Thời gian từ lâu đã khiến những bộ óc vĩ đại nhất của nhân loại phải đau đầu — và cho đến nay, chúng ta vẫn chưa thực sự hiểu rõ bản chất tuyệt đối của nó.
Mặc dù trong vật lý không có quy luật nào quy định rằng thời gian phải trôi theo một hướng nhất định, hay thậm chí định nghĩa rõ ràng thời gian là gì, song hầu hết chúng ta đều đồng ý rằng nó là một thuộc tính rất thật của vũ trụ.
Hai trụ cột của vật lý hiện đại — Thuyết tương đối tổng quát và Cơ học lượng tử — lại nhìn nhận thời gian theo hai cách hoàn toàn khác nhau.
Trong thuyết tương đối, thời gian được coi là một tọa độ, tương tự như ba tọa độ không gian. Einstein đã chỉ ra rằng chúng gắn bó chặt chẽ với nhau, và sự trôi qua của thời gian là tương đối, chứ không tuyệt đối. Điều đó có nghĩa là: càng di chuyển nhanh, thời gian đối với bạn càng chậm lại so với một người đang “đứng yên.”
Một điều kỳ lạ là một photon di chuyển với vận tốc ánh sáng không hề trải qua sự trôi qua của thời gian — đối với nó, mọi sự kiện xảy ra đồng thời!
Trong khi đó, cơ học lượng tử, vốn mô tả thế giới vi mô, lại xem thời gian chỉ là một tham số cơ bản, chảy một chiều từ quá khứ đến tương lai, tách biệt khỏi không gian và không phụ thuộc vào đối tượng (chẳng hạn một hạt).
Chính sự khác biệt này khiến hai lý thuyết vĩ đại ấy mâu thuẫn với nhau, và là một trong những trở ngại lớn nhất cho các nhà vật lý khi cố gắng hợp nhất chúng thành một “lý thuyết thống nhất lớn” (grand unified theory).
Tuy nhiên, điều quan trọng là: cả Thuyết tương đối tổng quát lẫn Cơ học lượng tử đều không xem thời gian là một “trường” (field) — tức một đại lượng vật lý lan tỏa trong không gian và có khả năng ảnh hưởng đến tính chất các hạt.
Bốn trường lực cơ bản của tự nhiên (hấp dẫn, điện từ, tương tác mạnh và tương tác yếu) đều liên quan đến sự trao đổi các hạt mang lực.
Trong điện từ học, photon là “hạt mang lực”; trong tương tác mạnh, các hạt gluon đóng vai trò này. Đối với lực hấp dẫn, lý thuyết giả định rằng có một hạt gọi là graviton mang lực, dù đến nay nó vẫn chưa được phát hiện và chưa có mô tả lượng tử hoàn chỉnh về hấp dẫn.
Một số “trường” khác lại mang đến cho hạt những tính chất nhất định. Chẳng hạn, trường Higgs thông qua việc trao đổi các boson Higgs (Hạt của Chúa) mà ban cho hạt khối lượng.
Tuy nhiên, thời gian — dù bản chất thực sự của nó là gì — vẫn hoàn toàn khác với một “trường” vật lý. Nó không phải là đại lượng vật lý như điện tích hay khối lượng, không truyền lực, và cũng không quyết định cách các hạt tương tác với nhau.
Do đó, trong vật lý hiện đại, thời gian không được định nghĩa bởi một hạt trung gian như bốn lực cơ bản của tự nhiên. Nói cách khác, “hạt thời gian” là điều không cần thiết — và cũng không hợp lý.
Nhưng thật lạ lùng, một số nghiên cứu gần đây lại cho rằng thời gian có thể chỉ là ảo giác. Giả thuyết này dựa trên hiện tượng “vướng víu lượng tử” (quantum entanglement) — trong đó trạng thái lượng tử của các hạt liên kết với nhau một cách chặt chẽ, cho dù chúng cách nhau bao xa, giống như thời gian không tồn tại với chúng.
Nói cách khác, thời gian — thứ tưởng như hiển nhiên và quen thuộc nhất với con người — có thể chỉ là một sản phẩm của nhận thức, chứ không phải một thực thể vật lý tồn tại độc lập.
Minh họa về không-thời gian (spacetime) – cách mà năng lượng và vật chất làm cong không gian và thời gian trong thuyết tương đối tổng quát. Ảnh: Science Photo Library
Các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ về thời gian, nhưng dường như nó không có thuộc tính vật lý nào, chẳng hạn như khối lượng. Ảnh: Getty
