Tuy nhiên, khi ánh sáng không ở trong môi trường chân không, quy tắc này còn đúng hay không?
Môi trường không chân không
Năm 1676, khi nghiên cứu Mặt trăng Io của sao Mộc chuyển động, nhà thiên văn học Đan Mạch Ole Rømer tính toán rằng ánh sáng truyền đi với tốc độ hữu hạn. Hai năm sau, theo Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Mỹ, New York, Mỹ, dựa trên dữ liệu thu thập bởi Ole, nhà toán học và khoa học người Hà Lan Christiaan Huygens trở thành người đầu tiên cố gắng xác định tốc độ thực tế của ánh sáng.
Ông Huygens đưa ra con số 131.000 dặm mỗi giây (khoảng 211.000 km mỗi giây). Con số này không chính xác theo tiêu chuẩn ngày nay bởi các nhà khoa học đo được tốc độ ánh sáng trong chân không là khoảng 299.792 km mỗi giây. Tuy nhiên, con số của Huygens cũng cho thấy ánh sáng truyền đi với tốc độ đáng kinh ngạc.
Theo Thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein, ánh sáng truyền đi trong chân không nhanh đến mức không có thứ gì trong vũ trụ có khả năng chuyển động nhanh hơn. Còn Jason Cassibry, Phó Giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ tại Trung tâm Nghiên cứu Lực đẩy, Trường Đại học Alabama, Mỹ, khẳng định: “Chúng ta không thể di chuyển trong chân không vũ trụ nhanh hơn ánh sáng”.
Theo bà Claudia de Rham, nhà vật lý lý thuyết tại Trường Đại học Hoàng gia London, về mặt kỹ thuật, tuyên bố “không thứ gì có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng” là không hoàn toàn chính xác, ít nhất là trong môi trường không phải chân không.
Ánh sáng thể hiện những đặc tính giống hạt và giống sóng nên có thể được coi là cả hạt (photon) và sóng. Điều này gọi là lưỡng tính sóng – hạt.
Bà Claudia phân tích, nếu chúng ta coi ánh sáng như một làn sóng thì có nhiều lý do khiến một số sóng có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng trắng, còn gọi là không màu, trong môi trường. Một lý do là khi ánh sáng truyền qua một môi trường, ví dụ như thủy tinh hoặc giọt nước, thì tần số hoặc màu sắc khác nhau của ánh sáng truyền đi với tốc độ khác nhau.
Theo nghiên cứu của Trường Đại học Wisconsin-Madison, ví dụ trực quan rõ ràng nhất về điều này xảy ra ở cầu vồng. Cụ thể, cầu vồng thường có bước sóng màu đỏ dài, nhanh hơn nên ở phía trên và bước sóng màu tím ngắn, chậm hơn ở phía dưới. Tuy nhiên, khi ánh sáng truyền qua chân không, điều này không còn đúng.
Tất cả ánh sáng đều là một loại sóng điện từ và đều có cùng tốc độ trong chân không. Điều này có nghĩa là cả sóng vô tuyến và tia gamma đều có cùng tốc độ.
Vì vậy, theo De Rham, thứ duy nhất có khả năng di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng chính là ánh sáng, nhưng chỉ khi không ở trong chân không vũ trụ. Nhà khoa học lưu ý, bất kể trong môi trường nào, ánh sáng cũng không bao giờ vượt quá tốc độ tối đa là 299.792km mỗi giây.
Bà cho biết: Có những phần của vũ trụ đang giãn nở ra xa khỏi chúng ta với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng vì không – thời gian đang giãn nở. Ví dụ, Kính viễn vọng không gian Hubble gần đây đã phát hiện ra ánh sáng 12,9 tỷ năm tuổi từ ngôi sao Earendel xa xôi. Tuy nhiên, vì vũ trụ đang giãn nở tại mọi thời điểm, Earendel cũng đang di chuyển ra xa khỏi Trái đất kể từ khi hình thành và hiện cách Trái đất tới 28 tỷ năm ánh sáng.
Trong trường hợp này, không – thời gian đang giãn nở nhưng vật chất trong không – thời gian vẫn đang di chuyển trong giới hạn của tốc độ ánh sáng.
Tốc độ của con người
Như vậy, không thứ gì truyền đi nhanh hơn ánh sáng mà chúng ta biết nhưng liệu có ngoại lệ cho con người hay không? Theo các nhà khoa học, việc con người di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng khó có thể xảy ra.
Bà de Rham nhận định, chúng ta có thể hình dung việc truyền tin với tốc độ ánh sáng thông qua các hệ thống ngoài Mặt trời. Nhưng vận chuyển con người với tốc độ ánh sáng thì không thể vì con người không thể tăng tốc bản thân đến mức như vậy.
“Kể cả trong điều kiện lý tưởng, nơi chúng ta có khả năng liên tục tăng tốc bản thân với tốc độ không đổi, bỏ qua việc làm thế nào để có công nghệ giúp con người tăng tốc liên tục, chúng ta cũng không bao giờ thực sự đạt được tốc độ ánh sáng. Chúng ta có thể tới gần nhưng không bao giờ chạm ngưỡng đó”, bà de Rham cho biết.
Đồng tình với quan điểm trên, ông Cassibry chia sẻ: Bỏ qua thuyết tương đối, nếu chúng ta tăng tốc với tốc độ 1G (trọng lực Trái đất), bạn sẽ mất một năm để đạt được tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, bạn sẽ không bao giờ thực sự đạt được tốc độ đó bởi khi bạn bắt đầu tiếp cận tốc độ ánh sáng, năng lượng khối lượng sẽ tăng lên và tiến gần đến vô hạn.
“Một trong số ít những cách “gian lận” có thể sử dụng là mở rộng và thu hẹp không - thời gian, qua đó kéo mục tiêu về gần bạn hơn. Dường như không có giới hạn cơ bản nào về tốc độ giãn nở hay co lại của không - thời gian, nghĩa là chúng ta có thể tới gần giới hạn vận tốc này vào một ngày nào đó”, Cassibry bổ sung.
Tuy nhiên, theo ông Allain, nếu con người muốn khám phá các hành tinh xa xôi, có thể không cần thiết phải đạt tốc độ tương đương với tốc độ ánh sáng.
“Lỗ sâu (wormhole) có thể là giải pháp giúp con người di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Về cơ bản, lỗ sâu là con đường đi tắt từ điểm này đến điểm khác. Các lỗ này không thực sự khiến chúng ta đi nhanh hơn ánh sáng nhưng thay vào đó, cho chúng ta một đường tắt đến một số vị trí trong không gian”, ông Allain cho biết.
