by
Bình thường ta có thể nghĩ rằng khái niệm thời gian thật là đơn giản, bởi vì ai cũng cảm nhận "đông tàn xuân đến", “thời gian thấm thoắt tựa thoi đưa". Thực ra, câu chuyện không đơn giản như vậy. Cho đến nay khoa học nói chung và vật lý học nói riêng vẫn chưa trả lời được câu hỏi ngàn đời: “Cái gì là bản chất của thời gian".
Trong cuộc sống và khoa học ứng dụng, ta chỉ mới sử dụng khái niệm “thời khoảng", tức khoảng thời gian được đo theo đơn vị thời gian quy ước giữa các sự kiện hay biến cố, mà không quan tâm hay đúng hơn chưa cần đi sâu vào bản chất của thời gian.
Nói một cách tổng quát nhất, thời gian và không gian là những tham số chứng minh sự tồn tại của thế giới vật chất và cũng là hình thức cơ bản của kinh nghiệm con người. Con người dễ dàng cảm nhận sự tồn tại của không gian, bởi vì với 3 toạ độ (không cần nhiều hơn) chúng ta có thể xác định bất cứ vị trí nào trong không gian. Đối với thời gian, chúng ta chỉ có quan niệm như sự kéo dài thuần tuý, sự diễn ra theo trình tự không thể ngược của các biến cố từ quá khứ đến tương lại thông qua hiện tại. Nhưng làm sao có thể phân định rạch ròi các mốc quá khứ, hiện tại, tương lại. Chỉ một cái chớp mắt, hiện tại đã trở thành quá khứ, còn tương lai phải chăng là sự chờ đợi trong hiện tại. Mấy năm gần đây một số nhà vật lý còn đề cập một cách nghiêm túc đến vấn đề trôi ngược của thời gian: thời gian có thể trôi ngược từ tương lai về hiện tại, từ hiện tại về quá khứ.
Hoá ra khái niệm thời gian không giản và dễ hiểu như chúng ta mới nghĩ. Có thế trong ngôn ngữ khoa học và trong cả cuộc sống hàng ngày, từ lâu đã xuất hiện thuật ngữ “thời gian khách quan", "thời gian chủ quan" hay "thời gian tâm lý". Trong bài thơ "Màu thời gian" thi sĩ Đoàn Phú Tử còn mạnh dạn gán cho thời gian cả hương và sắc:
Màu thời gian không xanh,
Màu thời gian tím ngát,
Hương thời gian không nồng
Hương thời gian thanh thanh..."
Chúng ta sẽ không đề cập thời gian tâm lý, bởi vì biết lấy làm vị "ngày vui ngắn chẳng tày gang", "ba thu dọn lại một ngày dài ghê". Chúng ta hãy nói thời gian trong khoa học tự nhiên, mà cụ thể là thời gian theo quan niệm vật lý học.
Theo dõi lịch sử phát triển các quan niệm về thời gian trong khoa học, chúng ta có thể vạch ra hai mốc quan trọng: thời gian tuyệt đối trong cơ học Cổ điển Newton hình thành từ thế kỷ XVII và thời gian tương đối trong lý thuyết của Einstein ra đời đầu thế kỷ XX.
Theo quan niệm của Newton, thời gian là tuyệt đối, diễn ra đều đặn và đồng bộ tại mọi điểm của không gian và không phụ thuộc vào bất cứ cái gì. Đồng hồ sẽ chạy như nhau tại mọi ngóc ngách của vũ trụ bao la, vô tận. Trong hơn hai thế kỷ, các nhà khoa học không có nghi ngờ nào về giá trị của cơ học cổ điển, và tất nhiên cũng không phân vân đối với quan niệm về thời gian tuyệt đối. Trong dòng chảy thời gian của Newton, các khái niệm “hiện giờ", "sớm hơn", "muộn hơn" hoàn toàn xác định thông qua kết quả đo chính xác thời điểm xảy ra các sự kiện theo thứ tự trước sau rõ ràng. Và cho đến ngày nay, trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta vẫn dùng khái niệm thời gian của Newton.
Trong cuộc sống và khoa học ứng dụng, ta chỉ mới sử dụng khái niệm “thời khoảng", tức khoảng thời gian được đo theo đơn vị thời gian quy ước giữa các sự kiện hay biến cố, mà không quan tâm hay đúng hơn chưa cần đi sâu vào bản chất của thời gian.
