Nếu việc du hành thời gian là khả thi, thì những du khách đến từ tương lai đang ở đâu?

— STEPHEN HAWKING

“[Du hành thời gian] đi ngược lại lý lẽ.” Filby quả quyết.

“Lý lẽ nào?” Nhà Du hành Thời gian hỏi vặn.

— H. G. WELLS, CỖ MÁY THỜI GIAN

Trong tiểu thuyết Janus Equation (Phương trình Janus), nhà văn G. Spruill đã khai thác một vấn đề trăn trở liên quan tới việc du hành thời gian. Nhân vật nhà toán học tài ba mong khám phá bí mật của việc du hành thời gian đã gặp một người phụ nữ đẹp nhưng kỳ lạ. Họ yêu nhau, nhưng anh không biết gì về quá khứ của cô. Rồi anh tò mò muốn tìm hiểu thân phận thật của cô gái. Anh phát hiện ra cô từng phẫu thuật chỉnh hình để thay đổi diện mạo, thậm chí thay đổi cả giới tính. Cuối cùng, anh cũng khám phá ra sự thật: “Cô gái” là một người du hành thời gian đến từ tương lai và sốc hơn nữa, “cô” chính là anh trong tương lai. Vậy là anh đã yêu chính mình. Chúng ta thắc mắc điều gì sẽ xảy ra nếu họ có với nhau một đứa con. Và nếu đứa trẻ này ngược về quá khứ rồi lớn lên thành nhà toán học ở đầu truyện thì lẽ nào đứa trẻ cũng chính là cha, là mẹ, là con của chính mình?

Thời gian là một bí ẩn lớn của vũ trụ. Tất cả chúng ta đều không thể cưỡng lại dòng chảy của thời gian. Khoảng năm 400, Thánh Augustine đã viết nhiều về bản chất đầy nghịch lý của thời gian: “Thế nào là quá khứ và tương lai, khi mà quá khứ không còn và tương lai thì chưa tới? Còn hiện tại thì sao? Nếu nó luôn là hiện tại và không bao giờ ngược về thành quá khứ thì nó không phải thời gian mà là vĩnh hằng.” Nếu mở rộng ra từ logic này của Thánh Augustine, chúng ta sẽ nhận thấy thời gian là không mấy khả dĩ vì quá khứ đã trôi qua, tương lai không tồn tại và hiện tại chỉ hiện hữu trong một thời khắc. (Khi đó, Thánh Augustine đã đưa ra những câu hỏi hết sức sâu sắc cho đến tận ngày nay về việc thời gian ảnh hưởng như thế nào đến Đức Chúa Trời. Nếu Chúa là đấng toàn năng thì Ngài có bị trói buộc trong dòng chảy thời gian không? Nói cách khác, liệu Chúa có phải vội vàng vì sợ trễ hẹn giống như người phàm chúng ta không? Cuối cùng, Thánh Augustine đi đến kết luận là vì Chúa có quyền lực vô biên nên không bị thời gian ràng buộc và do đó, Ngài tồn tại “bên ngoài thời gian”. Dù nghe có vẻ ngớ ngẩn, nhưng ý tưởng “tồn tại bên ngoài thời gian” đang được hồi sinh trong vật lý hiện đại, như chúng ta sẽ thấy sau đây.)

Cũng giống như Thánh Augustine, có lẽ tất cả chúng ta đều đôi lần tự hỏi về bản chất kỳ lạ của thời gian và điểm khác biệt của nó với không gian. Chúng ta có thể tiến về phía trước hoặc lùi về phía sau trong không gian, vậy tại sao lại không thể làm vậy trong thời gian? Chúng ta cũng tự hỏi, tương lai của mình sẽ ra sao. Dù cuộc sống thật ngắn ngủi, nhưng con người vẫn hiếu kỳ về những điều sẽ xảy ra rất lâu sau khi mình không còn nữa.

Mặc dù khát khao du hành thời gian có lẽ cũng xưa như chính loài người, nhưng câu chuyện đầu tiên về việc du hành thời gian mãi tới năm 1733 mới xuất hiện. Memoirs of the Twentieth Century (Ký sự thế kỷ 20) của Samuel Madden kể về một thiên thần đã thực hiện một chuyến hành trình từ năm 1997 ngược về quá khứ 250 năm trước để trao cho Đại sứ Anh quốc những tư liệu mô tả thế giới tương lai.

