Stephen Hawking: Cách tạo một cỗ máy du hành vượt thời gian
Dưới đây là những lý luận của Stephen Hawking được phát sóng trên chương trình "Stephen Hawking's Universe" trên kênh Discovery Channel.
Tất cả những gì bạn cần là một hố sâu, máy gia tốc hạt Large Hadron Collider hoặc một tên lửa có thể bay với vận tốc cực kỳ nhanh.
Xin chào, tên tôi là Stephen Hawking, một nhà Vật lý học, Vũ trụ học và cũng là người có tính hay mơ mộng. Mặc dù tôi bị giới hạn khá nhiều trong việc tự đi lại và phải nói chuyện thông qua máy tính do bệnh tật, nhưng tâm trí tôi thì ngược lại, chúng hoàn toàn tự do. Tự do để khám phá vũ trụ, vạn vật và tự đặt ra những câu hỏi lớn như: Liệu du hành vượt thời gian có khả thi không? Liệu chúng ta có thể mở một cánh cổng dắt vào quá khứ hay tìm ra một đường tắt dẫn đến tương lai không? Chúng ta có thể dùng những quy luật tự nhiên để kiểm soát thời gian không?
Du hành vượt thời gian từng bị xem là ngành khoa học dị giáo. Và tôi đã phải tránh nói về nó vì sợ rằng người ta sẽ xem mình là một người kỳ quặc, nhưng ngày nay thì khác. Thực tế, tôi giống như những người đã từng xây các khối đá Stonehenge, là người bị ảm ảnh bởi thời gian. Nếu có một cỗ máy vượt thời gian, tôi sẽ "ghé thăm" Marilyn Monroe vào thời kỳ hoàng kim của cô ấy hoặc viếng thăm Galileo khi ông ta xoay kính thiên văn của mình lên bầu trời. Nhưng có lẽ tôi lại muốn du hành đến điểm tận cùng của vũ trụ để xem nó như thế nào.
Làm rõ hơn vấn đề này, hãy tưởng tượng đến việc chúng ta lái xe hằng ngày. Lái theo đường thẳng là bạn đang lái theo 1 chiều, quẹo trái hay quẹo phải là bạn vừa có thêm chiều không gian thứ 2, lái lên đồi hay xuống dốc chính là chiều không gian thứ 3. Vậy là bạn đã được “du hành” trong không gian 3 chiều. Vậy làm thế nào để chúng ta du hành vượt thời gian trên Trái Đất? Làm sao để tìm ra con đường của chiều không gian thứ 4?
Như bạn thường thấy trong các bộ phim khoa học giả tưởng về du hành vượt thời gian, cỗ máy thời gian sẽ tạo ra một lối đi, một đường hầm xuyên qua chiều không gian thứ 4 để cho con người bước qua nó. Ý tưởng này không quá điên rồ, nhưng thực tế có thể sẽ rất khác so với những gì bạn thấy trên phim ảnh. Các nhà Vật lý học cũng đang suy nghĩ về các đường hầm thời gian này, nhưng họ nghĩ theo một góc độ khác. Nhưng liệu cánh cổng dẫn đến tương lai hay quá khứ có thể tồn tại mà vẫn tuân theo các quy luật tự nhiên hay không? Chúng tôi nghĩ rằng câu trả lời là có. Thậm chí chúng tôi còn đặt cho nó một cái tên đó là hố sâu (Wormhole). Sự thật là các hố sâu này tồn tại xung quanh chúng ta, chỉ có điều chúng quá nhỏ để ta có thể nhìn thấy được. Kích thước của hố sâu là cực kỳ nhỏ, chúng chỉ tồn tại trong những góc nhỏ và trong những khe hở, vết nứt của thời gian và không gian. Có thể bạn sẽ bắt đầu thấy khó hiểu nhưng khoan hãy bỏ đi vội.
