Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 72)

Những trở ngại không thể vượt qua chăng?

Đã có một số phản đối trước kế hoạch cỗ máy thời gian lỗ sâu đục. Tất cả đều dựa trên những tính toán nghiêm túc chỉ rõ bước này hoặc bước khác có thể là một chướng ngại vật mà chúng ta không bao giờ vượt qua nổi. Nghiêm trọng nhất trong số này là, cho dù có thể xây dựng một lỗ sâu đục có thể đi qua, và cho dù có gây ra được một sự lệch thời gian, bước cuối cùng yêu cầu mang hai miệng lỗ lại gần nhau – cái bạn có thể nghĩ là dễ dàng nhất – thật ra sẽ làm cho lỗ sâu đục bị phá hủy. Mặc dù cho đến nay chẳng có ai dám chắc chắn, nhưng cái được trông đợi là ngay khi lỗ sâu đục trở thành một cỗ máy thời gian, ánh sáng đã đi qua nó sẽ có thể đi trở về, qua không gian bình thường, tới cái miệng nó đi vào trước khi nó đi vào. Khi đó, nó sẽ có thể đi vào cùng với phiên bản gốc của nó, vì thế làm tăng gấp đôi năng lượng của nó. Nhưng nếu bức xạ đi vào nhiều gấp đôi và có thể đi trở về lối vào trước khi nó đi vào thì nó sẽ có cường độ tăng gấp bốn lần, và cứ thế. Thật vậy, các tính toán cho thấy thời khắc hai cái miệng (cùng với hệ thời gian khác nhau của chúng) được mang đến đủ gần để cho ánh sáng rời khỏi miệng ra đi ngược trở về rồi đi qua miệng vào trước khi nó đi vào thì tức thời sẽ có một lượng ánh sáng vô hạn chảy xuyên qua lỗ sâu đục và hoặc sẽ làm co sập cổ họng của lỗ sâu đục hoặc sẽ làm hai cái miệng của nó nổ tung trong một cơn bùng phát năng lượng dữ dội. Ánh sáng (hay bức xạ điện từ) này sẽ luôn luôn là vấn đề vì nó được sinh ra bởi chính chân không, và vì thế liên quan đến các thăng giáng chân không.

Một chuyên gia nghiên cứu lỗ sâu đục, Tom Roman, đã nêu cách xây dựng một cỗ máy thời gian lỗ sâu đục mà không phải tuân theo bước (5) mang hai cái miệng lỗ lại với nhau. Thay vậy, một khi đã có sự lệch thời gian giữa hai miệng lỗ và trong khi chúng ở xa nhau, hai cái miệng của một lỗ sâu đục thứ hai, không cần có sự lệch thời gian với nhau, có thể đặt liền kề với hai cái miệng của lỗ sâu đục thứ nhất, như trong hình 9.5. Giờ thì bạn có thể đi qua lỗ sâu đục thứ nhất rồi sử dụng lỗ sâu đục thứ hai làm đường tắt đi trở về điểm xuất phát của bạn, quay về trước khi bạn rời đi lúc đầu. Các thăng giáng chân không chồng chất và phá hủy một lỗ sâu đục đơn lẻ khi hai miệng lỗ được mang đến gần nhau lúc này được kiểm soát. Tuy nhiên, cho đến nay toàn bộ những tính toán đã thực hiện cho thấy các phương trình của thuyết tương đối tổng quát vẫn cho những đáp số vô nghĩa ngay khi một vòng lặp thời gian được tạo ra từ cái gọi là cấu hình ‘Roman’ lỗ sâu đục như thế này. Matt Visser đề xuất rằng chúng ta có thể đặt một loạt lỗ sâu đục nối tiếp nhau thành một cái vòng kín. Mỗi lỗ sâu đục sẽ có một sự lệch thời gian nhỏ nhưng không đủ để dùng riêng nó làm một cỗ máy thời gian bởi vì, cho dù chúng ta có đi qua nó, thì khoảng cách giữa hai cái miệng đó trong không gian bình thường sẽ quá xa để chúng ta đi từ miệng ra đến miệng vào trước khi chúng ta đi vào. Nhưng sự kết hợp của những lỗ sâu đục như thể hiện trên hình 9.6 thì có thể hoạt động.

Hình 9.5 Một cỗ máy thời gian Roman sử dụng hai lỗ sâu đục. Đã có sự lệch thời gian giữa miệng A và miệng B của lỗ sâu đục (1), bạn không cần phá hủy nó bằng cách mang chúng đến gần nhau lần nữa. Thay vậy, hãy sử dụng lỗ sâu đục (2) để quay về điểm xuất phát của bạn. Bước (i): đi qua A. Bước (ii): đi ra khỏi B và đi vào C nằm liền kề với B. Bước (iii): đi ra khỏi D nằm kế điểm đi vào ban đầu của bạn tại A, nhưng trong quá khứ của nó.

Hình 9.6 Một cỗ máy thời gian vòng Roman sử dụng nhiều lỗ sâu đục, mỗi lỗ sâu đục có một sự chênh lệch thời gian nhỏ giữa hai cái miệng của nó. Sự lệch thời gian tích lũy dần trong khi các lỗ sâu đục đưa bạn đi theo một vòng kín trở lại điểm xuất phát của bạn, trong quá khứ.

