Buzz
Một lý thuyết mới của các nhà khoa học gợi ý rằng yếu tố chi phối sự chuyển động của thời gian có thể chính là thứ đang giữ chúng ta vững vàng trên bề mặt Trái Đất.
Thời gian có một chiều đi duy nhất: nó dường như chỉ có thể tiến về phía trước. Tương lai luôn là một điều chưa biết, trong khi quá khứ thì đã bị đóng chặt và không thể tiếp cận. Tuy nhiên, hầu hết các định lý vật lý dường như không có sự phân biệt giữa hướng tiến hay lùi của thời gian.
Các phương trình chi phối vạn vật, từ các hạt hạ nguyên tử đến các quỹ đạo hành tinh, đều không phân biệt giữa chuyển động tiến hay lùi trong thời gian. Vậy nguồn gốc của mũi tên thời gian là từ đâu?
Hơn một thế kỷ qua, đa phần các nhà vật lý tin rằng mũi tên thời gian được xác định bởi khái niệm entropy, một thước đo mức độ hỗn loạn trong một hệ thống. Định lý thứ hai của nhiệt động lực học cho biết trong các hệ kín, entropy luôn gia tăng, có nghĩa là các hệ thống sẽ chuyển từ trật tự sang hỗn loạn. Định lý này không chỉ áp dụng cho các hệ vật lý mà còn phù hợp với kinh nghiệm hàng ngày: việc dọn dẹp một căn phòng luôn khó hơn nhiều so với việc làm cho nó bừa bộn.
Tuy nhiên, sự liên hệ này lại đặt ra một câu hỏi khó khăn. Để entropy có thể tạo ra mũi tên thời gian, vũ trụ của chúng ta cần phải bắt đầu ở một trạng thái có entropy cực thấp và trật tự cao. Điều này khiến nhiều nhà vật lý cảm thấy như đang giả định một điều gì đó không thực tế, gắn liền với lý thuyết Big Bang hỗn loạn mà chúng ta biết hiện nay.
Vào năm 2014, nhà vật lý Julian Barbour và các cộng sự đã đưa ra một giải pháp đầy hứa hẹn cho nghịch lý này: trọng lực. Nhưng không phải trọng lực mà chúng ta biết qua thuyết tương đối rộng, lý thuyết cho rằng không gian và thời gian bị uốn cong dưới ảnh hưởng của vật chất và năng lượng.
Thay vì sử dụng cách tiếp cận truyền thống, ông đã diễn giải lại các phương trình nổi tiếng của Einstein qua một ngôn ngữ khác gọi là Shape Dynamics (Động lực học Hình dạng). Shape Dynamics tập trung vào mối quan hệ giữa các vật thể, thay vì không-thời gian, cấu trúc thống nhất của không gian và thời gian mà các vật thể tồn tại trong đó. Nhờ vào khuôn khổ này, Barbour nhận ra rằng nếu ta lấy một tập hợp ngẫu nhiên các hạt và để chúng tương tác qua trọng lực, mũi tên thời gian sẽ xuất hiện một cách tự nhiên.
Khi các hạt tương tác với nhau, chúng tạo thành những cấu trúc phức tạp hơn với mức độ entropy ngày càng tăng. Tuy nhiên, trước khi đạt đến mức entropy cao, chúng phải trải qua một giai đoạn có entropy thấp và tổ chức cao. Trong thí nghiệm, tất cả những điều này dường như xảy ra một cách tự nhiên. Mặc dù trọng lực không trực tiếp quan tâm đến dòng chảy của thời gian, nhưng mũi tên thời gian đã xuất hiện một cách hữu cơ nhờ vào động lực trọng lực giữa các hạt. Điều này cho thấy thời gian không phải là một thực thể độc lập mà là kết quả của các tương tác vật lý cơ bản, đặc biệt là trọng lực.
Tuy nhiên, mô hình của Barbour vẫn còn khá đơn giản. Ông giả định rằng vũ trụ chỉ là một tập hợp các hạt, tương tác với nhau qua lực trọng lực duy nhất. Thực tế, vũ trụ phong phú hơn rất nhiều, với nhiều loại hạt khác nhau tương tác qua bốn lực cơ bản mà chúng ta biết hiện nay.
Kể từ khi Barbour công bố nghiên cứu ban đầu hơn mười năm trước, công trình này đã nhận được cả sự chỉ trích lẫn sự ủng hộ. Mặc dù đa số các nhà vật lý đều thừa nhận rằng hiểu biết của chúng ta về dòng chảy của thời gian và mối liên hệ của nó với entropy chưa đầy đủ, nhưng để thuyết phục họ về một ý tưởng thay thế sẽ cần rất nhiều công sức.
Bước đầu tiên là kiểm tra xem Shape Dynamics có phải là một lý thuyết vật lý hợp lệ hay không. Trong khoa học, bạn có thể phát triển bất kỳ khuôn khổ toán học nào bạn muốn, nhưng vấn đề thực sự là đảm bảo rằng nó phù hợp với các quan sát thực tế của vũ trụ.
Mặc dù Shape Dynamics phần lớn đồng nhất với Thuyết Tương đối Rộng, nhưng nó lại có một số sự khác biệt quan trọng. Trong các mô hình đơn giản, những khác biệt này không gây vấn đề gì, nhưng khi xét đến các vấn đề lớn hơn, như bản chất của lỗ đen, Shape Dynamics lại đưa ra các dự đoán toán học khác biệt. Vẫn chưa rõ liệu những khác biệt này có làm cho Shape Dynamics bị vô hiệu hay không, nhưng công việc nghiên cứu vẫn đang được tiếp tục và cho đến nay, kết quả rất hứa hẹn.
Bước tiếp theo là xem liệu giả thuyết này có thể được mở rộng để giải thích một bức tranh vũ trụ thực tế hơn hay không. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng những nguyên lý cơ bản trong Shape Dynamics, rằng các tương tác vật lý tự nhiên dẫn đến một mũi tên thời gian mà không cần đến entropy, có thể áp dụng cho các hệ thống hạ nguyên tử. Những nghiên cứu khác cũng đã tìm thấy các hành vi phù hợp với hiểu biết truyền thống của chúng ta về Big Bang.
Mặc dù cho đến nay, chưa ai có thể sử dụng Shape Dynamics để xây dựng một mô hình vũ trụ tiến hóa hoàn chỉnh với mức độ chi tiết tương đương như cách chúng ta hiểu vũ trụ qua Thuyết Tương đối Rộng, nhưng ý tưởng này vẫn rất thú vị. Chúng ta cảm nhận dòng chảy của thời gian vì đó là kết quả tự nhiên của các định lý vật lý cơ bản, và chính vì thế, Shape Dynamics vẫn là một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn cần được tiếp tục khám phá.
