[Sunnata]

Các lý thuyết về thời gian

Nhà khoa học Hawking tổng hợp và phát triển đưa ra mô hình thời gian khả dĩ nhất đến nay, từ thuyết của Newton và Einstein.

Thời gian của Newton tách biệt khỏi không gian, như một đường thẳng từ quá khứ tới tương lai. (Ảnh: Universe in a nutshell/Stephen Hawking)

Trong cuốn sách "Các nguyên lý toán học" xuất bản năm 1687, Newton mô tả thời gian và không gian như một khung nền cho các sự kiện diễn ra, và thời gian không thể làm ảnh hưởng tới các sự kiện đó.

Thời gian của Newton là đơn tuyến, như một đường thẳng kéo dài từ quá khứ tới hiện tại. Tuy nhiên, nếu vậy nghĩa là vũ trụ phải được sáng tạo ra tại một thời điểm, và tại sao lại phải chờ đợi quá lâu, dài gần như vô tận cho tới thời điểm đó. Nói cách khác, "Chúa đã làm gì trước khi sáng tạo ra vũ trụ?", Hawking viết.

Đặc biệt, nếu thời gian là đơn tuyến, tại sao vạn vật trong vũ trụ không đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt, với nhiệt độ của mọi thứ đều như nhau? Ví dụ để một cốc nước nóng trong phòng, tới một thời điểm nhiệt độ của cốc nước sẽ cân bằng với nhiệt độ phòng. Đây là các vấn đề Hawking đặt ra trong cuốn sách "Vũ trụ trong một vỏ hạt dẻ" khi nói về thời gian của Newton.

Theo Immanuel Kant, một nhà triết học Đức, thì đây là "một sự mâu thuẫn thuần lý tính" (antinomy of pure reason) và không thể giải đáp. Tuy nhiên, nếu xét trên quan điểm thuyết tương đối rộng của Einstein, kết hợp thời gian cùng với 3 chiều không gian thành cái gọi là "không thời gian" – spacetime, những thắc mắc này sẽ được giải quyết.

Trong lý thuyết của Einstein, không thời gian không tách biệt với các sự kiện diễn ra, mà nó thực sự tham gia vào các sự kiện đó. Bất kỳ vật thể có khối lượng nào cũng làm cong không thời gian xung quanh nó, gây ra hiệu ứng hấp dẫn. Có thể hình dung tính chất này như một quả bóng đặt trên đệm cao su tượng trưng cho không thời gian. Do sức nặng của mình, quả bóng sẽ làm lún "không thời gian" xung quanh nó. Không thể làm cong không gian mà không làm biến đổi thời gian.

Như vậy, theo thuyết tương đối rộng, không thời gian và vũ trụ gắn liền với nhau. Hawking cũng thừa nhận trong cuốn sách của mình, thời gian "có một sự khởi đầu và kết thúc. Việc hỏi cái gì đã xảy ra trước khi thời gian bắt đầu và cái gì sẽ xảy ra sau khi thời gian kết thúc là vô nghĩa vì lúc đó nó không được xác định."

Thời gian có hình quả lê. (Ảnh: Universe in a nutshell/Stephen Hawking)

Từ đó, Hawking cho rằng "thời gian phải có một hình dáng". Ông cho rằng không chỉ khối lượng của các vật thể bẻ cong không thời gian, mà cả năng lượng cũng góp phần. Năng lượng bẻ cong không thời gian làm cho các tia sáng cũng phải đi theo đường cong và hướng lại gần nhau.

Tưởng tượng chúng ta có một nón ánh sáng, trong đó người quan sát đứng ở đỉnh nón quan sát về quá khứ (do ánh sáng từ các sự kiện xa xôi trong vũ trụ phải mất thời gian tính bằng nhiều năm ánh sáng để tới người quan sát, nên thực ra người đó đang nhìn về quá khứ). Càng ở phía dưới nón, người quan sát sẽ càng thấy nhiều thiên hà ở các thời điểm rất sớm của vũ trụ.

Tuy nhiên, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng vũ trụ đang giãn nở, nghĩa là ban đầu, mọi thứ phải ở rất gần nhau tại một nơi có mật độ rất lớn. Do đó người quan sát sẽ thấy một phông bức xạ vi sóng (microwave background) lan truyền tới dọc theo nón ánh sáng.

Thực nghiệm đã xác nhận điều này là đúng. Các máy đo đã phát hiện ra một phổ bức xạ đặc trưng cho nhiệt độ 2,7K (âm 270 độ C) truyền tới Trái Đất, nghĩa là "bức xạ cần phải đến từ các vùng có vật chất làm tán xạ vi sóng", theo Hawking.

Từ các cơ sở này, Hawking đã kết luận, ánh sáng từ quá khứ truyền tới Trái Đất theo nón ánh sáng đã từng bị bẻ cong bởi một lượng vật chất rất lớn. Nó đủ lớn để uốn các tia sáng hội tụ với nhau tại một điểm duy nhất.

Đây chính là điểm kỳ dị, nơi phát sinh vụ nổ lớn Big Bang sinh ra vũ trụ hiên nay. Hawking cho rằng đây cũng là điểm thời gian bắt đầu. Như vậy, thời gian có hình dáng giống như một quả lê, phình ra ở giữa và bé lại ở 2 đầu.

Cũng theo Hawking, thời gian sẽ kết thúc khi "các ngôi sao hoặc các thiên hà suy sập dưới lực hấp dẫn của bản thân chúng để tạo thành các hố đen."

Theo VnExpress

[Sunnata]

Giả thuyết về quá khứ, hiện tại, tương lai cùng tồn tại trong vũ trụ

Giả thuyết của Bradford lại cho rằng, thời gian là một chiều có thể tiến và lùi. Giả thuyết này dẫn tới việc vũ trụ của chúng ta có 4 chiều không thời gian.

Bạn có còn nhớ vùng không-thời gian 4 chiều trong bộ phim Interstellar, khi mà nhân vật Cooper sử dụng nó để gửi những tín hiệu cho con gái mình ở một chiều không gian và thời gian hoàn toàn khác. Đây không phải ý tưởng nảy sinh từ các đạo diễn hay nhà viết kịch bản, mà đó là một giả thuyết đã được các nhà khoa học đặt ra và nghiên cứu rất kỹ lưỡng.

Trong cuốn sách “Objective Becoming” của Tiến sĩ Bradford Skow tại viện Công nghệ Massachusetts, ông cho rằng thời gian không chỉ là một mũi tên hướng về phía trước, mà trong vũ trụ thời gian dàn trải ra theo các hướng tương tự như không gian vậy.

Thời gian vẫn còn ẩn chứa những điều bí ẩn mà các nhà khoa học chưa thể lý giải.

Nếu tưởng tượng một cách đơn giản thì vũ trụ của chúng ta ở thời điểm hiện tại đang ở vị trí dấu mốc 0, nếu chúng ta nhìn về phía trước sẽ thấy một vũ trụ tương tự nhưng ở thời điểm 0 + 1 và nếu nhìn về phía sau sẽ thấy một vũ trụ ở thời điểm 0 – 1. Do đó cùng với 3 chiều không gian chúng ta sẽ có một hệ 4 chiều.

Tiến sĩ Bradford ủng hộ một lý thuyết gọi là "Khối vũ trụ", trong đó cho rằng quá khứ, hiện tại và tương lai là cùng tồn tại. Cũng có nghĩa là giả thuyết thời gian là một mũi tên hướng về phía trước không hoàn toàn đúng. Mà giờ đây thời gian là một chuỗi các sự kiện tạm thời, mà chúng ta là một trong chuỗi đó.

Tiến sĩ Bradford Skow là tác giả cuốn sách Objective Becoming, người đưa ra khái niệm Khối vũ trụ.

Cũng có nghĩa rằng những sự kiện chúng ta đã từng trải qua trong quá khứ không hề mất đi, mà nó vẫn tiếp tục diễn ra theo cách chuyển đổi giữa các sự kiện tạm thời. Trong khi đó, chúng ta cũng chỉ là một quá khứ nào đó của sự kiện tạm thời trong tương lai.

Mặc dù thừa nhận sự tồn tại của quá khứ và tương lai cùng lúc, nhưng tiến sĩ Bradford cũng thừa nhận rằng không thể di chuyển giữa các sự kiện tạm thời này. Có nghĩa là chúng ta không thể du hành thời gian về quá khứ hay tương lai.

Lý thuyết của ông cũng được công nhận bởi nhiều nhà khoa học khác như Tiến sĩ Tim Koslowski của Đại học New Brunswick và Tiến sĩ Flavio Mercati của Viện Vật lý lý thuyết Perimeter, tại Canada. Nghiên cứu của họ nhằm tìm ra những thiếu sót của giả thuyết “mũi tên thời gian”, mà trong đó thời gian chỉ trôi qua một lần về phía trước.

Và trên thực tế thì giả thuyết của Bradford lại góp phần giải thích nhiều vấn đề còn vướng mắc của giới khoa học về hệ quy chiếu thời gian. Nếu như vũ trụ của chúng ta là một hệ 4 chiều, nó có thể giải thích sự hình thành của vũ trụ và có cơ sợ hơn để vụ nổ Big Bang là thật.

