Khi bạn nghĩ về nó, thời gian là một cấu trúc tùy ý – đó là cách chúng ta tạo nên ý nghĩa của sự lớn lên và già đi.

Gilnature / iStock

Có tất cả các loại trích dẫn về thời gian. Một trong những câu nói yêu thích của tôi là của Abhijit Naskar, tác giả của “Tình yêu, Chúa và thần kinh: Hồi ký của một nhà khoa học đã tìm thấy chính mình khi bị lạc.” Ông nói, “Thời gian về cơ bản là một ảo ảnh được tạo ra bởi tâm trí để hỗ trợ chúng ta cảm nhận về sự hiện diện tạm thời trong đại dương không gian rộng lớn. Nếu không có các tế bào thần kinh để tạo ra nhận thức ảo về quá khứ và tương lai dựa trên tất cả kinh nghiệm của chúng ta, thì không có sự tồn tại thực tế của quá khứ và tương lai. Tất cả những gì đang có, là hiện tại.”

Một trong những nhà vật lý có ảnh hưởng nhất từng sống, Albert Einstein, cũng chia sẻ quan điểm này khi viết, ” Những người tin vào vật lý như chúng tôi đều biết rằng sự phân biệt giữa quá khứ, hiện tại và tương lai chỉ là một ảo tưởng dai dẳng dai dẳng.” Nói cách khác, thời gian là một ảo ảnh.

Khi bạn nghĩ về điều đó, sẽ có cảm giác rằng thời gian là một cấu trúc tùy ý – đó là cách chúng ta tạo ra cảm giác lớn lên và già đi trong khi thế giới thay đổi xung quanh chúng ta. Nó không phải là tất cả. Vì vậy, hãy xem nhận thức của chúng ta về thời gian thay đổi như thế nào ở các địa điểm khác nhau.

Tất cả đều là tương đối:

Theo lý thuyết riêng của Einstein, thời gian di chuyển khác nhau đối với người ở dưới mực nước biển so với người ở trên đỉnh cao nhất hành tinh (theo một số nghiên cứu, “ở mực nước biển, bạn già đi một phần tỷ giây mỗi năm so với bạn đã sống trên đỉnh Everest”). Điều này là do một hiện tượng đặt ra bởi thuyết tương đối rộng được gọi là sự giãn nở thời gian hấp dẫn.

Logic đằng sau sự giãn nở thời gian hấp dẫn khá đơn giản:  Các vật thể có khối lượng lớn sẽ tạo ra một trường hấp dẫn mạnh. Trường hấp dẫn này làm cong đáng kể cấu trúc của không thời gian xung quanh các vật thể này, tạo ra thứ mà chúng ta gọi là lực hấp dẫn. Khi một dòng hạt ánh sáng đi ngang qua một vật thể có đủ trọng lực, dòng hạt photon di chuyển với tốc độ ánh sáng sẽ có vẻ bị bẻ cong.

Điều thú vị hơn nữa là khối lượng có thể làm cong chính cấu trúc thời gian, khiến nó chuyển động chậm hơn hoặc nhanh hơn tùy thuộc vào khối lượng của vật thể đó và lực hấp dẫn của vật thể đó mạnh đến mức nào, đó là nơi mà thời gian giãn ra thực sự trở nên khó hiểu đối với chúng ta.

Một phi hành gia mạo hiểm vào một lỗ đen. Nguồn: NASA [phi hành gia]; NASA / ESA và G. Bacon, STScI [hình minh họa lỗ đen]

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng một người quan sát trong môi trường trọng lực mạnh sẽ có thời gian chạy bình thường. Nó chỉ  liên quan  đến một hệ quy chiếu có trọng lực yếu hơn mà thời gian chạy chậm.

