Thật sự có một chiều thứ tư hay không?
Nếu bạn biết chút ít về thuyết tương đối tổng quát Einstein (cái tôi đang giả sử bạn không biết) thì tại đây bạn có thể có chút lo lắng. Rốt cuộc thì Einstein có nói cái gì đó về thời gian là chiều thứ tư hay không? Trong Chương 6, tôi sẽ trình bày thuyết tương đối đặc biệt Einstein trong đó thời gian và không gian liên hệ với nhau theo một kiểu khá bất ngờ, thành cái gọi là không-thời gian bốn chiều. Hiện tại, ta có thể hiểu nó theo cách đơn giản sau đây. Trở lại với ví dụ chiếc tàu ngầm đòi hỏi ba con số để xác định vị trí của nó. Nếu nó đang chuyển động thì việc cho biết những con số đó là vô nghĩa trừ khi ta cũng biết trạng thái khi con tàu ngầm ở tại vị trí đó. Và vì thế, lúc này ta cần bốn con số để xác định chính xác vị trí của nó: vĩ độ, kinh độ, độ sâu và thời điểm khi nó có những giá trị đó. Tuy nhiên, chúng ta không nên đánh mất cái nhìn thực tế rằng thời gian không giống với ba chiều không gian. Chúng ta tự do chuyển động tới trước và ra sau theo bất kì một trong ba trục không gian, nhưng bị hạn chế chỉ chuyển động về phía trước theo trục thời gian (từ quá khứ đến tương lai). Câu hỏi ở đây là có tồn tại hay không, bên ngoài những giác quan của chúng ta, một chiều không gian thứ tư.
Cách đây 100 năm trước, một số nhà khoa học danh vọng nhất thế giới tin rằng thế giới tâm linh, vương quốc của ma quỷ và thần thánh, là có bốn chiều và bao gộp không gian 3D của chúng ta bên trong nó. Những cư dân của thế giới nhiều chiều hơn này thỉnh thoảng đi qua thế giới 3D của chúng ta nhưng lại vô hình đối với chúng ta. Tất nhiên, ngày nay ít có nhà khoa học nghiêm túc nào (tôi không đếm những người có tôn giáo) tin như vậy. Đây không phải là nói những chiều cao hơn không tồn tại. Thật vậy, một số lí thuyết mới, nhưng chưa được kiểm tra, trong vật lí học đề xuất rằng có thể còn có nhiều hơn bốn chiều không gian, nằm ngoài cả sự nhận thức của chúng ta. Hai lí thuyết hiện đang thịnh hành, gọi là lí thuyết siêu dây và lí thuyết M4, đề xuất rằng Vũ trụ của chúng ta thật ra gồm, tương ứng, chín, và mười, chiều không gian (cộng với một chiều thời gian). Nhưng tất cả những chiều dư không muốn có ấy đã cuộn lại nhỏ đến mức chúng ta không bao giờ có thể phát hiện ra chúng. Bạn có thể nghĩ đây là chuyện tào lao sự thật là cả hai lí thuyết kì cục này hóa ra đều có thể là lí thuyết mô tả thực tại cơ sở tối hậu của Vũ trụ của chúng ta.
4Chữ M là viết tắt của màng, nhưng lí thuyết màng là một tên gọi quá nhàm nên nhiều nhà vật lí thích kí hiệu M vì họ khẳng định lí thuyết đó có khả năng giải thích tất cả các lực của tự nhiên.
Dù là ta biết có ba chiều không gian, nhưng ta sẽ thấy trong hai chương tiếp theo rằng thật là hữu ích nếu có thêm một chiều bổ sung trong tay áo để giúp chúng ta tìm hiểu những khía cạnh nhất định của thuyết tương đối Einstein: không gian cong.
Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian
Jim Al-Khalili
