Toán học chứng minh du hành thời gian là điều khả thi

Một nhà nghiên cứu tìm ra cách chứng minh tính khả thi của du hành thời gian, giúp đưa con người về quá khứ hay tới tương lai.

Ben Tippett là giảng viên toán học và vật lý tại trường Okanagan thuộc UBC. Mới đây ông đã công bố một nghiên cứu về tính khả thi của việc du hành thời gian. Tippett có lĩnh vực nghiên cứu chuyên môn là thuyết tương đối rộng của Einstein. Ông nghiên cứu các lỗ đen và những vấn đề khoa học viễn tưởng vào những lúc không lên lớp. Sử dụng toán học và vật lý, ông đã tạo ra một công thức mô tả phương pháp của việc du hành thời gian.

“Mọi người nghĩ rằng du hành thời gian chỉ là viễn tưởng”, Tippett nói. “Và chúng ta có xu hướng cho rằng điều đó là không thể bởi chúng ta không thực sự làm được điều đó. Nhưng toán học thì có thể”.

Theo Tippett, kể từ khi HG Wells xuất bản cuốn sách có tên “Cỗ máy thời gian” (Time Machine) năm 1885, con người bắt đầu rất tò mò về du hành thời gian, và các nhà khoa học đã nghiên cứu để giải quyết hoặc bác bỏ lý thuyết này. Năm 1915, Albert Einstein đã công bố thuyết tương đối rộng của ông, theo đó trường hấp dẫn được gây ra bởi sự biến dạng trong cấu trúc không gian và thời gian. Hơn 100 năm sau, dự án hợp tác quốc tế LIGO đã công bố việc phát hiện sóng hấp dẫn gây ra bởi sự va chạm của các lỗ đen cách chúng ta hàng tỷ năm ánh sáng để xác nhận lý thuyết của Einstein.

Tippett cho rằng việc chia không gian thành ba chiều và thời gian là một chiều độc lập là không đúng. Cần phải hình dung bốn chiều một cách đồng thời, các chiều đều liên kết với nhau dưới dạng một thể liên tục không-thời gian. Sử dụng lý thuyết của Einstein, Tippett cho biết rằng độ cong của không-thời gian là thứ gây ra quỹ đạo cong của các hành tinh.

Trong không-thời gian phẳng (không bị uốn cong), các hành tinh và sao sẽ di chuyển theo đường thẳng. Trong vùng lân cận của một ngôi sao nặng, hình học của không-thời gian bị uốn cong và quỹ đạo vốn là thẳng của các hành tinh gần đó sẽ đi theo những đường cong uốn quanh ngôi sao.

“Hướng của thời gian trên bề mặt không-thời gian cũng bị uốn cong. Có bằng chứng cho thấy khi càng tới gần một lỗ đen thì thời gian càng chậm lại”, Tippett nói. “Mô hình cỗ máy thời gian của tôi sử dụng không-thời gian cong, trong đó uốn thời gian của những nhà du hành thành đường cong khép kín và đưa chúng ta quay ngược thời gian”.

Mặc dù có thể mô tả cỗ máy thời gian bằng toán học, Tippett nghi ngờ việc ai đó có thể chế tạo được một cỗ máy như thế và làm cho nó hoạt động.

“HG Wells đã phổ biến thuật ngữ “cỗ máy thời gian” và khiến mọi người tin rằng một nhà thám hiểm cần tới “một cỗ máy hay một chiếc hộp đặc biệt” để du hành thời gian”, ông nói. “Mặc dù khả thi về mặt toán học, chưa hề có khả năng chế tạo một cỗ máy không-thời gian vì chúng ta cần tới vật liệu – thứ vật chất đặc biệt có thể uốn cong không-thời gian theo những cách không tưởng, và chúng ta còn chưa tìm ra thứ đó”.

Để thực hiện nghiên cứu này, Tippett đã tạo ra một mô hình toán học gọi là TARDIS (Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time, tạm dịch là “Phạm vi di chuyển nghịch trong không-thời gian). Ông mô tả nó như một bong bóng của hình học không-thời gian có thể đưa những thứ trong nó tiến và lùi trong cả không gian và thời gian với việc di chuyển theo những đường tròn lớn. Bong bóng di chuyển qua không-thời gian với vận tốc lớn hơn vận tốc của ánh sáng trong chiều thời gian, cho phép nó quay ngược thời gian.

“Nghiên cứu không-thời gian vừa hấp dẫn vừa là vấn đề khó. Và nó cũng là một cách hay để sử dụng toán học và vật lý”, Tippett nói. “Các chuyên gia trong lĩnh vực của tôi đã tìm hiểu tính khả thi của cỗ máy thời gian về mặt toán học từ năm 1949. Nghiên cứu của tôi đưa ra một phương pháp mới cho việc đó”.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Classical and Quantum Gravity (hấp dẫn cổ điển và lượng tử) của IOPscience.

TinhHoa tổng hợp