dnnp - đỗ xanh

Khái niệm phủ nhận thời gian bất biến

* Tiểu luận

Ai mà chả biết thời gian là gì. Có gì đáng nói về nó. Vấn đề không giản dị như chúng ta nghĩ. Đối với triết học, thời gian là phạm trù mơ hồ và hư ảo nhất. Đối với khoa học thời gian chỉ là một “khái niệm”. Con người đã đánh vật với thời gian kể từ đầu lịch sử nhân loại. Những người đầu tiên thắc mắc về thời gian là những triết gia và đồng thời cũng là khoa học gia. Những nhận định của họ là lịch sử của một chuỗi những phủ nhận lẫn nhau như làn sóng sau đè làn sóng trước. Đầu tiên, người ta cho rằng vì vạn vật trôi chảy để biến đổi mà có thời gian để đo lường. Kế đó nhóm chủ trương phi thời gian phản bác rằng quan niệm này mâu thuẫn bởi chính định đề của nó. Vì có biến đổi mà có thời gian, vậy nếu không có biến đổi sẽ không có thời gian. Giả sử vũ trụ ngưng đọng, mọi hành tinh đứng im, vạn vật đông cứng không tăng trưởng hay suy tàn và không có ngày mai. Suy ra cũng không có thời gian. Đến thế kỷ 18, Isaac Newton (1642-1727) gỡ rối bằng thuyết thời gian tuyệt đối. Ông phát biểu thời gian là một thể tuyệt đối đứng độc lập ngoài vũ trụ. Nó cứ đi bởi chính nó. Vũ trụ biến đổi hay ngưng đọng cũng không thành vấn đề đối với nó. Thuyết thời gian tuyệt đối đứng vững trong một thời rất lâu, cho tới khi Einstein xuất hiện.

Einstein. Nguồn minh họa: Internet.

Trình độ hiểu biết ngày nay bắt buộc khoa học phải phủ nhận thuyết thời gian của Newton. Không hề có cái gọi là thời gian tuyệt đối nằm ngoài vũ trụ. Nếu không có vũ trụ thì cũng không có thời gian. Đối với Trái đất, thời gian là chiều thứ tư (the fourth dimension) hòa hợp với không gian 3 chiều của loài người. Nói rõ hơn không gian, thời gian và ánh sáng, vận tốc và trọng lượng là một khối liên hệ bất khả phân ly.

Thành tố không gian, thời gian, và vận tốc

Mọi sự trong thế gian đều được nâng đỡ bởi không gian và thời gian. Nếu không có không gian, những sự kiện của luật nhân quả sẽ nằm ở đâu? Nếu không có thời gian, làm gì có quá khứ, hiện tại, tương lai, để nối kết nhân và quả. Không gian là cái nền bền chặt bất biến và thời gian là một hệ thống đo lường chính xác, nhờ đó lịch sử mới có chỗ giải bày.

Không gian của chúng ta có 3 chiều gồm chiều trước-sau, chiều phải-trái, và chiều cao-thấp. Darren Levanian đưa ra trường hợp nếu ta đi vào thế giới của những người sống trong không gian 2 chiều. Vì họ không có chiều thứ 3 (chiều cao-thấp) nên khi ta từ trên cao bước xuống trước mặt họ, họ thấy ta tự nhiên hiện ra. Họ rú lên: “Phép lạ!” Nếu ta từ trên cao nói cho họ biết những gì ta thấy và sẽ xảy ra quanh họ, họ cho ta là thần thánh nhìn rõ số mệnh đã dành cho họ. Họ không biết ta chỉ là một kẻ tầm thường trong số hằng tỷ người thuộc không gian 3 chiều. Việc ta vừa làm chẳng có gì đáng cho ai ngạc nhiên.

