bị bóp méo đúng bằng một nửa của Trang. Điều này nghĩa là trong mắt của Trang, 10s của Trang bằng 5s của Nghĩa. Và trong mắt của Nghĩa thì 10s của Nghĩa bằng 5s của Trang.

Đây là khái niệm Trễ Thời hay Time Dilation. Để đảm bảo an toàn cho bộ não của chúng ta, hãy cùng tạm đặt khái niệm này sang một bên đã nhé.

Cho rằng Trang và Nghĩa cùng sở hữu một thiết bị cho phép truyền tải thông tin tức thời, thứ mà chúng ta vừa bàn cách đây ít phút. Trên Trái Đất, sau khi Nghĩa đi được 6s, Trang nhớ ra Nghĩa đã để quên đồ ăn trưa ở nhà và nhắn tin cho Nghĩa bảo là anh quên đồ nè. Ngay lập tức, Nghĩa nhận được tin nhắn. Nghĩa nhắn lại cho Trang sau đúng 2s với thông điệp là :”Ừ, không sao anh sẽ ăn ngoài”. Ngay lập tức, Trang sẽ nhận được tin nhắn của Nghĩa.

Từ từ, có gì đó sai sai….

Ban đầu, chúng ta chỉ nghĩ là trong mắt của Trang, cô sẽ nhận được tin nhắn sau khi Nghĩa nhắn lại. Nhưng tại sao Trang lại nhận được phản hồi trước khi Trang gửi tin nhắn đi?

Đầu tiên, vì sự giãn nở của thời gian hay trễ thời mà qua mô hình Minkowski, chúng ta thấy Nghĩa và Trang đang có tương quan thời gian khác nhau. Vậy nên khi Trang gửi tin nhắn đầu tiên cho Nghĩa, dù trong đồng hồ của Trang đã là 6s trôi qua nhưng với Nghĩa thì mới chỉ có 3s. Vậy nên khi Nghĩa gửi lại tin nhắn cho Trang, chúng ta cần phải lấy mốc 3s của Nghĩa để đối chiếu với World Line của Trang. Kết quả là chúng ta có một thông điệp được gửi tới vào giây thứ 1,5 trên đồng hồ của Trang. Nói cách khác, phản hồi đã tới trước khi thông điệp ban đầu được gửi đi.

Nếu Trang không nhắc Nghĩa là quên đồ ăn thì sao mà Nghĩa có thể trả lời là anh sẽ ăn ngoài được? Điều này tạo ra một nghịch lý phá vỡ tính nhân quả. Chưa có nguyên nhân nhưng đã có kết quả.

Và vì thế nên khi chúng ta có cỗ máy du hành nhanh hơn tốc độ ánh sáng, chúng ta sẽ có cỗ máy thời gian. Nhưng khi có cỗ máy thời gian, chúng ta sẽ phạm phải nghịch lý và khiến cho luật nhân quả bị phá vỡ. Bởi vậy, sự tồn tại của cỗ máy du hành nhanh hơn ánh sáng kiêm cỗ máy du hành thời gian hiện vẫn đang nằm trong tranh cãi của các nhà khoa học.

Và đây là câu hỏi để thế hệ sau của chúng ta tìm cách trả lời.

Và vừa rồi là lời giải thích cho du hành nhanh hơn ánh sáng và nguồn gốc một kiểu cỗ máy thời gian kèm theo đường dẫn tới nghịch lý. Như các bạn có thể thấy, du hành thời gian không đơn giản như ta nghĩ, để thoải mái thoát khỏi tạo hóa, chúng ta không chỉ cần phải có cỗ máy đi nhanh hơn ánh sáng mà còn phải tìm cách thoát khỏi các nghịch lý sinh ra, phá vỡ nhân quả. Và trong số tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về các nghịch lý phổ biến có thể phá vỡ nhân quả mà ta vừa kể trên.

Hy vọng sau bài viết này, các bạn có cái nhìn cụ thể hơn hoặc thú vị hơn về du hành thời gian.