Chúng ta đều biết rằng theo quan điểm của Newton về không gian và thời gian tuyệt đối, thời gian và không gian không bị ảnh hưởng bởi vật chất và chuyển động. Ý tưởng về "tuyệt đối" này là nền tảng cho lý thuyết của ông.

Rõ ràng, theo quan điểm này, du hành thời gian thiếu cơ sở lý thuyết và chỉ là một điều viển vông.

Nhưng mọi thứ đã thay đổi với sự ra đời của Thuyết tương đối hẹp của Einstein. Trong thuyết này, thời gian và không gian không còn là những khái niệm tuyệt đối nữa; thay vào đó, chúng gắn chặt với sự lựa chọn hệ quy chiếu. Đặc biệt, thời gian chậm lại đối với các vật thể chuyển động, một hiện tượng được gọi là sự giãn nở thời gian, đã được xác nhận qua nhiều thí nghiệm vật lý. Các kết quả mà Thuyết tương đối hẹp mang lại đã mở ra khả năng lý thuyết đầu tiên cho du hành thời gian: du hành vào tương lai.

Du hành thời gian vào tương lai

Theo Thuyết tương đối hẹp, nếu ai đó muốn du hành đến tương lai, họ sẽ cần một con tàu vũ trụ có thể di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Họ càng muốn đi xa hơn vào tương lai, con tàu vũ trụ càng phải di chuyển nhanh hơn. Ví dụ, nếu một người muốn du hành 20 năm (thời gian của họ trên tàu vũ trụ) vào tương lai và xem Trái đất trông như thế nào sau 20.000 năm nữa, tất cả những gì họ cần làm là bay với tốc độ 99,99995% tốc độ ánh sáng trong 10 năm rồi quay trở lại với cùng tốc độ đó. Sau 20 năm du hành, khi họ trở về Trái đất, họ sẽ thấy rằng 20.000 năm đã trôi qua và họ có thể chứng kiến ​​một xã hội loài người trong tương lai—giả sử con người vẫn còn tồn tại vào thời điểm đó. Hãy tưởng tượng các nhà sử học và nhà khảo cổ học tương lai sẽ phấn khích như thế nào khi chào đón một lữ khách như vậy!

Các nhà sử học tương lai và xã hội hiện đại

Trên thực tế, không chỉ các nhà sử học và nhà khảo cổ học tương lai sẽ rất vui mừng khi được gặp một người du hành thời gian như vậy, mà những người cùng thời với người du hành này chắc chắn cũng sẽ háo hức muốn nghe tất cả về thế giới mà họ nhìn thấy trong tương lai. Thật không may, trong khi Thuyết tương đối hẹp mở ra cánh cửa cho du hành thời gian trong tương lai, thì nó lại không cung cấp cùng một nền tảng lý thuyết để du hành ngược về quá khứ. Nếu chúng ta cố gắng mở rộng phép toán của Thuyết tương đối hẹp, thì cách duy nhất để đảo ngược thời gian sẽ liên quan đến chuyển động siêu ánh sáng (nhanh hơn ánh sáng), mà theo lý thuyết là không thể. Thuyết tương đối hẹp đặt ra giới hạn tốc độ ở tốc độ ánh sáng và không có quá trình vật lý nào được biết đến có thể đẩy một vật thể — kể cả con người — đạt được tốc độ siêu ánh sáng. Do đó, trong khi du hành thời gian vào tương lai là có thể trong khuôn khổ của Thuyết tương đối hẹp, thì du hành thời gian trở về quá khứ vẫn chỉ là một điều viển vông. Điều này hoàn toàn khác xa với sự tự do mà chúng ta có trong không gian, nơi chúng ta có thể tự do di chuyển theo bất kỳ hướng nào. Điều thú vị là du hành đến tương lai không nhất thiết phải cần đến cỗ máy thời gian. Chúng ta có thể đạt được kết quả tương tự bằng cách đông lạnh một du khách trong nhiều năm rồi rã đông họ. Do đó, nếu cỗ máy thời gian tồn tại, giá trị thực sự của chúng sẽ không nằm ở việc du hành đến tương lai mà là du hành ngược về quá khứ.

