Phát hiện 'chấn động': Thời gian có thể chảy ngược hoặc không tồn tại?

Từ thuở khai thiên lập địa, con người luôn mặc định rằng thời gian là một dòng chảy bất biến và tuyến tính, nơi tương lai không ngừng tiến đến, hiện tại chỉ là khoảnh khắc thoáng qua, còn quá khứ thì vĩnh viễn lùi sâu vào hư không.

Thế nhưng, khi soi rọi thế giới qua lăng kính của các phương trình vật lý thực nghiệm cơ bản, một nghịch lý lớn đã xuất hiện: Hầu như không tồn tại bất kỳ ranh giới rõ rệt nào giữa khái niệm "trước" và "sau".

Chẳng hạn, một cuốn phim ghi lại cảnh con lắc dao động hay các hành tinh vận hành quanh quỹ đạo khi được phát ngược vẫn hoàn toàn chuẩn xác và tuân thủ nghiêm ngặt các quy luật tự nhiên.

Sự đối xứng thời gian hoàn hảo này trong cả thế giới vi mô và vĩ mô đã đặt ra một câu hỏi hóc búa cho giới khoa học: Cảm giác về một chiều thời gian duy nhất mà chúng ta đang trải nghiệm từng giây từng phút thực chất bắt nguồn từ đâu?

Qua các phương trình vật lý thực nghiệm cơ bản, một nghịch lý lớn đã xuất hiện: Hầu như không tồn tại bất kỳ ranh giới rõ rệt nào giữa khái niệm "trước" và "sau". Ảnh minh họa: Shutterstock

Để giải mã bí ẩn trên, nhiều nhà nghiên cứu đã hướng tầm mắt về phía lực hấp dẫn như một "kiến trúc sư" trưởng định hình nên mũi tên thời gian. Điển hình vào năm 2014, nhà vật lý Julian Barbour cùng các cộng sự đã công bố một nghiên cứu mang tính đột phá dựa trên nền tảng lý thuyết Động học Hình thái (Shape Dynamics).

Bằng việc mô phỏng một hệ thống gồm các hạt ngẫu nhiên chỉ tương tác độc nhất thông qua lực hấp dẫn, họ phát hiện mức độ phức tạp của hệ thống này luôn tăng tiến theo một chiều không thể đảo ngược.

Chính xu hướng tiến hóa từ đơn giản đến tinh vi, cấu trúc hóa ngày càng cao này đã tạo ra một định hướng rõ ràng cho dòng chảy của thời gian. Ý tưởng này phần nào gợi nhắc đến phim khoa học viễn tưởng nổi tiếng Interstellar, nơi lực hấp dẫn cực đoan đã làm biến dạng thời gian một cách sâu sắc.

Dẫu vậy, mô hình Shape Dynamics vẫn bị xem là một bức tranh đơn giản hóa quá mức, bởi nó mới chỉ xem xét một lực duy nhất trong khi vũ trụ thực tại được vận hành bởi 4 lực tương tác cơ bản cùng vô số chủng loại hạt khác nhau.

Ý tưởng về thuyết Động học Hình thái phần nào gợi nhắc đến phim khoa học viễn tưởng nổi tiếng Interstellar. Ảnh: Melinda Sue Gordon/Paramount

Ở một góc nhìn hoàn toàn độc lập, cơ học lượng tử lại mở ra một lối đi mới đầy kinh ngạc thông qua việc nghiên cứu các hệ lượng tử mở. Nhóm chuyên gia tại Đại học Surrey (Anh) đã dành hơn 2 năm để phân tích sâu sắc các hệ thống liên tục trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh.

Phương trình toán học độc đáo do họ xây dựng đã chỉ ra một viễn cảnh bất ngờ. Qua đó, không phải 1, mà có tới 2 mũi tên thời gian đồng thời xuất hiện và lao đi theo 2 hướng hoàn toàn đối nghịch nhau.

Điều đặc biệt là dù thời gian vận động theo chiều nào, entropy - đại lượng đo lường sự hỗn loạn - vẫn không ngừng gia tăng. Giống như một ly bia đã đổ tràn ra sàn nhà sẽ không bao giờ có thể tự động thu hồi lại vào ly, sự hỗn loạn luôn là kẻ chiến thắng cuối cùng bất kể mũi tên thời gian đang hướng về đâu.

Sự đối xứng hoàn mỹ này dẫn đến một giả thuyết táo bạo rằng ngay tại thời điểm vụ nổ Big Bang diễn ra, vũ trụ có thể đã phân tách thành 2 thế giới song song chuyển động ngược chiều nhau về mặt thời gian.