Hố sâu mở ra ở một đầu và đầu kia dẫn đến một hành tinh khác
Không có gì là hoàn toàn phẳng và đặc bên trong cả. Nếu bạn nhìn đủ gần sẽ thấy được mọi thứ đều có những lỗ nhỏ li ti và đầy các vết nhăn bên trong. Đây là một nguyên lý vật lý cơ bản, và nó cũng đúng với trường hợp của thởi gian. Ngay cả bề mặt của một hồ bơi cũng có những gợn sóng nhỏ li ti. Vì vậy, mọi thứ trong không gian 3 chiều của chúng ta đều có những khe hở, và bạn hãy tin tôi khi tôi nói rằng điều này cũng đúng đối với chiều không gian thứ 4. Thời gian cũng có những vết nứt và khe hở như những vật thể khác, và những vết nứt này có kích thước rất nhỏ.
Bây giờ, hãy tưởng tượng chúng ta tự thu nhỏ xuống một tỷ lệ nhỏ nhất có thể, nhỏ hơn cả các hạt nguyên tử, chúng ta sẽ đến được một nơi gọi là bọt lượng tử. Đây là nơi mà các hố sâu có tồn tại. Tại đây, các đường hầm xuyên không gian và thời gian liên tục được sinh ra, tồn tại và biến mất, sau đó lại được sinh ra tiếp trong thế giới lượng tử này. Và chúng thật sự liên kết giữa 2 nơi khác nhau ở 2 thời điểm khác nhau.
Nhưng một điều không may là các đường hầm thời gian thực này chỉ nhỏ bằng một phần ngàn/triệu/tỷ/nghìn tỷ centimét, quá nhỏ để con người có thể bước qua được, nhưng từ đây, khái niệm về cỗ máy thời gian sử dụng hố sâu từ từ hiện ra. Một vài nhà khoa học nghĩ rằng ta có thể "bắt" một hố sâu, sau đó phóng lớn nó lên hàng tỷ lần, đủ lớn để con người có thể bước qua, hay thậm chí là cả một chiếc phi thuyền. Nếu có đủ nguồn năng lượng và trình độ khoa học kỹ thuật, có lẽ một hố sâu khổng lồ sẽ được xây dựng trong không gian. Tôi không nói điều đó có thể thành hiện thực, nhưng nếu có, đây sẽ là một thiết bị phi thường, với một đầu đường hầm mở ra đâu đó gần Trái Đất, và đầu kia sẽ mở ra ở một nơi rất xa hoặc một hành tinh xa xôi nào đó. Về lý thuyết mà nói, một đường hầm không gian (hoặc hố sâu) có thể làm nhiều hơn là chỉ đưa ra đến những hành tinh khác. Vì nếu cả hai đầu của đường hầm đều dẫn đến cùng một nơi nhưng khác biệt về thời gian, thì chiếc phi thuyền đi xuyên qua nó sẽ trở về quá khứ rất xa, và loài khủng long sẽ có dịp được chứng kiến sự xuất hiện của những con tàu không gian hiện đại.
Nghịch lý ông nội là gì?
Nghịch lý ông nội là một vấn đề trong nghịch lý của du hành thời gian, hay hiểu đơn giản là vấn đề không thể hiểu hoặc không có cách giải, lần đầu tiên được miêu tả (miêu tả đúng như khái niệm hiện nay) bởi nhà khoa học giả tưởng René Barjavel trong quyển sách Le Voyageur Imprudent (Nhà du hành khinh suất) xuất bản năm 1943. Tuy nhiên, những vấn đề tương tự (thậm chí còn phức tạp hơn) đã được miêu tả sớm hơn, ví dụ điển hình tiểu thuyết By His Bootstraps của Robert A. Heinlein. Điều nghịch lý ở đây là: Có một người đàn ông du hành thời gian về quá khứ và giết ông nội mình trước khi ông mình cưới bà nội. Kết quả là cha của anh ta sẽ không được sinh ra, điều đó dẫn tới người đàn ông đó sẽ không bao giờ được ra đời thì làm sao anh ta có thể du hành về quá khứ. Nhưng nếu anh không về quá khứ để giết ông nội mình thì ông nội anh phải còn sống và điều đó nghĩa là anh vẫn được ra đời và có thể vượt thời gian để giết ông nội mình. Hai tình trạng trên đã phủ nhận sự tồn tại của cả hai trường hợp, đây là một loại của nghịch lý logic .Từ đó dẫn đến phản ứng truyền là ”không gian , thời gian sẽ bị sửa đổi , nghĩa là bằng cánh nào đó ông nội sẽ được cứu sống” và dòng thời gian sẽ vẫn ”chạy”
Mặc dù tên lý thuyết này là nghịch lý ông nội, nó không nói riêng về sự không thể sinh ra đời của một ai đó. Đúng hơn thì khái niệm này bao gồm bất cứ những hành động nào làm nên sự không thể vượt thời gian về quá khứ từ lúc đầu. Tên nghịch lý ông nội là tên thông thường nhất được dùng để diễn tả hiện tượng nghịch lý du hành thời gian. Một ví dụ nữa là sử dụng một kiến thức khoa học của nhà khoa học A để tạo ra cỗ máy thời gian rồi sử dụng nó đi về quá khứ rồi giết nhà khoa học A, nếu nhà khoa học A bị giết trước khi phát minh ra kiến thức khoa học đó thì cỗ máy thời gian cũng sẽ không hề được tồn tại. Thuyết nghịch lý tương tự được biết đến (trong triết học) như là autoinfanticide (tạm dịch là “em bé tự sát”): Nói về trở về thời gian và giết chính mình khi còn là đứa bé.
