Du hành thời gian từ lâu đã trở thành một biểu tượng của khoa học viễn tưởng, khơi dậy trí tưởng tượng của con người về khả năng thay đổi quá khứ hoặc bước vào tương lai. Những câu chuyện về cỗ máy thời gian đã đưa độc giả và khán giả đến những cuộc phiêu lưu kỳ thú, nơi mà ranh giới giữa hiện thực và tưởng tượng trở nên mờ nhạt.
Nhưng câu hỏi đặt ra là: liệu du hành thời gian có thể trở thành hiện thực, hay chỉ là một giấc mơ viển vông của nhân loại? Nghiên cứu mới đây của Lorenzo Gavassino, một nhà vật lý thuộc Đại học Vanderbilt, đã mở ra những ý tưởng táo bạo, đề xuất rằng khái niệm này có thể không hoàn toàn bất khả thi như chúng ta từng nghĩ.
Trong thế giới vật lý, ý tưởng về du hành thời gian bắt nguồn từ thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, nơi mà không-thời gian được mô tả như một thực thể có thể bị uốn cong dưới những điều kiện đặc biệt. Theo lý thuyết này, các hiện tượng như " một đường cong thời gian khép kín " (closed timelike curves - CTC) có thể xảy ra. Đây là những vòng lặp trong không-thời gian, nơi mà một người, về lý thuyết, có thể quay trở lại một thời điểm trong quá khứ.
Hãy tưởng tượng một con đường không-thời gian dẫn bạn trở về chính khoảnh khắc bạn khởi hành, tạo thành một vòng lặp bất tận. Tuy nhiên, ý tưởng này nhanh chóng vấp phải hàng loạt mâu thuẫn và nghịch lý. Một trong số đó là "nghịch lý ông nội", nơi mà một người du hành thời gian về quá khứ và vô tình cản trở sự tồn tại của chính mình, chẳng hạn bằng cách ngăn cản cuộc hôn nhân của ông bà.
Không chỉ vậy, định luật nhiệt động lực học thứ hai – nguyên tắc cho rằng mức độ hỗn loạn (entropy) trong một hệ thống khép kín luôn tăng theo thời gian – cũng đặt ra nhiều trở ngại cho ý tưởng về các vòng lặp thời gian. Trong một vòng lặp khép kín, entropy sẽ phải giảm cục bộ để thời gian có thể quay ngược, điều này dường như đi ngược lại bản chất tự nhiên của vũ trụ. Chính những nghịch lý và khó khăn này đã khiến nhiều nhà khoa học cho rằng du hành thời gian chỉ có thể tồn tại trong thế giới hư cấu.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới của Gavassino đã mang đến một cái nhìn khác biệt, tập trung vào cách cơ học lượng tử và nhiệt động lực học có thể giải quyết những mâu thuẫn này. Ông cho rằng, trong các vòng lặp thời gian, các dao động lượng tử có thể phá vỡ quy luật entropy thông thường, cho phép mức độ hỗn loạn giảm cục bộ trong những điều kiện đặc biệt. Điều này có nghĩa là mũi tên thời gian – thứ thường được định nghĩa là hướng một chiều từ quá khứ đến tương lai – có thể bị đảo ngược hoặc uốn cong trên các vòng lặp này. Nhờ đó, những sự kiện tưởng chừng không thể đảo ngược, chẳng hạn như làm tan chảy một khối nước đá hoặc ngăn chặn một vụ nổ, có thể trở thành hiện thực trong các điều kiện cụ thể.
Không dừng lại ở việc phá vỡ mũi tên thời gian, nghiên cứu của Gavassino còn cho thấy rằng vũ trụ có cơ chế tự điều chỉnh để tránh những nghịch lý lớn. Điều này có nghĩa là, ngay cả khi một người cố gắng thay đổi quá khứ theo cách tạo ra nghịch lý – chẳng hạn như phá hủy cỗ máy thời gian trước khi nó được phát minh – thì các quy luật vật lý sẽ can thiệp để đảm bảo dòng thời gian vẫn duy trì tính nhất quán.
Các sự kiện trong vòng lặp thời gian sẽ tự sắp xếp lại để tránh tạo ra mâu thuẫn. Ý tưởng này không mới, nhưng nghiên cứu của Gavassino cung cấp một nền tảng toán học vững chắc hơn, dựa trên cơ học lượng tử và nhiệt động lực học, để giải thích cách các vòng lặp thời gian có thể tự duy trì mà không làm mất đi tính hợp lý của vũ trụ.
Tuy nhiên, không phải tất cả các nhà khoa học đều đồng tình với ý kiến này. Stephen Hawking, một trong những nhà vật lý lý thuyết hàng đầu thế giới, từng đưa ra "phỏng đoán bảo vệ niên đại", cho rằng các quy luật vật lý cơ bản sẽ ngăn chặn sự hình thành của các vòng lặp thời gian. Theo Hawking, nếu một vòng lặp thời gian có nguy cơ xuất hiện, vũ trụ sẽ tự tạo ra các biện pháp "phòng vệ", chẳng hạn như bức xạ mạnh hoặc điểm kỳ dị, để phá vỡ cấu trúc không-thời gian trước khi vòng lặp được hoàn thiện. Dù phỏng đoán này chưa được chứng minh, nó phản ánh sự hoài nghi sâu sắc về tính khả thi của các vòng lặp thời gian trong thực tế.
Ngay cả khi các vòng lặp thời gian không tồn tại, việc nghiên cứu chúng vẫn mang lại những giá trị to lớn trong việc khám phá các quy luật sâu sắc nhất của vũ trụ. Hiểu được cách entropy và các hiện tượng lượng tử hoạt động trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy không chỉ giúp chúng ta tinh chỉnh lý thuyết về thuyết tương đối và cơ học lượng tử, mà còn mở ra những hướng đi mới trong các lĩnh vực khác như điện toán lượng tử và mật mã học. Chẳng hạn, những ý tưởng về thao tác thông tin trong các điều kiện "phi thực tế" đã gợi cảm hứng cho các phương pháp bảo mật mới trong lĩnh vực công nghệ.
Nghiên cứu của Gavassino còn có ý nghĩa lớn trong việc thúc đẩy các cuộc tranh luận về bản chất thực sự của không-thời gian. Các nhà vật lý đang tìm kiếm những bằng chứng thực nghiệm có thể kiểm chứng lý thuyết của ông, đồng thời hy vọng tìm ra cách hợp nhất thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử – hai trụ cột của vật lý hiện đại, nhưng lại mâu thuẫn với nhau trong nhiều khía cạnh. Các vòng lặp thời gian, với những nghịch lý và thách thức của chúng, có thể chính là chìa khóa để giải quyết bài toán hóc búa này.
Tóm lại, du hành thời gian vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải. Mặc dù nghiên cứu mới cho thấy rằng các vòng lặp thời gian không bị loại trừ hoàn toàn bởi các quy luật vật lý, vẫn còn một khoảng cách rất lớn giữa lý thuyết và thực tế. Liệu con người có thể vượt qua những rào cản để biến giấc mơ du hành thời gian thành hiện thực? Hay vũ trụ, với tất cả sự phức tạp và tinh tế của nó, sẽ mãi giữ cho ý tưởng này ở lại trong thế giới tưởng tượng? Dù câu trả lời là gì, hành trình khám phá những bí ẩn này vẫn sẽ tiếp tục truyền cảm hứng cho khoa học và trí tưởng tượng của nhân loại.