Đối với một người trong lực hấp dẫn mạnh, thời gian dường như trôi qua bình thường, trong khi đồng hồ ở trọng lực yếu chạy nhanh. Trong khi đối với người ở trọng lực yếu, đồng hồ chạy bình thường và đồng hồ ở trọng lực mạnh chạy chậm. Tất nhiên, không có gì sai với đồng hồ. Bản thân thời gian đang chậm lại và tăng tốc vì cách tương đối tính trong đó khối lượng làm cong không gian và thời gian.

Di chuyển càng nhanh, thời gian trôi qua càng chậm so với nhận thức của người quan sát tĩnh. Vật chất di chuyển với tốc độ ánh sáng không thực sự trải qua thời gian hoặc khoảng cách, ít nhất là so với một điểm tĩnh. Chỉ cần nhìn một con tàu vũ trụ trôi dạt vào không gian sâu thẳm, những người trên Trái đất xem con tàu đang di chuyển trong không gian và thời gian chậm hơn nhiều so với những người trên tàu cho rằng nó đang di chuyển. Các thành viên phi hành đoàn cũng sẽ già đi với tốc độ chậm hơn, họ di chuyển nhanh hơn.

Làm cho thời gian giãn nở dễ dàng:

Lấy một ví dụ thú vị khác: Bộ phim “Interstellar” trong đó thể hiện sự giãn nở của thời gian (rõ ràng là vượt quá giới hạn). Trong phim, một phi hành đoàn rời Trái đất để tìm kiếm một hành tinh có thể sinh sống được mà chúng ta có thể chạy trốn khỏi một Trái đất đang chết dần chết mòn. Tại một thời điểm trong phim, một vài thành viên phi hành đoàn đáp xuống một thế giới nước nằm cách một hố đen / hố sâu khổng lồ không quá xa. Do ở gần vật thể sao siêu dày đặc, hành tinh này trải qua những đợt sóng biến động không thể tưởng tượng được và thời gian giãn nở trở nên cực độ. Một giờ trên bề mặt tương đương với 7 năm đối với người nào đó ở ngoài quỹ đạo của lỗ đen.

Trái, Scott Kelly và anh trai sinh đôi giống hệt nhau của mình, Mark Kelly (Phải) Nguồn: NASA

Các phi hành gia trên ISS trải qua một dạng giãn nở thời gian ít kịch tính hơn nhiều, do Trạm vũ trụ quốc tế không di chuyển đến bất kỳ đâu gần với tốc độ tương đối tính. Hai phi hành gia sinh đôi là một phần của một thí nghiệm do NASA tiến hành; họ tính toán rằng người sinh đôi dành nhiều thời gian nhất trong không gian thực sự già hơn 5 mili giây so với người sinh đôi ở Trái đất của anh ta.

Điều này thậm chí còn kỳ quặc:

Có lẽ ví dụ kỳ lạ nhất về sự giãn nở thời gian có thể được nhìn thấy trong và xung quanh các lỗ đen. Thời gian trôi đi càng khác biệt khi bạn đến gần chân trời sự kiện của một lỗ đen. Hãy tưởng tượng rằng bạn có hai chiếc đồng hồ – một chiếc do người quan sát cầm ngoài lực hấp dẫn vô cùng lớn của vật thể và chiếc đồng hồ khác do người quan sát đi qua gần chân trời sự kiện giữ – chiếc đồng hồ ở xa hơn sẽ tích tắc nhanh hơn chiếc ở gần chân trời sự kiện.

Theo quan điểm của người quan sát gần chân trời sự kiện, một ngày có thể đã trôi qua, trong khi người quan sát từ bên ngoài có thể đã trải qua một thập kỷ thời gian. Cuối cùng, thời gian có thể dừng lại hoàn toàn đối với người quan sát gần chân trời sự kiện.