Lý thuyết nghịch lý ông nội là một minh chứng bác bỏ khả năng du hành thời gian về quá khứ. Tuy nhiên, đã có một số phương pháp dùng để giải mã câu đố này đã được công bố, như là lý thuyết thời gian bất khả đổi nghĩa là tất cả mọi thứ trong thế gian đều đã sắp đặt không ai có thể thay đổi gì hết hoặc là khái niệm vũ trụ là một khoảng thời gian và không gian song song. Ví dụ như là không-thời gian (hay còn nói là thế giới) mà người đó được sinh ra khác biệt với thế giới mà người đó trở về quá khứ để giết ông nội mình hoặc có thể người đó vì muốn giết ông nội mình nhưng đã vô tình cứu ông thay vì giết được ông, điều đó nghĩa là ông nội anh vẫn còn sống và anh vẫn được ra đời để mà sau này trở về cứu ông nội mình.
Một nghịch lý có liên quan là Nghịch lý Hitler hoặc Nghịch lý vụ ám sát Hitler. Nghịch lý Hitler này được thấy trong các thể loại khoa học giả tưởng, khi một người hùng vai chính du hành về quá khứ để giết chết Hitler trước khi Hitler tạo nên chiến tranh thế giới thứ hai. Nếu như chiến tranh thế giới thứ hai chưa từng xảy ra thì lý do quay về quá khứ để giết Hitler cũng sẽ không hề tồn tại. Thêm vào đó, ảnh hưởng của sự tồn tại của Hitler rất to lớn và hầu như sẽ ảnh hưởng đến tất cả những người sinh sau thế chiến thứ hai. Do đó, nghịch lý ông nội cũng có thể được áp dụng trong nghịch lý Hitler vì thế chiến thứ hai ảnh hưởng đến sự ra đời của những người sinh sau thế chiến thứ hai.
Lý giải bằng lý thuyết trong khoa học
Lý thuyết bất biến Novikov hay lý thuyết tự phù hợp-Novikov
Xem Lý thuyết tự phù hợp-Novikov và Kip S. Thorne để có thể có cái nhìn làm sao mà du hành thời gian có thể xảy ra mà không tạo ra nghịch lý. Dựa vào lý thuyết này, tất cả những thời gian có thể là bất biến, nghĩa là những gì các nhà du hành thời gian làm trong khi du hành về quá khứ là một phần của lịch sử từ bấy lâu nay. Người đó sẽ không bao giờ có thể cản chính mình để đi chuyến đi ngược thời gian để làm chuyện tạo nên lịch sử chúng ta hiện biết. Hiểu theo nghĩa đơn giản là thiên mệnh (khái niệm) (hay số phận, tiếng Anh Determinism), là những việc mà đã có một năng lực nào đó sắp đặt sẵn để hình thành nên thế giới của chúng ta sống.
