Những Nguyên Lý Cơ Bản để Chế Tạo Một Cỗ Máy Vượt Thời Gian

Chỉ còn chờ thời gian trước khi con người chế tạo được một cỗ máy “bay ngược” trở về quá khứ hay “bay xuôi” theo thời gian vào tương lai bởi vì mọi yếu tố tri thức cần thiết đã hội tụ đủ! Nếu bạn muốn viếng thăm trái đất vào năm 3000, chỉ cần đi trên một con tàu không gian có tốc độ bay 299.999, 995km/giây!

Tháng 9.2015, phi hành gia Gennady Padalka trở về trái đất lần cuối cùng. Anh vừa hoàn thành nhiệm vụ lần thứ 6 trong không gian và đạt kỷ lục thế giới về thời gian sống lâu nhất trên quỹ đạo trái đất với 879 ngày! Bởi vì anh trải qua 2 năm rưỡi sống trên một hành tinh nhỏ quay ở tốc độ cao nên cũng trở thành nhà du hành vượt thời gian đầu tiên, trong thực tế trải nghiệm lý thuyết Tương đối rộng của Albert Einstein. Giáo sư Richard Gott, nhà vật lý học tại Đại học Princeton và là tác giả quyển Du hành thời gian trong vũ trụ của Einstein (2001) giải thích: “Khi Pakalda trở về trái đất sau chuyến du hành, anh ta nhìn thấy trái đất trôi vào tương lai trong 1/44 giây so với dự tính của mình! Anh ta thực sự đã đi vào tương lai. Trong lúc Pakalda trẻ hơn một chút xíu nếu sống trên trái đất, không phải là điều khó hiểu, dù sao nó cũng làm cho anh trở thành nhà vô dịch du hành thời gian hiện đại”.

Dù không phải là cỗ máy DeLorean chạy bằng plutonium như trong phim Hollywood, du hành thời gian cũng không còn là chuyện khoa học viễn tưởng nữa. Các nhà thiên văn vật lý học thực sự như Gott chắc chắn biết rõ làm cách nào để có thể tạo ra một cỗ máy vượt thời gian, và một chuyến đi trong quỹ đạo với tốc độ nhanh hơn Pakalda chính là yếu tố cơ bản.

Cuộc chạy đua phá kỷ lục tốc độ

Cho đến thế kỷ 20, người ta vẫn tin thời gian là hoàn toàn bất biến, và du hành thời gian là điều bất khả tuyệt đối. Trong những năm 1860, Isaac Newton quả quyết thời gian trôi với tốc độ đều trong vũ trụ, bất chấp lực bên ngoài và vị trí. Trong suốt 200 năm, thế giới khoa học bị khuất phục dưới lý thuyết của Newton. Cho đến khi chàng trai 26 tuổi Albert Einstein xuất hiện!

Năm 1905, Einstein đưa ra thuyết tương đối lần đầu tiên, với chiếc khung là thuyết Tương đối rộng 10 năm sau đó. Tính toán xác định vũ trụ của Einstein đã đưa vào một số vấn đề, và những khái niệm liên quan đến thời gian. Điều quan trọng nhất là thời gian đàn hồi và lệ thuộc vào tốc độ. Nó sẽ chậm lại hay nhanh hơn tùy theo chuyển động của đồ vật hay con người.

Năm 1971, 4 chiếc đồng hồ nguyên tử chạy bằng tia phóng xạ cesium bay quanh trái đất, và được so sánh với cái nằm tại chỗ, đã xác định được mức độ chênh lệch thời gian, chứng minh dự đoán của Einstein là chính xác! Một kỹ thuật khác được giấu kín trong chiếc smartphone của bạn cũng xác minh lý thuyết của nhà bác học vĩ đại này. Nhà thiên văn vật lý Ron Mallet, tác giả quyển Nhà du hành thời gian, nói: “Một nhiệm vụ cá nhân của nhà khoa học để biến du hành thời gian thành hiện thực cho biết: “Không có thuyết tương đối rộng của Einstein, hệ thống định vị GPS của chúng ta không vận hành được. Nó cũng chứng minh lý thuyết của ông là hoàn toàn đúng”.

• Xem thêm: 2.000 năm truy tìm một chất liệu không hề có trong vũ trụ: Aéther

Nhưng ngoài dự đoán thời gian biến đổi được, Einstein còn tính toán ra tốc độ ánh sáng. Với tốc độ 300.000 km/giây, ông gọi đó là “giới hạn tốc độ cuối cùng” và là hằng số vũ trụ, bất kể khi ngồi trên một chiếc ghế hay bên trong một tên lửa du hành trong không gian. Ông còn nói hấp lực làm cho thời gian chậm lại, nghĩa là hấp lực càng yếu như khoảng không giữa các thiên thể như mặt trời, sao Mộc, trái đất càng làm cho thời gian trôi nhanh hơn.