Stephen Hawking bị thuyết phục rằng tự nhiên ngăn cấm các vòng lặp thời gian và sự du hành thời gian. Ông đã đi tới cái gọi là giả thuyết bảo vệ niên đại phát biểu đơn giản rằng sự du hành thời gian về quá khứ là không được phép trong vật lí học. Giả thuyết này chưa được chứng minh trên cơ sở toán học nhưng cho đến nay nó cũng chưa hề bị bác bỏ. Nếu hóa ra giả thuyết bảo vệ niên đại thật sự là một định luật của tự nhiên thì sự du hành thời gian sẽ bị bác bỏ hoàn toàn. Cách sắp xếp lỗ sâu đục Roman (với hai hay nhiều lỗ) cũng có những trục trặc, với cơ sở toán học không mang lại những đáp số rõ ràng, hay thậm chí là có nghĩa.

Những kết quả mới nhất cho thấy một chướng ngại có trước hơn nữa là vật chất lạ cần thiết để giữ cho một lỗ sâu đục có thể đi qua mở ra lúc ban đầu. Một số nhà nghiên cứu khẳng định rằng những tính toán của họ bác bỏ khả năng có đủ vật chất lạ để giữ mở miệng một lỗ sâu đục bất kì lớn hơn một lỗ sâu đục lượng tử.

Vậy thì chúng ta nên tin vào cái gì đây? Có thể tạo ra những lỗ sâu đục hay không? Chúng có thể tạo thành những cỗ máy thời gian hay không? Bạn sẽ thấy từ những thứ tôi đã trình bày trong vài chương trở lại đây rằng đoàn hội thẩm vẫn chưa đưa ra phán xét cuối cùng trước những câu hỏi này. Đơn giản vì chúng ta chẳng biết có chắc chắn hay không. Thật vậy, ngoài những trở ngại trước mắt đòi hỏi làm thế nào giữ lỗ sâu đục mở miệng và làm thế nào vận chuyển nó đi xa, còn có một trở ngại lí thuyết căn bản hơn nữa.

Cơ học lượng tử mô tả hành trạng của những cái rất nhỏ, trong khi đa số hiện tượng mô tả trong khuôn khổ của thuyết tương đối tổng quát có xu hướng bao hàm những không gian mênh mông, những khối lượng hết sức lớn và những lực khổng lồ. Các ngôi sao, lỗ đen, thiên hà, và cả toàn bộ Vũ trụ, đều hoạt động trên mô tả sự hấp dẫn của Einstein và cách thức nó ảnh hưởng đến không gian và thời gian. Chúng không có mặt trong thế giới lượng tử vi mô. Tuy nhiên, có một số quá trình, ví dụ như sự bức xạ Hawking từ bề mặt của những lỗ đen, chỉ có thể hiểu được nếu đưa cơ học lượng tử vào giải thích. Nhưng sự áp dụng thành công cả thuyết tương đối tổng quát và cơ học lượng tử vào giải thích cùng một hiện tượng như thế là hiếm gặp. Người ta chỉ có thể làm được như thế bằng cách gán ghép các quy tắc cơ lượng tử lên thuyết tương đối tổng quát theo một kiểu thích hợp. Tóm lại, thuyết tương đối tổng quát và cơ học lượng tử chẳng hề tương thích với nhau. Một sự cộng sinh giữa hai mô tả thành công này của thực tại sẽ chỉ có thể thu được nếu chúng hợp nhất trong một khuôn khổ thống nhất nào đó; một lí thuyết hoàn thiện của sự hấp dẫn lượng tử.

Cho đến khi chúng ta tìm ra một lí thuyết như thế, chúng ta sẽ không thể trả lời dứt khoát câu hỏi giả thuyết bảo vệ niên đại của Hawking thật ra có là một quy luật của tự nhiên, từ đó ngăn cấm sự du hành thời gian, hay không. Tôi sẽ kết thúc chương này với một trích dẫn từ Frank Tipler, nhà vật lí đã công bố bài báo nghiêm túc đầu tiên trình bày cách xây dựng một cỗ máy thời gian. Ba năm sau tác phẩm ấy, vào năm 1977, ông đã công bố thêm một bài báo dài hơn trong đó ông khảo sát kĩ lưỡng hơn khả năng hiện thực hóa cỗ máy thời gian hình trụ quay của ông. Ông kết thúc bài báo đó với một trích dẫn từ nhà thiên văn học Simon Newcomb, tác giả của một số bài báo lúc chuyển giao thế kỉ bảo vệ quan điểm cho rằng không thể có những chiếc máy biết bay nặng hơn không khí. Tipler cảm thấy áp dụng quan điểm đó cho những cỗ máy thời gian thì cũng đúng:

“Minh chứng rằng không có sự kết hợp khả dĩ nào của những chất đã biết, những dạng máy móc đã biết, và những lực đã biết có thể hợp nhất thành một cỗ máy thực tế để người ta bay [ngược về quá khứ], đối với tác giả nó hoàn chỉnh như là khả năng cho minh chứng của bất kì một sự thật vật lí nào đó.”

Tôi không cần phải nhắc bạn Orville và Wilbur Wright đã chứng minh Newcomb sai như thế nào về những chiếc máy bay nặng hơn không khí chỉ vào năm sau đó.

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian

Jim Al-Khalili
Bản dịch của Thuvienvatly.com
Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp