Liệu chúng ta có thể du hành trong không gian, thời gian?

Nhảy vào giữa các thiên hà thông qua các đường hầm không gian nghe có vẻ điên rồ, nhưng các nhà vật lý vẫn chưa loại trừ khả năng này. Điều này liệu có thể xảy ra, nhà vật lý Marcus Woo đặt vấn đề.

Như chúng ta đã biết vũ trụ là rất rộng lớn. Di chuyển ở tốc độ ánh sáng đến ngôi sao gần nhất cũng có thể mất hơn 4 năm. Mạo hiểm để đến phía bên kia của dải thiên hà? Có lẽ phải mất hơn 1000 năm. 

Một lựa chọn là một đường tắt của vũ trụ gọi là "lỗ thời gian" (wormhole), một đường hầm thông qua các cấu trúc không gian và thời gian mà có thể kết nối đến góc xa xôi của vũ trụ. Đó là lựa chọn của nhiều nhà du hành vũ trụ viễn tưởng, bao gồm cả các nhân vật trong bộ phim sắp tới "Liên kết giữa các vì sao" được đạo diễn bởi Christopher Nolan.

Các nhà khoa học cho biết: di chuyển qua lỗ thời gian có thể sẽ vô cùng khó khăn, nhưng cũng không loại trừ điều này. Vậy nó sẽ như thế nào trong thực tế?

Để có bức tranh về lỗ thời gian, hãy tưởng tượng vũ trụ là một tấm bìa hai chiều. Khoét hai lỗ và đường cong quanh tấm bìa để tạo thành hai cái phễu. Nối hai phễu lại với nhau và bạn có một lỗ thời gian (như hình dưới)

Thay vì tuyến đường dài trong không gian (đường màu đỏ), lỗ thời gian cho phép tạo ra đường ngắn hơn để di chuyển qua (Ống màu xanh). Ảnh: Detlev van Ravenswaay/SPL

Di chuyển trong không gian bằng cách này nghĩa là bạn có thể nhảy đến cuối của lỗ thời gian, di chuyển với khoảng cách ngắn và nhảy sang phía bên kia của dải thiên hà. Miệng của chiếc lỗ thời gian sẽ hoạt động như là một cửa sổ của vũ trụ, cho phép bạn ngắm những ngôi sao ở đầu kia của vũ trụ. 

Đó là thuyết gì đi chăng nữa, các nhà khoa học nói gì về tình khả thi của việc này?

Lỗ thời gian xuất phát một cách tự nhiên từ các phương trình chi phối thuyết tương đối chung, khái niệm mang tính cách mạng của Einstein đã miêu tả trọng lực như là sự uốn cong của không gian và thời gian mà tạo thành cấu trúc của vụ trụ.

Einstein và Nathan Rosen đã xuất bản bài báo miêu tả những lỗ thời gian này vào năm 1935, cuối cùng được đặt tên là "cầu Einstein-Rosen". Những đối tượng kỳ là này mặc dù được cho rằng được tìm thấy trong sự sụp đổ nhanh đến nối ánh sáng không thể chạy qua được. Nhưng chúng là vô dụng đối với du hành thời gian.

Vào những năm 1980, nhà thiên văn học Carl Sagan đã viết trong tiểu thuyết của ông "Sự tương tác" (cơ sở cho bộ phim với sự tham gia của Jodie Foster), trong đó nữ nhân vật chính du hành trong khắp vũ trụ. Ông đã tìm đến sự giúp đỡ của nhà vật lý Kip Thorne để tìm hiểu xem liệu rằng có một cách nào đó nghe có vẻ khoa học để du hành không gian cho nhân vật của mình.

Thorne nhận ra rằng, lỗ thời gian là lựa chọn tốt nhất. Nhưng để đảm bảo lỗ thời gian có thể tiếp tục mở được, ông đã khám phá ra bạn sẽ cần công cụ kỳ lạ đó là vật chất kỳ lạ.

Công việc của nhà vật lý Kip Thorne(bên trái) về lỗ thời gian đã truyền cảm hứng cho bộ phim của Hollywood sắp tời (Giữa các vì sao)

Vật chất kỳ lạ cũng rất kỳ quặc bởi nó có một năng lượng âm và khối lượng âm, cho phép nó chống lại lực hấp dẫn. Nếu trái đất có khối lượng âm, thì bạn đã bay như một quả bóng bay vậy, điều này có thể giúp bạn nảy lên hoặc xuống. Và kỳ là hơn nữa, để đánh một quả tennis với khối lượng âm, bạn sẽ không xoay vợt của bạn đập vào nó mà sẽ là ngược lại đưa vợt đi xa. Điều này cho phép vật chất kỳ lạ có thể ngăn sự sụp đổ của lỗ thời gian.