Một thế kỷ sau, tất cả những điều trong lý thuyết này đã tạo ra nền tảng cho ngành thiên văn vật lý học, và Einstein đã chứng minh du hành thời gian là khả dĩ.

Cỗ máy thời gian hạ nguyên tử

Thực ra, du hành thời gian không chỉ khả thi mà đã từng xảy ra rồi, và chẳng có gì giống với phim khoa học viễn tưởng. Trở lại chuyện phi hành gia Padalka du hành thời gian. 1/44 giây đi vào tương lai của anh là quá nhỏ bởi vì tốc độ di chuyển của Trạm Không gian quốc tế ISS chỉ có 27.200km/giờ. Nó quá chậm so với tốc độ 300.000km/giây của ánh sáng. Nhưng điều gì xảy nếu chúng ta chế tạo được một cái gì đó nhanh hơn quỹ đạo địa tĩnh? Chúng ta không nói đến máy bay phản lực thương mại (vận tốc 880-1.000km/giờ) hay tên lửa bay đến Trạm ISS trong thế kỷ 21 (40.000km/giờ) mà là một cái gì đó gần đến mức 300.000km/giây?

Giáo sư Mallet quả quyết: “Ở mức độ hạ-nguyên tử, chuyện này đã có rồi. Điển hình là Máy gia tốc hạt Hadron Lớn. Ở đó các hạt hạ-nguyên tử thường xuyên đi vào tương lai! Máy gia tốc hạt có khả năng đẩy các hạt proton lên đến mức 99,999999% tốc độ ánh sáng. Tốc độ mà thời gian bị chậm lại đến… 6.900 lần so với thời gian trên trái đất! Vậy thì chúng ta đã đưa các hạt tí hon đi vào tương lai từ lâu, đã hơn 10 năm qua rồi! Nhưng với con người lại là một chuyện khác”.

Gott nói chúng ta đã đưa các hạt tí hon lên tốc độ gần bằng ánh sáng một cách thường xuyên, thì trên lý thuyết đưa con người đi vào tương lai là chuyện rất đơn giản: “Nếu bạn muốn viếng thăm trái đất vào năm 3000, chỉ cần có một con tàu không gian đi với tốc tộ 99,995% tốc độ ánh sáng!”.

• Xem thêm: Bí mật sự cuốn hút vượt thời đại của Albert Einstein

Hãy xem một người ngồi trên phi thuyền đi đến một hành tinh nhỏ cách xa trái đất 500 năm ánh sáng (chẳng hạn như hành tinh Képler 186f) bay với tốc độ bằng 99,995% ánh sáng, thì phải mất 500 năm mới đến được nơi đó. Sau khi ăn uống vội vàng và tắm rửa qua loa, anh ta phải quay trở lại trái đất ngay. Cũng phải mất thêm 500 năm nữa. Tất cả là 1.000 năm. Lúc trở về đến nơi, thời điểm đã là năm 3020.

Bởi vì anh ta bay quá nhanh, thời gian co giãn khác với 1.000 năm diễn ra trên mặt đất bởi vì chiếc đồng hồ bên trong cơ thể đã bị chậm lại. Gott nói: “Chiếc đồng hồ của anh ta chậm lại chỉ còn bằng 1/100 chiếc đồng hồ trái đất. Vì thế, anh ta chỉ già đi khoảng 10 năm. Cái mà người bình thường mất 1.000 năm, anh ta chỉ trải qua có 10 năm. Nếu người trái đất quan sát hắn qua cửa sổ, sẽ nhìn thấy hắn ăn sáng trên phi thuyền rất chậm… Nhưng với anh ta đó chỉ là chuyện bình thường!”.

Nhưng có một hố sâu rất lớn giữa lý thuyết với thực tế. Làm sao có thể vượt qua được thách thức kỹ thuật kinh hoàng để tạo ra một cỗ máy vượt thời gian?

Tương lai du hành thời gian không quá xa của con người

Chế tạo một con tàu du hành thời gian vào lúc này là tốt nhất, nhưng trở ngại kỹ thuật rất kinh khủng, ít nhất là cho đến hiện nay. Lý do là không thể nào đạt được tốc độ ánh sáng. Con tàu nhanh nhất cho đến lúc này là chiếc Thăm dò Mặt trời Parker (Parker Solar Prober) sẽ phóng đi trong mùa hè năm tới chỉ có tốc độ bằng 0,00067% ánh sáng! Cũng phải có một năng lượng khổng lồ để cung cấp cho một tốc độ như thế. Gott gợi ý: “Nhiên liệu đối-vật chất có hiệu suất rất cao là chìa khóa của vấn đề, và nhiều nhà khoa học cũng đồng ý nó sẽ là nguồn tài nguyên vô giá cho những cuộc thám hiểm không gian tương lai”.

