Du hành thời gian: Nghịch lý ông nội và lời giải mới từ vật lý hiện đại

Du hành thời gian từ lâu đã là một trong những chủ đề gây tranh cãi nhất trong cả khoa học và văn hóa đại chúng. Một phần lý do khiến ý tưởng này bị bác bỏ là do sự tồn tại của các nghịch lý logic, điển hình như "nghịch lý ông nội".

Đây là câu hỏi hóc búa về những gì xảy ra nếu một người du hành ngược thời gian và ngăn cản ông của họ sinh con, dẫn đến việc họ không thể tồn tại để thực hiện chuyến du hành ngay từ đầu. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được công bố gần đây có thể đã đưa ra lời giải khả dĩ, mang lại hy vọng cho viễn cảnh du hành thời gian mà không gặp mâu thuẫn logic.

Hiểu biết thông thường của chúng ta về thời gian dựa trên vật lý Newton, nơi các sự kiện tiến triển một cách tuyến tính từ quá khứ đến tương lai. Nhưng vào năm 1915, thuyết tương đối rộng của Albert Einstein đã thách thức cách nhìn trực giác này, cho thấy rằng không-thời gian có thể hoạt động theo những cách không ngờ tới. Một trong những dự đoán hấp dẫn nhất của lý thuyết này là sự tồn tại của các "đường cong giống như thời gian khép kín" - những con đường không gian cho phép di chuyển ngược về quá khứ.

Theo nhà vật lý Lorenzo Gavassino từ Đại học Vanderbilt, không chỉ khối lượng mà tất cả các dạng năng lượng và động lượng đều có thể gây ra lực hấp dẫn, làm biến dạng không-thời gian. Ông cho rằng nếu toàn bộ vũ trụ quay, không-thời gian có thể bị bẻ cong đến mức thời gian tạo thành một vòng lặp. Trên lý thuyết, một con tàu vũ trụ di chuyển theo vòng lặp này có thể quay lại điểm xuất phát không chỉ trong không gian mà cả trong thời gian.

Trong thực tế, vũ trụ của chúng ta không quay theo cách này, nhưng các khối lượng quay lớn như lỗ đen có thể tạo ra hiệu ứng tương tự, mang lại những điều kiện tiềm năng để hình thành các vòng lặp thời gian.

Một trong những rào cản lớn nhất với ý tưởng du hành thời gian là các nghịch lý mà nó tạo ra. Nghịch lý ông nội là một ví dụ điển hình, khi hành động thay đổi quá khứ dường như mâu thuẫn với sự tồn tại của chính nhà du hành.

Những vấn đề này xuất phát từ giả định rằng các định luật nhiệt động lực học, vốn chi phối nhiệt và năng lượng, sẽ vẫn hoạt động như thường trên một vòng lặp thời gian. Điểm mấu chốt ở đây nằm ở entropy - thước đo sự rối loạn của một hệ thống. Entropy chỉ tăng theo thời gian, và chính sự gia tăng này là lý do chúng ta cảm nhận được sự chảy trôi của thời gian, nhớ về quá khứ nhưng không thể biết trước tương lai.

Gavassino giải thích rằng ngay cả các hành động thường ngày như đi bộ hay ghi nhớ đều phụ thuộc vào entropy. Do đó, nếu thời gian trở thành một vòng lặp khép kín, cách entropy hoạt động sẽ phải thay đổi, dẫn đến những hiện tượng khác thường.

Nghiên cứu của Gavassino, công bố trên tạp chí Classical and Quantum Gravity vào ngày 12 tháng 12 năm 2024, đưa ra một giải pháp đột phá. Ông chứng minh rằng trên các vòng lặp thời gian, dao động lượng tử có thể làm giảm entropy, khác xa những gì chúng ta trải nghiệm trong cuộc sống hàng ngày.

Khi entropy giảm, những hiện tượng bất thường có thể xảy ra. Ký ức của nhà du hành thời gian có thể bị xóa, cơ thể họ có thể trẻ hóa hoặc thậm chí đảo ngược tiến trình lão hóa. Theo Gavassino, quá trình này cũng có thể vô hiệu hóa các sự kiện dường như không thể thay đổi, chẳng hạn như "giết ông nội", làm cho các nghịch lý biến mất.

Những kết quả này cũng hỗ trợ cho nguyên tắc tự nhất quán, một ý tưởng lâu đời cho rằng mọi sự kiện trên một vòng lặp thời gian phải hòa hợp với nhau để tạo nên một lịch sử logic và mạch lạc. Gavassino cho biết: "Công trình của tôi cung cấp cơ sở khoa học đầu tiên cho nguyên tắc tự nhất quán này, dựa trên các định luật cơ học lượng tử hiện hành mà không cần đến giả định gây tranh cãi nào".

Dù nghiên cứu của Gavassino mang đến hy vọng cho khả năng du hành thời gian, câu hỏi quan trọng vẫn còn: Liệu các vòng lặp thời gian này có tồn tại trong thực tế không?

Vào năm 1992, nhà vật lý Stephen Hawking từng đề xuất "phỏng đoán bảo vệ theo trình tự thời gian", cho rằng các định luật vật lý có thể ngăn chặn sự hình thành của các vòng lặp thời gian ngay từ đầu. Cụ thể, không-thời gian có thể trở nên bất ổn trước khi một vòng lặp được thiết lập.

Tuy nhiên, ngay cả khi các vòng lặp thời gian không tồn tại, Gavassino tin rằng việc nghiên cứu chúng có thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các hiện tượng vật lý khác. Ví dụ, hiểu rõ hơn về cách entropy hoạt động trong điều kiện hạ nguyên tử có thể giúp chúng ta giải đáp các bí ẩn về cơ học lượng tử và nhiệt động lực học.

Du hành thời gian không chỉ là một chủ đề khoa học viễn tưởng mà còn là một bài toán buộc con người suy nghĩ sâu sắc hơn về bản chất của thực tại và thời gian. Hawking từng nói rằng: "Điều thú vị về chủ đề này là cách nó buộc chúng ta phải xem xét vai trò của entropy trong việc tạo nên trải nghiệm của chúng ta về vũ trụ".

Dù con người có thể không bao giờ đạt được du hành thời gian trong thực tế, việc tìm hiểu các hiện tượng này có thể dẫn đến những tiến bộ khoa học đáng kinh ngạc. Các khái niệm như vòng lặp thời gian không chỉ giúp mở rộng hiểu biết của chúng ta về vũ trụ mà còn thách thức các giới hạn nhận thức của chính chúng ta.

Như vậy, du hành thời gian, từ một ý tưởng không tưởng, giờ đây đang dần trở thành một bài toán khoa học với những triển vọng đầy thú vị. Dẫu còn xa để đạt được, hành trình khám phá của khoa học trong lĩnh vực này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cánh cửa mới, thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về thời gian và không gian mãi mãi.