Vụ nổ Big bang tạo ra vũ trụ ngày nay chỉ có thể xảy ra nếu vũ trụ của chúng ta là một không-thời gian 4 chiều.

Tóm lại, lý thuyết trước đây cho rằng vũ trụ của chúng là chỉ có không gian 3 chiều, trong khi đó thời gian luôn hướng thẳng về phía trước và không được coi là một chiều. Các sự kiện trong quá khứ là đã biến mất trong khi các sự kiện trong tương lai là chưa xảy ra.

Trong khi đó giả thuyết của Bradford lại cho rằng thời gian là một chiều có thể tiến và lùi. Trên chiều thời gian đó là các sự kiện tạm thời mà chúng ta đang ở tại một trong những sự kiện đó. Phía trước là tương lai và phía sau là quá khứ, tất cả đều đang diễn ra và tồn tại cùng nhau. Vấn đề là chúng ta không thể du hành tới các sự kiện tạm thời khác. Giả thuyết này dẫn tới việc vũ trụ của chúng ta có 4 chiều không thời gian, mà nhờ đó có cơ sở để vụ nổ Big Bang là sự thật.

Tuy nhiên vì không thể đến được các vùng sự kiện tạm thời khác, nên chúng ta không thể có được bằng chứng để chứng minh giả thuyết này là đúng. Cho đến nay tất cả các lý thuyết về thời gian cũng như sự hình thành vũ trụ mới chỉ là các giả thuyết mà chưa có một bằng chứng cụ thể nào. Có lẽ những bí ẩn này vẫn nằm ngoài tầm hiểu biết của con người hiện tại.

Theo Trí Thức Trẻ

[Sunnata]

Các nhà khoa học đi tìm bản chất của thời gian và không gian

Một số nhà nghiên cứu đã khám phá ra mối liên hệ tiềm tàng giữa thuyết tương đối tổng quát và cơ học lượng tử. Khám phá này có thể buộc các nhà vật lý phải suy nghĩ lại về bản chất của không gian và thời gian.

Bản chất của không gian và thời gian

Năm 1915, Albert Einstein công bố Thuyết tương đối tổng quát, trong đó mô tả lực hấp dẫn là một thuộc tính cơ bản của không-thời gian. Ông đã đưa ra một tập hợp các phương trình mô tả sự biến dạng của không-thời gian liên quan đến năng lượng và động lượng.

Theo Einstein thì trọng lực không phải chỉ là một lực thông thường, như những gì nhà vật lý Isaac Newton khám phá ra nó. Trọng lực có thể được coi như là một độ cong của không-thời gian do khối lượng của các đối tượng gây ra.

Lý thuyết của Einstein cũng giải thích tính chất của các hố đen vũ trụ, nơi mà có lực hấp dẫn lớn đến mức ánh sáng không thể thoát ra khỏi nó. Cũng theo thuyết tương đối thì lực hấp dẫn cũng làm biến dạng thời gian, nơi có lực hấp dẫn càng lớn thì thời gian trôi qua càng chậm.

Vào những năm 1970, hai nhà vật lý Stephen Hawking và Jacob Bekenstein đã lưu ý về mối liên hệ giữa diện tích bề mặt của các hố đen và cấu trúc lượng tử siêu nhỏ của chúng. Điều này đánh dấu những nhận thức đầu tiên về sự liên kết giữa lý thuyết tương đối rộng của Einstein với cơ học lượng tử.

Chưa đầy ba thập kỷ sau đó, nhà vật lý lý thuyết Juan Maldacena quan sát thấy một liên kết khác giữa trọng lực và thế giới lượng tử. Sự kết nối đó dẫn đến việc tạo ra một mô hình với ý tưởng rằng: không - thời gian có thể được tạo ra hoặc phá hủy bằng cách thay đổi sự vướng víu giữa các vùng bề mặt khác nhau của một vật thể. Nói cách khác, điều này ngụ ý rằng không - thời gian là một sản phẩm của sự vướng víu giữa các vật thể.

Có mối liên hệ giữa thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử. (Ảnh: Internet).

Để tìm hiểu thêm, nhà nghiên cứu ChunJun Cao và Sean Carroll của Viện Công nghệ California đã tiến hành một số thử nghiệm. Họ muốn xem thử liệu họ có thể thu được những đặc tính của lực hấp dẫn (như đã biết trong thuyết tương đối rộng) bằng cách sử dụng một khuôn mẫu, trong đó không - thời gian phát sinh ở ngoài sự vướng víu lượng tử hay không? Nghiên cứu của họ đã được xuất bản gần đây trên arXiv.

Sử dụng một khái niệm toán học trừu tượng gọi là không gian Hilbert, Cao và Carroll đã tìm thấy sự tương đồng giữa các phương trình điều khiển sự vướng víu lượng tử và các phương trình của thuyết tương đối rộng của Einstein. Điều này ủng hộ ý tưởng rằng không - thời gian và trọng lực xuất hiện từ sự vướng víu.

Carroll cho biết, bước tiếp theo trong nghiên cứu là để xác định tính chính xác của các giả định mà họ thực hiện. Ông nói: "Một trong những điều hiển nhiên nhất là kiểm tra xem liệu sự đối xứng của thuyết tương đối có xuất hiện trong khuôn mẫu này không - đặc biệt là ý tưởng rằng các quy luật vật lý không phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của chúng ta qua không gian”.

Lý thuyết của vạn vật

Ngày nay, hầu hết mọi thứ chúng ta biết về các khía cạnh vật lý của vũ trụ đều có thể được giải thích bằng lý thuyết tương đối rộng hoặc cơ học lượng tử. Lý thuyết tương đối rộng đã thể hiện hoàn hảo vai trò của mình trong việc giải thích hoạt động của các vật thể trên quy mô rất lớn, chẳng hạn như các hành tinh hoặc thiên hà. Trong khi đó cơ học lượng tử giúp chúng ta hiểu được những điều rất nhỏ, chẳng hạn như các nguyên tử và các phân tử nguyên tử.

Tuy nhiên, hai lý thuyết dường như không tương thích với nhau. Điều này đã khiến các nhà vật lý cố gắng tìm một “lý thuyết vạn vật” – đây là khuôn mẫu duy nhất có thể giải thích tất cả, kể cả bản chất của không gian và thời gian.

Các nhà khoa học suy nghĩ lại về bản chất của thời gian và không gian. (ảnh: Internet).

Bởi vì trọng lực và không - thời gian là một phần quan trọng của "mọi thứ", cho nên Carroll tin rằng nghiên cứu mà ông và Cao thực hiện có thể thúc đẩy việc theo đuổi một lý thuyết hòa hợp giữa thuyết tương đối tổng quát và cơ học lượng tử. Tuy nhiên, ông lưu ý rằng đây là một công việc đầy thách thức.

"Nghiên cứu của chúng tôi vẫn chưa nói được gì nhiều về các lực lượng tự nhiên khác, vì vậy chúng tôi vẫn còn ở cách xa kết quả cuối cùng", ông Carroll nói. Tuy nhiên, nếu chúng ta có thể tìm ra một lý thuyết như vậy, chúng ta có thể trả lời một số câu hỏi lớn nhất mà các nhà khoa học đang phải đối mặt. Chúng ta có thể hiểu được bản chất thật sự của vật chất tối, năng lượng tối, hố đen và các vật thể bí ẩn khác của vũ trụ.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang khai thác khả năng của thế giới lượng tử để cải tiến hệ thống máy tính và một lý thuyết về mọi thứ có thể đẩy nhanh tiến trình bằng cách tiết lộ những hiểu biết mới trong một lĩnh vực vẫn còn mơ hồ.

Theo nhà nghiên cứu Carroll, trong quá trình các nhà vật lý lý thuyết theo đuổi một lý thuyết về vạn vật thì mỗi nghiên cứu mới - dù hiệu quả hay không - vẫn giúp chúng ta tiến lại gần hơn những bí ẩn của vũ trụ.


Theo khoahoc.tv

[RungHoang]

Đọc xong tưởng hiểu rỏ, nhưng nghỉ kỷ lại thì thật ra không hiểu gì cả 



Khoa học khó không thua gì tôn giáo .

[RungHoang]

À ... nhớ ai đó bảo "Khoa hoc và tôn giáo gặp nhau ở cuối đường"

[Sunnata]

Không-thời gian là gì?

Các nhà vật lý tin rằng ở những phạm vi nhỏ nhất, không gian xuất hiện từ lượng tử. Vậy, những công trình này trông như thế nào?

Mọi người thường coi không gian là thứ hiển nhiên. Nó trống không, là bối cảnh cho mọi thứ khác. Thời gian, tương tự như vậy, đơn giản là những tiếng tích tắc không ngừng. Nhưng nếu các nhà vật lý học tìm thấy được điều gì sau một quá trình nghiên cứu dài đằng đẵng để thống nhất lý thuyết của họ, thì đó chính là không gian và thời gian tạo nên một hệ thống phức tạp đáng kinh ngạc đến nỗi nó có thể thách thức những nỗ lực mãnh liệt nhất của chúng ta chỉ để làm sao hiểu được rõ ràng.

