'Nghịch lý ông nội' có thể không tồn tại, nhưng du hành thời gian thực sự có thể xảy ra

Nếu một ngày bạn có thể quay ngược thời gian, liệu bạn sẽ trở về quá khứ để chứng kiến khoảnh khắc lịch sử vĩ đại, hay bước vào tương lai để tận mắt nhìn thấy công nghệ phát triển đến đâu?

Câu hỏi tưởng như chỉ tồn tại trong các bộ truyện tranh như Doraemon hóa ra lại có nền tảng khoa học nghiêm túc và nhiều tranh luận chưa ngã ngũ. Một trong những chủ đề khiến các nhà vật lý học đau đầu nhất chính là "nghịch lý ông nội", một vòng luẩn quẩn logic có thể khiến mọi lập luận sụp đổ nếu du hành thời gian thực sự tồn tại.

Hãy tưởng tượng bạn phát minh ra một cỗ máy thời gian. Trong niềm phấn khích, bạn trở về quá khứ và vô tình giết chết ông nội mình trước khi ông có con. Vấn đề ở đây là: nếu ông nội bạn mất, cha bạn sẽ không được sinh ra, và vì thế bạn cũng không thể tồn tại. Nhưng nếu bạn không tồn tại, ai đã quay về quá khứ để giết ông nội bạn? Một vòng nghịch lý không thể tháo gỡ. Và chính điều này khiến nhiều người cho rằng, du hành thời gian là điều bất khả thi, ít nhất là trên lý thuyết logic thông thường.

Thế nhưng, mọi chuyện không đơn giản như vậy. Trong khi giải phương trình trường trong Thuyết tương đối rộng của Einstein, các nhà khoa học đã phát hiện ra khái niệm có tên "đường cong thời gian khép kín" (CTC - Closed Timelike Curve).

Ý tưởng này cho rằng, trong điều kiện không gian-thời gian bị bóp méo đủ lớn, thời gian có thể quay vòng giống như một đường tròn, cho phép bạn trở lại điểm xuất phát, nhưng không phải trong không gian, mà là trong chính thời gian.

Hiện tượng "kéo khung" trong thuyết tương đối rộng, nơi vật chất quay có thể làm không-thời gian quay theo gợi ý rằng nếu một vật thể có khối lượng khổng lồ như một lỗ đen quay đủ nhanh, nó có thể bóp méo thời gian đến mức hình thành CTC.

Một ví dụ nổi tiếng là vũ trụ Gödel, một mô hình vũ trụ trong đó toàn bộ vật chất quay quanh một trục trung tâm, tạo điều kiện lý tưởng cho các vòng thời gian khép kín tồn tại. Dù mô hình này không phù hợp với vũ trụ thực tế, nó vẫn khơi gợi một viễn cảnh thú vị: du hành ngược thời gian có thể xảy ra, ít nhất là trong khuôn khổ toán học của vật lý hiện đại.

Tuy nhiên, vấn đề nằm ở chỗ: nếu du hành thời gian thực sự có thể xảy ra, làm sao chúng ta tránh khỏi những nghịch lý như "nghịch lý ông nội"? Giáo sư Stephen Hawking từng đưa ra "Giả thuyết bảo vệ trình tự thời gian", cho rằng có một định luật vật lý nào đó mà chúng ta chưa khám phá được sẽ ngăn cản việc du hành thời gian xảy ra.

Để minh họa cho quan điểm này, ông từng tổ chức một "bữa tiệc du hành thời gian" vào năm 2009, nhưng chỉ gửi lời mời sau khi bữa tiệc kết thúc. Kết quả là không một ai đến dự. Với ông, đó là một minh chứng vui nhộn cho việc du hành thời gian là điều không thể.

Trái ngược với Hawking, một số nhà khoa học như Igor Novikov lại đưa ra lý thuyết khác để giải thích nghịch lý này. "Nguyên lý tự nhất quán của Novikov" cho rằng: nếu một hành động trong quá khứ có thể dẫn đến một nghịch lý, thì xác suất hành động đó xảy ra là… bằng 0.

Tức là, bạn có thể quay về quá khứ, nhưng sẽ không thể thay đổi lịch sử. Nếu bạn định ngăn cản một vụ cháy xảy ra, thì sẽ có vô vàn sự cố xảy ra khiến bạn thất bại và đám cháy vẫn xảy ra đúng như ban đầu. Lịch sử, nói cách khác, sẽ luôn tìm cách tự sửa chữa để giữ nguyên tiến trình.

Mới đây, các nhà vật lý lại tiếp tục làm phức tạp thêm câu chuyện bằng cách lồng ghép khái niệm đường cong thời gian khép kín với cơ học lượng tử và nhiệt động lực học. Trên tạp chí Classical and Quantum Gravity , một nghiên cứu cho thấy rằng entropy, đại lượng biểu thị mức độ hỗn loạn của hệ thống chính là yếu tố then chốt.

Trong một đường cong thời gian khép kín, entropy không thể tăng mãi như trong dòng thời gian thông thường. Khi entropy đạt cực đại, hệ thống không thể tiếp tục tiến về tương lai và buộc phải "quay đầu" - quay lại quá khứ như một phần của chu kỳ kín.

Hệ quả là, khi bạn trở lại quá khứ theo chu trình này, ký ức của bạn, đại diện cho sự tăng entropy sẽ biến mất. Cơ thể bạn sẽ trẻ lại, và bạn trở thành chính mình trong quá khứ. Không có ai quay về từ tương lai. Không có ai cố giết ông nội. Và vì thế, nghịch lý cũng không tồn tại. Bạn không thể thay đổi quá khứ, đơn giản vì bạn đã là một phần của nó.

Thậm chí, nếu có ai đó trông giống bạn xuất hiện trong quá khứ, rất có thể đó chỉ là một biến động lượng tử một "bản sao" tạm thời, không có ký ức và cũng chẳng có mối liên hệ nhân quả rõ ràng với "bạn" thật. Vì vậy, "bạn trong tương lai" và "bạn trong quá khứ" không thể thực sự gặp nhau hoặc nếu gặp, cũng không ai nhận ra ai.

Dù còn nhiều tranh luận, chủ đề du hành thời gian vẫn luôn khiến khoa học và trí tưởng tượng hòa quyện đầy hứng thú. Những câu hỏi như: "Nếu có cỗ máy thời gian, bạn muốn đến thời điểm nào?", hay "Liệu chúng ta có thể thay đổi lịch sử?" sẽ còn làm đau đầu không chỉ các nhà vật lý mà cả những người yêu khoa học viễn tưởng trong nhiều thập kỷ tới.

Và biết đâu, một ngày nào đó trong tương lai hoặc quá khứ, một ai đó sẽ tìm ra câu trả lời. Còn bây giờ, hãy cứ tưởng tượng và mơ mộng như khi bạn nhìn ra cửa sổ lúc chiều tà: biết đâu khoảnh khắc "xuyên không" đầu tiên lại bắt đầu từ chính một suy nghĩ bất ngờ như thế.