Giải quyết nghịch lý cơ bản trong bài toán cỗ máy thời gian 'Quay về quá khứ sát hại bản thân'

Bạn đã bao giờ phạm sai lầm mà bạn ước mình có thể đảo ngược chưa? Sửa chữa những sai lầm trong quá khứ là một trong những lý do khiến chúng ta thấy khái niệm du hành thời gian rất hấp dẫn. Như thường được miêu tả trong khoa học viễn tưởng, với cỗ máy thời gian, không có gì là không thể cả - bạn luôn có thể quay lại và thay đổi nó. Nhưng du hành thời gian có thực sự khả thi trong vũ trụ của chúng ta hay đó chỉ là khoa học viễn tưởng?

Sự hiểu biết hiện đại của chúng ta về thời gian và quan hệ nhân quả đến từ thuyết tương đối rộng. Lý thuyết của nhà vật lý Albert Einstein kết hợp không gian và thời gian thành một thực thể duy nhất - “không thời gian” - và cung cấp một lời giải thích cực kỳ phức tạp về cách thức hoạt động của cả hai, ở một mức độ không thể so sánh với bất kỳ lý thuyết đã có nào khác. Lý thuyết này đã tồn tại hơn 100 năm và đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm với độ chính xác cực cao, vì vậy các nhà vật lý khá chắc chắn rằng nó cung cấp một mô tả chính xác về cấu trúc nhân quả của vũ trụ chúng ta.

Trong nhiều thập niên, các nhà vật lý đã cố gắng sử dụng thuyết tương đối rộng để tìm hiểu xem liệu du hành thời gian có khả thi hay không. Hóa ra bạn có thể viết ra các phương trình mô tả du hành thời gian và hoàn toàn tương thích và nhất quán với thuyết tương đối. Nhưng vật lý không phải là toán học, và các phương trình là vô nghĩa nếu chúng không tương ứng với bất cứ thứ gì trong thực tế.

Lập luận chống lại du hành thời gian

Có hai vấn đề chính khiến chúng ta nghĩ rằng những phương trình này có thể không thực tế. Vấn đề đầu tiên là một vấn đề… thực tế: chế tạo cỗ máy thời gian dường như cần vật chất kỳ lạ, tức là vật chất có năng lượng âm. Tất cả vật chất chúng ta nhìn thấy trong cuộc sống hằng ngày đều có năng lượng dương, vì vậy vật chất có năng lượng âm không phải là thứ bạn có thể tìm thấy xung quanh. Từ cơ học lượng tử, chúng ta biết rằng vật chất như vậy về mặt lý thuyết có thể được tạo ra, nhưng với số lượng quá nhỏ và trong thời gian quá ngắn.

Tuy nhiên, không có bằng chứng nào cho thấy không thể tạo ra vật chất kỳ lạ với số lượng đủ lớn. Hơn nữa, người ta có thể phát hiện ra những phương trình khác cho phép du hành thời gian mà không cần vật chất ngoại lai. Do đó, vấn đề này có thể chỉ là một hạn chế của công nghệ hiện tại hoặc sự hiểu biết về cơ học lượng tử của chúng ta.

Vấn đề chính khác ít thực tế hơn, nhưng quan trọng hơn: đó là quan sát cho rằng du hành thời gian dường như mâu thuẫn với logic, dưới dạng gọi là nghịch lý du hành thời gian. Có một số loại nghịch lý như vậy, nhưng vấn đề nan giải nhất là nghịch lý nhất quán.

Một nghịch lý phổ biến trong khoa học viễn tưởng, nghịch lý nhất quán xảy ra bất cứ khi nào có một sự kiện nào đó dẫn đến việc thay đổi quá khứ, nhưng chính sự thay đổi đó lại ngăn cản sự kiện này xảy ra ngay từ đầu.

Ví dụ, hãy xem xét một tình huống trong đó ta chui vào cỗ máy thời gian của mình, sử dụng nó để quay ngược thời gian 5 phút và phá hủy cỗ máy ngay khi trở về quá khứ. Nếu ta đã phá hủy cỗ máy thời gian, ta sẽ không thể sử dụng nó sau 5 phút nữa.

Nhưng nếu ta không thể sử dụng cỗ máy thời gian, thì ta không thể quay ngược thời gian và phá hủy nó. Do đó, nó không bị phá hủy, vì vậy ta có thể quay ngược thời gian và phá hủy nó. Nói cách khác, cỗ máy thời gian bị phá hủy khi và chỉ khi nó không bị phá hủy. Vì nó không thể vừa bị phá hủy đồng thời vừa không bị phá hủy, nên kịch bản này là không nhất quán và nghịch lý.

Loại bỏ những nghịch lý

Có một quan niệm sai lầm phổ biến trong khoa học viễn tưởng rằng các nghịch lý có thể được “tạo ra”. Những người du hành thời gian thường được cảnh báo không được thực hiện những thay đổi đáng kể đối với quá khứ và tránh gặp lại bản thân họ trong quá khứ vì lý do chính xác này. Ví dụ về điều này có thể được tìm thấy trong nhiều bộ phim du hành thời gian, chẳng hạn như bộ ba Back to the Future.

