Thời gian là gì?

Mặc dù khái niệm thời gian là hiển nhiên và trực quan, ví dụ như sự trôi qua đều đặn của các sự kiện trước mắt chúng ta hay việc mặt trăng quay xung quanh Trái Đất, nhưng mô tả được bản chất cơ bản của thời gian lại khó hơn nhiều.

Ngay cả các nhà vật lý học cũng không chắc chắn được cái gì thực sự xảy ra khi thời gian trôi qua, cho dù họ cũng đưa ra một vài giả thuyết.

Thời gian hoạt động như thế nào?

Trong nhiều thế kỷ, người ta cho rằng thời gian là một lực không đổi, độc lập, như thể tiến trình của vũ trụ được vận hành bởi một chiếc đồng hồ duy nhất.

Nhận định này đã thay đổi vào năm 1905 khi Albert Einstein đưa ra "Thuyết tương đối hẹp". Mặc dù sự trôi đi của thời gian được coi là có mối liên hệ chặt chẽ với không gian, nhưng thuyết tương đối hẹp đã lần đầu tiên kết hợp không gian và thời gian thành một trường duy nhất, một trường có các phép đo thay đổi tùy theo chuyển động tương đối hoặc các lực trọng trường của các vật thể bên trong trường đó.

Về cơ bản, điều đó có nghĩa là thời gian là tương đối.

Thời gian có thực hay không?

Hai người di chuyển với cùng một vận tốc thì số đo quãng đường và thời gian của họ như nhau. Tuy nhiên, nếu một người thay đổi tốc độ thì người đó sẽ thấy số đo quãng đường và thời gian của người kia thay đổi, cho dù người kia vẫn giữ nguyên như cũ. Không có bất cứ lý do gì để coi quan điểm của người này đúng hơn của người kia, có nghĩa là thời gian không phải là một đơn vị bất biến. Nó là một phép đo tương đối, có thể thay đổi khi các vật thể chuyển động nhanh hơn hoặc chậm hơn, hoặc khi chúng chịu lực hấp dẫn mạnh hơn hoặc yếu hơn.

Lực hấp dẫn uốn cong không gian và thời gian: Lực hấp dẫn càng lớn thì nó càng uốn cong không gian - thời gian nhiều hơn và làm cho thời gian càng chậm lại. Hình ảnh dưới đây là một ví dụ minh họa, nó cho thấy Trái Đất uốn cong không gian - thời gian như thế nào.

Đây chính là lý do vì sao các nhà du hành trên Trạm Vũ trụ quốc tế, những người ở rất xa Trái Đất, không chịu tác động của lực hút Trái Đất, lại già đi chậm hơn một chút so với những người trên Trái Đất.

Có thể quay ngược thời gian không?

Đối với chúng ta, để có thể thực sự nhìn thấy sự đảo ngược của thời gian thì thay đổi về tốc độ hoặc lực hấp dẫn phải cực kỳ lớn. Nhưng khi một người tăng được tốc độ gần đến tốc độ ánh sáng thì các thước đo thời gian càng trở nên dễ nhận thấy.

Về lý thuyết, khi một hạt tiệm cận với tốc độ ánh sáng thì chúng ta sẽ nhìn thấy "đồng hồ" của nó quay chậm lại. Và một khi nó vượt quá tốc độ ánh sáng, thì về lý thuyết, đồng hồ của nó dường như sẽ ngược lại với cách nhìn của chúng ta. Đứng trên góc độ của một hạt mà nhìn thì đồng hồ của chúng ta sẽ là quay ngược.

Có thể du hành thời gian không?

Tương tự như vậy, mức độ biến dạng không gian bên ngoài đường chân trời của một hố đen cũng làm sai lệch quan niệm về thời gian.

Trong vũ trụ của chúng ta, chúng ta hoàn toàn tự do và có thể đi bất cứ đâu mình muốn, nhưng chúng ta buộc phải du hành dọc theo mũi tên tuyến tính của thời gian.

