Liên hệ gần gũi với du hành thời gian là khả năng đi tốc hành từ nơi này đến nơi khác trong không gian. Như tôi đã nói ở phần trước, Einstein đã chỉ ra rằng sẽ cần một lượng công suất tên lửa vô hạn để gia tốc một phi thuyền vũ trụ vượt quá tốc độ ánh sáng. Vì thế cách duy nhất để đi từ phía bên này thiên hà đến phía bên kia trong một thời gian hợp lí dường như sẽ là nếu chúng ta có thể bẻ cong không-thời gian nhiều đến mức chúng ta tạo một cái ống nhỏ hay một lỗ sâu đục. Cái lỗ này có thể kết nối hai phía của thiên hà và tác dụng như một lối tắt để đi từ nơi này đến kia và quay lại trong khi bạn bè của bạn vẫn còn sống. Các lỗ sâu đục như thế đã được đề xuất một cách nghiêm túc là nằm trong năng lực của một nền văn minh tương lai. Thế nhưng nếu bạn có thể đi từ phía này sang phía kia của thiên hà trong vòng một hai tuần thì bạn có thể đi về qua một lỗ sâu đục khác và về đến nơi trước khi bạn khởi hành. Bạn còn có thể làm chủ việc du hành ngược thời gian với một lỗ sâu đục duy nhất nếu hai đầu của nó đang chuyển động tương đối với nhau.
Người ta có thể chứng minh rằng để tạo ra một lỗ sâu đục người ta cần bẻ cong không-thời gian theo một cách ngược lại với cách theo đó vật chất bình thường bẻ cong nó. Vật chất bình thường bẻ cong không-thời gian lên chính nó, giống như bề mặt của Trái Đất. Tuy nhiên, để tạo ra một lỗ sâu đục người ta cần vật chất bẻ cong không-thời gian theo cách ngược lại, giống như mặt yên ngựa. Điều tương tự đúng với bất kì cách bẻ cong không-thời gian nào khác cho phép du hành về quá khứ nếu vũ trụ lúc ra đời đã không bẻ cong đến mức nó cho phép du hành thời gian. Cái người ta cần sẽ là vật chất có khối lượng âm và mật độ năng lượng âm để làm cho không-thời gian bẻ cong theo cách cần thiết.
Năng lượng có chút giống với tiền bạc. Nếu bạn có số dư ngân hàng dương, thì bạn có thể xài nó tùy ý. Nhưng, theo các định luật cổ điển mà chúng ta tin tưởng mãi cho đến thời gian rất gần đây, bạn không được phép có thấu chi năng lượng. Do đó, các định luật cổ điển này sẽ loại trừ việc có thể bẻ cong vũ trụ theo một cách cần thiết để cho phép du hành thời gian. Tuy nhiên, các định luật cổ điển đã bị đánh đổ bởi thuyết lượng tử, đó là một cuộc cách mạng vĩ đại khác nữa trong bức tranh của chúng ta về vũ trụ, ngoài thuyết tương đối. Thuyết lượng tử dễ dãi hơn và nó cho phép bạn được thấu chi ở một hai tài khoản. Chỉ cần các ngân hàng đang hợp tác với nhau. Nói cách khác, thuyết lượng tử cho phép mật độ năng lượng là âm ở một số nơi, miễn là nó dương ở những nơi khác.
Lí do thuyết lượng tử có thể cho phép mật độ năng lượng âm là vì nó dựa trên Nguyên lí Bất định. Nguyên lí này nói rằng những đại lượng nhất định như vị trí và tốc độ của một hạt không thể đồng thời có giá trị rạch ròi. Vị trí của một hạt được xác định càng chính xác, thì độ bất định về tốc độ của nó càng lớn, và ngược lại. Nguyên lí Bất định còn áp dụng được cho các trường như trường điện từ hay trường hấp dẫn. Nó ngụ ý rằng các trường này không thể chính xác bằng zero ngay cả trong cái chúng ta nghĩ là không gian trống rỗng. Vì nếu chúng chính xác bằng zero thì giá trị của chúng sẽ vừa có một giá trị rõ ràng bằng zero và một tốc độ rõ ràng cũng bằng zero. Đây sẽ là một vi phạm của Nguyên lí Bất định. Thay vậy, các trường sẽ phải có một lượng thăng giáng tối thiểu nhất định. Người ta có thể lí giải những cái gọi là thăng giáng chân không này dưới dạng các cặp hạt và phản hạt bất ngờ xuất hiện cùng lúc, chuyển động ra xa và rồi gặp nhau trở lại và hủy nhau.