Đầu tháng 11/1916, Albert Einstein đã nhìn thấy những gì sắp xảy ra. Một năm trước đó ông đã phát triển thuyết tương đối rộng, cho rằng lực hấp dẫn không phải là lực tác động xuyên qua không gian mà là một đặc điểm của chính không-thời gian. Khi bạn ném một quả bóng lên cao, bay vào không khí, nó liền quay trở lại mặt đất bởi vì Trái đất bóp méo không gian xung quanh nó, khiến các đường đi của quả bóng và mặt đất giao nhau một lần nữa. Trong bức thư gửi cho một người bạn, Einstein suy nghĩ về thách thức kết hợp thuyết tương đối rộng với một đứa con tinh thần khác của mình, lý thuyết sơ khởi về cơ học lượng tử. Điều đó sẽ không chỉ làm méo mó không gian mà còn phá hủy nó. Về mặt toán học, ông hầu như không biết bắt đầu từ đâu. "Tôi đã tự làm khó bản thân mình không biết bao lần theo cách này!", Einstein viết.

Einstein chưa bao giờ đi được quá xa. Thậm chí ngày nay cũng có nhiều ý tưởng cạnh tranh cho một lý thuyết lượng tử hấp dẫn khi các nhà khoa học nghiên cứu về chủ đề này. Các cuộc tranh luận che khuất một sự thật quan trọng: tất cả các phương pháp cạnh tranh đều cho rằng không gian có nguồn gốc từ một cái gì đó sâu hơn - một ý tưởng mang tính đột phá với 2.500 năm hiểu biết khoa học và triết học.

Rơi vào Hố Đen

Một nam châm bình thường có thể chỉ ra một cách rõ ràng vấn đề mà các nhà vật lý phải đối mặt. Nó có thể hút một kẹp giấy không bị rơi do lực hấp dẫn của Trái đất. Lực hấp dẫn yếu hơn từ trường hoặc lực điện hoặc hạt nhân. Bất chấp hiệu ứng lượng tử thì nó vẫn yếu hơn. Bằng chứng hữu hình duy nhất cho thấy các quá trình này hiện diện là mô hình vật chất có đốm trong vũ trụ ban đầu (trước vụ nổ Big Bang) - được cho là do sự biến động lượng tử của trường hấp dẫn.

Hố đen là trường hợp thử nghiệm tốt nhất cho lực hấp dẫn lượng tử. "Đó là thứ gần gũi nhất mà chúng ta phải thử nghiệm", Ted Jacobson thuộc Đại học Maryland, College Park nói. Ông và các nhà lý thuyết khác nghiên cứu hố đen như một điểm tựa lý thuyết. Điều gì sẽ xảy ra khi bạn lập một phương trình, hoạt động hoàn hảo trong điều kiện phòng thí nghiệm và ngoại suy chúng vào tình huống hoàn toàn có thể tưởng tượng được? Liệu một số lỗ hổng nhỏ có thể biểu hiện chính nó?

Hố đen là trường hợp thử nghiệm tốt nhất cho lực hấp dẫn lượng tử.

Thuyết Tương đối rộng dự đoán vật chất rơi vào hố đen sẽ bị nén không giới hạn khi tiếp cận khu vực trung tâm – trong toán học gọi là điểm kỳ dị. Các nhà lý thuyết không thể ngoại suy quỹ đạo của một đối tượng ngoài điểm kỳ dị; dòng thời gian của nó kết thúc ở đó. Ngay cả khi nói "ở đó" cũng là vấn đề bởi vì chính không-thời gian sẽ xác định vị trí chấm hết sự tồn tại của điểm kỳ dị. Các nhà nghiên cứu hy vọng lý thuyết lượng tử có thể phân tích kỹ càng điểm kỳ dị này và theo dõi xem những vật rơi vào hố đen rồi sẽ trở thành thế nào.

Bên ngoài ranh giới của hố, vật chất không bị nén lại, lực hấp dẫn yếu hơn. Nói tóm lại, các định luật vật lý đã được biết đến nên được bảo toàn. Vì vậy, nó lại càng trở nên phức tạp hơn nó vốn có. Hố đen được phân ranh giới bởi chân trời sự kiện, một điểm không trở lại: vật chất khi rơi vào đấy sẽ không thể quay trở lại. Sự rơi xuống không thể đảo ngược. Đó là một vấn đề bởi vì tất cả các định luật vật lý cơ bản đã biết, bao gồm các định luật cơ học lượng tử nói chung, có thể đảo ngược. Ít nhất về nguyên tắc, bạn sẽ có thể đảo ngược chuyển động của tất cả các hạt và khôi phục lại những gì bạn có.

Một câu hỏi hóc búa rất giống với thắc mắc của các nhà vật lý vào cuối những năm 1800, khi họ dự tính toán học của một "vật đen", được lý tưởng hóa như một khoang chứa đầy bức xạ điện từ. Lý thuyết điện từ học của James Clerk Maxwell dự đoán một vật thể như vậy sẽ hấp thụ tất cả các bức xạ tác động lên nó và không bao giờ có thể đạt được trạng thái cân bằng với vật chất xung quanh. Rafael Sorkin thuộc Viện Vật lý lý thuyết Perimeter ở Ontario giải thích: "Nó sẽ hấp thụ một lượng nhiệt vô hạn từ một hồ chứa được duy trì ở nhiệt độ cố định". Theo thuật ngữ nhiệt học, có khả năng vật thể có nhiệt độ bằng không tuyệt đối. Kết luận này mâu thuẫn với quan sát của các vật đen thực tế (như lò nướng). Theo dõi nghiên cứu của Max Planck, Einstein đã chỉ ra rằng một thể đen có thể đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt nếu năng lượng bức xạ xuất phát từ các đơn vị rời rạc, hay chính từ lượng tử.

Các nhà vật lý lý thuyết đã cố gắng gần nửa thế kỷ để đưa ra được lời giải thích phù hợp cho các hố đen. Cuối cùng, Stephen Hawking của Đại học Cambridge đã có một bước tiến lớn vào giữa những năm 1970, khi ông áp dụng lý thuyết lượng tử vào trường bức xạ xung quanh hố đen và cho thấy chúng có nhiệt độ khác không. Như vậy, chúng không chỉ hấp thụ mà còn phát ra năng lượng. Mặc dù phân tích của ông đặt các hố đen trong nếp nhiệt động lực học, đi sâu hơn vào vấn đề không thể đảo ngược. Bức xạ đi ra từ bên ngoài ranh giới của hố và không có thông tin nào về phía bên trong hố. Đó là năng lượng nhiệt ngẫu nhiên. Nếu bạn đảo ngược quá trình và nạp năng lượng trở lại, những thứ đã rơi vào sẽ không bật ra; bạn sẽ nhận được nhiều nhiệt hơn. Và bạn không thể tưởng tượng rằng những thứ nguyên bản vẫn còn đó, chỉ bị mắc kẹt bên trong cái hố, bởi vì khi hố phát ra bức xạ, nó co lại và, theo phân tích của Hawking, cuối cùng biến mất.

Vấn đề này được gọi là nghịch lý thông tin bởi hố đen bác bỏ thông tin về các hạt rơi cho phép bạn tua lại chuyển động của chúng. Nếu vật lý hố đen thực sự có thể đảo ngược, cái gì đó phải mang thông tin trở lại và quan niệm của chúng ta về không-thời gian có thể cần phải thay đổi để cho phép điều đó.

Nguyên tử không-thời gian

Nhiệt là chuyển động ngẫu nhiên của các bộ phận vi mô, chẳng hạn như các phân tử khí. Bởi vì các hố đen có thể làm ấm và hạ nhiệt, điều này lý giải cho việc tại sao chúng có nhiều phần, hay nói cách khác hố đen có cấu trúc vi mô. Và bởi vì một hố đen chỉ là không gian trống rỗng (theo thuyết tương đối rộng, vật chất rơi xuống đi qua chân trời nhưng không thể nán lại), các phần của hố đen phải là các phần của không gian.

Ngay cả những lý thuyết được đưa ra để bảo toàn một khái niệm thông thường về điểm kết thúc của không-thời gian cũng kết luận rằng tồn tại một bí mật sau mặt tiền bằng phẳng. Ví dụ, vào cuối những năm 1970, Steven Weinberg, hiện đang làm việc tại Đại học Texas, đã tìm cách mô tả lực hấp dẫn tương tự như các thế lực tự nhiên khác. Ông vẫn thu được kết quả về cơ bản không-thời gian thay đổi trong phạm vi nhỏ nhất của nó.

Các nhà vật lý ban đầu đã hình dung không gian vi mô như một bức tranh khảm những khối không gian nhỏ. Nếu bạn phóng to quy mô Planck đến một kích thước nhỏ gần như không thể tưởng tượng là 10–35 mét, bạn sẽ thấy thứ gì đó giống như bàn cờ. Nhưng điều đó không hoàn toàn đúng. Không những thế, trong các đường lưới của không gian bàn cờ, sẽ có một số hướng lấn át so với các hướng còn lại, gây ra tình trạng bất đối xứng. Điều này mâu thuẫn với lý thuyết tương đối hẹp. Ví dụ, ánh sáng của các màu sắc khác nhau có thể di chuyển ở các tốc độ khác nhau - giống như trong lăng kính thủy tinh, gây ra khúc xạ ánh sáng thành các màu cấu thành. Những mâu thuẫn với thuyết tương đối là khá rõ ràng.

