Du hành thời gian không nhất thiết phải cần đến một cỗ máy có khả năng đưa con người quay ngược hàng thế kỷ về quá khứ.

Vật lý hiện đại cho thấy thời gian có thể trôi với tốc độ khác nhau đối với những người quan sát chuyển động ở vận tốc khác nhau hoặc chịu tác động của các điều kiện hấp dẫn khác nhau.

Đây là một hiệu ứng có thật và hoàn toàn có thể đo được bằng những chiếc đồng hồ có độ chính xác cực cao.

Chuyển động làm thay đổi thời gian như thế nào?

Thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein chỉ ra mối liên hệ giữa không gian và thời gian, đồng thời xác định tốc độ ánh sáng trong chân không là một giới hạn cơ bản của tự nhiên. Một trong những hệ quả quan trọng của lý thuyết này là hiện tượng giãn thời gian: một chiếc đồng hồ chuyển động so với người quan sát khác có thể ghi nhận khoảng thời gian trôi qua ngắn hơn. Hiệu ứng này đã được đo bằng những chiếc đồng hồ có độ chính xác rất cao. Khi các đồng hồ đã được đồng bộ được đưa lên máy bay rồi sau đó đem so sánh với những chiếc đồng hồ vẫn ở trên mặt đất, khoảng thời gian mà chúng ghi nhận có sự chênh lệch đúng như những gì thuyết tương đối dự đoán. Ở tốc độ di chuyển thông thường, sự khác biệt này cực kỳ nhỏ. Tuy nhiên, khi vận tốc tiến gần đến tốc độ ánh sáng, hiệu ứng sẽ trở nên lớn hơn rất nhiều. Một người di chuyển với vận tốc cực cao có thể trải qua khoảng thời gian ngắn hơn so với những người vẫn ở lại Trái Đất. Khi người đó quay trở về, những người ở lại có thể đã trải qua một khoảng thời gian dài hơn. Đây chính là một dạng “du hành tới tương lai” được khoa học chứng minh, bởi người du hành và những người trên Trái Đất thực sự trải nghiệm lượng thời gian trôi qua khác nhau.

Trọng lực cũng ảnh hưởng đến thời gian

Thuyết tương đối rộng bổ sung thêm một hiệu ứng quan trọng khác. Đồng hồ đặt trong trường hấp dẫn mạnh sẽ chạy với tốc độ khác so với đồng hồ nằm trong trường hấp dẫn yếu hơn. Sự khác biệt này có thể được đo ngay trên Trái Đất. Đồng hồ ở độ cao lớn hơn chịu tác động của lực hấp dẫn yếu hơn so với đồng hồ nằm gần bề mặt Trái Đất, từ đó tạo ra một chênh lệch nhỏ về tốc độ trôi của thời gian. Hiệu ứng này trở nên rõ rệt hơn rất nhiều ở những nơi có trường hấp dẫn cực mạnh. Hố đen là một môi trường lý thuyết quan trọng để nghiên cứu hiện tượng này, bởi trường hấp dẫn khổng lồ của chúng có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể trong cách thời gian được đo bởi những người quan sát ở các vị trí khác nhau. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa con người có thể đơn giản bay đến gần một hố đen rồi an toàn quay trở về. Điều kiện vật lý xung quanh những thiên thể như vậy có thể vô cùng khắc nghiệt, và cách đồng hồ hoạt động theo lý thuyết tại đó không đồng nghĩa với việc chúng ta đã có một phương pháp thực tế để con người du hành thời gian.

Hiệu ứng thời gian đã được ứng dụng trong công nghệ

Thuyết tương đối không chỉ tồn tại trong lĩnh vực vật lý lý thuyết. Các hệ thống định vị bằng vệ tinh phải thực hiện những hiệu chỉnh đối với sự chênh lệch tốc độ của đồng hồ do cả chuyển động lẫn trọng lực gây ra. Các vệ tinh định vị chuyển động với vận tốc cao quanh Trái Đất, khiến đồng hồ trên đó chịu ảnh hưởng của thuyết tương đối hẹp. Đồng thời, vì nằm cách xa bề mặt Trái Đất hơn nên các vệ tinh ở trong trường hấp dẫn yếu hơn, khiến đồng hồ của chúng chịu một hiệu ứng theo chiều ngược lại. Tổng hợp hai sự chênh lệch này phải được tính đến khi xác định vị trí. Nếu không thực hiện các hiệu chỉnh theo thuyết tương đối, sai số thời gian sẽ dần tích tụ và làm giảm độ chính xác của hệ thống định vị vệ tinh. Đây là một ví dụ thực tế cho thấy việc đo thời gian chính xác quan trọng đến mức nào. Những hiệu ứng này có thể vô cùng nhỏ trong đời sống thường ngày, nhưng chúng trở nên đáng kể khi việc xác định vị trí với độ chính xác cao phụ thuộc vào những chiếc đồng hồ được đồng bộ chặt chẽ.

Con người có thể quay về quá khứ không?

Hiện nay, vật lý chưa cung cấp bất kỳ phương pháp nào đã được chứng minh có thể đưa con người quay ngược thời gian. Một số nghiệm toán học trong thuyết tương đối rộng từng được nghiên cứu liên quan đến những cấu trúc không-thời gian đặc biệt, trong đó có các lỗ sâu giả thuyết, nhưng những khả năng này chưa được xác nhận là phương thức thực tế để vận chuyển con người hay vật thể về quá khứ. Vì vậy, cần phân biệt rõ hai vấn đề. Hiện tượng giãn thời gian là một hiệu ứng vật lý đã được thực nghiệm xác nhận, trong khi một cỗ máy có khả năng đưa con người quay ngược thời gian vẫn chỉ nằm trong phạm vi giả thuyết. Việc quan sát vũ trụ xa xôi cũng mang đến một cách hoàn toàn khác để chúng ta “nhìn về quá khứ”. Ánh sáng cần thời gian để truyền qua không gian, vì vậy kính thiên văn thu nhận ánh sáng được phát ra từ những thiên thể xa xôi từ rất lâu trước đó.

Do đó, khi quan sát một thiên hà ở khoảng cách rất lớn, chúng ta thực chất đang nhìn thấy ánh sáng từ một giai đoạn sớm hơn trong lịch sử của thiên hà ấy, chứ không phải trực tiếp du hành trở lại thời điểm đó. Những bằng chứng khoa học vững chắc nhất liên quan đến du hành thời gian hiện nay nằm ở sự khác biệt về lượng thời gian trôi qua do chuyển động và trọng lực gây ra. Những hiệu ứng này có thể đo lường được và đã đóng vai trò thiết thực trong công nghệ định vị vệ tinh, trong khi khả năng quay trở lại quá khứ vẫn là một câu hỏi lý thuyết chưa có lời giải.