Tìm kiếm du hành thời gian đến quá khứ

Vậy chúng ta tìm kiếm con đường nào để quay về quá khứ?

Mười năm sau khi công bố Thuyết tương đối hẹp, Einstein đã giới thiệu Thuyết tương đối rộng của mình. Trong Thuyết tương đối rộng, thời gian và không gian không chỉ liên quan chặt chẽ đến hệ quy chiếu mà còn chịu ảnh hưởng của sự phân bố và chuyển động của vật chất. Một trong những điểm khác biệt chính với Thuyết tương đối hẹp là khái niệm "tương lai" của chúng ta không còn tuyệt đối nữa—nó có thể bị ảnh hưởng bởi chuyển động của vật chất. Ở những thời điểm và địa điểm khác nhau, "tương lai" có thể chỉ theo những hướng khác nhau. Đây là một kết quả hấp dẫn, vì nó cho thấy không thời gian hoạt động giống như một chất lỏng, bị kéo và kéo giãn bởi chuyển động của vật chất. Bản thân hướng của thời gian thậm chí có thể thay đổi do lực kéo này.

Đường cong thời gian khép kín: Một khả năng lý thuyết

Vì hướng thời gian có thể bị kéo theo chuyển động của vật chất, liệu có thể có một sự phân bố vật chất nhất định có thể kéo hướng thời gian đáng kể đến mức biến tương lai thành quá khứ không? Liệu nó có thể tạo ra một đường cong khép kín trong thời gian, nơi các hướng thời gian khác nhau kết nối, tạo thành một vòng lặp không? Nếu một đường cong khép kín như vậy tồn tại, thì đó sẽ là một cỗ máy thời gian. Một con tàu vũ trụ di chuyển dọc theo đường cong này sẽ trải qua thời gian trôi qua bình thường nhưng cuối cùng sẽ trở về điểm xuất phát của nó trong cả không gian và thời gian. Hãy tưởng tượng bạn bắt đầu một hành trình kéo dài 10 năm dọc theo đường cong này; khi bạn hoàn thành, bạn không chỉ trở về nơi bạn đã bắt đầu mà còn gặp lại chính mình trong quá khứ, chuẩn bị bắt đầu cuộc hành trình! Các nhà vật lý gọi đường cong đáng kinh ngạc này là "đường cong thời gian khép kín" và nó đóng vai trò là tương đương lý thuyết của một cỗ máy thời gian trong Thuyết tương đối rộng. Nếu các đường cong thời gian khép kín tồn tại, thì du hành thời gian sẽ có khả năng lý thuyết.

Sự tồn tại của Đường cong thời gian khép kín trong Thuyết tương đối rộng

Vậy, đường cong thời gian khép kín có thực sự tồn tại trong Thuyết tương đối rộng không? Cụ thể hơn, liệu có sự phân bố và chuyển động của vật chất có thể khiến những đường cong này trở nên khả thi không? Các nhà vật lý đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về câu hỏi này, nhưng câu trả lời vẫn còn khó nắm bắt. Ý tưởng về du hành thời gian đã hấp dẫn chúng ta trong nhiều thế kỷ, và mặc dù phần lớn nó có vẻ giống như khoa học viễn tưởng, với những tiến bộ trong hiểu biết của chúng ta về không gian, thời gian và vũ trụ, ai biết được điều gì có thể xảy ra trong tương lai?

Trong khi chúng ta vẫn còn lâu mới chế tạo được cỗ máy thời gian, những lý thuyết hấp dẫn xoay quanh du hành thời gian thách thức sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Khi khoa học tiếp tục phát triển, ai biết được tương lai sẽ mang đến điều bất ngờ gì? Hãy tiếp tục khám phá, và có thể một ngày nào đó chúng ta sẽ tìm ra cách quay ngược lại và xem lại lịch sử—hoặc thậm chí nhìn thấy tương lai!