Nhưng để bảo đảm an toàn cho con người trong một cuộc hành trình như thế là hết sức gay go. Trước tiên, con tàu phải mang theo đầy đủ những điều thiết yếu như thức ăn, nước uống, thuốc men và khả năng tự túc trong suốt cuộc hành trình. Rồi đến vấn đề gia tốc. Muốn bảo đảm con tàu không bị vỡ tan tành vì trọng lượng quá lớn, nó phải tăng tốc độ từ từ và vững chắc. Khi gia tốc tăng lên 1g trong một thời gian dài, muốn đạt vận tốc ánh sáng lại phải càng dài hơn nữa, khiến cho thời gian du hành kéo dài hơn nữa và phải giảm thiểu đối đa thời gian tương lai muốn đến.

Chẳng hạn đi đến một hành tinh cách trái đất 500 năm ánh sáng, Gott tiên đoán, muốn tăng gia tốc từ 1g lên tốc độ ánh sáng phải cần đến… 24 năm. Nhưng bạn vẫn có thể đến trái đất vào năm 3000. Muốn tạo ra một con tàu không gian có những đặc tính như thế, phải mất nhiều thời gian, tài nguyên và tiền bạc. Nhưng những thí nghiệm đầy tham vọng khác cũng giống như thế như quan sát sóng hấp lực hay xây lò tăng gia tốc hạt Hadron Lớn. Cỗ máy du hành thời gian có thể sẽ là một đại dự án trong thời gian sắp tới.

Rắc rối khi đi ngược thời gian

Nhưng có một cảnh báo lớn cho chiếc máy du hành thời gian này là nó không thể trở về quá khứ được! Trong khi Bill và Ted có thể trở về thời cổ đại để cứu Socrates khỏi bị kết án tử hình một cách tương đối dễ dàng, trong thực tế các nhà khoa học và nghiên cứu phải tìm cách “lách luật” vật lý để quay về quá khứ.

Lỗ sâu, lỗ đen, sơi dây vũ trụ và tia sáng xoay vòng là những giải pháp được đề xuất để quay trở về quá khứ. Thách thức thức chính mà các nhà thiên văn vật lý đang phải “vật lộn” để làm sao dồn tia sáng thành một điểm trong không-thời gian để đi ngược về quá khứ. Bởi vì tốc độ ánh sáng là tối đa tuyệt đối, các nhà vật lý học đang tập trung tìm kiếm các hiện tượng như lổ sâu (lỗ con sâu đục trong quả táo), có thể cung cấp một đường hầm đi tắt để chui qua độ cong của không-thời gian và ép tia sáng thành một điểm! Trong khi lỗ sâu là có thật trong thuyết Tương đối của Einstein, nó vẫn chưa được nhìn thấy trong vũ trụ, và các nhà khoa học chưa có chứng cớ cụ thể về hoạt động của lối đi tắt thiên hà này.

• Xem thêm: Nấc thang mới của nhân loại: 100 năm ánh sáng bị lệch trên trời

Vì thế, trong lúc du hành về quá khứ còn lắm nhiêu khê, các nhà khoa học thích dẫn dụ người ta phiêu lưu về tương lai hơn. Nhưng mặc dù khó khăn vẫn còn trùng trùng – về kỹ thuật cũng như tài chánh – Mallet vẫn tin một xã hội đi vào tương lai là khả dĩ. Ông nói: “Điều gì xảy ra khi thám hiểm mặt trăng, chúng tôi cũng muốn xảy ra ở đây, Tổng thống Kennedy đã từng hỏi như thế. Và sẽ có tiền để làm chuyện đó trong 10 năm sắp tới. Kỹ thuật không còn xa xôi lắm. Nếu Chính phủ và người dân đóng thuế muốn chi tiền, chúng ta có thể làm trong vòng 20 năm sắp tới”.

Bây giờ những người muốn du hành thời gian có thể xem phim cho đỡ ghiền với những bộ phim khoa học viễn tưởng ngày càng chính xác hơn. Mallet nói tiếp: “Một bộ phim căn bản nhất là Hành tinh khỉ. Các phi hành gia nghĩ mình đáp xuống một hành tinh khác do loài khỉ thống trị. Nhưng không thể ngờ rằng, vì họ đi với tốc độ quá nhanh nên đã đáp xuống… tương lai của trái đất! Bộ phim này mô tả chính xác những nét đặc trưng thuyết tương đối của Einstein.

Ôi thôi, hỏng bét rồi!

Từ khoá: du hành thời gianEinsteinkhoa học viễn tưởngKTNN 1092năng lượng nguyên tửquá khứthuyết tương đốivũ trụ