Các cặp hạt-phản hạt này được nói là ảo bởi vì người ta không thể đo chúng trực tiếp bằng một detector hạt. Tuy nhiên, người ta có thể gián tiếp quan sát các hiệu ứng của chúng. Một cách làm như vậy là thông qua cái gọi là hiệu ứng Casimir. Hãy tưởng tượng bạn có hai tấm kim loại song song nhau, đặt cách nhau một khoảng nhỏ. Hai tấm đó tác dụng như hai cái gương đối với các hạt và phản hạt ảo. Điều này có nghĩa là vùng ở giữa hai tấm đó có chút na ná như một ống cơ quan và chỉ chấp nhận những sóng ánh sáng có những tần số cộng hưởng nhất định. Kết quả là ở giữa hai tấm số lượng thăng giáng chân không hay các hạt ảo hơi khác so với ở bên ngoài, nơi các thăng giáng chân không có thể có bước sóng bất kì. Sự chênh lệch số lượng hạt ảo ở giữa hai bản so với bên ngoài hai bản có nghĩa là chúng tác dụng áp suất lên mỗi bản yếu hơn so với bên ngoài tác dụng. Vì thế có một lực yếu đẩy hai bản vào với nhau. Lực này đã được đo trên thực nghiệm. Vậy nên, các hạt ảo thật sự tồn tại và tạo ra những hiệu ứng có thật.
Bởi vì ở giữa hai bản có số hạt ảo hay số thăng giáng chân không ít hơn, nên chúng có mật độ năng lượng thấp hơn so với vùng bên ngoài. Song mật độ năng lượng của không gian trống rỗng ở xa hai bản phải bằng zero. Nếu không nó sẽ làm bẻ cong không-thời gian và vũ trụ sẽ không gần như phẳng nữa. Vì thế mật độ năng lượng trong vùng ở giữa hai bản phải là âm.
Như vậy, chúng ta đã có bằng chứng thực nghiệm từ sự bẻ cong của ánh sáng rằng không-thời gian bị bẻ cong, và sự xác nhận từ hiệu ứng Casimir rằng chúng ta có thể bẻ cong nó theo chiều âm. Vậy nên có lẽ chúng ta đã tiến bộ về khoa học và công nghệ, chúng ta có thể xây dựng một lỗ sâu đục hay bẻ cong không gian và thời gian theo một cách nào đó khác để có thể đi về quá khứ của chúng ta. Nếu đúng vậy thì nó sẽ làm nảy sinh cả một nùi câu hỏi và vấn đề. Một trong số này là việc du hành thời gian vào tương lai là có thể hay không, tại sao chưa có ai đến từ tương lai cho chúng ta biết cách làm.
Dù rằng có những lí do hợp lí để giữ cho chúng ta trong tình trạng không biết gì, song bản tính con người đó là khó mà tin nổi rằng chưa có ai từng đến đây và mách bảo với những người nông dân dốt nát nghèo khổ về bí mật du hành thời gian. Tất nhiên, một số người sẽ quả quyết rằng chúng ta đã được thăm viếng từ tương lai. Họ sẽ nói rằng UFO đến từ tương lai và rằng các chính phủ đang vướng vào những âm mưu khủng khiếp nhằm che đậy chúng và giữ riêng cho họ kiến thức khoa học mà những vị khách này mang tới. Tất cả những gì tôi có thể nói là nếu các chính phủ đang che đậy gì đó thì họ đang làm dở tệ cái việc trích xuất thông tin hữu ích từ người ngoài hành tinh. Tôi rất hoài nghi các thuyết âm mưu, vì tôi tin rằng thuyết bừa bộn là có khả năng hơn. Các báo cáo chứng kiến UFO đều không thể có chung nguyên nhân ngoài hành tinh bởi vì chúng mâu thuẫn nhau. Thế nhưng, một khi bạn thừa nhận rằng một số người đã sai sót gì đó hay bị ảo giác, thì khả năng nào hợp lí hơn, liệu tất cả bọn họ đều bị ảo giác, hay chúng ta từng được thăm viếng bởi người đến từ tương lai hoặc từ phía bên kia của thiên hà? Nếu họ thật sự muốn chiếm cứ Trái Đất hay cảnh báo chúng ta về một hiểm họa nào đó, thì đang làm việc ấy không hiệu quả lắm.