Có rất nhiều câu chuyện kiểu này. Truyện ngắn khuyết danh năm 1838 Missing Ones Coach: An Anachronism (Lỡ chuyến xe: Một sự sai lệch về niên đại) kể về một người đang đợi xe ngựa thì bỗng thấy mình lạc vào thế giới của 1.000 năm trước. Anh gặp một thầy tu đến từ một tu viện cổ và cố gắng giải thích cho ông về lịch sử của 1.000 năm tới. Sau đó, anh lại thấy mình dịch chuyển trở lại hiện tại một cách bí ẩn nhưng đã bị lỡ mất chuyến xe.

Tiểu thuyết A Chrismast Carol (Giáng sinh yêu thương) (1843) của Charles Dicken cũng là một câu chuyện du hành thời gian, vì nhân vật Ebenezer Scrooge được đưa về cả quá khứ và tương lai sau khi mất để thăm thú thế giới ở các thời điểm này.

Trong văn chương Mỹ, vấn đề du hành thời gian xuất hiện lần đầu tiên trong tiểu thuyết A Connecticut Yankee in King Arthurs Court (Chàng Yankee tại triều vua Arthur) năm 1889 của Mark Twain. Chàng Yankee[1] ở thế kỷ 19 bị ngược về quá khứ thời vua Arthur năm 528. Anh bị bắt và phải chịu án hỏa thiêu. Lúc đó, anh tuyên bố mình có khả năng che khuất Mặt Trời nhờ biết trước rằng ngày hôm đó sẽ có hiện tượng nhật thực. Khi nhật thực xảy ra, dân chúng sợ hãi, trả tự do và còn cho anh những đặc quyền để anh trả Mặt Trời lại như cũ.

Trong thế giới viễn tưởng, nỗ lực nghiêm túc đầu tiên trong việc khám phá khả năng du hành thời gian thuộc về H. G. Wells. Tiểu thuyết kinh điển The Time Machine (Cỗ máy thời gian) kể về một nhà du hành đến tương lai hàng trăm ngàn năm sau. Ở tương lai xa xôi, loài người tiến hóa thành hai chủng tộc: Moorlock tàn bạo sở hữu những cỗ máy bụi bặm trong lòng đất và Eloi yếu ớt, vô dụng, vui sống dưới ánh mặt trời ở thế giới bên trên mà không hề biết kết cục bi thảm của mình là trở thành con mồi cho Moorlock.

Kể từ đây, du hành thời gian trở thành một đặc trưng của khoa học viễn tưởng, từ loạt phim Star Trek cho đến Trở lại tương lai. Trong phim Siêu Nhân I, khi Siêu Nhân biết Lois Lane đã chết, anh quyết định trong tuyệt vọng cùng cực là phải đảo dòng thời gian bằng cách bay quanh Trái Đất với tốc độ nhanh hơn cả ánh sáng, cho đến khi thời gian trôi ngược về quá khứ. Vậy là Trái Đất quay chậm dần rồi dừng lại, cuối cùng quay theo chiều ngược, cho đến khi các đồng hồ trên Trái Đất bắt đầu đếm ngược. Cơn vần vũ của nước lũ đảo chiều, các con đập tự hàn gắn trở lại một cách thần kỳ và Lois Lane trở về từ cõi chết.

Từ góc nhìn khoa học, du hành thời gian không khả thi trong vũ trụ Newton, nơi thời gian giống như một mũi tên. Một khi đã được bắn đi, nó không bao giờ có thể đổi hướng về quá khứ. Một giây trên Trái Đất cũng giống một giây trong vũ trụ. Quan niệm này đã bị Einstein gạt bỏ. Ông chỉ ra thời gian giống dòng sông hơn là một mũi tên: nó len lỏi trong vũ trụ, có thể tăng tốc hoặc giảm tốc khi uốn lượn qua các ngôi sao và thiên hà. Vì vậy, một giây trên Trái Đất không phải là tuyệt đối. Thời gian biến thiên khi chúng ta du hành vũ trụ.

Như tôi đã thảo luận, theo thuyết tương đối hẹp của Einstein, tên lửa chuyển động càng nhanh thì thời gian bên trong nó trôi càng chậm. Các nhà văn khoa học viễn tưởng suy đoán nếu phá vỡ được rào cản tốc độ ánh sáng thì ta sẽ có thể đi ngược thời gian. Nhưng điều này là không thể, vì ta phải có một khối lượng vô hạn để đạt đến tốc độ ánh sáng. Tốc độ ánh sáng là chướng ngại cuối cùng đối với bất kỳ tên lửa nào. Phi hành đoàn tàu Enterprise trong phim Star Trek IV: Hành trình về nhà đã đánh cắp một con tàu không gian Klingon để bay vùn vụt quanh Mặt Trời, phá vỡ rào cản tốc độ ánh sáng rồi đáp xuống San Francisco những năm 1960. Nhưng điều này vi phạm các định luật vật lý.