Nhiệt động lực học của các hố đen làm tăng sự hoài nghi về hình dung không gian như một bức tranh khảm đơn giản. Bằng cách đo hành vi nhiệt của bất kỳ hệ thống nào, bạn có thể đếm các bộ phận của nó, ít nhất là về nguyên tắc. Trích xuất năng lượng và xem nhiệt kế. Nếu nó bắn lên, năng lượng đó chắc chắn phủ trên các phân tử tương đối ít.

Nếu bạn thử nghiệm với một chất bình thường, số lượng phân tử tăng lên so với khối lượng vật liệu. Điều đó có nghĩa là: Nếu bạn tăng bán kính của một quả bóng biển với hệ số là 10, bạn sẽ thu được gấp 1.000 lần phân tử bên trong nó. Nhưng nếu bạn tăng bán kính của một hố đen với hệ số là 10, thì số phân tử thu về chỉ tăng lên 100 lần. Số lượng "phân tử" mà nó tạo thành phải tỷ lệ thuận với khối lượng của nó nhưng nghịch với diện tích bề mặt. Trông hố đen giống một vật thể ba chiều, nhưng hành vi của nó lại giống như chỉ có hai chiều.

Hiệu ứng kỳ lạ này được gọi là nguyên lý ba chiều vì nó gợi liên tưởng đến hình ba chiều. Tuy nhiên, nghiên cứu kỹ hơn, nó trở thành một hình ảnh được tạo ra bởi một tấm phim hai chiều. Nếu nguyên lý ba chiều đếm được các thành phần vi mô của không gian và nội dung của nó, thì thời gian cấu thành không gian sẽ lâu hơn là ghép các mảnh nhỏ với nhau.

Tuy nhiên, mối quan hệ của một phần với tổng thể ít khi đơn giản như vậy. Một phân tử H2O không đơn giản chỉ là một hạt nước nhỏ. Hãy xem nước ở trạng thái lỏng làm gì: nó chảy, tạo thành các giọt, có gợn và sóng, đóng băng và sôi. Một phân tử H2O riêng lẻ không thực hiện được điều đó: đó là những hành vi tập thể. Tương tự như vậy với không gian. Daniele Oriti thuộc Viện Vật lý hấp dẫn Max Planck ở Potsdam, Đức cho biết: "Các nguyên tử của không gian không phải là những phần nhỏ nhất của không gian.Chúng là thành phần cấu tạo nên không gian. Các tính chất hình học của không gian là thuộc tính mới, tập thể, gần đúng của một hệ thống được tạo thành từ nhiều nguyên tử như vậy".

Các khối cấu thành chính xác là gì phụ thuộc vào các thuyết khác nhau. Trong lực hấp dẫn lượng tử vòng lặp, chúng là lượng tử được tổng hợp bằng cách áp dụng các nguyên tắc lượng tử. Trong lý thuyết dây, chúng là những trường tương tự như các trường điện từ tồn tại trên bề mặt, được dò tìm bởi một sợi di chuyển hoặc vòng lặp năng lượng - chuỗi ký tự. Trong lý thuyết M, vốn có sự liên quan đến lý thuyết dây và có thể là nền tảng của nó, chúng là một loại hạt đặc biệt: từ một màng thu nhỏ thành một điểm.

Trong lý thuyết tập hợp nhân quả, chúng là những sự kiện liên quan đến một mạng lưới nhân quả. Trong lý thuyết amplituhedron và một số phương pháp tiếp cận khác, không có khối cấu thành nào cả - ít nhất là không theo nghĩa thông thường.

Mặc dù các nguyên tắc tổ chức của các lý thuyết này khác nhau, tất cả đều cố gắng duy trì một số phiên bản của cái gọi là thuyết quan hệ của triết học gia người Đức thế kỷ 17 và 18 Gottfried Leibniz. Hiểu theo nghĩa rộng, thuyết quan hệ cho rằng không gian phát sinh từ một mô hình tương quan nhất định giữa các đối tượng. Theo quan điểm này, không gian là một trò chơi ghép hình. Bạn bắt đầu với một đống lớn các mảnh, xem cách chúng kết nối và đặt chúng cho phù hợp. Nếu hai phần có tính chất tương tự, chẳng hạn như màu sắc, chúng có thể ở gần; nếu chúng khác nhau mạnh mẽ, bạn tạm thời đặt chúng cách xa nhau. Các nhà vật lý thường thể hiện mối quan hệ này như một mạng lưới với một mô hình kết nối nhất định. Các mối quan hệ được quyết định bởi lý thuyết lượng tử hoặc các nguyên tắc khác, và sự sắp xếp không gian theo sau.

Chuyển tiếp pha là một chủ đề phổ biến khác. Nếu không gian được lắp ráp, nó cũng có thể được tháo rời; sau đó các khối cấu thành có thể sắp xếp thành thứ gì đó trông giống như không gian. Thanu Padmanabhan thuộc Trung tâm Thiên văn học và Vật lý thiên văn ở Ấn Độ cho biết: "Giống như việc vật chất ở nhiều trạng thái khác nhau, như đá, nước và hơi nước, các nguyên tử của không gian cũng có thể tự cấu hình lại trong các pha khác nhau". Theo quan điểm này, hố đen có thể là những nơi không gian tan chảy. Các lý thuyết đã biết bị phá vỡ, nhưng một lý thuyết tổng quát hơn sẽ mô tả những gì xảy ra trong pha mới. Ngay cả khi không gian kết thúc, vật lý vẫn tiếp tục.

Mạng vướng

Phát hiện lớn trong những năm gần đây là các mối quan hệ tương quan liên quan đến sự vướng víu lượng tử. Một loại tương quan phi thường, nội tại đối với cơ học lượng tử, sự vướng víu dường như nguyên thủy hơn không gian. Ví dụ, một nhà thực nghiệm có thể tạo ra hai hạt bay theo hướng ngược nhau. Nếu chúng bị vướng vào nhau, chúng vẫn được phối hợp dù chúng có cách xa nhau bao nhiêu.

Theo lẽ thường, khi mọi người nói đến lực hấp dẫn lượng tử, nghĩa là đề cập đến sự bất định lượng tử, biến động lượng tử và hầu như mọi hiệu ứng lượng tử khác trong ghi chép - nhưng chưa từng có ai nhắc đến vướng víu lượng tử. Điều đó đã thay đổi nhờ các hố đen. Trong suốt vòng đời của một hố đen, các hạt vướng rơi vào, nhưng sau khi lỗ bốc hơi hoàn toàn, các thành phần bên ngoài của chúng không vướng víu với thứ gì cả. "Hawking nên gọi nó là vấn đề vướng", Samir Mathur thuộc Đại học bang Ohio nói.

Ngay cả trong chân không, không có hạt xung quanh, điện từ và các trường khác bị vướng vào bên trong. Nếu bạn đo lường một trường tại hai vị trí khác nhau, các tư liệu bạn đọc sẽ trở nên xáo trộn theo cách ngẫu nhiên nhưng cộng hưởng. Và nếu bạn chia một khu vực thành hai, các phần sẽ được tương quan, với mức độ tương quan tùy thuộc vào số lượng hình học duy nhất mà chúng có điểm chung: diện tích giao diện của chúng. Năm 1995, Jacobson lập luận rằng sự vướng mang đến liên kết giữa sự hiện diện của vật chất và hình dạng của không-thời gian. Tức là, nó có thể giải thích luật hấp dẫn. "Nhiều sự vướng mang hàm ý trọng lực yếu hơn – khi đó, không-thời gian khắc nghiệt hơn", ông nói.

Một số phương pháp hấp dẫn lượng tử bây giờ nhận thấy sự vướng là rất quan trọng. Lý thuyết dây áp dụng nguyên lý hình ba chiều không chỉ cho các hố đen mà còn cho vũ trụ nói chung, cung cấp một công thức để tạo ra không gian — hoặc ít nhất là một phần của nó. Ví dụ, một không gian hai chiều có thể được ren theo các trường, khi được cấu trúc theo đúng cách, tạo ra một chiều không gian bổ sung. Không gian hai chiều nguyên thủy sẽ là ranh giới của một lĩnh vực rộng lớn hơn, được gọi là không gian số lượng lớn.Và sự vướng là thứ đan kết không gian khối thành một tổng thể.

Năm 2009, Mark Van Raamsdonk thuộc Đại học British Columbia đã đưa ra một lập luận cho quá trình này. Giả sử các trường ở ranh giới không bị vướng víu - chúng tạo thành một cặp hệ thống không tương quan. Chúng tương ứng với hai vũ trụ riêng biệt, không có cách nào để di chuyển giữa chúng. Khi các hệ thống trở nên vướng víu, nó giống như một đường hầm, hoặc lỗ mọt (wormhole), mở ra giữa những vũ trụ đó, và một con tàu vũ trụ có thể đi từ cái này sang cái khác. Khi mức độ vướng víu tăng lên, wormhole co lại theo chiều dài, lùa các vũ trụ với nhau cho đến khi không ai còn gọi chúng là hai vũ trụ nữa. Khi chúng ta quan sát các tương quan trong điện từ và các trường khác, chúng là một dư lượng của sự vướng víu liên kết không gian với nhau.