Không dừng lại ở đó, ranh giới của trí tuệ nhân loại tiếp tục được mở rộng với giả thuyết cho rằng thời gian có thể sở hữu tới 3 chiều kích khác nhau. Theo thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein, không một vật thể có khối lượng nào có thể tăng tốc để vượt qua ranh giới của tốc độ ánh sáng.

Một giả thuyết táo bạo từng cho rằng ngay tại thời điểm vụ nổ Big Bang diễn ra, vũ trụ có thể đã phân tách thành hai thế giới song song chuyển động ngược chiều nhau về mặt thời gian. Hình minh họa: KELLEPICS/Pixabay

Tuy nhiên, nếu giả sử có những hạt ngay từ khi sinh ra đã chuyển động nhanh hơn ánh sáng - được gọi là tachyon - thì một sự đảo ngược ngoạn mục giữa không gian và thời gian sẽ xảy ra.

Nghiên cứu vào năm 2022 của các nhà khoa học thuộc Đại học Warsaw (Ba Lan) và Đại học Oxford (Anh) đã chứng minh rằng, đối với một quan sát viên di chuyển ở vận tốc siêu ánh sáng, không gian sẽ co hẹp lại chỉ còn 1 chiều duy nhất, trong khi thời gian lại giãn nở thành 3 chiều kích độc lập. Khi đó, các vật thể có thể dịch chuyển đồng thời trên nhiều quỹ đạo thời gian khác nhau, tương tự như cách các hạt lượng tử được mô tả dưới dạng sóng xác suất.

Dù hạt tachyon vẫn chỉ nằm trên lý thuyết và khái niệm này xung đột mạnh mẽ với nguyên lý nhân quả truyền thống, nó vẫn mang lại một cách tiếp cận mang tính cách mạng về mối liên hệ không-thời gian ở những vùng không gian cực đoan nhất của vũ trụ.

Cuối cùng, một góc nhìn triệt để và mang tính triết học vật lý cao nhất khẳng định thời gian, xét ở cấp độ nền tảng nhất, đơn giản là không hề tồn tại.

Trong nỗ lực vĩ đại nhằm hợp nhất thuyết tương đối tổng quát với cơ học lượng tử, phương trình Wheeler-DeWitt ra đời năm 1967 đã khiến giới khoa học sửng sốt khi biến biến số thời gian hoàn toàn biến mất khỏi các phép tính.

Một góc nhìn triệt để và mang tính triết học vật lý cao nhất khẳng định rằng thời gian, xét ở cấp độ nền tảng nhất, đơn giản là không hề tồn tại. Hình minh họa: The Swaddle

Nhà vật lý lý thuyết Carlo Rovelli lập luận rằng thời gian không phải là một thuộc tính căn bản của vũ trụ, mà chỉ là một đặc tính "trồi lên" (emergent property) ở quy mô vĩ mô mà con người có thể quan sát, tương tự như cách nhiệt lượng được sinh ra từ sự ma sát.

Vũ trụ ở bản chất sâu xa nhất là một thực thể phi thời gian, nơi các động lực học thực chất phát sinh từ hiện tượng vướng víu lượng tử giữa hệ thống và một vật thể đóng vai trò như "chiếc đồng hồ". Ở trạng thái này, quá khứ, hiện tại và tương lai cùng đồng thời hiện hữu, và khoảnh khắc "hiện tại" không hề nắm giữ một vị trí đặc quyền nào so với các khoảng thời gian khác.

Thậm chí, ý tưởng về việc du hành thời gian cũng hoàn toàn tương thích với hệ quy chiếu này, cho dù người lữ hành sẽ chẳng thể giữ lại bất kỳ ký ức hay bằng chứng nào để chứng minh cho chuyến đi của mình.

Tựu trung lại, tất cả những giả thuyết mang tính cách mạng kể trên - từ những lý thuyết đã có tuổi đời hàng thập kỷ cho đến những nghiên cứu mới mẻ chỉ vừa xuất hiện vài năm gần đây - vẫn đang được cộng đồng khoa học quốc tế không ngừng mổ xẻ, tranh luận và hoàn thiện. Chúng có thể chưa phải là câu trả lời cuối cùng cho thực tại, nhưng chắc chắn là những ngọn hải đăng soi đường giúp nhân loại thấu hiểu sâu sắc hơn về bản chất của thời gian.

Dù có đang trôi ngược, phân tách thành hai ngả đường đối nghịch hay chỉ là một ảo ảnh trồi lên từ thế giới lượng tử, những ẩn số về thời gian vẫn luôn là nguồn cảm hứng vô tận, thôi thúc con người tiếp tục hành trình giải mã những bí ẩn sâu thẳm nhất của tạo hóa.