Vào năm 2002, nhà vật lý Antoin Suarez (Thụy Sĩ) đã thực hiện thí nghiệm “loại bỏ thời gian” nổi tiếng. Ý tưởng của thí nghiệm khá đơn giản: Nhà khoa học chiếu tia laser vào tinh thể và nhận được một chùm các cặp photon quang tử “song sinh” (xuất hiện cùng một lúc).
Những cặp photon này sau đó được tách ra, chuyển động độc lập với nhau theo dây quang dẫn đến 2 chiếc gương. Đó là 2 chiếc gương đặc biệt, nửa trong suốt. Việc từng photon đơn lẻ đi qua gương hay bị phản xạ lại là ngẫu nhiên.
Tuy nhiên, cặp photon “song sinh” trong phòng thí nghiệm, bằng một cách bí ẩn nào đó, vẫn luôn liên quan đến nhau. Hoặc là cả hai đồng thời bị phản xạ lại, hoặc là cả hai cùng đi qua gương. Hành động đó diễn ra trong cùng một thời gian và vấn đề gây kinh ngạc ở đây là hai chiếc gương có thể được đặt cách xa nhau nhiều kilomet!
Từ đâu mà một photon biết được “người anh em song sinh” của nó làm gì? Cặp photon “song sinh” phải vượt qua được khoảng cách giữa chúng, mà điều đó đòi hỏi thời gian. Photon phải chờ đợi để photon kia “thông báo” về việc nó đang làm gì.
Nhưng trong thực tế không phải vậy. Cả 2 photon đồng thời đưa ra cùng một quyết định, luôn luôn trong cùng một khoảnh khắc thời gian. Theo Suarez, ở đây chỉ có cách giải thích duy nhất: Trong thế giới lượng tử, nơi các photon chuyển động, không có thời gian, không có “trước đây” và cũng không có “sau này”. Thời gian đơn giản là không tồn tại!
 |
Vấn đề thời gian khiến các nhà khoa học ngạc nhiên
Trong thế giới lượng tử có nhiều loại hạt khác nhau: Hạt quark, điện tử, photon. Từ những hạt này hình thành nên nguyên tử, các thành phần của vũ trụ và cả chính chúng ta. Đó là một trong những cách miêu tả về vũ trụ.
Thế nhưng không có thời gian trong thế giới lượng tử nghĩa là thế nào? Nói chung, thời gian có tồn tại hay không? Tất nhiên là chúng ta cảm thấy thời gian đang trôi.
“Tuy nhiên, cái mà chúng ta thừa nhận là sự trôi của thời gian, chẳng qua là ảo giác – nhà vật lý người Anh Julian Barbour cho biết – Để khẳng định rằng thời gian trôi, cần phải luôn quan sát chuyển động hoặc sự thay đổi. Thời gian chỉ là cách mà bộ não giải nghĩa sự thay đổi; còn vũ trụ thì như một dạng phim ảnh”.
Một cuốn phim bao gồm những cảnh tĩnh. Giống như trong rạp chiếu phim, sự tiến triển các bức ảnh tĩnh tạo cảm giác về chuyển động, trong vũ trụ cũng xuất hiện cảm giác về thời gian.
Thậm chí nếu như Suarezi có lý, thì hiện tượng thời gian vẫn luôn là một trong những câu đố lớn nhất của khoa học. Mặc dù chúng ta nghĩ rằng dường như tất cả các câu hỏi liên quan đến thời gian đã được trả lời bởi hai thiên tài là Isaac Newton và Albert Einstein.
Đối với Newton, thời gian là lý do cho sự hiện diện khắp nơi của Chúa trời. Ông rút ra kết luận ấy từ giả thiết rằng thời gian là như nhau trong toàn vũ trụ và trôi đi như nhau ở mọi nơi. Cũng giống như
Aristoteles, ông tin vào sự tồn tại của thời gian tuyệt đối, hoàn toàn tách biệt và không phụ thuộc vào không gian. Do vậy, theo thuyết của Newton, du hành theo thời gian là bất khả thi.
 |
Có thể du hành theo thời gian thậm chí bằng… máy bay
Cuối cùng, các nhà vật lý cũng thấy rằng thời gian không phải là khái niệm đơn giản. Sự giải thích của Newton có nhiều lỗi. Một trong những lỗi đó đã khiến
Einstein “đứng ngồi không yên”. Chúng ta hãy hình dung hai chiếc đồng hồ hoàn hảo đặt tại 2 điểm cách xa nhau. Cả hai lẽ ra phải đo cùng một thời gian như nhau.
Vấn đề của Einstein là khi chúng ta đứng cạnh một chiếc đồng hồ và quan sát chiếc thứ hai (ở đủ xa), chẳng hạn qua kính viễn vọng, chúng ta có cảm giác rằng hai đồng hồ chỉ cùng một giờ. Nhưng điều đó không đúng bởi ánh sáng cần một ít thời gian để mang thông tin từ đồng hồ ở xa tới mắt người quan sát.
