Khả năng đi ngược dòng thời gian trở về quá khứ để giết chết tổ tiên nhà bạn, ngăn không cho bạn ra đời nữa, là một vấn đề nghiêm trọng đối với bài toán du hành thời gian. Đấy là chưa nói tới các chi tiết kĩ thuật phức tạp của việc xây dựng một cỗ máy thời gian. Nhưng các nhà vật lí tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Mĩ vừa đề xuất một lí thuyết mới có thể tránh được nghịch lí ông cháu, bằng cách sử dụng sự viễn tải lượng tử và “hậu chọn lọc” những cái mà một nhà du hành thời gian có thể làm và không thể làm.
Sơ đồ thể hiện CTC qua sự viễn tải thông thường (a) và viễn tải hậu chọn lọc (b). Ảnh: Seth Lloyd.
Mô hình du hành thời gian vừa nó do Seth Lloyd đề xuất có đăng tại website arXiv.org, phát sinh từ nghiên cứu của họ về cơ học lượng tử của các đường cong kiểu thời gian khép kín (CTC) và tìm kiếm một lí thuyết hấp dẫn. Nói một cách đơn giản thì CTC là một đường của không thời gian quay trở lại điểm xuất phát của nó. Sự tồn tại của các CTC được thuyết tương đối rộng Einstein cho phép, mặc dù Gödel mới là người đầu tiên phát hiện ra chúng. Như với nhiều ngụ ý khác của lí thuyết của mình, Einstein có phần lúng túng trước các CTC.
Trong bài báo mới, các nhà khoa học khảo sát một phiên bản đặc biệt của CTC dựa trên sự kết hợp viễn tải lượng tử với sự hậu chọn lọc, thu được một lí thuyết CTC hậu chọn lọc (P-CTC). Trong sự viễn tải lượng tử, các trạng thái lượng tử bị vướng víu sao cho một trạng thái có thể truyền đến trạng thái kia ở một địa điểm khác. Sau đó, các nhà khoa học đã áp dụng khái niệm hậu chọn lọc, nghĩa là khả năng thực hiện một phép điện toán tự động chỉ chấp nhận những kết quả nhất định và bỏ qua những kết quả khác. Như vậy, sự hậu chọn lọc có thể đảm bảo rằng chỉ một loại trạng thái nhất định có thể được viễn tải. Các trạng thái “đủ chuẩn” để viễn tải là những trạng thái đã được hậu chọn lọc để là “trước sau như một” trước khi truyền đi. Chỉ sau khi được nhận dạng và phê chuẩn thì trạng thái đó mới có thể được viễn tải, nghĩa là trạng thái đó đang truyền ngược thời gian. Dưới những điều kiện này, du hành thời gian chỉ có thể xảy ra theo một kiểu kiên định, phi nghịch lí.
Các nhà nghiên cứu cho biết cơ chế của P-CTC cho thấy sự du hành thời gian lượng tử như vậy có thể xem là một dạng chui hầm lượng tử ngược dòng thời gian, nó có thể xảy ra ngay cả khi không có một hành trình cổ điển từ tương lai dẫn đến quá khứ. Vì lí thuyết P-CTC xây dựng trên sự hậu chọn lọc, nên nó mang lại những giải pháp kiên định cho những nghịch lí như vậy: bất cứ điều gì xảy ra trong một P-CTC cũng có thể xảy ra trong cơ học lượng tử thông thường với một xác suất nào đó.
Tuy nhiên, các nhà khoa học lưu ý rằng việc ngăn chặn các sự kiện nghịch lí sẽ làm cho các sự kiện không khả năng xảy ra thường xuyên hơn. Những hiệu ứng kì lạ và phản trực giác này phát sinh do bản chất phi tuyến của các P-CTC. Giống như người anh hùng trong phim ảnh luôn vận động để thoát khỏi cái chết dường như ngay trước mắt, người ông trong nghịch lí ông cháu sẽ luôn vận động để sống sót trước sự hung hăng của đứa cháu bất hiếu kia. Một chút thăng giáng lượng tử sẽ đẩy lùi viên đạn của tay sát thủ hậu duệ đó.
Ngoài việc ngăn chặn nghịch lí ông cháu, lí thuyết P-CTC còn có ưu điểm là nó không đòi hỏi các biến dạng của không thời gian mà các lí thuyết du hành thời gian truyền thống xây dựng trên đó. Những sự biến dạng không thời gian này chỉ tồn tại trong các môi trường cực độ thí dụ như bên trong các lỗ đen, làm cho những lí thuyết này hầu như không thể nào hiện thực hóa được.
Mặc dù các phép điện toán hậu chọn lọc là phi tuyến và cho đến nay vẫn tỏ ra là không thể, nhưng một số nghiên cứu đã chứng tỏ rằng cơ học lượng tử có thể là phi thuyến và cho phép các phép điện toán hậu chọn lọc, có khả năng làm cho sự điện toán lượng tử là một kĩ thuật rất mạnh. Một máy vi tính như vậy có thể giải quyết hiệu quả hơn nhiều trước một bài toán phức tạp chứa rất nhiều biến bằng cách chạy hết mọi kết hợp có thể có của các biến và hậu chọn lọc chỉ những kết hợp nào giải được bài toán mà thôi. Chiến lược này sẽ hoạt động tốt hơn nhiều so với chiến lược cổ điển muốn thử các kết hợp khác nhau cho đến khi tìm ra một kết hợp hoạt động được. Mặt khác, những nghiên cứu khác cho thấy cơ học lượng tử phải là tuyến tính, một phần do những cái dường như không thể mà sự hậu chọn lọc cho phép.
Tuy nhiên, các nhà khoa học hi vọng các nghiên cứu trong tương lai sẽ làm sáng tỏ rằng lí thuyết của họ có đúng hay không. Họ giải thích rằng tác dụng của P-CTC có thể kiểm tra bằng cách tiến hành các thí nghiệm viễn tải lượng tử, và bằng cách hậu chọn lọc chỉ những kết quả nào tương ứng với trạng thái ra bị vướng víu như mong muốn.
P-CTC cũng sẽ có thể cho phép sự du hành thời gian trong không thời gian mà không cần các đường cong kiểu thời gian khép kín theo thuyết tương đối rộng. Nếu tự nhiên bằng cách nào đó cung cấp cơ sở động lực học phi tuyến mang lại bởi phép chiếu trạng thái cuối cùng, thì có khả năng cho các hạt (và, trên nguyên tắc, con người) chui hầm từ tương lai trở về quá khứ.
- Xuân Nguyễn (Nguồn: PhysOrg.com)
