Đọc gì: Những câu trả lời ngắn gọn cho những câu hỏi lớn là cuốn sách mới nhất của Stephen Hawking

2024 Tác giả: Malcolm Clapton | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 04:15

Một đoạn trích từ công trình của nhà khoa học vĩ đại về việc liệu có thể du hành thời gian.

Liên quan mật thiết đến du hành thời gian là khả năng di chuyển nhanh chóng từ điểm này sang điểm khác. Như tôi đã nói trước đó, Einstein đã chỉ ra rằng cần phải có một lực đẩy phản lực mạnh vô hạn để tăng tốc một con tàu vũ trụ tới tốc độ gần ánh sáng. Vì vậy, cách duy nhất để di chuyển từ phần này sang phần khác của Thiên hà trong một khoảng thời gian hợp lý là có thể gấp không-thời gian theo cách mà một ống nhỏ, hay còn gọi là "lỗ sâu" được hình thành. Nó có thể liên kết hai phần của Thiên hà và hoạt động như con đường ngắn nhất giữa chúng; bạn có thể bay tới bay lui mà vẫn bắt sống được tất cả bạn bè của mình. Những "hố sâu" như vậy được coi là một cơ hội cho nền văn minh của tương lai. Nếu bạn xoay sở để di chuyển từ phần này sang phần khác của Thiên hà trong vài tuần, thì bạn có thể quay trở lại qua một "lỗ hổng" khác - cùng thời điểm trước khi lên đường. Ngoài ra, sẽ không có gì ngăn cản bạn du hành về phía trước và trở về quá khứ thông qua một "hố sâu" nếu cả hai đầu của nó di chuyển tương đối với nhau.

Chúng ta có thể nói rằng để tạo ra một "lỗ sâu", cần phải bẻ cong không-thời gian theo hướng ngược lại với hướng mà vật chất thông thường sẽ bẻ cong nó. Vật chất thông thường bẻ cong không-thời gian về phía chính nó, giống như bề mặt Trái đất. Nhưng việc tạo ra một "hố sâu" đòi hỏi vật chất phải uốn cong không-thời gian theo hướng ngược lại, giống như bề mặt của yên ngựa. Điều này cũng đúng với bất kỳ độ cong nào khác của không thời gian để du hành vào quá khứ, trừ khi vũ trụ cong đến mức nó đã có khả năng du hành thời gian. Chỉ trong trường hợp này, bạn mới cần vật chất có khối lượng âm và mật độ năng lượng âm.

Năng lượng giống như tiền bạc. Nếu bạn có số dư dương trong ngân hàng, bạn có thể sử dụng tiền theo bất kỳ cách nào bạn muốn. Tuy nhiên, theo luật cổ điển, cho đến nay vẫn được coi là bất biến, thấu chi không được phép khi sử dụng năng lượng.

Các định luật cổ điển khiến chúng ta không thể bẻ cong vũ trụ để việc du hành thời gian trở nên khả thi. Nhưng các định luật cổ điển bị bác bỏ bởi lý thuyết lượng tử - lý thuyết thứ hai sau thuyết tương đối rộng, cuộc cách mạng trí tuệ vĩ đại trong hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ. Lý thuyết lượng tử linh hoạt hơn và cho phép thấu chi trong một số trường hợp. Tuy nhiên, ngân hàng nên đủ tốt với chúng tôi. Nói cách khác, lý thuyết lượng tử cho phép mật độ năng lượng âm ở một số nơi, nếu bạn cung cấp mật độ năng lượng dương ở những nơi khác.