Năm 1905, Einstein khám phá ra không gian và thời gian không có tính cách tuyệt đối nhưng rất bất định. Một điều đáng kinh ngạc là chúng co ngắn hay giãn nở tùy theo vị trí và tốc độ di chuyển của người quan sát. Einstein trình bày khám phá của ông qua thuyết tương đối (theory of general relativity). Từ đó thời gian trở thành một khái niệm và người ta có thể bàn cãi về giá trị của nó.

Einstein cho biết thời gian gắn liền với ánh sáng và tốc độ. Nếu có người di chuyển với tốc độ bằng nửa vận tốc ánh sáng (300.000km/s), thời gian của hắn sẽ dài hơn thời gian của chúng ta 15%. Thời gian cứ vậy dãn ra theo gia số của tốc độ. Nếu hắn có tốc độ bằng 99.99% tốc độ ánh sáng, 1 giây của hắn sẽ bằng 6,2 giờ đồng hồ của chúng ta. Nếu hắn có một tốc độ đủ lớn, 1 giây của hắn sẽ dài bằng cả một đời người của chúng ta. Qua bài toán này, bạn có thể nói nình không hiểu gì cả vì nó vô lý. Sự cảm nhận qua lý lẽ không giúp được gì trong vấn đề này. Luật tương đối là một sự kiện rất tự nhiên đang xảy ra trong vũ trụ, bất kể ta có hiểu hay không. Bạn hãy để cái máy đo phóng xạ Geiger bên cạnh. Bạn sẽ thấy nó chạy tí tách liên tục bởi vì phóng xạ vũ trụ kích động nó. Nhưng làm sao những hạt muons (nguyên tử phóng xạ), có đời sống rất ngắn (1/10⁶ giây) lại có thể đi qua bầu khí quyển bảo vệ Trái đất dày đến 20km, để kích động máy đo Geiger. Câu trả lời nằm trong vận tốc của nó. Vì nó di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng, nên thời gian kéo dài ra. Thời gian này dư thừa để nó đi qua bầu khí quyển. Trong khi thời gian kéo dài ra thì không gian 20km co ngắn lại như ở sát bên.

Khi viên đạn tachyons và hạt neutrion đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng

Chúng ta nhìn thấy một vật là nhờ ánh sáng mang hình ảnh của nó đến con mắt chúng ta. Để có thể quan sát sự việc đang xảy ra một cách trung thực, tất cả mọi vật phải có tốc độ nhỏ hơn tốc độ của ánh sáng. Ngay thuyết tương đối của Einstein cũng xác định vận tốc ánh sáng là giới hạn không thể vượt qua. Vào thế kỷ 21, một số nhà vật lý học đưa ra một danh xưng mới, đó là hạt tachyons (tiếng Hy Lạp có nghĩa là vận tốc). Tachuons được giả định là có vận tốc di chuyển nhanh gấp đôi vận tốc ánh sáng. Điều gì sẽ xảy ra. Việc xảy ra là trật tự thời gian trong “không gian của giới hạn vận tốc ánh sáng” bị đảo ngược. Khoa học gia cho biết nếu ta ngồi trong một phi thuyền tachyons, ta sẽ đi lùi từ tương lai trở về quá khứ. Để hình dung khái niệm này, họ đưa ra thí dụ viên đạn tachyons.

Thí dụ có một khẩu súng bắn bằng viên đạn tachyons. Khi ánh sáng mang hình ảnh của viên đạn vọt ra khỏi nòng súng chưa kịp đến mắt ta thì viên đạn đã nổ ở mục tiêu rồi, vì nó đi nhanh gấp đôi vận tốc ánh sáng. Nếu ta di chuyển cùng chiều với viên đạn với vận tốc bằng 80% vận tốc ánh sáng, ta sẽ thấy viên đạn đi thụt lùi. Ta thấy nó nổ tung ở đích rồi bay giật lùi trong không gian chui trở vào nòng súng. Như vậy mắt ta thấy kết quả trước khi thấy nguyên nhân. Nếu ta nói ra những gì ta thấy, người nghe sẽ tin là có số mệnh. Đến đây bạn lại có thể nói điều này vô lý. Không có gì sai trong bài tính này vì không gian từ ta đến đích bao giờ cũng ngắn hơn khoảng cách từ ta đến khẩu súng vì ta đi cùng chiều với viên đạn. Dĩ nhiên ta phải thấy những gì đến mắt ta trước. Thời gian từ ta tới khẩu súng dài lê thê, nó dài hơn 60% thời gian bình thường. (*)