Nhiều tính năng khác của không gian, bên cạnh sự tiếp giáp của nó, cũng có thể phản ánh sự vướng víu. Van Raamsdonk và Brian Swingle, hiện làm việc tại Đại học Maryland, cho rằng việc sự vướng víu tồn tại khắp nơi giải thích tính phổ quát của lực hấp dẫn - nó ảnh hưởng đến tất cả các vật thể và không thể được sàng lọc. Đối với hố đen, Leonard Susskind thuộc Đại học Stanford và Juan Maldacena thuộc Viện Nghiên cứu Cao cấp ở Princeton, cho rằng sự vướng víu giữa hố đen và bức xạ mà nó phát ra tạo ra một wormhole. Điều đó có thể giúp bảo tồn thông tin và đảm bảo rằng vật lý hố đen có thể đảo ngược.

Trong khi những ý tưởng lý thuyết dây chỉ có tác dụng với các hình học cụ thể và tái tạo lại chỉ một chiều không gian duy nhất, một số nhà nghiên cứu đã tìm cách giải thích cách tất cả các không gian có thể xuất hiện từ đầu. Ví dụ, ChunJun Cao, Spyridon Michalakis và Sean M. Carroll, tại Viện Công nghệ California, bắt đầu với mô tả lượng tử tối giản của một hệ thống, được cấu thành không có tham chiếu trực tiếp đến không-thời gian hoặc thậm chí là vật chất. Nếu nó có mẫu tương quan phù hợp, hệ thống có thể được chia thành các phần có thể được xác định là các vùng khác nhau của không-thời gian. Trong mô hình này, mức độ vướng víu định nghĩa một khái niệm về khoảng cách không gian.

Trong vật lý và trong khoa học tự nhiên, không-thời gian là nền tảng của tất cả các lý thuyết. Tuy nhiên, chúng ta không bao giờ trực tiếp nhìn thấy không-thời gian. Thay vào đó chúng ta suy ra sự tồn tại của nó từ kinh nghiệm hàng ngày của mình. Chúng ta cho rằng khía cạnh kinh tế nhất của hiện tượng chúng ta thấy là một số cơ chế hoạt động trong không thời gian. Nhưng bài học cuối cùng của lực hấp dẫn lượng tử đó là không phải tất cả các hiện tượng đều vừa vặn trong không-thời gian. Các nhà vật lý sẽ cần phải tìm ra một số cấu trúc nền tảng mới, và khi họ làm, họ sẽ hoàn thành cuộc cách mạng Einstein bắt đầu cách đây hơn một thế kỷ.

June 13, 2018

Theo khoahoc.tv

[Sunnata]

Đọc xong tưởng hiểu rỏ, nhưng nghỉ kỷ lại thì thật ra không hiểu gì cả 



Khoa học khó không thua gì tôn giáo .

RungHoang có thể xem thêm bài này: Ảo Ảnh Thời Gian

Thật ra đọc để biết thêm khái niệm về thời gian thôi, chứ các nhà khoa học cũng vẫn còn đang nghiên cứu và chưa có kết luận rõ ràng về nó.

[Sunnata]

Du hành thời gian là điều viễn tưởng hay hoàn toàn thực tế?

Dựa vào những quy luật vật lý, hoàn toàn có cơ sở lý thuyết để con người có thể du hành thời gian đến tương lai, nhưng việc con người sử dụng phương thức nào lại là câu hỏi khó khăn.

Phản bác thuyết du hành thời gian

Hãy thử nghĩ về nghịch lý này: Nếu ai đó sáng tạo ra cỗ máy thời gian và quay ngược lại quá khứ đập vỡ chính cỗ máy này thì chuyện gì sẽ xảy ra?

Nếu như cỗ máy bị đập vỡ và không hề tồn tại thì làm sao lại có việc người đó quay lại thời gian để đập vỡ nó?

Đó chính là ví dụ về sự phản quy luật của thuyết du hành thời gian khi cách thức hoạt động của nó không chỉ đi ngược lại những quy luật vật lý cơ bản mà còn nghịch với quy luật nhân - quả trong sự vận động của cuộc sống.

Liệu chúng ta có thể đi đến tương lai?

Vũ trụ vận động bởi hàng loạt những mối quan hệ tác động ngẫu nhiên liên tục giữa tất cả các sự vật, sự việc theo quy luật sinh ra, phát triển và tàn lụi.

Vũ trụ vận động bởi hàng loạt những mối quan hệ tác động ngẫu nhiên liên tục giữa tất cả các sự vật, sự việc theo quy luật sinh ra, phát triển và tàn lụi.

Nó giống như một kết cấu tuần hoàn ổn định, chỉ cần một tác động nhỏ làm chệch hướng, đứt gãy một tế bào trong sự ổn định này sẽ dẫn đến sự hỗn loạn và hình thành nên một dạng cấu trúc khác.

Do đó, nếu bạn quay ngược lại thời gian để giết chết Hitler nhằm ngăn cản Chiến tranh thế giới thứ 2. Hitler chết, thế giới hòa bình, điều này dẫn đến việc trong hiện tại bạn sẽ không thể có ý định quay về quá khứ để giết ai cả. Như vậy mục đích ban đầu của bạn thực tế đã không còn trong thế giới hiện tại nữa.

Lỗ giun

Nhưng với những người nghiên cứu về du hành thời gian đều biết rằng, thực tế có một lỗ hổng rất nhỏ mà các nhà khoa học gọi là lỗ giun.

Stephen Hawking là một trong số những nhà khoa học cho rằng, trong thế giới của chúng ta đang tồn tại vô số những lỗ giun như thế. Những lỗ giun này chính là những lối tắt xuyên thời gian và không gian.

Quan điểm của nhà vật lý này hoàn toàn phù hợp với thuyết tương đối của Einstein và trùng khớp với những luận lý của các nhà khoa học gạo cội khác về bản chất của hiện thực.

Lỗ giun này chính là những lối tắt xuyên thời gian và không gian.

Lỗ giun này mở ra cơ hội không chỉ du hành thời gian hàng trăm năm mà còn có thể đi đến những nơi xa xôi trong vũ trụ. Điều này có nghĩa là nó cho phép chúng ta di chuyển nhanh hơn ánh sáng.

Thế nhưng dù có vô vàn những lỗ giun như vậy nhưng việc sử dụng những con tàu vũ trụ tân tiến hiện đại để tiến qua những lỗ này như thế nào lại là chuyện khác.

Ngay cả Stephen Hawking cũng chỉ ra rằng, lỗ giun được cho là chỉ tồn tại dưới kích thước thậm chí còn nhỏ hơn cả phân tử. Nó còn quá nhỏ để đưa một con người bước vào nữa là để cho những con tàu vũ trụ tiên tiến có thể sử dụng.

Hiệu ứng bươm bướm

Trong truyện ngắn kinh điển "A Sound of Thunder" của tác giả Ray Bradbury vào đầu thập niên 1950, những nhà du hành thời gian đi đến thời tiền sử của Trái Đất đã phải bay lên trên không trung nhằm hạn chế tối đa việc ảnh hưởng đến quá khứ.

Dù chỉ vô tình làm nát một con bướm nhưng khi họ trở về hiện tại rất nhiều sự vật, sự việc ngay cả từ ngữ cho đến kết quả bầu cử cũng đều thay đổi khác biệt và họ phải sống trong một hiện thực khác.

Câu chuyện của Bradbury đã lần đầu tiên đưa ra khái niệm "Hiệu ứng bươm bướm".

Câu chuyện của Bradbury đã lần đầu tiên đưa ra khái niệm "Hiệu ứng bươm bướm" thường chỉ đến các lý thuyết về sự hỗn loạn khi chỉ cần một thay đổi nhỏ nhoi trong quá khứ cũng có thể dẫn đến những thay đổi to lớn khôn lường trong tương lai.

Nếu ai đó có thể vượt qua được không gian thời gian, họ cũng phải đối mặt với thách thức cũng to lớn không kém đó là làm thế nào đi xuyên thời gian mà không ảnh hưởng gì đến quá khứ dù chỉ là một mảy may.

Đi tới tương lai là điều khả thi

Trên thực tế đã có trường hợp đang tồn tại giữa chúng ta được coi là đã đi xuyên được thời gian.

Đó là Sergei Krikalev, một nhà du hành không gian đã ở trên không gian quá lâu đến mức người ta tính toán rằng ông đã đi đến tương lai của chính mình với tỷ lệ 1/200 của một giây.

Điều này xuất phát từ sự co giãn thời gian trên vũ trụ, được dựa trên thuyết tương đối của Einstein mà chúng ta có thể đo lường được.

Theo đó, khi con người ta di chuyển với một vận tốc cực nhanh thì kim đồng hồ của họ sẽ chạy chậm hơn so với bình thường trên mặt đất.

Nếu như trở về quá khứ là một điều bất khả thi thì việc du hành đến tương lai là hoàn toàn có cơ sở.

Sergei đã mất hai năm trên quỹ đạo trên trạm Mir và ISS và di chuyển với vận tốc 17.000 dặm một giờ. Sergei Krikalev cũng chậm lão hóa hơn khi sống trên không gian so với người thường.

Giả dụ rằng nếu Sergei mất hai năm trong không gian di chuyển với tốc độ gần bằng với vận tốc ánh sáng, tức là nhanh hơn 40.000 lần tốc độ mà hiện phi hành gia này đang đi quanh quỹ đạo, thì khi trở về ông sẽ thấy Trái Đất đã trải qua hai trăm năm.