Lý thuyết lượng tử cho phép mật độ năng lượng âm vì nó dựa trên nguyên lý bất định. Và ông lập luận rằng một số đặc điểm, chẳng hạn như vị trí và tốc độ của một hạt, không thể đồng thời có các giá trị đo được chính xác. Vị trí của hạt càng được xác định chính xác thì độ không đảm bảo về vận tốc của nó càng cao và ngược lại. Nguyên tắc bất định cũng áp dụng cho các trường - ví dụ, cho trường điện từ hoặc trường hấp dẫn. Ông lập luận rằng các trường này không thể có giá trị rỗng ngay cả khi chúng ta nghĩ rằng có không gian trống. Thực tế là nếu các giá trị của chúng bằng 0, thì điều này có nghĩa là chúng phải có một vị trí được xác định rõ, bằng 0 và tốc độ được xác định rõ bằng 0. Và điều này trái với nguyên tắc bất định. Điều này có nghĩa là các trường phải có một số dao động tối thiểu. Người ta có thể hình dung cái gọi là dao động chân không dưới dạng các cặp hạt và phản hạt đột ngột phát sinh, tách rời nhau, sau đó lại hợp nhất và triệt tiêu, triệt tiêu lẫn nhau.

Những cặp hạt - phản hạt như vậy được coi là ảo, vì chúng không thể được phát hiện trực tiếp bằng máy dò hạt. Nhưng một hiệu ứng gián tiếp có thể được quan sát thấy. Đối với điều này, cái gọi là hiệu ứng Casimir được sử dụng. Hãy thử tưởng tượng hai tấm kim loại song song đặt cách nhau một khoảng ngắn. Các tấm này hoạt động như gương cho các hạt ảo và phản hạt. Điều này có nghĩa là không gian giữa các tấm trông giống như một ống đàn organ, chỉ nó truyền sóng ánh sáng có tần số cộng hưởng nhất định. Kết quả là, một lượng dao động lượng tử nhất định xảy ra giữa các tấm, khác với những gì xảy ra phía sau chúng, nơi những dao động này có thể có bất kỳ bước sóng nào. Sự khác biệt về số lượng hạt ảo giữa các tấm và bên ngoài có nghĩa là các tấm chịu áp lực ở một bên nhiều hơn ở bên kia. Một lực nhỏ xuất hiện làm cho các tấm xích lại gần nhau hơn. Lực này có thể được đo bằng thực nghiệm. Vì vậy hạt ảo tồn tại trong thực tế và có tác dụng thực sự.

Vì có ít hạt ảo hơn, hoặc dao động lượng tử trong chân không, giữa các tấm, mật độ năng lượng ở đây cũng thấp hơn trong không gian xung quanh. Nhưng mật độ năng lượng của không gian trống ở một khoảng cách rất xa so với các tấm phải bằng không. Nếu không, không-thời gian sẽ bị cong và Vũ trụ sẽ không hoàn toàn phẳng. Điều này có nghĩa là mật độ năng lượng trong khu vực giữa các tấm phải âm.

Sự lệch hướng của ánh sáng đã được thực nghiệm chứng minh là không thời gian bị cong, và hiệu ứng Casimir xác nhận rằng độ cong có thể là âm. Và có vẻ như khi khoa học và công nghệ phát triển, chúng ta sẽ có thể tạo ra những "lỗ sâu" hoặc bẻ cong không gian và thời gian theo một cách nào đó khác để có thể du hành về quá khứ. Nhưng trong trường hợp này, một số câu hỏi và vấn đề chắc chắn sẽ nảy sinh.

Ví dụ: nếu việc du hành thời gian trở nên khả thi trong tương lai, tại sao không có ai trở lại với chúng ta từ tương lai và cho chúng ta biết cách thực hiện.

Ngay cả khi có những lý do chính đáng để giữ chúng ta trong bóng tối, con người vốn dĩ rất khó tin rằng không ai muốn lộ diện và tiết lộ cho chúng ta những người nông dân nghèo lạc hậu về bí mật du hành thời gian. Tất nhiên, một số người cho rằng những vị khách từ tương lai đã đến thăm chúng ta - họ bay trên UFO và các chính phủ đang tham gia vào một âm mưu khổng lồ nhằm che đậy những sự thật này để sử dụng kiến thức khoa học mà những vị khách mang theo bên mình. Tôi chỉ có thể nói một điều: nếu các chính phủ đang che giấu điều gì đó, họ vẫn không thể sử dụng thông tin hữu ích nhận được từ người ngoài hành tinh. Tôi rất nghi ngờ về "thuyết âm mưu" và tôi thấy "thuyết lộn xộn" hợp lý hơn. Các báo cáo về UFO không thể chỉ liên quan đến người ngoài hành tinh vì chúng mâu thuẫn lẫn nhau. Nhưng nếu chúng ta thừa nhận rằng một số quan sát này chỉ là sai sót hoặc ảo giác, thì không hợp lý hơn khi thừa nhận rằng chúng đúng hơn là tin rằng chúng ta được những vị khách đến từ tương lai hoặc từ một phần khác của Thiên hà đến thăm? Nếu những vị khách này thực sự muốn xâm chiếm Trái Đất hoặc cảnh báo chúng ta về một loại nguy hiểm nào đó, thì chúng cực kỳ không hiệu quả.