Thí dụ về viên đạn tachyons đầu tiên chỉ có tính cách lý thuyết giáo khoa cho toán học. Đùng một cái, ngày 23-9-11 vừa qua, các khoa học gia thuộc Trung tâm Nghiên cứu Nguyên tử Âu châu (European Center for Nuclear Research - CERN) đưa tin họ tìm ra hạt nguyên tử neutrino đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng. Giả thuyết tachyons bỗng nhiên trở thành hiện thực. Khám phá về vận tốc của hạt neutrino làm kinh ngạc mọi người. Chính các vị trong nhóm nghiên cứu cũng không dám tin là thật. Ông Stephen Parke, Trưởng ban về những Giả thuyết Vật lý Quốc gia Mỹ, (**) cho rằng nếu điều này đúng thì tất cả các giả thuyết vật lý từ trước đều bị giao động. Ông nói, “Hiện tại tất cả các giả thuyết khoa học đều dựa trên định đề không thể có vận tốc nào nhanh hơn vận tốc ánh sáng. Nếu có một vật đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng, A có thể là nguyên nhân của B, [nhưng] B cũng có thể là nguyên nhân của A”. Nguyên lý nhân quả sẽ không còn đứng vững.

Đường hầm có tên là The Super Proton Synchrotron (SPS) tunnel của CERN dùng để thí nghiệm vận tốc của hạt neutrino.

Tại Trung tâm CERN (ở Geneva, Thụy Sĩ), các khoa học gia đã bắn những hạt neutrinos qua một đường hầm dài 621 mile (1.000km) tới Gran Sacco (Italy). Các hạt neutrio tới đích vỏn vẹn chỉ mất 60 nona giây (60/10⁹ second). Như vậy nó đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng vì với khoảng cách này, ánh sáng phải mất tới 2,4 phần nghìn giây mới tới đích.

Không gian và thời gian trong “lỗ đen” và “lỗ giun”

Chúng ta đều biết mỗi hành tinh có một sức hút riêng tùy theo khối lượng của nó. Chẳng hạn Trái đất có sức hút mạnh hơn ở mặt trăng. Một khối đá nặng cả 100 ký trên mặt đất nhưng lại nhẹ như viên gạch trên mặt trăng. Các khoa học gia khám phá ra rằng sức hút của mỗi hành tinh đã bẻ cong đường đi của ánh sáng. Ánh sáng thay đổi thì thời gian cũng bị kéo dãn theo cho phù hợp với sự thay đổi ấy.

Black hole dưới mắt một họa sĩ.

Ảnh hưởng sức hút của hành tinh giúp chúng ta hiểu về hiện tượng bí hiểm của lỗ đen (black hole). Vào thập niên 1940, các nhà vật lý học nhận ra có những vùng tàng hình trong không gian. Bất cứ vật gì rơi vào đó cũng bị mất tích. Năm 1969, nhà vật lý học John Wheeler đặt tên cho nó là “black hole” (lỗ đen). Các vật lý gia giải thích rằng đó là một hành tinh nhỏ nhưng có sức hút rất mãnh liệt. Thể tích và không gian của nó bị sức hút của chính nó làm co rút lại. Những phân tử, nguyên tử, quantum, hầu như không còn khoảng trống để di chuyển. Những nguyên tử hydrogen không thể di chuyển nên nhập vào nhau tạo nên nguyên tử helium. Sự ma sát của chúng tạo ra một sức nóng khủng khiếp làm helium bùng cháy và cả hành tinh bùng cháy. Tuy nhiên ánh sáng của hành tinh lại bị chính nó hút chặt. Vì ánh sáng không thoát được ra ngoài nên không ai nhìn thấy hành tinh ấy. Nó là một lỗ đen nơi đó thời gian (ánh sáng) bị ngưng đọng. Lỗ đen có một cửa trổ vào không gian của chúng ta nhưng cái đáy hố của nó không ai biết nó đi về đâu và ra sao. Nếu ta rơi vào lỗ đen, ta sẽ bị nó hút mất tích và ném ta vào một vũ trụ khác, nơi ta vô phương trở lại không gian cũ.