Nếu như trở về quá khứ là một điều bất khả thi thì việc du hành đến tương lai là hoàn toàn có cơ sở nếu như chúng ta có thể tạo ra một cỗ máy có thể đưa con người đi được với tốc độ ánh sáng.

Theo khoahoc.tv

[Sunnata]

Lý thuyết gây tranh cãi mới: Quá khứ, hiện tại, tương lai cùng tồn tại đồng thời

Kinh nghiệm của chúng ta về thời gian có thể làm chúng ta mơ hồ về bản chất thực sự của nó, các nhà khoa học nói.

- Thời gian có thể không trôi chảy gì cả, theo Lý thuyết vũ trụ khối – Block Universe Theory.

- Du hành Thời gian rất có thể được.

- Nhận thức, cảm nhận về thời gian của bạn có thể liên hệ đến bạn và bị hạn chế.

Chúng ta dường như nhận thức được thời gian trôi theo một hướng. Tuy nhiên, chúng ta không chỉ chuyển tiếp hướng đến tương lai mà còn có thể trở về lại quá khứ  nếu cảm thấy muốn. Mỗi phút của mỗi ngày dường như di chuyển chúng ta về phía trước, kéo cuộc sống  chúng ta hướng tới cái chết không thể tránh khỏi. Ít nhất đó là những gì kinh nghiệm thông thường của thời gian cho chúng ta biết. Nhưng nếu hiện tại, quá khứ và tương lai của bạn đã cùng đồng tồn tại thì sao? Thời gian, từ quan điểm đó, sẽ không trôi chảy.

Lý thuyết vũ trụ khối nói rằng vũ trụ của chúng ta có thể được xem như là một khối không gian bốn chiều khổng lồ của không thời gian, chứa tất cả những điều đã từng xảy ra, tiến sĩ Kristie Miller, giám đốc của Trung tâm Thời gian tại Đại học Sydney giải thích – the Centre for Time at the University of Sydney.

Trong vũ trụ khối, không có "bây giờ" hoặc hiện tại. Tất cả những khoảnh khắc tồn tại chỉ tương đối với nhau trong ba chiều không gian và một chiều thời gian. Cảm nhận của bạn về hiện tại chỉ là phản ánh nơi trong vũ trụ khối bạn đang ở trường hợp đó. "Quá khứ" chỉ là một phần của vũ trụ tại một vị trí trước đó trong khi "tương lai" là ở một vị trí sau này.

Vì vậy, là thời gian chỉ là một thủ thuật đánh lừa phức tạp của tâm trí? Và quan trọng hơn – du hành thời gian có thể được không?

Câu trả lời của Tiến sĩ Miller là "được". Tất nhiên, chỉ là giả thuyết, vì chúng ta cần phải tìm ra cách đầu tiên để đi du lịch với "một tỷ lệ phần trăm hợp lý so với tốc độ ánh sáng". Đi đến quá khứ sẽ đòi hỏi phải sử dụng lỗ sâu (wormhole), như " lối đi tắt xuyên qua không-thời gian" (*).

Sơ đồ khối vũ trụ.

Credit: ABC Science

Bây giờ, nếu bạn đã xoay xở để tìm lại điểm thời gian nào đó trước đây, bạn sẽ không thể thay đổi nó. Điều này là do quá khứ của bạn luôn đồng thời tương lai của người khác. Vì vậy, nếu bạn đi du hành trở về quá khứ, bạn chỉ là làm cho tương lai đó theo cách của nó là thế. Vì vậy, đừng lo lắng về "nghịch lý ông nội" - cỗ máy thời gian của bạn đã được kết hợp vào hệ thống vận hành của sự vật.

Miller nói: "Nếu tôi đi trở về quá khứ, tôi là một phần của quá khứ", quan trọng hơn, tôi luôn luôn đã là một phần của quá khứ. "

Hơn nữa - có lẽ quá khứ đã bị thay đổi bởi những nhà du hành thời gian. Làm thế nào chúng ta có thể biết được nó có không? "Tất cả chúng ta đều biết rằng, lý do là quá khứ là cách nó vốn là như thế, và một phần là do sự có mặt hiện tại của những nhà du hành thời gian", Miller nói thêm.

Theo lý lẽ đó, những gì bạn làm vào ngày mai sẽ làm thành tương lai mà tương lai vốn nó là như thế rồi, với bạn, dự định hoàn thành một trách vụ nhất định có tính chất định mệnh nào đó trong khoảng thời gian sắp tới, điều đó tự nó có vẻ là ảo giác hơn là một phần bản chất cơ bản của tự nhiên.

Chắc chắn, với những tuyên bố như vậy, sẽ có những kẻ gièm pha lý thuyết khối vũ trụ. Một sự chỉ trích mạnh mẽ là tương lai vẫn chưa tồn tại mà. Nhà vật lý Lee Smolin đã viết rằng "Tương lai không phải là hiện thực và không thể có sự thật rõ ràng về vấn đề tương lai." Hơn nữa, như ông nói thêm tại một hội nghị năm 2017, điều thực sự chỉ là "quá trình mà các sự kiện trong tương lai được tạo ra từ các sự kiện hiện tại".

Mặt tiêu cực khác của ý tưởng này là nếu vũ trụ khối là tĩnh, điểm của bất cứ điều gì là gì? Bạn có thể tiến bộ không? Trả lời rằng đó là mô hình "vũ trụ khối phát triển" vì khối của thời gian-không gian vũ trụ ngày càng tăng hơn là đứng yên. Bề mặt của một thể tích như thế sẽ tiêu biểu cho khoảnh khắc hiện tại. Đó là khi mà "sự bất định của tương lai thay đổi đối với tính xác định của quá khứ", như mô tả của nhà vũ trụ học George Ellis (A Debate Over the Physics of Time). Theo mô hình đó, phần thay đổi sẽ là tương lai.

Trong khi các cuộc tranh luận đang tiếp tục, lý thuyết vũ trụ khối là một trong những cách tiếp cận hứa hẹn nhất có thể hòa giải quan điểm vũ trụ về thời gian với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta. Điều có thể chắc chắn là – thời gian cần tìm hiểu thêm hơn so với những gì nó hiển hiện mà chúng ta biết. Làm sáng tỏ những bí ẩn của nó là điều không thể thiếu được để hiểu thêm những kinh nghiệm đã qua của con người.


Paul Ratner
Ngày 23 tháng 9 năm 2018
Past, present, future exist simultaneously

 (Google dịch)


Chú thích:

(*) Wormhole: Lỗ sâu, theo lý thuyết là một đoạn đường đi xuyên qua không-thời gian, có thể dùng để tạo ra các lối đi tắt cho những hành trình dài trong vũ trụ. Wormholes được dự đoán bởi lý thuyết tương đối rộng. Nhưng hãy cảnh giác: wormholes đi kèm với chúng là những nguy hiểm của sự sụp đổ đột ngột, bức xạ cao và tiếp xúc nguy hiểm với vật chất kỳ lạ.

[abc]

Hiện thực của chúng ta tồn tại 3 thế giới: Thế giới trong nhận thức của bạn, thế giới trong nhận thức của ‘người khác bạn’ và thế giới thực nơi tất cả mọi người cùng sống. Cách chúng ta nhìn nhận thế giới không nhất thiết giống với các người khác, và tuyệt nhiên không giống với thế giới thực.
Vì con người là thứ có sau, cũng như sở hữu bộ não được tạo nên bởi thế giới, nên càng đi sâu tìm hiểu vào bản chất của thế giới thực, chúng ta sẽ càng trải qua sâu sắc thứ cảm giác khó chịu đến cùng cực, bối rối, khó hiểu hay thậm chí hoang mang. Thời gian là một đại lượng quan trọng trong cả thế giới quan của con người và quy luật của thế giới thực, vì vậy, không thể tránh khỏi sự mâu thuẫn và phức tạp mỗi khi cùng ngồi lại nói về chúng.
Ta cũng không thể tránh khỏi việc phải nói về chúng, do đó chính là thế giới ta đang sống. Chẳng gì buồn phiền bằng việc không hiểu nơi mình ở. Nhưng phàm những thứ khó hiểu như vậy đều thú vị, đáng để bỏ thời gian ra suy ngẫm. Thế nên bắt đầu thôi nhỉ?

1. Thời gian tồn tại trong nhận thức.
Đầu tiên, hãy cùng nói về “thời gian” tồn tại trong nhận thức của chúng ta, trước khi xét đến nó như một khái niệm vật lý.

Phần lớn chúng ta suy nghĩ về thời gian như một đường thẳng tuyến tính, một mũi tên với ba phần: quá khứ, hiện tại và tương lai.

Hiện tại là khoảnh khắc bạn đang đọc bài viết này, quá khứ là lúc trước khi bạn đọc bài viết và tương lai chưa xảy ra nên chẳng biết bạn có tiếp tục đọc hết hay sẽ back ra từ sau đoạn này hay không.