Einstein biết rõ rằng, thời gian và không gian có ràng buộc với nhau. Ông gợi ý rằng chúng ta đang sống trong không - thời gian; đó là một thứ rất khó tưởng tượng, tương tự như một tấm thảm 4 chiều dệt từ 3 chiều không gian và 1 chiều thời gian.
Phát hiện của Einstein mở ra những khả năng khác thường: Nếu chúng ta thay đổi không gian, chúng ta cũng có thể can thiệp vào dòng chảy thời gian.
Vào năm 1971, các nhà vật lý đã khẳng định quan điểm này bằng thí nghiệm với một vài chiếc đồng hồ điện tử rất chính xác. Tất cả đồng hồ đều chỉ cùng một giờ, nhưng sau đó họ đặt chúng lên khoang các máy bay phản lực bay vòng quanh thế giới: Hai chiếc bay về phía Tây và hai chiếc bay về phía Đông.
Những chiếc đồng hồ di chuyển về phía Đông chỉ thời gian muộn hơn 59 nano giây so với thiết bị kiểm tra trên mặt đất. Những chiếc đồng hồ di chuyển về phía Tây chỉ thời gian sớm hơn cũng 59 nano giây.
Từ các công trình nghiên cứu của Einstein, chúng ta biết rằng các vật thể có khối lượng lớn làm biến đổi không - thời gian, chẳng hạn ngôi sao tạo ra vùng lõm đặc trưng trong “tấm thảm” đã nói ở trên.
Thời gian cũng không phải là không suy suyển. Có thể thấy điều đó trong trường hợp lỗ đen (black hole). Các lỗ đen rất nhỏ và đặc biệt nặng – vì thế chúng gây ra vùng lõm sâu trong không - thời gian. Tại chân trời sự kiện của lỗ đen, thời gian được cho là ngừng lại đối với người quan sát.
Chiều kích bổ sung cứu quan niệm về thời gian?
Cùng với thời gian, các nhà vật lý mở rộng mô hình Einstein. Để thay đổi các đặc tính của các hạt cơ bản, họ buộc phải bổ sung các chiều không gian mới vào mô hình lý thuyết của mình (Hiện nay, tùy theo các quan điểm khác nhau, số chiều không gian bổ sung có thể là 10 hoặc 11).
Riêng đối với trường hợp thời gian, các nhà vật lý dường như lãng quên. Tuy nhiên bây giờ tình hình đã khác: Nhà vật lý Itzhak Bars (Mỹ) đã đề xuất mô hình vũ trụ mới. Mô hình có 6 chiều trong đó có 4 chiều không gian (một chiều trong số đó rất nhỏ) và 2 chiều thời gian (một chiều thời gian bình thường và một chiều gọi là hyper).
Bằng các biến đổi toán học, Bars đã liên kết tất cả các chiều không gian “thừa” vào một chiều. Điều này xảy ra chỉ khi ta công nhận thêm một chiều thời gian nữa trong mô hình. Vũ trụ 4 chiều mà chúng ta cảm nhận được bằng các giác quan, chỉ là hình chiếu của một thực tại 6 chiều.
“Tương tự như bóng của bàn tay chiếu lên tường là hình phẳng 2 chiều” – Bars nói. Chiều kích thời gian tạm thời, ít nhất là trong lý thuyết, cho phép du hành theo thời gian. Nếu như thời gian không là một chiều như đường thẳng mà là 2 chiều như tờ giấy, thì sẽ có đủ không gian để hướng vòng thời gian về quá khứ. Bản thân Bars rất thận trọng. Ông cho rằng, chiều kích thời gian thứ hai là quá ngắn cho thực hiện việc này.
“Trong thực tế có chiều thời gian bổ sung và dẫn đến việc đo lường các thay đổi trong thế giới lượng tử” – Bars cho biết. Điều này có thể là rất quan trọng đối với khái niệm thời gian, bởi chúng ta có cơ hội giải thích kết quả thí nghiệm của Suarez (đã nói ở phần đầu bài viết). Chỉ cần tưởng tượng rằng photon lợi dụng chiều thời gian thứ hai để gửi thông tin. Itzhak Bars đã sử dụng vật lý 2 chiều thời gian để dự đoán đặc tính của một số hạt vi mô – thành phần của mô hình siêu đối xứng (SUSY).
Chưa có nhà khoa học nào quan sát được cái gọi là siêu hạt (sparticle) được dự đoán trong mô hình này. Tuy nhiên, nhiều người cho rằng, siêu hạt buộc phải tồn tại. Trong những năm tới, trong khuôn khổ các thí nghiệm tại Máy Gia tốc hạt lớn (LHC) ở Geneva, các nhà khoa học sẽ tiến hành tìm kiếm siêu hạt. Nếu như dự đoán của Itzhak Bars là đúng, sự tồn tại của chiều thời gian thứ hai được chứng minh, thì ông sẽ được coi là Einstein thứ hai – người phát hiện bí mật của thời gian và không gian.