Từ bên ngoài, người quan sát ở chân trời sự kiện sẽ bắt đầu dịch chuyển đỏ, có nghĩa là bước sóng ánh sáng họ phát ra sẽ di chuyển về phía phần màu đỏ của quang phổ điện từ, cho đến khi ánh sáng ngày càng mờ đi. Không thể tránh khỏi, thời gian dường như sẽ dừng lại hoàn toàn trước khi người quan sát lao vào chân trời sự kiện. Về lý thuyết, chúng ta sẽ không bao giờ thực sự thấy điều này xảy ra, vì vật thể dường như sẽ đóng băng và không bao giờ thực sự biến mất khỏi tầm nhìn vào lỗ đen.

Lỗ đen có thể được hình thành khi một ngôi sao lớn đạt đến cuối vòng đời của nó, lõi của nó bắt đầu tự sụp đổ, phun ra một lượng lớn khí và bụi trong một sự kiện siêu tân tinh. Ngôi sao phải có khối lượng ít nhất gấp ba lần Mặt trời của chúng ta để quá trình này xảy ra. Người ta cho rằng các lỗ đen siêu lớn, có khối lượng  từ 100.000 đến  hàng chục tỷ  lần so với Mặt trời, có thể được hình thành bởi một loại phản ứng dây chuyền, và đây là nơi xuất hiện sự giãn nở thời gian cực hạn.

Bị nuốt chửng bởi một hố đen Big Ole:

Nếu bạn đang tự hỏi điều gì thực sự xảy ra khi một thứ gì đó cuối cùng bị hút vào chân trời sự kiện – điểm mà tại đó không có gì, thậm chí cả photon (hoặc bản thân ánh sáng) có thể di chuyển nhanh hơn vận tốc thoát của vật thể, do đó sẽ không có cơ hội thoát khỏi tầm bám của nó – vật lý trở nên khá phức tạp và sự hiểu biết của chúng ta về cách mọi thứ hoạt động bắt đầu sụp đổ.

Người ta tin rằng một người quan sát bên trong một lỗ đen cuối cùng sẽ ngừng trải qua thời gian hoàn toàn, nhưng họ sẽ bị giãn ra khi lỗ đen từ từ tách chúng ra – từng nguyên tử. Điều này được gọi là sự tạo thành spaghettification, Lực hấp dẫn trong một cái gọi là ” sự kiện gián đoạn thủy triều ” sẽ kéo mạnh hơn lên đầu của bạn so với chân của bạn, và bạn sẽ bị nghiền nát.

Nghệ sĩ vẽ lại hình ảnh một ngôi sao đang trải qua quá trình Spaghetation khi nó bị một hố đen siêu lớn nuốt chửng trong một cái gọi là ‘sự kiện gián đoạn thủy triều.’ Nguồn: ESO / M. Kornmesser

Rất may, đôi khi chúng ta có thể đo lường những sự kiện này, ít nhất là khi chúng xảy ra với các vật thể sao khác. Điều này là do chúng tạo ra rất nhiều năng lượng mà chúng ta có thể phát hiện bằng kính thiên văn chuyên dụng, như ESO. Thông thường khí và bụi che khuất tầm nhìn của chúng ta, nhưng nếu chúng ta nắm bắt được một sự kiện vào đúng thời điểm, chúng ta có thể nghiên cứu điều gì sẽ xảy ra khi vật chất bị một hố đen siêu lớn nuốt chửng.

Đối với Einstein…

Như chúng ta đã thấy từ câu nói của Einstein, ông tin rằng thời gian là một ảo ảnh, rằng cả tương lai và quá khứ đều không thể thay đổi, và sẽ diễn ra theo đúng cách mà chúng đã định.

Nhiều nhà vật lý chia sẻ quan điểm này, nhưng có một số lại đưa ra những cách giải thích khác nhau về cách mọi thứ sẽ diễn ra trong thời gian dài. Một người cho rằng hiện tại, tương lai và quá khứ hầu như vẫn chưa được viết ra. Hoặc, tất cả chúng đều diễn ra cùng một lúc. Các Lý Thuyết Khối Vũ Trụ góp rất nhiều cho những lý tưởng.

Nhìn chung, bạn nghĩ Einstein đúng hay sai?

Nguồn: interestingengineering