Các phép tính cho thấy vượt qua chân trời của một hố đen sẽ hoán đổi những chiều tự do này. Vì thế chúng ta sẽ không còn phải đi theo một chiều của thời gian nữa mà có thể du hành ngược về quá khứ hoặc tới tương lai, nhưng cũng lại mất đi sự tự do di chuyển trong không gian.

Mặc dù những kịch bản này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của thời gian, nhưng cả tốc độ ánh sáng và du hành qua các hố đen vẫn là những rào cản mà chúng ta không vượt qua nên trên thực tế du hành thời gian vẫn là điều không thể trên thực tế.

Vì sao lại có quá khứ và tương lai?

Các mô hình không gian - thời gian có thể mô tả các phép đo thời gian và không gian thay đổi từ một điểm này sang một điểm tiếp theo, nhưng lại không giải thích được nhiều về trật tự nghiêm ngặt theo một thứ tự của các sự kiện.

Theo các mô hình này, vũ trụ của chúng ta là một khối không gian - thời gian đơn lẻ. Có cái gọi là điểm bắt đầu (tức là vụ nổ Big Bang), mà trước đó thì những định luật vật lý của chúng ta không thể áp dụng vào được. Và cũng có cái gọi là điểm kết thúc, đó là nơi không còn có thể đo được bất kì sự biến đổi nào. Nhưng không một lát cắt thời gian nào lại độc đáo như "hiện tại".

Einstein đã từng nói rằng những người như chúng ta tin vào vật lý thì đều biết rằng sự khác biệt giữa quá khứ, hiện tại và tương tlaij chỉ là một ảo tưởng dai dẳng.

Mặc dù vậy, vẫn có thể có một vài manh mối để khám phá bí mật của thời gian trong lĩnh vực vật lý. Ví dụ, vào những năm 1870, nhà vật lý học người Áo Ludwig Boltzmann đã đưa ra một giả thuyết rằng có một mối liên hệ giữa thời gian và mức độ hỗn loạn đang ngày một tăng lên của vũ trụ.

Khi áp dụng quy tắc entropy (quy tắc về sự hỗn loạn) của nhiệt động lực học vào thời gian một chiều, chúng ta có thể thấy một cách giải thích vì sao mũi tên thời gian lại chỉ về phía trước: có thể vũ trụ của chúng ta chuyển động từ một vũ trụ sơ sinh đặc quánh và ít hỗn loạn thành một vũ trụ mở rộng và hỗn loạn cao độ trong quá trình trôi dạt vào tương lai.

Làm sao để giữ cho thời gian chậm lại?

Ngoài việc làm một chuyến du hành vào không gian, thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất, thì còn một cách để làm thời gian chậm lại. Cách này không phải là vận dụng các phương pháp vật lý hay dựa vào bản chất của thời gian, mà là cách chúng ta cảm nhận về cuộc sống nhanh hay chậm.

Một số nhà nghiên cứu cho rằng dấn thân vào những trải nghiệm mới hoặc môi trường mới thực sự có thể làm cho thời gian đi chậm lại. Điều này có thể liên quan đến lượng thông tin mà não bộ của chúng ta tiếp nhận và xử lý. Khi chúng ta còn trẻ và học hỏi một thứ gì đó mới, thế giới dường như vận hành chậm hơn. Khi chúng ta ngày một lớn hơn và sinh hoạt theo thói quen, ngày và năm dường trôi qua nhanh hơn.

Trừ khi bạn có một con tàu vũ trụ, còn không có gì có thể làm cho tuổi già của bạn đến chậm hơn, nhưng nếu hiểu được rằng thời gian quả là có hơi gấp gáp hơn so với nhiều người chúng ta nhận thức được thì cũng có thể là một lời nhắc nhở để chúng ta thấy rằng mình hoàn toàn có khả năng thay đổi nhận thức về giá trị của thời gian, dù chỉ là một chút.