Seth Lloyd và một số nhà nghiên cứu khác ở MIT đã đề xuất ra một phiên bản mở rộng của nguyên lý Novikov. Phiên bản này nói rằng khả năng xảy ra bị bẻ cong để tránh nghịch lý xảy ra. Càng gần tạo ra nghịch lý thì kết cục sẽ càng lúc càng quái lạ vì vũ trụ thiên vị những biến cố không chắc xảy ra để ngăn chặn những biến cố không thể.
Một số người đưa ra lập luận là khái niệm tự do ý chí tương đương với nghịch lý du hành thời gian. Vì nếu một ai đó du hành về quá khứ để thay đổi quá khứ và tương lai thì làm sao có thể phân biệt được giữa hành động đó và những hành động thường ngày được cho là được tự do quyết định trong hiện tại.
Còn có thể đưa ra một lập luận du hành vũ trụ không thể vì nó vi phạm rất nhiều định luật bảo toàn bởi vì nó nhân bản vật chất mới. Du hành thời gian có lẽ còn cần đến sự phân bố lại khối lượng và năng lượng trong toàn vũ trụ.
Vũ trụ song song
Khi vũ trụ song song tồn tại có nghĩa mọi thứ một người nào đó làm khi du hành về quá khứ không hề ảnh hưởng tới tương lai của người đó mà quá khứ của người đó sẽ trở thành một vũ trụ mới. Đa vũ trụ là một loại của vũ trụ song song.
Các giả thuyết của vũ trụ song song trong vật lý như sau:
- Trong cơ học lượng tử, thuyết nhiều thế giới dự đoán là tất cả các sự kiện lượng tử ngẫu nhiên với xác suất hơn 0 thực tế xảy ra theo mọi cách thức có thể có trong các thế giới khác nhau. Điều đó có nghĩa là lịch sử liên tục chia nhánh thành nhiều lịch sử khác nhau (nói cách khác là chia nhánh thành nhiều thế giới khác nhau). Nhà vật lý David Deutsch đã nhận xét rằng nếu có thể du hành thời gian về quá khứ thì nhà du hành thời gian sẽ đi vào thế giới có lịch sử khác. Xem thêm tự sát và bất tử lượng tử.
- Thuyết M là một lý thuyết giả định cao cấp đã hợp nhất 6 thuyết siêu dây, tuy nhiên hiện giờ thì thuyết này chưa hoàn chỉnh. Một kết quả có thể được rút ra từ các ý tưởng của thuyết M là đa vũ trụ dưới dạng các màng ba chiều được gọi là brane có thể tồn tại bên nhau trong chiều không gian lớn thứ tư (xem Vũ trụ học Brane. Tuy nhiên, hiện tại không có bằng chứng gì trong vật lý nói rằng chỉ có một màng trong mỗi phiên bản lịch sử có thể theo quy luật tự nhiên như trong diễn giải của thuyết nhiều thế giới và không có bằng chứng là khi du hành thời gian có thể đi từ màng vũ trụ này qua màng vũ trụ khác.
Ví dụ: Nếu cháu nội (tên A) đi ngược thời gian về giết ông nội mình thì người ông nội đã chết chỉ chết trong thế giới đó nhưng vẫn sống trong thế giới mà A sống. Từ lúc A về giết ông nội mình trong quá khứ, nó tách rời thế giới trong quá khứ ra khỏi thế giới trong tương lai. Nghĩa là trên nguyên lý thì đó là quá khứ nhưng vì A đã thay đổi nó, nó trở thành một nhánh khác (hiểu tạm là thế giới khác). Có thể hiểu như là hai thế giới hoàn toàn khác biệt với nhau. Một thế giới ông nội A vẫn sống hoặc chết vì già hay bệnh, còn một thế giới khác thì ông nội A bị A giết và thế giới đó bố A và A không hề tồn tại.