Khả năng nhận thức về thời gian theo thứ tự như trên quả thực rất kỳ diệu. Dòng thời gian trên giúp ta không bị nhầm lẫn giữa hiện thực và ký ức, cũng như biết được đâu là thứ sẽ nằm ở tương lai. Tuy vậy, chúng ta không nhận ra sự kỳ diệu ấy do đã được ban phát sẵn, và chỉ thấy được sự phức tạp của chúng khi phải lập trình cho một vật không sống nhận thức được điều tương tự, hoặc khi phải đối mặt với những người bị khuyết đi khả năng nhận thức do bẩm sinh hay tai nạn.

Khả năng nhận thức về không gian, biết rằng vật nào gần mình, vật nào xa mình và giữa hai vật xa khoảng bao nhiêu đã là điều vô cùng phức tạp. Nhưng khả năng để biết được sự kiện A ở quá khứ cách chúng ta bao lâu, sự kiện B ở tương lai sẽ đến khi nào và khoảng cách giữa hai sự kiện là bao xa còn phức tạp hơn thế rất-nhiều-lần.

Cho đến nay, những nhận định về khả năng nhận thức thời gian của con người chỉ đang dừng lại ở mức giả thuyết và những mô hình dự đoán. Trên quan điểm của khoa học thần kinh, hồi hải mã có chức năng mã hóa và sắp xếp ký ức theo trình tự thời gian. Các tín hiệu được mã hóa thành gói từ những “tế bào thời gian” được bắn đến vùng não xử lý từ đó giúp chúng ta nhận biết được thứ tự của kích thích.

Dưới quan điểm của tâm lý học, chúng ta nhận biết thời gian dựa trên khoảng cách giữa các kích thích. Cụ thể, những kích thích cách nhau khoảng từ 0.02-dưới 1s (tùy loại kích thích) có thể phân biệt được trước, sau và khoảng giữa hai kích thích đó. Trong khi những kích thích gần nhau hơn sẽ được xem như đồng thời. Vậy, trong cuộc sống thực, có thể mọi thứ không diễn ra một cách liền mạch, nhưng ta vẫn nhận thức như một sự liền mạch.

Trong khi đó, những kích thích dài hơn lại không thể được cảm nhận một cách chính xác về mặt thời gian. Lúc này, bộ não sẽ dùng trí nhớ, sự chú ý và dữ kiện cộng thêm để ước lượng thời gian. Chẳng hạn, chúng ta tính toán thời gian đọc một cuốn sách từ việc tính xem trung bình đọc một trang sách trong bao lâu, còn não bộ không trực tiếp ước lượng được từ đầu. Sự ước lượng này không phải lúc nào cũng chính xác, chẳng hạn ta thường xuyên đánh giá quá thấp khâu chuẩn bị trước khi ra khỏi nhà khiến dẫn đến dễ bị trễ hẹn. Nên trong phần lớn thời gian, con người chủ yếu dùng đồng hồ để ước lượng. Hoặc khi ở trong một môi trường đặc biệt như phòng kín không có kích thích, có thể dẫn đến mất nhận thức tạm thời về thời gian vì thiếu dữ kiện và các điểm mốc để đối chiếu.

Vậy, tóm lại, nhận thức thời gian của con người được hình thành dựa trên chức năng của não bộ và sự quan sát các sự kiện nối tiếp nhau. Hay nói cách khác, chúng ta chưa bao giờ có được cảm nhận đúng đắn về thời gian, thực tế “thời gian” chỉ là khoảng trống giữa các sự kiện ta tiếp nhận.

Do vậy, nhận thức về thời gian của con người liên tục bị bóp méo và không nhất quán. Chẳng hạn, kỳ nghỉ hè của một đứa trẻ có thể kéo dài hơn trong trí nhớ của chúng nếu ở đó tràn ngập điều vui vẻ, thú vị. Trong khi đó, người già lại thường có cảm giác thời gian trôi tuột qua nhanh chóng. Sở dĩ có điều này vì não bộ chúng ta ưu tiên ghi nhận những trải nghiệm mới mẻ và thường xuyên bỏ qua những thứ quen thuộc. Nên càng về già, cuộc sống càng giản đơn (cùng với sự thoái hóa trong chính bộ não) khiến nhận thức để hàng loạt trải nghiệm trôi tuột qua. Vì không có nhiều điểm mốc để đánh dấu, khoảng giữa các sự kiện trở nên ít đi, và cảm giác về sự kéo dài của thời gian cũng chẳng còn bao nhiêu.

Không những thế, vì nhận thức thời gian của chúng ta được chịu trách nhiệm bởi hồi hải mã và các sóng điện não, nên chúng cũng có thể bị bóp méo dựa trên ngôn ngữ ta sử dụng, hay trong lúc dùng các chất kích thích. Dùng những chất ảo giác như LSD có thể khiến một ngày trôi qua như cái búng tay, trong khi một số loại ma túy khác khiến 10 phút kéo dài như cả đời người. Từng có một số thí nghiệm cho thấy người nghiện cocain mất khả năng thực hiện các nhiệm vụ yêu cầu thời gian (và đó mới chính là sự đau khổ của việc nghiện ngập).

Không chỉ con người, dường như mọi sinh vật sống đều có khả năng nhận thức về thời gian. Đối với động vật, loài có kích thước cơ thể càng nhỏ và tốc độ trao đổi chất càng nhanh thì cảm nhận của chúng về thời gian càng chậm.

Các nhà nghiên cứu đã cho hơn 30 loài động vật gồm thằn lằn, chim, cá và bò sát tiếp xúc với ánh sáng nhấp nháy liên tục. Sử dụng các điện cực để đo đạc hoạt động của não bộ kết hợp với quan sát hành vi của chúng, họ nhận thấy khi đèn nháy với tốc độ đủ nhanh, con vật sẽ xem đó như là ánh sáng liên tục không ngắt quãng. Những loài phân biệt được sự nhấp nháy ở tần số càng cao thì càng nhận thức thời gian với “độ phân giải” càng lớn. Nói cách khác, các chuyển động và sự kiện sẽ diễn ra chậm hơn đối với chúng.

Vậy, đoạn trên nhằm giải thích cho các bạn biết rằng thời gian chúng ta cảm nhận được chỉ là sự quy ước não bộ của riêng chúng ta, cùng với hệ thống đồng hồ nhân loại đang dùng. Chúng ta cảm nhận thời gian khác nhau cũng như lệch đi với phần còn lại của toàn bộ sinh giới, thậm chí chính ta cũng có những cảm nhận sai lệch với bản thân tùy vào từng thời điểm. Và tất nhiên, tất cả những nhận thức thời gian trên đều sai với thời gian trong thế giới vật lý.

Thời gian trong vật lý rất khác, và để hiểu được khái niệm này, hãy vứt bỏ hết những “cảm giác” của bạn về thời gian trước đã.

2. Thời gian trong vật lý.
“Thời gian tuyệt đối là bản chất của tự nhiên, trôi một cách đồng nhất” là phát biểu của Isaac Newton trong công trình Principia của ông vào năm 1687. Ông cho rằng ngay cả khi chúng ta cảm nhận sai, cũng như ngay cả khi đồng hồ đi lệch, thời gian vẫn vận động một cách đồng nhất, không ngắt quãng và liên tục trong toàn cõi vũ trụ. Quan niệm này đúng với nhận thức chung của tất cả chúng ta, cho đến tận thời điểm này, khi đang đọc bài viết này.

Tiếp đến, vào năm 1824, nhà khoa học người Pháp Sadi Carnot đã có phát biểu gián tiếp chỉ ra rằng thời gian vận động như một mũi tên luôn hướng về phía trước và không thể đảo ngược. Đây cũng là phát biểu đầu tiên được ghi nhận về định luật thứ hai của nhiệt động lực học: trong một hệ kín, mọi thứ vận động theo chiều hướng hỗn loạn dần bởi sự tăng lên của entropy và quá trình này không thể đảo ngược. Điều này, một lần nữa, cũng phù hợp với nhận thức chung của chúng ta về thời gian nói riêng hay thế giới nói chung.

[Về sau, khái niệm mũi tên thời gian (arrow of time) đã được hoàn thiện và phát triển đầy đủ hơn bởi Arthur Eddington và một chút bởi Stephen Hawking. Nhìn chung, đến thời điểm này, chúng ta đều đồng ý với nhau rằng không thể đảo ngược entropy cũng như chiều của thời gian].

Mọi thứ bắt đầu trở nên hay ho hơn vào năm 1905, trong công trình của mình là Thuyết Tương đối hẹp, Einstein cho rằng không hề tồn tại một thứ gọi là “đồng hồ phổ quát của vũ trụ” như Newton từng nói. Thay vào đó, các phép đo thời gian phụ thuộc vào chuyển động của người quan sát. Cụ thể, càng di chuyển với tốc độ nhanh hơn, thời gian càng trôi chậm đi và dường như đứng yên khi ta đạt tốc độ giới hạn của vũ trụ là tốc độ ánh sáng.

Vì sao lại thế?

Trước thời của Einstein, James Clerk Maxwell đã tìm ra vận tốc của ánh sáng là c, là một hằng số và luôn giữ nguyên với bất kỳ hệ quy chiếu nào. Chẳng hạn, ba người ở Trái Đất, sao Hỏa hay một phi thuyền đang di chuyển, vẫn sẽ nhìn thấy ánh sáng đi với một tốc độ cố định. Điều này mâu thuẫn với định luật của Newton. Vì trước đó, vận tốc của một vật đang di chuyển sẽ phụ thuộc vào hệ quy chiếu chúng ta dùng để xét (tàu chạy với vận tốc 40km/h so với mặt đất, sẽ có vận tốc 20km/h so với tàu khác có vận tốc 20km/h đang chạy cùng chiều và 60km/h so với tàu khác có vận tốc 20km/h đang chạy ngược chiều). Nếu tất cả mọi thứ trong vũ trụ đều tuân theo định luật của Newton, vậy, vì sao ánh sáng có thể là một ngoại lệ?