Một cách khả dĩ để dung hòa du hành thời gian với thực tế chúng ta dường như chưa từng có bất kì vị khách nào đến từ tương lai là nói rằng sự du hành như thế chỉ có thể xảy ra trong tương lai. Theo quan điểm này người ta sẽ nói rằng không-thời gian trong quá khứ của chúng ta là cố định bởi vì chúng ta đã quan sát nó và thấy nó không bẻ cong đủ mức để cho phép du hành về quá khứ. Mặt khác, tương lai là rộng mở. Vì thế có lẽ chúng ta sẽ có thể bẻ cong nó đủ mức để cho phép du hành thời gian. Thế nhưng bởi vì chúng ta chỉ có thể bẻ cong không-thời gian trong tương lai, cho nên chúng ta sẽ không thể đi ngược trở về thời hiện tại hoặc sớm hơn.
Bức tranh này sẽ giải thích vì sao chúng ta chưa từng bị giày xéo bởi các vị khách đến từ tương lai. Nhưng nó sẽ để lại nhiều nghịch lí. Giả sử bạn có thể bay đi xa trong một phi thuyền tên lửa và quay trở về trước khi bạn xuất phát. Điều gì sẽ ngăn bạn cho tên lửa nổ tung trên bệ phóng của nó, hoặc ngăn bạn xuất phát lúc ban đầu? Có những phiên bản khác của nghịch lí này, giống như việc đi về quá khứ và giết bố mẹ bạn trước khi bạn ra đời, thế nhưng về cơ bản chúng là tương đương nhau. Có vẻ có hai giải pháp khả dĩ cho nghịch lí này.
Một là cái tôi sẽ gọi là cách tiếp cận các lịch sử nhất quán. Nó nói rằng người ta phải tìm một nghiệm nhất quán của các phương trình vật lí kể cả khi không-thời gian bị bẻ cong đến mức cho phép du hành về quá khứ. Theo quan điểm này bạn không thể cho một phi thuyền tên lửa đi về quá khứ trừ khi bạn đã trở lại và làm nổ tung bệ phóng nhưng không thành công. Đó là một bức tranh nhất quán, song nó có hàm ý rằng chúng ta hoàn toàn được định đoạt: chúng ta không thể thay đổi tâm trí của mình. Tự do ý chí là chẳng có.
Một khả năng nữa là cái tôi gọi là cách tiếp cận các lịch sử thay thế. Nó được bảo vệ bởi nhà vật lí David Deutsch và dường như nó là cái có sẵn trong đầu của tác giả Trở lại Tương lai. Theo quan điểm này, trong một lịch sử thay thế sẽ không có bất kì sự trở về nào từ tương lai trước khi tên lửa rời bệ phóng và vì thế chẳng có khả năng nào để nó nổ tung. Thế nhưng khi nhà du hành trở về từ tương lai, anh ta đi vào một lịch sử thay thế khác. Trong lịch sử này, loài người đổ rất nhiều công sức chế tạo một phi thuyền vũ trụ nhưng ngay trước khi nó rời bệ phóng thì một phi thuyền giống như vậy, hiện ra từ bên kia của thiên hà và phá hủy nó.
David Deutsch tuyên bố ủng hộ phương pháp các lịch sử thay thế từ khái niệm lấy-tổng-các-lịch-sử được đưa ra bởi nhà vật lí Richard Feynmann. Ý tưởng là rằng theo thuyết lượng tử vũ trụ không hề có đúng một lịch sử duy nhất. Thay vậy, vũ trụ có mỗi lịch sử khả dĩ, mỗi lịch sử có xác suất riêng của nó. Phải có một lịch sử khả dĩ trong đó có một nền hòa bình lâu dài ở Trung Đông, mặc dù có lẽ xác suất là thấp.
