Tại sao thời gian dừng lại ở tốc độ ánh sáng?

A: Eltjo Haselhoff, Ph.D. ngành Vật lý

https://qr.ae/pNyHe1

Trả lời vào ngày 7 tháng Tư năm 2017

Đây là một câu trả lời gây tranh cãi, và không thể hiện sự nhất trí của cộng đồng khoa học. Đối với tôi, cái giả thuyết này phải được nghiên cứu rõ hơn nữa trước khi nó được chấp nhận rộng rãi. Nếu nó có thật sự đúng.

Vũ trụ của chúng ta là một không gian 4 chiều, với 4 chiều không gian w, x, y và z. Ở đây chiều thứ tư không phải là “thời gian” như một số giả thuyết, mà là một chiều không gian cơ bản, giống như 3 chiều còn lại (trên dưới, trái phải, trước và sau), thứ rất quen thuộc với chúng ta, và chúng ta thường hay coi chúng như chiều x, chiều y và chiều z. Nếu bạn có thể thấy chiều không gian thứ tư, w, bạn có thể đo đạc nó chỉ bằng một cái thước dây bình thường.

Điều thú vị ở đây là, chúng ta không thấy chiều không gian thứ tư đó. Tại sao không? Đó là do một hiện tượng có tên sự co rút Lorentz (ND: tác giả viết là Lorenz contration, sai chính tả nên mình đã sửa lại thành Lorentz), hiện tượng này cũng có liên quan đến sự “dừng thời gian” mà bạn nhắc đến. Như cái cách mà thời gian chậm lại khi một vật thể di chuyển với tốc độ cao, vật thể cũng sẽ co lại trong chính hướng chuyển động của nó (ND: ví dụ như 1 chiếc xe đang đi trên đường với tốc độ cao thì chiều dài của chiếc xe sẽ bị giảm đi, nhưng nếu cái xe mọc tên lửa ở dưới và bay theo hướng thẳng đứng thì chiều cao của xe mới là thứ bị giảm đi). Tại tốc độ ánh sáng, thời gian dừng lại và vật thể sẽ bị co rút cho tới khi chiều dài còn 0.

Hậu quả là, à điều này sẽ làm kha khá các nhà vật lý lên cơn đau tim đấy (xin lỗi!). Như tôi đã nói, điều này nghe rất là phản vật lý đấy. Ok bắt đầu nào: Cả cái vũ trụ khả khiến của chúng ta di chuyển với tốc độ ánh sáng, nhưng mà chỉ trong một hướng duy nhất. Hãy gọi cái hướng này là w đi. Như đã đề cập từ trước, vũ trụ của chúng ta là một không gian 4 chiều, với bốn chiều không gian vuông góc w, x, y và z. Nhưng mà vì chúng ta đang di chuyển với tốc độ ánh sáng, chiều w sẽ bị “co rút Lorentz”, vậy nên chúng ta chỉ có thể thấy 3 chiều còn lại: x, y và z. Khái niệm “thời gian” liên kết với chiều w của chúng ta, cũng như áp suất khí liên kết với độ cao của khí quyển (ND: ông tác giả lấy ví dụ chán nhể). Nếu bạn đang ở trong một cái máy bay, trong bóng tối, và bay lên cao, bạn chẳng thể nào biết rằng bạn có đang bay lên hay không, chỉ bằng cách nhìn qua cửa sổ. Tuy nhiên, bạn sẽ biết khi nhìn vào cao độ kế, cái máy đó chỉ đơn giản sẽ đo áp suất khí quyển (mà thực ra thời nay người ta còn dùng cả GPS nữa). Đó là vì áp suất khí quyển liên quan trực tiếp đến độ cao: bay càng cao thì càng ít áp suất.