Tuy nhiên, việc du hành thời gian vào tương lai là khả dĩ và đã được thực nghiệm kiểm chứng hàng triệu lần. Hành trình vào tương lai xa xôi của nhân vật trong truyện Cỗ máy thời gian thực sự khả thi về mặt vật lý. Nếu một phi hành gia chuyển động với tốc độ gần bằng ánh sáng, anh ta có thể đến ngôi sao gần nhất trong thời gian ngắn, một phút chẳng hạn. Bốn năm đã trôi qua trên Trái Đất nhưng đối với anh ta thì chỉ mới một phút, vì thời gian chậm lại bên trong con tàu. Như vậy, anh ta đã du hành bốn năm vào tương lai theo trải nghiệm trên Trái Đất. (Các phi hành gia của chúng ta thực sự đã thực hiện những chuyến đi ngắn ngủi vào tương lai mỗi lần họ bay vào không gian. Khi họ chuyển động với tốc độ 30.000 kmgiờ trên quỹ đạo, đồng hồ của họ sẽ đếm nhịp chậm hơn một chút so với đồng hồ trên Trái Đất. Vì vậy, sau khi hoàn thành nhiệm vụ kéo dài một năm trên trạm không gian, các phi hành gia thực ra đã du hành vào tương lai một phần của giây khi họ trở lại Trái Đất. Kỷ lục thế giới của việc du hành vào tương lai hiện được nắm giữ bởi nhà du hành vũ trụ người Nga Sergei Avdeyev, ông đã ở trên quỹ đạo 748 ngày và nhờ đó, tiến vào tương lai được 0,02 giây.)

Vì vậy, một cỗ máy thời gian có thể đưa con người vào tương lai phù hợp với thuyết tương đối hẹp của Einstein. Nhưng còn việc du hành ngược thời gian thì sao?

Nếu chúng ta có thể đi ngược về quá khứ, lịch sử sẽ không thể được viết ra. Ngay khi một sử gia ghi nhận lịch sử của quá khứ, ai đó có thể quay trở lại quá khứ và thay đổi nó. Không chỉ cướp đi công ăn việc làm của các nhà viết sử, cỗ máy thời gian còn khiến chúng ta thay đổi tiến trình lịch sử theo ý muốn. Chẳng hạn, nếu chúng ta có thể ngược về thời đại khủng long và chẳng may giẫm phải một động vật có vú mà sau này sẽ trở thành tổ tiên của loài người, có lẽ chúng ta đã vô tình quét sạch toàn bộ nhân loại. Lịch sử khi ấy sẽ giống như một vở kịch không hồi kết, khi các nhà du hành tương lai giẫm đạp lên các sự kiện lịch sử để chỉnh sửa theo ý mình.

DU HÀNH THỜI GIAN: SÂN CHƠI CỦA CÁC NHÀ VẬT LÝ

Có lẽ những đóng góp nổi bật nhất trong việc thiết lập các phương trình toán học phức tạp cho hố đen và cỗ máy thời gian thuộc về nhà vũ trụ học Stephen Hawking. Các sinh viên theo đuổi lý thuyết tương đối thường thể hiện khả năng vượt trội về vật lý toán từ rất sớm, nhưng Hawking hoàn toàn không phải là một sinh viên xuất chúng khi còn trẻ. Dĩ nhiên ông rất sáng dạ, nhưng các giáo viên thường thấy ông không chú tâm học tập và chưa bao giờ thể hiện hết những thế mạnh của bản thân. Nhưng bước ngoặt xuất hiện vào năm 1962: ông bắt đầu có biểu hiện của bệnh ALS sau khi tốt nghiệp đại học Oxford. Ông chết lặng khi hay tin mình mắc phải căn bệnh nan y neuron vận động; nó sẽ tước đi mọi khả năng vận động và nhanh chóng giết chết ông. Tin xấu gần như đã đánh gục Hawking. Lấy học vị tiến sĩ để làm gì nếu ông có thể chết bất cứ lúc nào?