Khi Thuyết tương đối hẹp ra đời và chúng ta biết rằng c (tốc độ ánh sáng) là một hằng số, đồng nghĩa rằng không thể có bất kỳ vật di chuyển nào có tốc độ nào vượt qua con số này được, trong toàn cõi vũ trụ. Vậy, trong một thí nghiệm tưởng tượng, cho một con tàu chạy xuôi với tốc độ tiệm cận với tốc độ ánh sáng, bên trong ấy là một chiếc xe máy chạy từ đuôi tàu đến đầu tàu, chẳng phải lúc này chiếc xe máy sẽ đạt tốc độ hơn cả c? Để giải quyết cho nghịch lý này, mọi người đồng ý với nhau rằng tốc độ của chiếc xe máy sẽ phải cực-kỳ-chậm sao cho vận tốc của nó không thể vượt qua được c. Điều tương tự cũng xảy ra với thời gian trôi trên con tàu chạy gần bằng tốc độ ánh sáng ấy.

Năm 1915, trong Thuyết tương đối tổng quát, Einstein lần đầu hình tượng hóa được mối quan hệ giữa các hành tinh với nhau. Trước đó, nhờ Newton, chúng ta biết rằng vạn vật hấp dẫn lẫn nhau, nhưng mối quan hệ thực sự giữa Mặt Trời là Trái Đất là gì, và dựa trên đâu? Vì sao chúng lại… hấp dẫn lẫn nhau?

Trong Thuyết tương đối tổng quát, Einstein cho rằng Mặt Trời đã biến dạng không gian và thời gian, để giữ Trái Đất luôn ở khoảng cách cố định. Nói một cách chính xác hơn, khối lượng của Mặt Trời tạo ra lực hấp dẫn, lực này đã bóp méo không gian và thời gian xung quanh nó để giữ các hành tinh khác trôi trong quỹ đạo của không gian ấy.

Vì lực hấp dẫn có thể bóp méo không gian, thời gian, nên những nơi có lực hấp dẫn lớn (như hành tinh nước trong Interstellar), thời gian-không gian sẽ bị bẻ cong nặng nề hơn và thời gian sẽ trôi qua chậm hơn so với những nơi có lực hấp dẫn nhỏ hơn.

Tưởng tượng một cách đơn giản, bề mặt không gian-thời gian như một màng bọc thực phẩm, đặt trái táo lên trên sẽ khiến bề mặt màng bọc bị trũng xuống, khi đó, những trái nho được đặt lên sẽ lăn về phía trái táo. Điều thú vị nằm ở đây: khi đặt trái dưa hấu nặng gấp 5 lần trái táo lên trên màng bọc, không gian-thời gian càng trũng xuống nhiều hơn do đó trái nho sẽ phải đi một quãng đường xa hơn để đến được chỗ trái dưa (giả sử trái dưa nặng hơn nhưng bằng kích thước trái táo).

[Giải đáp nhanh – Vì sao Trái Đất không bị hút vào Mặt Trời như táo và nho: Vì những thứ bị hút, thực ra đã… bị hút rồi. Trái Đất hay các hành tinh khác vốn đã ở khoảng cách an toàn và vẫn đang bay thẳng theo quán tính như bất kỳ vật thể nào khác, nhưng trong một không gian bị bẻ cong bởi lực hấp dẫn được tạo ra bởi Mặt Trời, nên ra quỹ đạo như chúng ta đang thấy như ngày nay].

[Cũng theo Thuyết tương đối rộng, cả không gian lẫn thời gian đều được sinh ra kể từ sau vụ nổ Big Bang. Trước Big Bang, không có cả không gian lẫn thời gian. Nếu bạn thắc mắc rằng “thế nó có gì”, nghĩa rằng bạn chưa hiểu về thế giới. Thời gian, hay không gian trong vật lý là một khái niệm vật lý và khái niệm này đơn giản không tồn tại trước Big Bang. Cũng như khi đứng ở cực Bắc, không còn bất kỳ khái niệm “hướng Bắc” nữa, thay vào đó mọi hướng lúc này đều là hướng Nam].

Mọi thứ trở nên hấp dẫn hơn nữa kể từ sau khi cơ học lượng tử ra đời. Trong thế giới lượng tử, thời gian là một đại lượng tuyệt đối và điều này trực tiếp mâu thuẫn với khái niệm thời gian có thể bị bẻ cong và uốn nắn trong thuyết tương đối động. Thậm chí, cơ học lượng tử cũng tồn tại nhiều công thức về lực hấp dẫn nhưng không cần tham chiếu bất kỳ đại lượng thời gian nào. Từ đó, dẫn đến câu hỏi rằng liệu thời gian có thực sự tồn tại hay không?

Carlo Rovelli, nhà vật lý lý thuyết, cho rằng nhận thức về thời gian của chúng ta không thực tế. “Nó” đã biến đổi liên tục từ trước thời Newton, và đến nay là sau thời của Einstein, đến mức ta không thực sự hiểu “nó” chính xác là gì và liệu nó còn có còn tiếp tục biến đổi hay không. Cho đến nay, chưa có bất kỳ nhà vật lý nào định nghĩa rõ ràng thế nào là “hiện tại”, “quá khứ” hay “tương lai”. Chính Einstein cũng chỉ xem thời gian như một hệ trục thứ 4 để tham chiếu, nghĩa rằng bản thân thời gian không thể phức tạp hơn không gian để có những tính chất như “quá khứ”, “hiện tại” hay “tương lai.

Rovelli đưa ra một giả thuyết tham vọng hơn: thời gian không tồn tại trong vật lý. Ông cho rằng sự tồn tại của thời gian cho đến nay chỉ dựa trên nhận thức của chúng ta và những ghi chép mâu thuẫn lẫn nhau bởi Newton, Einstein hay Schrodinger. Vậy, thời gian tồn tại như một sự… thiếu hiểu biết. Cứ sau vài trăm năm, người ta lại nói về nó như một thứ gì đó ngày càng xa lạ.

Theo Rovelli, vũ trụ này tuân theo quy luật của nhiệt động lực học và cơ học lượng tử. Qua đó, dòng thời gian thực chất chính là chiều tăng tiến của entropy. Cụ thể hơn, một cơn bão không phải một sự kiện bao gồm các thông số về không gian, thời gian như chúng ta vẫn nghĩ. Đó thực chất chỉ là tập hợp các lần xuất hiện của các hạt vật chất đã kiến tạo nên sự kiện ấy. Mô tả này trùng khớp với bản chất của thế giới (được cấu tạo từ các hạt cơ bản), và khi đã nói đến bản chất, nó phải bao hàm cả sự kiện thay vì chỉ vật thể bên trong thế giới ấy.

Nói cách khác, Rovelli đưa ra ý tưởng rằng thế giới này giống bộ phim hoạt hình được tạo nên bởi các hạt cơ bản, diễn ra theo đúng chiều entropy. Chúng ta thấy các sự kiện diễn ra theo chiều tịnh tiến của thời gian chẳng qua vì giới hạn về mặt nhận thức, còn thực chất đó chỉ là tập hợp liên tục vị trí của các hạt.

Tất nhiên, đến nay đây cũng chỉ là ý tưởng của Carlo Rovelli.

3. Tái định hình hiểu biết về thời gian?
Những thành tựu liên quan đến thời gian trong 200 năm qua đã dần đập tan gần như toàn bộ lầm tưởng của chúng ta về thời gian từ cách đây hàng chục nghìn năm.

Chúng ta nghĩ về thời gian như một thứ gì đó cơ bản và đơn giản, chảy một cách thống nhất trong toàn cõi vũ trụ, không thể đảo ngược. Chúng ta nghĩ rằng quá khứ sẽ được lưu giữ nguyên vẹn kể từ sau khi nó đã diễn ra, trong khi tương lai mênh mông đầy ẩn số không thể với tới.

Nhưng kiến thức vật lý cho thấy thời gian bị uốn cong, bóp méo và ý tưởng về chuyện du hành đến cả quá khứ lẫn tương lai đều đã tồn tại trên lý thuyết thông qua lỗ đen hay lỗ sâu. Thậm chí cơ học lượng tử còn mở đường cho sự phát triển của hàng loạt ý tưởng cho thấy thế giới chúng ta đang sống thực chất trơ trọi, chẳng tồn tại bất kỳ thứ gì gọi là thời gian cả.

Liệu, sau một thời gian dài (thật trớ trêu khi phải dùng cụm từ ấy) sống trong thế giới tưởng chừng như luôn ngập tràn thời gian, chúng ta có phải trải qua cảm giác bàng hoàng khi nhận đó là thứ chưa từng tồn tại?

Hãy kiên nhẫn, thời gian sẽ trả lời cho câu hỏi trên.

Tạp chí Đàn ông Menback

Nguồn: MonsterBox


-----