Một lý thuyết toán học mới đã khẳng định việc du hành thời gian là không thể, nhưng lại mang lại tiềm năng cho một 'siêu khả năng' khác

Báo cáo khoa học mới cố gắng kết nối cơ học lượng tử với một giả thuyết toán học đã gây tranh cãi suốt hơn 100 năm.

Nhà vật lý Nicolas Gisin vừa công bố một loạt các báo cáo khoa học có thể thay đổi cách chúng ta nhìn nhận 'thời gian'. Công trình nghiên cứu của giáo sư Gisin, hiện đang làm việc tại Đại học Geneva, cố gắng kết nối thuyết cơ học lượng tử hiện nay với một giả thuyết toán học cũ, được phát triển bởi nhà toán học người Hà Lan Luitzen Egbertus Jan Brouwer (cha đẻ của nguyên lý điểm bất động Brouwer, một trong những định lý toán học quan trọng nhất thế kỷ 20)

Ông Brouwer là người sáng tạo ra giả thuyết toán học gọi là “toán học trực quan - intuitionistic mathematics”, một phương pháp tiếp cận toán học gây tranh cãi khi loại bỏ nhiều yếu tố cơ bản của toán học truyền thống.

Tuy nhiên, đây không phải là một loại tin tức không đáng tin cậy hoặc niềm tin vào sự nguy hại của vaccine để khiến chúng ta hoang mang. Giả thuyết toán học này là trung tâm của cuộc tranh luận kéo dài hơn một thế kỷ và nghiên cứu của Gisin có tiềm năng đưa nó ra ánh sáng. Tính chất phức tạp của giả thuyết này làm cho nó trở thành một trong những điểm tranh cãi lớn nhất, đặc biệt là khái niệm 'toán học trực quan' đòi hỏi loại bỏ các yếu tố trung gian trong toán học.

Có thể dùng ví dụ về 'yếu tố trung gian' trong toán học như sau: mỗi tuyên bố, hoặc là đúng hoặc là sai; một cặp tuyên bố đúng - sai bất kỳ đều có ví dụ điển hình, như 'tôi có 5 cây bút' hoặc 'tôi không có 5 cây bút'.

Lý thuyết tương đối của Einstein dựa vào toán học tiền định, loại bỏ yếu tố trung gian và đảm bảo không có sự ngẫu nhiên trong quá trình phát triển mô hình toán học. Theo lý thuyết tương đối, mọi sự kiện đã, đang và sẽ diễn ra từ thời điểm bắt đầu của Vũ trụ - tức là đã được xác định trước đó.

Ngược lại, toán học duy trực giác cho rằng: không thể dự đoán được sự kiện sẽ diễn ra như thế nào, bởi như một qubit trong cơ học lượng tử, nó mang nhiều giá trị cho tới khi được quan sát (tức là khi được đo); số tiếp theo trong một chuỗi số toán học không thể được dự đoán chính xác trước khi nó xảy ra.

Giáo sư Gisin viết rằng “ngôn ngữ toán học làm nên vốn hiểu biết của ta về yếu tố thời gian trong vật lý”, và cần phải giải quyet những ý kiến trái chiều giữa người ủng hộ toán học duy trực giác của Brouwer và người ủng hộ toán học tiền định của Einstein. Báo cáo khoa học viết:

“Chính Einstein cảm thấy không thoải mái khi biết rằng lĩnh vực vật lý mà ông yêu thích thiếu khái niệm ‘lập tức’ - mặc dù ông phải thừa nhận rằng, ông không tìm ra cách nào để kết hợp chúng lại. Ông kết luận rằng sẽ phải sống chung với hoàn cảnh mới thôi”.

Để hòa hợp với lý thuyết tương đối của Einstein và tránh đụng độ với khái niệm “lập tức”, các nhà toán học đã thêm yếu tố vô hạn vào trong toán học. Ví dụ, giả định về một chuỗi số vô hạn, một người có thể khéo léo áp dụng lý thuyết không - thời gian để mô tả sự tồn tại của một chuỗi số thực duy nhất và vô hạn, với chúng ta là người quan sát. Giống như một đĩa nhạc đang quay với ta là chiếc kim đặt lên bề mặt đĩa, nhìn theo vòng quay của chuỗi số được cho là vô hạn.

Trong trường hợp này, khái niệm “lập tức” chỉ tồn tại khi ta có mặt để chứng kiến nó. Lý thuyết, nếu thành công trong việc lắp đặt cỗ máy thời gian, ta có thể di chuyển đến thời điểm mà tại đó, “lập tức” đã hoặc chưa diễn ra.

Tuy nếu báo cáo của Gisin (và cả toán học duy trực giác của Brouwer) đúng, khả năng du hành thời gian sẽ là không khả thi:

“Một không gian không thể chứa nhiều hơn một lượng thông tin hữu hạn, và số thực không thể chứa thông tin vô hạn”.

Theo cách hiểu khác, giả định này của giáo sư Gisin cho thấy không có cách nào để vũ trụ vô hạn hình thành ngay lập tức và kết nối trực tiếp với thời gian. Theo toán học duy trực giác, thời gian tiến triển từng bước một, “lập tức” là một điểm chuyển động một chiều trên dòng thời gian. 

Mọi nỗ lực du hành thời gian đều là không thể trên phương diện khoa học, vì chúng ta đã đang du hành thời gian tiến triển rồi: mỗi khoảnh khắc là duy nhất, và ta “du hành” từ khoảnh khắc này sang khoảnh khắc khác.

Theo cách này, quá khứ không còn tồn tại vì thời gian không liên quan đến thực tại. Tương lai cũng không còn tồn tại, vì tương lai chỉ xuất hiện khi MỌI KHẢ NĂNG tại “lập tức” phải xảy ra. Chỉ có duy nhất khái niệm “lập tức” tồn tại, chỉ có thời khắc bạn đang trải qua được công nhận.

Khái niệm này loại bỏ khả năng du hành thời gian, nhưng nếu thành công, có thể mang lại cho chúng ta năng lực khác hiệu quả hơn. Cơ học lượng tử được xây dựng dựa trên những khái niệm khó giải thích, nhưng lại có tiềm năng cho ta sức mạnh du hành thời gian tương đối - thay đổi không gian xung quanh để di chuyển ở khoảng cách xa mà không bị lão hóa do tác động của thời gian. Ước mơ này vẫn còn rất xa, vì khoảng cách giữa cơ học lượng tử và vật lý cổ điển vẫn còn rất lớn.

Theo giáo sư Gisin, toán học duy trực giác có thể là chìa khóa giúp chúng ta tiếp cận siêu năng lực này. Ông cho rằng cách tiếp cận toán học này sẽ gần gũi hơn với thực tại chúng ta đang trải nghiệm. Ông viết trong báo cáo:

“Vật lý có thể đạt được thành công nếu được xây dựng trên nền tảng toán học duy trực giác, ngay cả khi không còn liên quan đến toán học tiền định. Ngược lại với dự đoán, tôi tin rằng giả thuyết vật lý tiếp theo sẽ trừu tượng hơn cả lý thuyết lượng tử, nhưng lại gần gũi hơn với trải nghiệm của con người”.

Tham khảo QuantaMag