Nhưng khi đã vượt qua cú sốc, ông bắt đầu tập trung nghiên cứu — lần đầu tiên trong đời. Nhận thấy mình không sống được lâu nữa, ông quyết tâm giải quyết một số vấn đề khó nhất của thuyết tương đối rộng. Đầu những năm 1970, ông xuất bản chuỗi bài nghiên cứu mang tính bước ngoặt, chứng minh “các kỳ dị” trong lý thuyết của Einstein (tại đó trường hấp dẫn lớn vô hạn, giống tâm của các hố đen hay ở thời điểm Vụ Nổ Lớn) là một đặc điểm cốt yếu của tính tương đối và không thể loại bỏ dễ dàng (như Einstein đã nghĩ). Năm 1974, Hawking cũng chứng minh các hố đen không hoàn toàn đen mà bức xạ chậm chạp (các bức xạ này hiện được gọi là bức xạ Hawking), vì các bức xạ có thể xuyên qua cả trường hấp dẫn của hố đen. Nghiên cứu này là ứng dụng quan trọng đầu tiên của lý thuyết lượng tử đối với thuyết tương đối và là công trình nổi tiếng nhất của Hawking.

Theo chẩn đoán, bệnh ALS sẽ từ từ khiến ông bị liệt tay, chân và thậm chí cả thanh quản, nhưng trên thực tế quá trình này đã diễn ra chậm hơn nhiều. Nhờ đó, ông vẫn có cơ hội trải qua nhiều cột mốc quan trọng của một người bình thường, làm cha của ba đứa trẻ (và đã lên chức ông), ly dị người vợ đầu vào năm 1991, bốn năm sau tái hôn với vợ cũ của người đã tạo ra thiết bị tổng hợp giọng nói cho mình, rồi ly dị lần thứ hai vào năm 2006. Năm 2007, ông trở thành tiêu điểm của báo chí khi tham gia một chuyến bay phản lực trong trạng thái không trọng lực, hoàn thành tâm nguyện bấy lâu.

Đến cuối đời, ông hầu như bị tê liệt toàn thân và phải gắn chặt với chiếc xe lăn, chỉ có thể giao tiếp với thế giới bên ngoài qua chuyển động mắt. Nhưng ngay cả với tình trạng tàn tật như vậy, ông vẫn bông đùa, viết báo, giảng bài và tham gia vào những cuộc tranh luận nảy lửa. Chỉ bằng chuyển động của cặp mắt, ông vẫn làm việc hiệu quả hơn cả một đội ngũ khoa học gia có cơ thể lành lặn. (Martin Rees, đồng nghiệp của ông ở Đại học Cambridge và cũng là người được Nữ hoàng Anh chỉ định vào Hội Thiên văn Hoàng gia, từng tâm sự với tôi rằng sự tật nguyền đã cản trở Hawking thực hiện các tính toán phức tạp để duy trì vị trí đỉnh cao trong lĩnh vực của mình. Bởi vậy, ông chuyển hướng tập trung vào việc tạo ra những thứ mới mẻ và những ý tưởng đẹp đẽ chứ không lao đầu vào các tính toán rối rắm mà ông có thể giao cho sinh viên.)

Năm 1990, sau khi đọc nghiên cứu đề xuất của một số đồng nghiệp về kiểu máy thời gian, Hawking lập tức tỏ ý hoài nghi những ý tưởng này. Trực giác mách bảo ông việc du hành thời gian không khả dĩ vì chúng ta chưa từng gặp du khách nào đến từ tương lai. Nếu việc du hành thời gian cũng đơn giản như đi dã ngoại trong công viên vào mỗi sáng Chủ nhật thì những lữ khách từ tương lai hẳn đang quấy rầy chúng ta, đề nghị chúng ta tạo dáng cho họ chụp ảnh.

Hawking cũng đưa ra một thách thức cho thế giới vật lý. Ông tuyên bố phải có một định luật khiến việc du hành thời gian trở nên bất khả thi. Ông đề xuất “giả định bảo toàn lịch sử” nhằm ngăn cản việc du hành thời gian khỏi các định luật vật lý đã biết, từ đó giúp “lịch sử vẫn an toàn cho các sử gia”.

Tuy nhiên, giới vật lý thấy lúng túng vì dù cố gắng đến đâu, họ vẫn không thể tìm ra một định luật cấm đoán việc du hành thời gian. Rõ ràng, du hành thời gian phù hợp với các định luật đã biết của vật lý. Do không thể tìm ra định luật vật lý nào khiến việc du hành thời gian là bất khả nên sau này Hawking đã thay đổi suy nghĩ. Ông trở thành tiêu điểm cho báo chí ở London khi đưa ra quan điểm: “Du hành thời gian là khả thi, nhưng không thực tế.”