Vào thập niên 1950, các khoa học gia khám phá ra hiện tượng chiếc cầu không gian. Năm 1969 lại cũng ông John Wheeler đặt cho nó cái tên là “wormhole” (lỗ giun). Gọi là lỗ giun vì nó là một đường ống có hai cửa giống như cái hang của con giun đất. Một cách dễ hình dung, nó tương tự như hai lỗ đen nối đuôi nhau. Lỗ giun là chiếc cầu nối liền hai tầng không gian khác nhau. Cái đáng nói là hai miệng của nó nằm ở hai thế giới có “những chiều không gian” và “thời gian” khác nhau. Giáo sư Stephen Hawking, Đại học Cambridge, cho biết lỗ giun là lối đi tắt vượt không gian và thời gian. Nếu ta ở trong lỗ giun, ta tha hồ đi thong dong vào quá khứ rồi trở về hiện tại. Chẳng hạn có một lỗ giun nối liền Trái đất và hành tinh Alpha (cách Trái đất 20 triệu triệu dặm). Ta có thể mang tin tức thế vận hội của Trái đất đến báo cáo với quốc hội Alpha rồi trở về Trái đất vào thời điểm trước khi thế vận hội khai mạc. Đây là một sự kiện vật lý học và toán học rất đứng đắn nhưng nó vẫn mãi mãi là một chuyện hoang đường. Thiên nhiên của chúng ta không để chuyện đó xảy ra vì thiên nhiên của Trái đất biết cách bảo vệ trật tự của nó. Thứ nhất, khoa học chưa đủ trình độ để mở cửa lỗ giun. Thứ hai, nếu có vào đó được, thân xác con người sẽ vỡ tan tành vì bị co rút đến 10^-33 thể tích hiện có, tức nhỏ hơn hạt bụi.

Hiện tượng hoang đường của hạt quantum tự do

Quantum (lượng tử) là những hạt năng lượng nhỏ nhất cấu tạo nên một nguyên tử. Trong thế giới vi mô (microscopic world) của quantum, luật vật lý Newton không còn giá trị nữa. Quantum hoạt động và biến đổi vô lường như đang di chuyển trong những lỗ giun, nơi có những không gian nằm sau những không gian. Một số nhà toán học tính ra trong thế giới vi mô này, không gian có từ 10 tới 26 chiều. Thật khó tưởng tượng không gian 10 chiều như thế nào huống chi nói tới 26 chiều. Trong không gian đó có nhiều lối tắt di chuyển mà người trong không gian 4 chiều như chúng ta sẽ thấy như những phép lạ. Thật thế, hạt quantum di chuyển nhưng không ai thấy nó di chuyển thế nào. Người ta đành nói là nó nhảy, bởi vì nó chợt biến mất ở chỗ này và chợt xuất hiện ở chỗ kia mà không có nguyên nhân tác động. Với tốc độ và trong những chiều không gian lạ, nó có thể xuất hiện ở 2 hay nhiều nơi khác nhau cùng một lúc. Khoa học không thể đo lường tốc độ của nó và cũng không thể biết nó sẽ nhảy về đâu. Mỗi lần họ lập một thí nghiệm là họ lại có những kết quả khác nhau. Có thể nói quantum hoàn toàn tự do không bị ràng buộc bởi bất cứ định luật nào của vũ trụ 4 chiều. Từ những nghiên cứu về quantum, nhà vật lý Đức Wener Heisenberg đưa ra nguyên lý bất định (uncertainty principle). Ông cho rằng mặc dù có một nguyên nhân rất chính xác khởi đầu tác động trên một vật, con người cũng vô phương tiên đoán kết quả tương lai của nó sẽ ra sao.