Mặc dù năng lượng âm nghe có vẻ kỳ quặc, nhưng các định luật vật lý cho phép điều này xảy ra. Trong khoảng không của không gian, một vài vùng nhỏ của không gian - thời gian có thể được lấp đầy bởi năng lượng âm, được bao quanh bởi năng lượng dương. "Hãy nghĩ chúng như những cơn sóng của đại dương" - nhà vật lý Larry Ford của đại học Tufts, Boston cho biết. Các bụng sóng sẽ là những vùng năng lượng âm, còn đỉnh sóng là vùng năng lượng dương. 

Liệu đã đủ để mở một lỗ thời gian? Có lẽ chưa. Các nhà vật lý như Ford đã tìm ra các qui tắc gọi là sự bất đồng đều năng lượng lượng tử mà khiến cho năng lượng âm có thể được hợp nhất ở một vùng nào đó. Nếu bạn tập hợp đủ năng lượng âm, nó có thể tồn tại trong không gian nhỏ bé, và đủ tồn tại trong khoảng thời gian ngắn. Bạn muốn năng lượng âm trên qui mô lớn hơn và dài hơn, nhưng bạn sẽ bị hạn chế với khoảng tích trữ được bao nhiêu. 

Tạo nên được lỗ thời gian cần một lượng năng lượng cực lớn. Ảnh: Dale O'Dell / Alamy

Một lỗ thời gian hữu ích cho du hành vũ trụ có thể sẽ phải đủ lớn và đủ dài để đưa một ai đó hoặc thứ gì đó di chuyển qua. Vấn đề là với những lỗ thời gian như vậy, bạn sẽ phải cần nhiều lượng năng lượng âm hơn các quy luật cho phép để đi qua. Và nếu bạn có thể phá vỡ được các quy tắc này, thì bạn sẽ cần một lượng vô cùng lớn. Làm một phép thử đơn giản, bạn sẽ qua năng lượng của mặt trời đã được tạo ra trong một trăm triệu năm đủ để tạo ra một lỗ thời gian với kích cỡ của một quả bưởi. Không ai biết được rằng rằng thậm chí một nền văn minh tiến tiến liệu có thể tạo ra một lượng năng lượng âm lớn như thế.

Cho đến bây giờ, mặc dù các nhà vật lý cho rằng du hành qua lỗ thời gian là không thể, nhưng họ cũng chưa chứng mình được là nó không thể xảy ra. Nhà vật lý John Friedman, đại học Wisconsin, Milwaukee cho rằng:  "Mọi người khá tự tin cho rằng sự bất động đều lượng tử sẽ không cho phép du hành qua lỗ thời gian trên qui mô vĩ mô". "Nhưng mà nó dĩ nhiên là cũng không thể không xảy ra."

Lỗ đen cũng bẻ cong không gian và thời gian, nhưng nó là chuyến đi một chiều nếu bạn có thể đủ đến tiến gần đến nó. Ảnh: NASA

Một số nhà vật lý đã suy đoán cách khác để xây dựng lỗ du hành thời gian có thể xảy ra, nhưng gần như tất cả trong số họ chỉ dựa trên ý tượng mà thiếu đi bằng chứng thực tế. "Họ đang thực sự thay đổi các qui tắc của một trò chơi theo một cách đơn giản", Ford phát đã nói. Họ sử dụng là lý thuyết lực hấp dẫn thay vì sử dụng thuyết tương đối của Einstein hay vật chất kỳ lạ, trong khi sự cần thiết của năng lượng âm lại gần như không tồn tại. Hoặc là họ dựa vào các thức phức tạp của việc bẻ cong không gian và thời gian mà điều này cực kỳ khó để xảy ra trong thực tế. 

Lỗ thời gian nhỏ cũng có thể phát sinh từ bọt lượng tử - những sự dao động trong không gian - thời gian chính nó, khi bạn phóng to trên quy mô hạ nguyên tử nhỏ hơn hạt nhân của một nguyên tử Hydro. Từ đó những lỗ thời gian nhỏ này sẽ quá nhỏ để bất cứ thứ gì có thể chui qua. Bạn có thể sẽ phải cung cấp thêm năng lượng âm để làm nó to lên. Nhưng các nhà vật lý cần phát triển một thuyết lực hấp dẫn lượng tử đủ để có thể hiểu được chuyện gì xảy ra trong một quy mô nhỏ như vậy, và cho đến khi họ tìm ra được thuyết đó, thì lỗ thời gian dường như là không thể xảy ra.

"Dựa trên những gì chúng ta đã được biết cho đến bây giờ, thật khó để hiểu được bạn có thể tạo ra được lỗ du hành không gian thời gian. Nhưng điều đó không làm các nhà vật lý dừng lại khám phá cho dù bất kỳ điều gì bất khả thi có thể xảy ra.

Cho đến thời điểm hiện tại, nếu bạn đã đang có kế hoạc cho chuyến hành trình du hành giữa các vì sao, thì thật là ý tưởng tốt đển viết những cuốn sách. Đó có thể là một hành trình dài.

(Theo BBC Science)