Khi đã được xem là một phần của khoa học, du hành thời gian bỗng trở thành sân chơi của các nhà vật lý lý thuyết. Nhà vật lý Kip Thorne ở Viện Công nghệ California cho biết: “Du hành thời gian từng là địa hạt độc tôn của các nhà văn khoa học viễn tưởng. Các nhà khoa học nghiêm túc né tránh nó như bệnh dịch, ngay cả khi họ viết các tiểu thuyết dưới cái tên khác hay đọc chúng một mình. Nhưng giờ đây mọi thứ đã thay đổi! Hiện nay chúng ta có thể tìm thấy những phân tích mang tính học thuật của những nhà vật lý lý thuyết xuất chúng về việc du hành thời gian trong nhiều tạp chí khoa học nghiêm túc. Tại sao lại có sự thay đổi? Vì giới vật lý chúng tôi nhận ra bản chất của thời gian là một đề tài quá quan trọng để phó thác cho riêng các nhà văn viễn tưởng.”

Nguyên nhân của mọi sự bối rối và phấn khích này là do các phương trình Einstein cho phép tồn tại nhiều kiểu cỗ máy thời gian. (Tuy nhiên, vẫn còn những nghi ngờ về việc chúng có phù hợp với lý thuyết lượng tử hay không.) Thực tế, trong lý thuyết của Einstein, chúng ta thường phải đối mặt với “đường cong thời gian khép kín” — thuật ngữ kỹ thuật chỉ các quỹ đạo cho phép du hành thời gian ngược về quá khứ. Nếu đi theo một đường cong thời gian khép kín đồng dạng, chúng ta có thể thực hiện hành trình ngược về thời điểm trước cả thời điểm xuất phát.

Kiểu máy thời gian đầu tiên là lỗ sâu. Các phương trình Einstein có nhiều nghiệm liên kết hai điểm cách xa nhau trong không gian. Nhưng vì không gian và thời gian xoắn bện mật thiết với nhau trong lý thuyết Einstein nên một lỗ sâu như vậy có thể cũng kết nối hai điểm trong thời gian. Khi rơi vào lỗ sâu, ta có thể du hành về quá khứ (ít nhất là về mặt toán học). Như vậy, ta có thể du hành ngược về điểm xuất phát và gặp chính mình đang chuẩn bị rời đi. Nhưng như đã thảo luận trong chương trước, chuyến đi qua lỗ sâu ở tâm một hố đen là hành trình không khứ hồi. Như nhà vật lý Richard Gott đã nói: “Tôi không nghĩ có gì cần thắc mắc về khả năng một người có thể du hành ngược thời gian thông qua một hố đen. Điều cần thắc mắc chỉ là anh ta liệu có xuất hiện trở lại để khoác lác về việc đó hay không thôi.”

Một kiểu máy thời gian khác là vũ trụ quay. Năm 1949, nhà toán học Kurl Gödel tìm thấy nghiệm đầu tiên của các phương trình Einstein liên quan tới du hành thời gian. Nếu vũ trụ quay tròn thì khi chuyển động quanh nó đủ nhanh, ta sẽ có thể tìm thấy chính bản thân trong quá khứ và đến nơi trước khi mình rời đi. Do đó, hành trình quanh vũ trụ này là một chuyến đi về quá khứ. Khi các nhà thiên văn ghé thăm Viện Nghiên cứu Cao cấp, Gödel thường hỏi họ có thấy bằng chứng nào cho biết vũ trụ đang quay không. Ông rất thất vọng khi nhận được câu trả lời rằng họ có bằng chứng rõ ràng là vũ trụ đang giãn nở nhưng tính tổng thể thì vũ trụ không quay. (Nếu không phải vậy, du hành thời gian sẽ trở nên phổ biến và lịch sử chúng ta biết sẽ sụp đổ.)

Kiểu máy thời gian thứ ba dựa trên giả định rằng nếu đi quanh một hình trụ quay dài vô hạn, ta sẽ đến được điểm xuất phát của mình trước cả khi bắt đầu đi. (Nghiệm này được W. J. van Stockum tìm thấy năm 1936, trước cả nghiệm của Gödel, nhưng Stockum không nhận ra nghiệm của mình cho phép du hành thời gian xảy ra.) Trong trường hợp này, nếu một người Anh quốc nhảy múa quanh cây nêu vào ngày quốc tế Lao động mùng 1 tháng 5, họ sẽ thấy mình đang ở tháng tư. Tuy nhiên, vấn đề đối với mô hình này là hình trụ phải có chiều dài vô hạn và quay nhanh đến nỗi hầu hết vật chất của nó bị văng ra xa.