Nhưng trong vật lý, nghịch lý không phải là một sự kiện có thể thực sự xảy ra - nó là một khái niệm lý thuyết thuần túy chỉ ra sự mâu thuẫn trong chính lý thuyết đó. Nói cách khác, nghịch lý về tính nhất quán không chỉ ám chỉ việc du hành thời gian là một nỗ lực nguy hiểm, mà chúng còn ngụ ý rằng điều đó đơn giản là không thể xảy ra.

Đây là một trong những động lực để nhà vật lý lý thuyết Stephen Hawking hình thành phỏng đoán bảo vệ niên đại của mình, trong đó tuyên bố rằng du hành thời gian là không thể. Tuy nhiên, phỏng đoán này cho đến nay vẫn chưa được chứng minh. Hơn nữa, vũ trụ sẽ là một nơi thú vị hơn nhiều nếu thay vì loại bỏ việc du hành thời gian do các nghịch lý, chúng ta có thể loại bỏ chính các nghịch lý đó.

Một nỗ lực nhằm giải quyết nghịch lý du hành thời gian là giả thuyết tự thống nhất của nhà vật lý lý thuyết Igor Dmitriyevich Novikov, về cơ bản khẳng định rằng bạn có thể du hành về quá khứ, nhưng bạn không thể thay đổi nó.

Theo Novikov, nếu ta cố gắng phá hủy cỗ máy thời gian của mình 5 phút trước, ta sẽ thấy rằng điều đó là không thể. Các định luật vật lý bằng cách nào đó sẽ duy trì tính nhất quán.

Giả định có đa lịch sử

Nhưng quay ngược thời gian để làm gì nếu bạn không thể thay đổi quá khứ? Có các phỏng đoán cho thấy rằng có những nghịch lý du hành thời gian mà giả thuyết của Novikov không thể giải quyết được. Điều này đưa chúng ta trở lại ngõ cụt, vì nếu không thể loại bỏ ngay cả một nghịch lý, thì du hành thời gian vẫn là điều không thể về mặt logic.

Vì vậy, đây có phải là chiếc đinh cuối cùng trong quan tài chôn giấc mơ du hành thời gian? Không hẳn. Việc cho phép nhiều lịch sử (hay nói một cách quen thuộc hơn là các mốc thời gian song song) tồn tại có thể giải quyết những nghịch lý mà giả thuyết của Novikov không thể giải quyết được. Trên thực tế, nó có thể giải quyết mọi nghịch lý mà bạn ném vào nó.

Ý tưởng rất đơn giản. Khi ta thoát khỏi cỗ máy thời gian, ta thoát vào một dòng thời gian khác. Trong dòng thời gian đó, ta có thể làm bất cứ điều gì mình muốn, bao gồm cả việc phá hủy cỗ máy thời gian, mà không thay đổi bất cứ điều gì trong dòng thời gian ban đầu mà ta đến. Vì ta không thể phá hủy cỗ máy thời gian trong dòng thời gian ban đầu, vốn là cỗ máy mà ta thực sự đã sử dụng để du hành ngược thời gian, nên không có nghịch lý nào cả.

Từ giả định này, du hành thời gian là có thể, nhưng chỉ khi vũ trụ của chúng ta có thể cho phép đa dòng lịch sử cùng tồn tại. Liệu điều đó có thể tồn tại?

Cơ học lượng tử dường như ngụ ý như vậy, ít nhất là nếu bạn tán thành cách giải thích “nhiều thế giới” của Everett, nơi một lịch sử có thể “tách” thành nhiều lịch sử, mỗi lịch sử cho một kết quả đo lường có thể xảy ra, ví dụ cho dù con mèo của Schrödinger còn sống hay đã chết, hoặc liệu ta có đến trong quá khứ hay không.

Nhưng đây chỉ là những suy đoán. Một số nhà nghiên cứu vẫn đang làm việc để tìm ra một lý thuyết cụ thể về du hành thời gian với đa lịch sử hoàn toàn tương thích với thuyết tương đối rộng. Tất nhiên, ngay cả khi chúng ta cố gắng tìm ra một lý thuyết như vậy, thì điều này cũng không đủ để chứng minh rằng du hành thời gian là có thể, nhưng ít nhất điều đó có nghĩa là du hành thời gian không bị loại trừ bởi nghịch lý nhất quán.

Du hành thời gian và các dòng thời gian song song hầu như luôn song hành trong khoa học viễn tưởng, nhưng giờ đây chúng ta có bằng chứng cho thấy chúng cũng phải song hành trong khoa học thực tế. Thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử cho chúng ta biết rằng du hành thời gian có thể khả thi, nhưng nếu có, thì đa lịch sử cũng phải khả thi.