Du hành thời gian nghe giống như một ý tưởng chỉ tồn tại trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, nơi có xe bay, công nghệ vượt xa hiện tại và những tương lai tưởng như không thể xảy ra.

Tuy nhiên, các nhà vật lý không bác bỏ khái niệm này giống như cách họ bác bỏ những cỗ máy chuyển động vĩnh cửu.

Trên thực tế, các định luật vật lý hiện nay vẫn để ngỏ khả năng du hành thời gian ở một mức độ nào đó, và những cuộc tranh luận về giới hạn của khả năng này vẫn luôn là đề tài đầy hấp dẫn trong giới khoa học. Phiên bản đơn giản nhất của du hành thời gian thực ra đang diễn ra ngay lúc này. Mỗi người chúng ta đều đang di chuyển về phía tương lai với tốc độ khoảng một giây cho mỗi giây trôi qua. Tuy nhiên, theo thuyết tương đối hẹp của Einstein, tốc độ đó không hoàn toàn cố định. Khi một vật thể chuyển động càng nhanh trong không gian, thời gian đối với nó sẽ trôi chậm hơn so với người đang đứng yên.

Một người di chuyển với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng sẽ già đi chậm hơn đáng kể so với những người ở lại Trái Đất. Ngay cả các vệ tinh định vị hiện nay cũng cần được hiệu chỉnh theo thuyết tương đối, bởi vận tốc quỹ đạo của chúng đã đủ để khiến đồng hồ trên vệ tinh lệch đi một lượng có thể đo được. Đây chính là một dạng du hành về tương lai và đã được khoa học xác nhận bằng thực nghiệm.

Trọng Lực Cũng Làm Cong Thời Gian

Thuyết tương đối rộng của Einstein tiếp tục bổ sung thêm một góc nhìn thú vị. Trọng lực không chỉ kéo các vật thể lại gần nhau mà còn làm cong không-thời gian. Một trong những hệ quả của sự cong này là thời gian sẽ trôi chậm hơn ở những nơi có trường hấp dẫn mạnh.

Một người sống gần rìa của hố đen, nơi lực hấp dẫn cực kỳ lớn, sẽ già đi chậm hơn rất nhiều so với người ở nơi khác trong vũ trụ. Nhà vũ trụ học Dave Goldberg từng mô tả một kịch bản trong đó chỉ vài giờ trôi qua gần hố đen nhưng trên Trái Đất đã trôi qua tới một nghìn năm. Nếu ai đó quay trở lại sau trải nghiệm như vậy, về bản chất họ đã du hành đến tương lai.

Quay Về Quá Khứ Mới Là Điều Phức Tạp

Nếu việc đi tới tương lai có nền tảng khoa học khá vững chắc thì việc quay về quá khứ lại là nơi vật lý và triết học gặp nhau. Thuyết tương đối rộng dự đoán sự tồn tại của những cấu trúc gọi là đường thời gian khép kín. Đây là những vùng không-thời gian bị bẻ cong mạnh đến mức chúng tự quay trở lại chính mình.

Một hạt vật chất hoặc thậm chí một con người nếu di chuyển theo quỹ đạo như vậy vẫn luôn cảm thấy mình đang tiến về phía trước theo dòng thời gian của bản thân, nhưng cuối cùng lại có thể quay trở về đúng thời điểm và vị trí nơi hành trình bắt đầu.

Các mô hình cỗ máy thời gian từng được đề xuất thường đòi hỏi những điều kiện vô cùng đặc biệt, chẳng hạn như một hình trụ khổng lồ quay với tốc độ cực lớn hoặc một đường hầm không-thời gian được giữ mở bằng dạng vật chất kỳ lạ có khối lượng âm. Bên cạnh đó còn xuất hiện những nghịch lý khiến mọi thứ trở nên phức tạp hơn.

Nổi tiếng nhất là nghịch lý ông nội. Giả sử bạn quay về quá khứ và ngăn cản ông hoặc bà của mình sinh con. Khi đó bạn sẽ không tồn tại. Nếu không tồn tại, bạn không thể quay về quá khứ để thực hiện hành động đó. Và nếu hành động ấy không xảy ra thì bạn lại có thể tồn tại. Chuỗi mâu thuẫn này cứ tiếp diễn không có hồi kết.

Một số nhà nghiên cứu cho rằng những nghịch lý như vậy chưa chắc đã khiến du hành thời gian trở nên bất khả thi. Họ đề xuất khả năng rằng dòng thời gian luôn tự nhất quán. Nếu bạn quay về quá khứ và cố thay đổi một sự kiện, bạn sẽ thất bại không phải vì có một lực bí ẩn ngăn cản mà đơn giản vì ngay từ đầu bạn đã thất bại. Quá khứ vẫn là quá khứ. Nó đã xảy ra và không thể thay đổi. Bạn có thể bỏ lỡ cơ hội, mắc sai lầm hoặc vô tình tạo ra những điều khiến nỗ lực của mình không đạt kết quả. Ý chí tự do vẫn tồn tại, nhưng những gì đã xảy ra sẽ không bị thay đổi.

Tại Sao Chúng Ta Vẫn Chưa Làm Được?

Vấn đề lớn nhất hiện nay là hầu hết các mô hình du hành thời gian đều yêu cầu sự tồn tại của vật chất có khối lượng âm, một dạng vật chất mà khoa học chưa từng quan sát được. Nếu không có nó, các đường hầm không-thời gian sẽ nhanh chóng sụp đổ.

Một mô hình khác do nhà nghiên cứu Caroline Mallary và nhà vật lý Gaurav Khanna đề xuất không cần đến khối lượng âm nhưng lại đòi hỏi mật độ vô hạn tại lõi của một cấu trúc đặc biệt. Điều này có thể tồn tại bên trong hố đen nhưng hoàn toàn nằm ngoài khả năng kỹ thuật hiện nay của con người. Nhà vật lý Stephen Hawking từng đưa ra giả thuyết bảo vệ niên đại. Theo ý tưởng này, vũ trụ có thể sở hữu một quy luật tự nhiên nào đó ngăn cản việc du hành ngược thời gian ở quy mô đáng kể. Chúng ta có thể chưa hiểu rõ quy luật đó, nhưng nó vẫn tồn tại như một hàng rào bảo vệ lịch sử. Ông cũng từng đưa ra một nhận xét nổi tiếng: bằng chứng tốt nhất cho thấy du hành thời gian quy mô lớn có thể là không khả thi chính là việc chưa từng có ai từ tương lai xuất hiện trước chúng ta.

Du hành thời gian là một trong những chủ đề hiếm hoi mà khoa học luôn cố gắng theo kịp trí tưởng tượng của con người, dù chưa bao giờ hoàn toàn vượt qua được nó. Các nền tảng vật lý liên quan vẫn đang được nghiên cứu nghiêm túc, những nghịch lý vẫn chưa có lời giải cuối cùng và các hệ quả của chúng tiếp tục khiến cả các nhà vật lý lẫn các nhà triết học phải suy ngẫm. Dù du hành thời gian có trở thành hiện thực hay không, đây vẫn là một trong những câu hỏi hấp dẫn nhất mà con người từng đặt ra về vũ trụ và chính bản thân mình.