Ví dụ gần nhất về du hành thời gian được Richard Gott ở Đại học Princeton tìm thấy vào năm 1991. Lời giải của ông phụ thuộc vào việc tìm kiếm những sợi dây vũ trụ khổng lồ (có thể là thứ còn sót lại sau Vụ Nổ Lớn). Ông giả định hai sợi dây vũ trụ sắp va vào nhau, nếu nhanh chóng di chuyển quanh điểm va chạm, ta sẽ có thể đi ngược thời gian. Điểm vượt trội của kiểu máy thời gian này là không cần những hình trụ quay dài vô hạn, vũ trụ quay hay hố đen. (Tuy nhiên, mô hình này có hạn chế là phải tìm những sợi dây vũ trụ đang trôi nổi trong không gian, sau đó làm cho chúng va chạm ở vị trí mong muốn. Hơn nữa, khả năng đi ngược thời gian chỉ tồn tại trong tích tắc.) Gott cho biết: “Để một vòng cuốn tạo ra từ sự va chạm của các sợi dây là đủ lớn để ta có thể đi vòng quanh nó và ngược về khoảng thời gian một năm trước, nó phải có khối lượng và năng lượng của hơn một nửa thiên hà.”

Nhưng thiết kế hứa hẹn nhất cho một cỗ máy thời gian là “lỗ sâu ngang bằng”. Như đã đề cập trong chương trước, đó là một lỗ hổng không-thời gian mà một người có thể tự do qua lại để du hành thời gian. Về lý thuyết, các lỗ sâu ngang bằng không chỉ mang lại giải pháp di chuyển nhanh hơn ánh sáng mà còn có thể du hành thời gian. Chìa khóa của các lỗ sâu ngang bằng là năng lượng âm.

Một cỗ máy du hành thời gian sử dụng lỗ sâu ngang bằng sẽ có hai ngăn. Mỗi ngăn gồm hai lớp cầu đồng tâm cách nhau một khoảng rất nhỏ. Khi lớp cầu bên ngoài nổ vào trong, hai lớp cầu sẽ tạo ra hiệu ứng Casimir, nhờ đó tạo ra năng lượng âm. Giả sử một nền văn minh bậc III có thể kết nối hai ngăn của máy thời gian bằng một lỗ sâu hình thành từ các bong bóng không-thời gian. Tiếp theo, cho một ngăn chuyển động với tốc độ tiệm cận tốc độ ánh sáng. Thời gian trôi chậm lại trong ngăn này, do đó đồng hồ trong nó không còn đồng bộ với đồng hồ bên ngăn còn lại. Như vậy, hai ngăn được kết nối với nhau bằng một lỗ sâu và có thời gian đánh nhịp với tốc độ khác nhau.

Nếu đang ở trong ngăn thứ hai, ta có thể di chuyển qua lỗ sâu để sang ngăn thứ nhất — nơi thời gian đang sớm hơn. Như vậy, ta đã di chuyển ngược thời gian.

Thiết kế này cũng đối mặt với những khó khăn lớn. Lỗ sâu này quá nhỏ, có thể nhỏ hơn cả một nguyên tử. Và các vách ngăn của cỗ máy này cần được nén xuống khoảng cách Planck thì mới tạo ra đủ năng lượng âm cần thiết. Cuối cùng, bạn sẽ chỉ có thể đi ngược thời gian trở về chính vị trí mà cỗ máy được xây dựng. Trước thời điểm này, thời gian trong hai ngăn vẫn đánh nhịp đồng bộ với nhau.

NHỮNG NGHỊCH LÝ VÀ CÁC CÂU HỎI HÓC BÚA VỀ THỜI GIAN

Du hành thời gian đặt ra hàng loạt vấn đề về cả kỹ thuật và tác động xã hội. Các vấn đề về đạo đức và pháp lý của việc này được Larry Dwyer gợi lên khi ông chỉ ra: “Liệu một người du hành thời gian có thể bị kết tội, nếu hắn sát hại chính mình trong quá khứ? Liệu một kẻ giết người bỏ trốn về quá khứ có bị xét xử trong quá khứ vì những tội lỗi hắn phạm phải trong tương lai? Nếu ở quá khứ, hắn cưới thêm một người vợ nữa thì liệu hắn có bị kết tội đa thê, dù người vợ ở hiện tại của hắn cách thời điểm quá khứ này những 5.000 năm?”

Nhưng có lẽ vấn đề gai góc nhất là những nghịch lý về tính logic nảy sinh từ việc du hành thời gian. Chẳng hạn, điều gì sẽ xảy ra nếu một người giết bố mẹ của chính mình trước khi bản thân được sinh ra? Điều này không khả thi về mặt logic. Ví dụ này thường được gọi là “nghịch lý ông nội”.