Ví dụ cho nhiều thế giới: Một người đang tính đi tắm hay đi chơi. Anh ta quyết định đi tắm nhưng thực ra ở một thế giới khác anh ta quyết định đi chơi. Hiểu tạm như từng giây xảy ra đều tạo ra một thế giới mới. Trong thế giới anh ta đi tắm thì sau khi đi tắm, anh ta suy nghĩ nên đi bơi hay đi xe đạp, khi đó sẽ tách tiếp ra thành hai thế giới khác, trong một thế giới thì anh đi bơi và một thế giới thì anh ta đi xe đạp. Trong thế giới anh quyết định đi chơi, thì sau khi đi chơi anh ta sẽ suy nghĩ nên đi leo núi hay đi xem phim, và sẽ xảy ra hiện tượng hai thế giới tách ra, trong mỗi thế giới anh làm những điều khác nhau. Như vậy đã có 4 thế giới hoàn toàn khác nhau. Trên thực tế nếu điều này xảy ra (dĩ nhiên chúng ta điều không hề biết tới những thế giới khác) thì có thể vô tận thế giới khác biệt được tạo ra trong một ngày từ những sự lựa chọn vì trong mỗi giây bạn đều có thể làm vô tận điều.
Lý giải bằng lý thuyết trong khoa học giả tưởng
Là những lý thuyết nằm trong các thể loại khoa học giả tưởng phim, tiểu thuyết… Nói về nghịch lý thời gian.
Lý thuyết không tồn tại
Theo lý thuyết này, nếu một người nào đó làm điều gì đó trong quá khứ để khiến họ trở nên không tồn tại thì khi trở về thời gian của họ, họ sẽ thấy những ảnh hưởng mà họ làm chưa hề được tồn tại. Qua lý thuyết này, tuy ảnh hưởng của họ không tồn tại nhưng họ vẫn tồn tại.
Giải pháp vũ trụ song song
Theo lý thuyết này, để ngăn chặn nghịch lý du hành thời gian xảy ra thì phải giả định là nhà du hành thời gian sẽ đi tới một vũ trụ song song trong khi không có gì thay đổi trong vũ trụ của người đó. Lý thuyết này đã được nêu ở trên dưới cách nhìn của khoa học, cũng là phổ biến trong khoa học hư cấu (xem lịch sử khác (giả tưởng)).
Giải pháp hành động hạn chế
Một giải pháp khác, trong đó lý thuyết bất biến Novikov là một ví dụ, là nếu một ai đó trở về quá khứ, thì quy luật tự nhiên (hoặc nguyên nhân can thiệp khác) sẽ ngăn cấm không cho nhà du hành thời gian làm những việc gì mà sau đó làm cho chuyến du hành thời gian của họ không thể xảy ra. Ví dụ như đứa cháu nội tên A khi về giết ông nội mình thì sẽ bắn hụt; hoặc súng bị kẹt hay không phát hỏa; hoặc chỉ làm thương được ông nội của mình chứ hoàn toàn không giết được ông; hoặc A giết nhầm một người khác mà A tưởng là ông nội mình; hoặc những sự kiện khác xảy ra để ngăn chặn A thành công trong việc giết ông nội mình (vì nếu A thành công thì nó sẽ tạo ra nghịch lý). Không một hành động nào của A sẽ thành công để giết ông nội mình, có thể ví như “không may mắn” hoặc sự tình cờ ngẫu nhiên xảy ra nhằm ngăn chặn xảy ra nghịch lý. Nói chung, nhà du hành thời gian sẽ không thể nào thay đổi lịch sử. Thường thường trong khoa học giả tưởng, nhà du hành thời gian không chỉ thất bại trong việc ngăn chặn một hành động nào đó, nhà du hành thời gian còn là một phần tạo ra sự kiện đó (nghĩa là những việc du hành thời gian làm sẽ góp phần tạo nên lịch sử chúng ta biết ngày nay) (xem nghịch lý số mệnh), thường thường là do sự ngẫu nhiên.
Lý thuyết này dẫn tới sự lo ngại về vấn đề liệu tự do ý chí có thực sự tồn tại hay không (trong lý thuyết này thì tự do ý chí có thể là ảo tưởng hoặc cùng lắm là có giới hạn). Lý thuyết này giả định rằng nguyên nhân xảy ra sự kiện sẽ là bất biến (nghĩa là lịch sử chúng ta được tạo ra và sắp đặt sẵn bởi một quyền lực nào đó như đấng tạo hóa): có nghĩa là không điều gì có thể xảy ra khi không có nguyên nhân. Ngược lại một số lý thuyết khác nêu ra các sự kiện có thể là bất biến cho dù nguyên nhân không tồn tại.