Có một cách để dung hòa ý tưởng du hành thời gian với việc chúng ta chưa từng gặp những vị khách từ tương lai. Chúng tôi có thể nói rằng những chuyến du lịch như vậy sẽ chỉ có thể thực hiện được trong tương lai. Không thời gian trong quá khứ của chúng ta là cố định bởi vì chúng ta đã quan sát nó và thấy rằng nó không đủ cong để chúng ta có thể du hành ngược thời gian. Và tương lai rộng mở, một ngày nào đó chúng ta sẽ học cách bẻ cong không-thời gian và có cơ hội du hành thời gian. Nhưng vì chúng ta sẽ chỉ có thể bẻ cong không-thời gian trong tương lai, chúng ta sẽ không thể quay trở lại từ nó về hiện tại hoặc thậm chí sớm hơn.

Một bức tranh như vậy có thể giải thích lý do tại sao chúng ta không gặp phải một dòng khách du lịch từ tương lai. Nhưng nó vẫn để lại chỗ cho nhiều nghịch lý. Giả sử có một cơ hội để bay trong một con tàu vũ trụ và trở về trước khi bắt đầu chuyến bay. Điều gì sẽ ngăn bạn cho nổ tên lửa tại bãi phóng và do đó loại trừ khả năng xảy ra một chuyến bay như vậy cho chính bạn? Có những phiên bản khác không kém phần nghịch lý: ví dụ như quay ngược thời gian và giết cha mẹ bạn trước khi bạn được sinh ra. Có hai giải pháp khả thi cho điều này.

Một điều mà tôi gọi là cách tiếp cận lịch sử nhất quán. Trong trường hợp này, người ta có thể tìm ra lời giải nhất quán cho các phương trình vật lý - mặc dù không thời gian bị cong đến mức có thể du hành vào quá khứ. Theo quan điểm này, bạn không thể chuẩn bị một tên lửa để du hành vào quá khứ nếu bạn chưa quay trở lại nó và chưa thể làm nổ tung bệ phóng. Đây là một bức tranh tuần tự, nhưng nó nói rằng chúng ta hoàn toàn quyết tâm: chúng ta không thể thay đổi suy nghĩ của mình. Điều này là quá nhiều cho ý chí tự do.

Một giải pháp khác mà tôi gọi là cách tiếp cận lịch sử thay thế. Nó đã được nhà vật lý David Deutsch vô địch, và có lẽ là ý của những người sáng tạo ra Back to the Future. Với cách tiếp cận này, trong một lịch sử thay thế sẽ không có sự trở lại nào từ tương lai trước khi tên lửa được phóng và do đó, sẽ không có cơ hội để kích nổ nó. Nhưng khi người du hành trở về từ tương lai, anh ta thấy mình đang ở trong một lịch sử thay thế khác. Trong đó, loài người đã nỗ lực đáng kinh ngạc để chế tạo một con tàu vũ trụ, nhưng trước khi bắt đầu từ một phần khác của Thiên hà, một con tàu tương tự xuất hiện và phá hủy con tàu đã được chế tạo.

David Deutsch thích một cách tiếp cận lịch sử thay thế cho khái niệm về nhiều lịch sử, vốn được đưa ra bởi nhà vật lý Richard Feynman. Ý tưởng của ông là, theo lý thuyết lượng tử, vũ trụ không có một lịch sử riêng biệt và duy nhất.

Có tất cả các câu chuyện có thể xảy ra trong Vũ trụ, mỗi câu chuyện có mức độ xác suất riêng.

Sẽ có khả năng xảy ra một câu chuyện trong đó có một nền hòa bình ổn định ở Trung Đông, nhưng khả năng xảy ra một câu chuyện như vậy là rất thấp.

Trong một số câu chuyện, không thời gian bị biến dạng để các vật thể như tên lửa có thể quay trở lại quá khứ của chúng. Nhưng mỗi câu chuyện đều có tính toàn vẹn và đầy đủ, không chỉ mô tả không gian-thời gian cong mà còn mô tả tất cả các đối tượng trong đó. Vì vậy, tên lửa, quay trở lại, không thể đi vào lịch sử thay thế khác. Nó vẫn ở trong cùng một câu chuyện, mà bản thân nó phải nhất quán. Và tôi, không giống như Deutsch, tin rằng ý tưởng về nhiều câu chuyện có lợi cho một lịch sử nhất quán hơn là một cách tiếp cận lịch sử thay thế.

Rõ ràng, chúng ta không có tư cách từ bỏ bức tranh lịch sử nhất quán. Tuy nhiên, điều này có thể không giải quyết được các vấn đề của thuyết tất định và ý chí tự do nếu có một khả năng rất nhỏ là các câu chuyện trong đó không thời gian bị cong để có thể du hành thời gian vượt ra ngoài quy mô vĩ mô. Tôi gọi đây là giả thuyết bảo mật niên đại: các định luật vật lý được thiết kế để ngăn chặn việc du hành thời gian ở cấp độ vĩ mô.

Có vẻ như nếu không-thời gian bị cong gần đủ để cho phép du hành vào quá khứ, thì các hạt ảo có thể trở thành các hạt gần như thực di chuyển dọc theo các quỹ đạo khép kín. Mật độ của các hạt ảo và năng lượng của chúng tăng lên đáng kể, có nghĩa là khả năng xảy ra những câu chuyện như vậy là rất nhỏ. Mặc dù điều này đang trở nên tương tự như các hoạt động của một cơ quan bảo vệ niên đại tìm cách bảo tồn thế giới cho các nhà sử học. Nhưng chủ đề về độ cong của không gian và thời gian vẫn còn sơ khai. Theo một dạng thống nhất của lý thuyết dây được gọi là lý thuyết M, mà chúng tôi rất hy vọng vào việc hợp nhất thuyết tương đối rộng và lý thuyết lượng tử, không thời gian nên có 11 chiều, không phải 4 chiều mà chúng ta trải nghiệm.

Điểm mấu chốt là bảy trong số mười một kích thước này được cuộn lại thành một không gian nhỏ đến mức chúng ta không nhận thấy nó. Mặt khác, bốn chiều còn lại thực tế là phẳng và đại diện cho cái mà chúng ta gọi là không-thời gian. Nếu hình này đúng, thì bằng cách nào đó có thể kết nối bốn chiều phẳng với bảy chiều còn lại rất cong hoặc méo. Điều gì sẽ đến của điều này, chúng tôi vẫn chưa biết. Nhưng cơ hội thật thú vị.

Kết luận, tôi sẽ nói như sau.

Các khái niệm hiện đại của chúng ta không loại trừ khả năng du hành vũ trụ nhanh và trở về quá khứ. Điều này có thể tạo ra những vấn đề logic rất lớn, vì vậy chúng ta hãy hy vọng có một số loại Luật An ninh Niên đại sẽ ngăn chặn mọi người quay ngược thời gian và giết chết cha mẹ của họ.

Nhưng những người hâm mộ khoa học viễn tưởng không nên buồn. Thuyết M mang lại hy vọng.

Tác phẩm cuối cùng của nhà vật lý nổi tiếng thế giới Stephen Hawking, một cuốn sách minh chứng, trong đó ông tóm tắt và nói lên những chủ đề quan trọng nhất mà mọi người quan tâm.

Liệu loài người có tồn tại? Chúng ta có nên hoạt động tích cực trong không gian? Có Chúa không? Đây chỉ là một vài câu hỏi được trả lời trong cuốn sách cuối cùng của ông bởi một trong những bộ óc vĩ đại nhất trong lịch sử.