Có ba cách để giải quyết những nghịch lý này. Đầu tiên, có lẽ ta chỉ đơn giản là lặp lại lịch sử của quá khứ khi đi ngược dòng thời gian và nhờ đó hoàn thiện quá khứ. Trong trường hợp này, ta không thể làm theo ý muốn của mình. Ta buộc phải hoàn tất quá khứ đúng như nó được viết ra. Như vậy, nếu ta trở về quá khứ để tiết lộ bí mật về việc du hành thời gian cho chính mình thời trẻ thì có nghĩa là sự việc phải diễn ra theo cách đó. Bí mật du hành thời gian đến từ tương lai. Đó là định mệnh. (Nhưng điều này không cho chúng ta biết đâu là điểm xuất phát của ý tưởng gốc.)

Khả năng thứ hai là ta có thể làm những gì mình muốn, có thể thay đổi quá khứ, nhưng chỉ trong chừng mực nhất định. Chúng ta được tự do ý chí nhưng không được phép tạo ra một nghịch lý thời gian. Bất cứ khi nào một người cố gắng giết bố mẹ mình trước khi họ sinh ra người đó, một thế lực bí ẩn sẽ ngăn họ bóp cò. Tình huống này được nhà vật lý người Nga Igor Novikov tán thành. (Ông lập luận rằng có một định luật ngăn cản chúng ta đi ngược trên trần nhà, dù có thể chúng ta muốn làm vậy. Do vậy, hẳn cũng có một định luật ngăn cản chúng ta giết hại bố mẹ mình trước thời điểm bản thân được sinh ra. Một định luật kỳ lạ nào đó sẽ ngăn chúng ta bóp cò.)

Khả năng thứ ba là vũ trụ sẽ tách thành hai vũ trụ khác nhau. Trong cùng một dòng thời gian, những người mà ta sát hại trông giống như cha mẹ mình, nhưng thực ra họ là những người khác vì ta hiện đang sống trong một vũ trụ song hành với vũ trụ kia. Khả năng này dường như phù hợp với lý thuyết lượng tử, như tôi sẽ thảo luận ở chương sau về đa vũ trụ.

Khả năng thứ hai đã được khai thác trong phim Kẻ hủy diệt 3. Trong phim, nam diễn viên Arnold Schwarzenegger vào vai một robot đến từ thế giới tương lai, nơi những cỗ máy hung hãn thống trị. Chúng truy đuổi gắt gao nhóm người sống sót. Nhóm người này được dẫn dắt bởi một nhà lãnh đạo vĩ đại mà người máy không thể tiêu diệt nổi. Giận dữ, đạo quân người máy gửi một nhóm robot sát thủ về quá khứ, trước thời điểm nhà lãnh đạo được sinh ra, để giết mẹ ông. Nhưng sau những trận chiến dữ dội, nền văn minh loài người cuối cùng bị hủy diệt ở đoạn kết, như ngụ ý tiêu đề bộ phim.

Bộ phim Trở lại tương lai lại khai thác khả năng thứ ba. Trong phim, tiến sĩ Brown phát minh ra chiếc xe DeLorean sử dụng nhiên liệu hạt nhân plutoni, thực tế là một cỗ máy thời gian có thể du hành về quá khứ. Nhân vật Marty McFly do Michael J. Fox thủ vai sử dụng chiếc xe này ngược về quá khứ và gặp người mẹ thời trẻ của mình, và mẹ anh đã nảy sinh tình cảm với anh. Điều này dẫn đến một vấn đề oái ăm. Nếu người mẹ trẻ của Marty McFly chia tay người cha tương lai của anh thì họ sẽ không lấy nhau, kết quả là nhân vật của Michael J. Fox sẽ không bao giờ được sinh ra.

Vấn đề này được tiến sĩ Brown làm sáng tỏ phần nào. Ông đến bên tấm bảng và vẽ một đường thẳng nằm ngang biểu diễn trục thời gian vũ trụ của chúng ta. Sau đó, ông vẽ một đường thứ hai, rẽ nhánh từ đường ban đầu, biểu diễn một vũ trụ song song đã hình thành khi ta thay đổi quá khứ. Như vậy, bất cứ khi nào con người đi ngược dòng chảy thời gian, nó sẽ tách đôi và dòng thời gian ban đầu trở thành hai dòng thời gian tách biệt. Đây được gọi là cách tiếp cận “đa thế giới” mà tôi sẽ thảo luận trong chương tới.

Điều này có nghĩa tất cả các nghịch lý du hành thời gian đều có thể được giải quyết. Nếu một người lỡ tay sát hại cha mẹ mình trước khi bản thân được sinh ra thì người đó chỉ đơn giản là đã giết ai đó giống hệt cha mẹ họ; hai người này có thể có cùng ký ức và tính cách với đấng sinh thành ra họ, nhưng thật ra không phải là cha mẹ người đó.