Thời gian và chiều không gian thứ tư, w, có mối quan hệ tương tự. Di chuyển về phía trước trong w, và dòng thời gian sẽ tiến lên theo. Dừng di chuyển trong w, thời gian cũng dừng luôn, và tương tự, bạn có thể quay ngược thời gian nếu đi lùi trong w. Bạn sẽ trẻ hơn, nói ngược lại, thở ra oxy và hít CO2 vào, rồi bạn sẽ trở thành một đứa bé, một lần nữa. Chẳng may thay, chúng ta chẳng thể đi ngược chiều w, vì chúng ta còn chẳng thể thấy cái chiều đó, vì chúng ta đang di chuyển với tốc độ ánh sáng trong cái chiều đó mà, nhớ chứ? Tất cả những gì chúng ta có thể làm là di chuyển theo hướng x, y và z, mà tất cả chúng đều vuông góc với w.

Điều gì sẽ xảy ra khi bạn di chuyển ở một hướng vuông góc với w á? Hãy tưởng tượng chúng ta lên một cái tên lửa đang gia tốc theo phương z đi (phương nào cũng được, nhưng mà cứ gọi là z, tại nó thẳng đứng, thế cho đơn giản). Nhớ rằng quả tên lửa, kể cả chúng ta đứng im, nó vẫn đi chuyển theo phương w với tốc độ ánh sáng, nó sẽ bắt đầu một chuyển động tròn trong mặt phẳng w-z. Hệ quả là sau một lúc, nó vẫn di chuyển với tốc độ ánh sáng thôi (gia tốc của nó luôn vuông góc với chuyển động). Thế nhưng mà hướng đi của nó trong w-z đã thay đổi, bây giờ thì có cả vector thành phần đi theo hướng z luôn, chúng ta có thể thấy nó khi đứng dưới trái đất, nó là vận tốc của tên lửa đó, và vận tốc tại hướng w sẽ bị giảm xuống. Bởi vì tên lửa hiện tại cũng đã nghiêng về w, chiều dài của nó sẽ có cả thành phần w và z (ở trên Trái Đất thì chúng ta vẫn chỉ thấy z thôi, tại nó đang bay thẳng lên mà). Vậy trái lên lửa trông sẽ ngắn hơn khi ta nhìn từ trái đất, vì hướng w trên trái đất đã bị co rút Lorentz đến 0 mất rồi, thế nên là các bạn sẽ chẳng thế thấy thành phần w của tên lửa nữa (có thể dùng quy tắc Py-ta-go để kiểm tra rằng chiều dài đã bị rút gọn đúng như những gì mà công thức rút gọn Lorentz tiên đoán). Điều này dẫn đến việc vận tốc theo phương w sẽ bị giảm xuống, thế là tên lửa sẽ đi chậm hơn trong thời gian, như cái cao độ kế trong máy bay sẽ di chuyển chậm hơn khi mà chiều bay thẳng của máy bay bị giảm xuống.

Nếu tên lửa cứ tiếp tục gia tốc như thế trong một thời gian rất dài, sẽ có lúc nó rẽ 90 độ trong mặt phẳng z-w, tại thời điểm đấy thì tên lửa đang di chuyển với tốc độ ánh sáng theo hướng z, vận tốc 0 tại hướng w, ai ở trong tên lửa sẽ được khai sáng về một vũ trụ hoàn toàn mới, vẫn 3 chiều thôi, nhưng mà sẽ chuyển thành không gian w-x-y. Trái tên lửa sẽ không còn được nhìn thấy từ trái đất, vì chiều dài z của nó đã bị rút gọn về 0.

Lúc này, tên lửa sẽ giống như cái máy bay bay với độ cao bất biến, và thời gian của tên lửa sẽ đứng yên.

(Mọi thứ sẽ còn hấp dẫn hơn khi mà tên lửa cứ thích gia tốc tiếp. Nó sẽ lại xuất hiện, sẽ được quan sát như một hình ảnh 3D ngược chiều của nó, và sẽ đi ngược lại so với thời gian. Nhưng mà thôi, đến lúc đấy thì nó đã đi quá xa so với câu chuyện rồi.)

———————————————

Đọc giải trí thôi nhé các bạn