Hiện tại chúng ta không thể biết rõ là người du hành thời gian thay đổi quá khứ hay tạo ra lịch sử vốn dĩ đã có. Ví dụ một nhà du hành thời gian trở về quá khứ để thuyết phục một họa sĩ — người mà tác phẩm duy nhất còn tồn tại của anh ta là rất nổi tiếng — để giấu đi tất cả những bức họa với mục đích bảo vệ nó. Nếu anh ta quay trở về thời gian của anh ta (nghĩa là tương lai), anh ta khám phá ra những bức họa này đã trở thành nổi tiếng. Anh ta nhận ra mình đã thay đổi quá khứ. Hay hoặc, anh ta trở về tương lai và nhớ những gì mà anh ta đã nhớ, ngoại trừ một tuần sau khi anh ta trở về, các tác phẩm được tìm thấy. Vây những tác phẩm có thật sự bị phá hủy không? Có thật là anh có giữ gìn được nó không? Hoặc sự biến mất của nó trước đây là do người họa sĩ đó giấu và vì thế người ta tưởng nó bị phá hủy và tới giờ mới tìm được?
Giải pháp Bad Wolf
Một giải pháp có thể lý giải nghịch lý Hitler là người đi về quá khứ để giết Hitler là do trước đó đã nhặt được một tờ giấy viết rằng anh ta phải làm vậy. Sau khi giết chết Hitler, anh ta viết lại một tờ giấy cho chính bản thân anh ta trong tương lai để quay lại quá khứ giết Hitler.
Giải pháp hủy diệt
Một số khoa học viễn tưởng đưa ra giả thuyết là các nghịch lý sẽ hủy diệt vũ trụ hoặc ít nhất là hủy diệt các phần của thời gian và không gian chịu ảnh hưởng của nghịch lý đó.
Một giả thuyết tương tự nhưng ít hủy diệt hơn là người du hành thời gian sẽ chết nếu tạo ra nghịch lý.
Thuyết phủ định điều chỉnh tạm thời
Thuyết này nói rằng nếu như du hành thời gian là có thể thì không thể tạo ra nghịch lý ông nội. Thuyết này còn nêu rằng bất kể hành động nào mà phủ định du hành thời gian thì sẽ không thể xảy ra. Các hậu quả của sự kiện như vậy theo cách thức nào đó sẽ phủ định sự kiện đó. Phủ định bằng cách tẩy trí nhớ của người du hành thời gian trước khi người đó về quá khứ hoặc ngăn cản hành động du hành thời gian bằng cách nào đó hoặc hủy diệt vũ trụ hoặc… Nói chung nếu muốn thay đổi quá khứ thành công thì chỉ có thể thay đổi một cách tình cờ.
Ví dụ, nếu như một ai đó muốn về cứu bố mẹ mình khỏi cái chết thì người đó sẽ thất bại. Nhưng nếu người đó về quá khứ và làm điều gì đó tình cờ đã cứu bố mẹ cậu ta thì bố mẹ cậu sẽ được cứu vì lý do để quay về quá khứ vẫn không thay đổi. Cho nên chuyến du hành thời gian vẫn sẽ xảy ra và điều đó sẽ không tạo ra nghịch lý.
Nếu như sự kiện thay đổi này có một ảnh hưởng cực lớn trong lịch sử loài người và nếu sự kiện này không phá hủy mục đích và khả năng du hành thời gian thì có thể thay đổi quá khứ. Trong trường hợp này thì trí nhớ của nhà du hành gia về sự kiện này sẽ ngay lập tức được thay đổi.
Một ví dụ là nếu một ai đó quay về quá khứ để quan sát Áo vào năm 1887. Trong khi ở đó, người đó đã bắn chết năm người. Một trong năm người chết là bố hoặc mẹ của Hitler do đó Hitler sẽ không tồn tại. Do sự kiện đó không tiêu hủy mục đích và khả năng du hành nên sự thay đổi quá khứ sẽ thành công. Và tất cả những yếu tố ảnh hưởng đến chuyến du hành phải được giữ nguyên như cũ để thay đổi quá khứ.
Máy du hành thời gian chỉ có trong giả tưởng
theo mình nghĩ đây chỉ là giả thiết không bao giờ thực hiện được