Trong một số lịch sử, không-thời gian sẽ bị bẻ cong đến mức các vật như tên lửa có thể đi ngược về quá khứ của chúng. Song mỗi lịch sử là hoàn chỉnh và khép kín, mô tả không chỉ không-thời gian cong mà cả các vật ở trong nó nữa. Vì thế một tên lửa không thể di chuyển sang một lịch sử thay thế khác khi nó đi vòng trở lại. Nó vẫn ở trong lịch sử cũ, vì lịch sử ấy phải tự nhất quán. Do đó bất chấp những gì Deutsch tuyên bố, tôi nghĩ rằng ý tưởng lấy-tổng-các-lịch-sử ủng hộ giả thuyết các lịch sử nhất quán chứ không phải ý tưởng các lịch sử thay thế.
Bởi vậy, dường như chúng ta bị mắc kẹt với bức tranh các lịch sử nhất quán. Tuy nhiên, điều này không nhất thiết liên quan đến các vấn đề về tất định luận hay tự do ý chí nếu các xác suất là rất nhỏ đối với các lịch sử trong không-thời gian bẻ cong đến mức du hành thời gian là có thể trên một vùng vĩ mô. Đây là cái tôi gọi là Giả thuyết Bảo vệ Niên đại: các định luật vật lí mưu đồ ngăn cản du hành thời gian ở cấp vĩ mô.
Có vẻ như cái xảy ra là rằng khi không-thời gian bẻ cong gần như đủ để cho phép du hành về quá khứ thì các hạt ảo hầu như không thể trở thành hạt thật sau những quỹ đạo khép kín. Mật độ của các hạt ảo và năng lượng của chúng trở nên rất lớn. Điều này có nghĩa là xác suất của những lịch sử này là rất thấp. Như vậy, có vẻ như có một Cục Bảo vệ Niên đại đang hoạt động làm cho thế giới an toàn đối với các nhà sử học. Song đề tài về sự bẻ cong không gian và thời gian như thế này vẫn hãy còn trong giai đoạn trứng nước của nó. Theo một hình thức thống nhất của lí thuyết dây gọi là lí thuyết M, đó là hi vọng tốt nhất của chúng ta về việc thống nhất thuyết tương đối rộng với thuyết lượng tử, không-thời gian phải có mười một chiều, chứ không phải bốn chiều mà chúng ta trải nghiệm. Ý tưởng là rằng bảy trong số mười một chiều này đã cuộn lại thành một không gian nhỏ đến mức chúng ta không để ý đến chúng. Mặt khác, bốn chiều còn lại kia khá phẳng và là cái chúng ta gọi là không-thời gian. Nếu bức tranh này là đúng thì có khả năng sắp xếp để bốn chiều phẳng hòa quyện với bảy chiều bẻ cong hay uốn cong cao độ kia. Điều này sẽ dẫn tới đâu thì chúng ta chưa biết. Nhưng nó mở ra những khả năng đầy thú vị.
Tóm lại, theo hiểu biết hiện nay của chúng ta thì không thể bác bỏ sự du hành không gian tốc hành hay du hành ngược chiều thời gian. Chúng sẽ gây ra những vấn đề logic to lớn, vì thế hãy hi vọng có một Dự luật Bảo vệ Niên đại cấm người ta đi ngược thời gian và giết chết bố mẹ của họ. Thế nhưng các fan hâm mộ khoa học giả tưởng không cần thiết phải tan nát cõi lòng. Vẫn còn hi vọng ở lí thuyết M.
--
Có chỗ đứng nào trong buổi tiệc cho các nhà du hành thời gian hay không? Bạn có hi vọng ai đó sẽ xuất hiện không?
Vào năm 2009, tôi có tổ chức một buổi tiệc cho các nhà du hành thời gian tại nhiệm sở của tôi, Gonville and Caius ở Cambridge, cho một bộ phim nói về du hành thời gian. Để đảm bảo chỉ những nhà du hành thời gian chính cống xuất hiện, tôi đã chẳng gửi thư mời ai cho đến kết thúc buổi tiệc. Vào ngày tổ chức tiệc, tôi ngồi ở nhiệm sở nuôi hi vọng, nhưng chẳng ai đến cả. Tôi thật thất vọng, song không bất ngờ, vì tôi từng chứng minh rằng nếu thuyết tương đối là đúng và mật độ năng lượng là dương, thì du hành thời gian là không thể. Tôi sẽ thích thú lắm nếu một trong các giả thuyết của tôi hóa ra là sai.
Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn | Stephen Hawking