Ý tưởng “đa thế giới” giải quyết được ít nhất một vấn đề chính của việc du hành thời gian. Đối với một nhà vật lý, điều bất cập hàng đầu của việc du hành thời gian (bên cạnh tìm kiếm năng lượng âm) là các hiệu ứng bức xạ sẽ tăng cường đến mức tiêu diệt ta ngay tại thời điểm tiến vào cỗ máy thời gian, hoặc lỗ sâu sẽ co sụp và bóp nghẹt ta. Tăng cường bức xạ xảy ra do bất cứ bức xạ nào lọt vào cánh cổng thời gian sẽ ngược về quá khứ, lang thang đâu đó trong vũ trụ cho đến hiện tại rồi lọt trở lại vào lỗ sâu. Vì số lần các bức xạ tiến vào miệng lỗ sâu là vô hạn nên bức xạ tổng hợp trong lỗ sâu sẽ có cường độ mạnh khủng khiếp, đủ giết chết con người. Nhưng cách lý giải “đa thế giới” giải quyết được vấn đề này. Nếu bức xạ lọt vào cỗ máy thời gian và được gửi về quá khứ, nó sẽ tiến vào một vũ trụ mới, do đó nó không thể đi qua cỗ máy thời gian hết lần này đến lần khác. Điều này ngụ ý có vô số vũ trụ đang tồn tại, mỗi vũ trụ có một hành trình riêng và mỗi hành trình chỉ có một photon bức xạ chứ không phải số bức xạ vô hạn.

Tranh cãi này sáng tỏ phần nào vào năm 1997, khi cuối cùng chương trình của Hawking nhằm loại bỏ khả năng du hành thời gian được ba nhà vật lý Bernard Kay, Marek Radzikowski và Robert Wald chỉ ra là có những sai lầm cố hữu. Họ đã chứng tỏ việc du hành thời gian phù hợp với tất cả các định luật vật lý đã biết, ngoại trừ một điểm. Khi du hành trong thời gian, mọi vấn đề đều tập trung tại chân trời sự kiện (khu vực nằm gần điểm tiến vào lỗ sâu). Nhưng chân trời này chính là nơi mà lý thuyết của Einstein sẽ thất bại và nhường chỗ cho lý thuyết lượng tử. Vấn đề ở đây là để tính các hiệu ứng bức xạ xuất hiện khi bước vào cỗ máy thời gian, chúng ta phải sử dụng một lý thuyết kết hợp thuyết tương đối rộng Einstein với thuyết lượng tử của bức xạ. Nhưng khi tiến hành “hôn phối” hai lý thuyết này, kết quả thu được không mang lại ý nghĩa: nó chỉ cho ra một dãy vô hạn các câu trả lời tối nghĩa.

Đây sẽ là nơi lý thuyết vạn vật chiếm ngữ. Mọi vấn đề về du hành thời gian thông qua một lỗ sâu khiến các nhà vật lý trăn trở (như tính bền vững của lỗ sâu, bức xạ chết người, sự co sụp của lỗ sâu khi ta đi qua) đều tập trung tại chân trời sự kiện, nơi mà lý thuyết của Einstein không còn đúng nữa.

Do đó, chìa khóa để hiểu được khả năng du hành thời gian là nắm bắt nguyên tắc vật lý của chân trời sự kiện, điều chỉ có lý thuyết vạn vật mới giải quyết được. Đây là lý do khiến hầu hết các nhà vật lý hiện nay đều đồng ý rằng cách tốt nhất để giải quyết rốt ráo bài toán du hành thời gian là hoàn thiện lý thuyết kết hợp giữa vạn vật hấp dẫn và không-thời gian.

Lý thuyết vạn vật sẽ thống nhất bốn lực cơ bản của vũ trụ và giúp chúng ta tính được những gì có thể xảy ra khi bước vào cỗ máy thời gian. Chỉ có một lý thuyết như vậy mới đủ khả năng tính toán tất cả các hiệu ứng bức xạ do một lỗ sâu tạo thành và giải quyết rành rẽ câu hỏi về khả năng bền vững của lỗ sâu khi con người vận hành cỗ máy thời gian. Và thậm chí tới lúc đó, chúng ta có thể vẫn phải đợi thêm hàng thế kỷ hoặc lâu hơn để xây dựng một cỗ máy thực sự kiểm tra được tính chính xác của lý thuyết này. Vì các định luật của du hành thời gian liên quan chặt chẽ với vật lý của các lỗ sâu nên du hành thời gian được xếp vào nhóm Bất khả thi loại II.

❀ ❀ ❀

[1] Một từ lóng chỉ người Mỹ.