Đến đây chúng ta đã thấy từ một nguyên nhân đơn thuần, con người chỉ có thể phỏng đoán nhiều đáp số có thể xảy ra trong tương lai, nhưng không thể xác quyết là sẽ thế nào. Suy ra trong mọi tầng cấp, thực tại được tạo dựng bởi những diễn tiến có thể xác định và không thể xác định. Ai trong chúng ta mà không có lần cảm thấy đời mình được một lực nào đó hướng dẫn. Chúng ta thường nghĩ đó là vận may, hay duyên, hay ơn trên phù hộ… Trong vũ trụ có những không gian xen kẽ trong những không gian, ý chí và đức hạnh cũng là một sức mạnh.

Chúng ta không cần đi xa hơn trong kiến thức vật lý học. Những dữ kiện vừa trình bày đủ để chúng ta thoát ly khỏi quan niệm cổ điển về không-vận-thời. Thật là sai lầm khi tin rằng vũ trụ tiến triển theo một trật tự thẳng (linear system) theo một dòng thời gian cố định. Trên thực tế không gian 4 chiều của chúng ta không phải là không gian duy nhất trong vũ trụ. Khi không gian, vận tốc, và thời gian (không-vận-thời) đạt tới điểm vượt quá (threshold), vũ trụ lập tức biến đổi. Theo Giáo sư Trịnh Xuân Thuận, University Of Virginia, trong không gian đó, liên hệ nhân quả không còn nữa. Cái đập cánh của con bướm ở bên Úc có thể gây ra cơn cuồng phong đầy sấm sét ở New York mà không có một chút hữu lý nào. Cho đến nay con người chưa vượt ra khỏi không gian 4 chiều, nhưng con người ý thức rằng họ phải từ bỏ quan niệm về một không-vận-thời tuyệt đối cứng ngắc. Vượt thời gian không còn là những gì bí ẩn hay hoang đường chỉ có trong phim ảnh và tiểu thuyết hư cấu. Mặc dù với khả năng hạn hẹp,  chúng ta không thể vượt qua được giới hạn của không-vận-thời, nhưng tầm nhìn của chúng ta vượt ra khỏi thành kiến của quan niệm số mệnh.

ĐỖ NGỌC TRANG
(Elk Grove, California 2-10-2011)

_____

(*) 1- (0,8)² = 0,36. Rút căn số của 0,36, ta có 0,6 hay 60%. Bài tính của Giáo sư Trinh Xuân Thuận.

(**) Ông Stephen Parke, Head of the Theoretical Physics Department, Fermi National Accelerator Labboratory, Chicago, Illinois. Sau đây là nguyên văn nhận xét của ông:

"Most theorists believe that nothing can travel faster than the speed of light. So if this is true, it would rock the foundations of physics,"

"If things travel faster than the speed of light, A can cause B, [but] B can also cause A."

"The existence of faster-than-light particles would also wreak havoc on scientific theories of cause and effect. If that happens, the concept of causality becomes ambiguous, and that would cause a great deal of trouble."

Tài liệu tham khảo:

- Craig Callender và Ralph Edney. 2002. Introducing Time. McPherson’s Printing Group, Victoria.

- John Wheeler. 1998. Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics. New York: W.W. Norton & Co, hardcover

- Ker Than. Particles Moved Faster Than Speed of Light? National Geographic News, Sept. 23, 2011.

- Stanford Encyclopedia of Philosophy. 2010. Causal Derterminism.

- Stephen Hawking. 2008. A Briefer History of Time. Published by Bantam Dell.

- Trinh Xuân Thuận. 2001. Chaos and Harmony. Oxford University Press.