Nói một cách tổng quát nhất, thời gian và không gian là những tham số chứng minh sự tồn tại của thế giới vật chất và cũng là hình thức cơ bản của kinh nghiệm con người. Con người dễ dàng cảm nhận sự tồn tại của không gian, bởi vì với 3 toạ độ (không cần nhiều hơn) chúng ta có thể xác định bất cứ vị trí nào trong không gian. Đối với thời gian, chúng ta chỉ có quan niệm như sự kéo dài thuần tuý, sự diễn ra theo trình tự không thể ngược của các biến cố từ quá khứ đến tương lại thông qua hiện tại. Nhưng làm sao có thể phân định rạch ròi các mốc quá khứ, hiện tại, tương lại. Chỉ một cái chớp mắt, hiện tại đã trở thành quá khứ, còn tương lai phải chăng là sự chờ đợi trong hiện tại. Mấy năm gần đây một số nhà vật lý còn đề cập một cách nghiêm túc đến vấn đề trôi ngược của thời gian: thời gian có thể trôi ngược từ tương lai về hiện tại, từ hiện tại về quá khứ.
Hoá ra khái niệm thời gian không giản và dễ hiểu như chúng ta mới nghĩ. Có thế trong ngôn ngữ khoa học và trong cả cuộc sống hàng ngày, từ lâu đã xuất hiện thuật ngữ “thời gian khách quan", "thời gian chủ quan" hay "thời gian tâm lý". Trong bài thơ "Màu thời gian" thi sĩ Đoàn Phú Tử còn mạnh dạn gán cho thời gian cả hương và sắc:
Màu thời gian không xanh,
Màu thời gian tím ngát,
Hương thời gian không nồng
Hương thời gian thanh thanh..."
Chúng ta sẽ không đề cập thời gian tâm lý, bởi vì biết lấy làm vị "ngày vui ngắn chẳng tày gang", "ba thu dọn lại một ngày dài ghê". Chúng ta hãy nói thời gian trong khoa học tự nhiên, mà cụ thể là thời gian theo quan niệm vật lý học.
Theo dõi lịch sử phát triển các quan niệm về thời gian trong khoa học, chúng ta có thể vạch ra hai mốc quan trọng: thời gian tuyệt đối trong cơ học Cổ điển Newton hình thành từ thế kỷ XVII và thời gian tương đối trong lý thuyết của Einstein ra đời đầu thế kỷ XX.
Theo quan niệm của Newton, thời gian là tuyệt đối, diễn ra đều đặn và đồng bộ tại mọi điểm của không gian và không phụ thuộc vào bất cứ cái gì. Đồng hồ sẽ chạy như nhau tại mọi ngóc ngách của vũ trụ bao la, vô tận. Trong hơn hai thế kỷ, các nhà khoa học không có nghi ngờ nào về giá trị của cơ học cổ điển, và tất nhiên cũng không phân vân đối với quan niệm về thời gian tuyệt đối. Trong dòng chảy thời gian của Newton, các khái niệm “hiện giờ", "sớm hơn", "muộn hơn" hoàn toàn xác định thông qua kết quả đo chính xác thời điểm xảy ra các sự kiện theo thứ tự trước sau rõ ràng. Và cho đến ngày nay, trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta vẫn dùng khái niệm thời gian của Newton.
Bước vào thế kỷ XX - thế kỷ của những cuộc cách mạng khoa học xã hội, của thông tin hậu Công nghiệp, thế kỷ của thế giới mới hướng tới tương lai, trong quan niệm về thời gian đã xảy ra một cuộc cách mạng. Sau khi lý thuyết tương đối của Einstein ra đời, các nhà vật lý và vũ trụ học đã phải xét lại quan niệm về thời gian tưởng chừng không còn gì phải thảo luận nữa. Theo lý thuyết tương đối, các khái niệm “hiện giờ", "sớm hơn", "muộn hơn" chỉ còn đúng khi xét các biến cố diễn ra không cách xa nhau lắm, khi mà tín hiệu truyền đi với tốc độ ánh sáng (300.000 km/giây) có thể từ hiện trường của biến cố này đến được hiện trường của biến cố kia. Thời gian trôi đi phụ thuộc vào người quan sát hay đo đạc thời gian chuyển động với tốc độ bao nhiêu so với hệ đó trong biến cố diễn ra. Tốc độ chuyển động của người quan sát càng lớn so với hệ gắn với biến cố đang xét thì thời gian trôi đi càng chậm. Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta không thể cảm nhận hiện tượng này, vì các biến cố đều xảy ra với tốc độ rất nhỏ so với tốc độ ánh sáng. Nhưng nhờ các hạt sơ cấp, các hạt vô cùng nhỏ trong thế giới nguyên tử, các nhà vật lý đã xác nhận hệ quả nêu trên suy ra từ thuyết tương đối. Như vậy, các đặc tính của thời gian không phải là bất biến, thời gian không còn là thời gian tuyệt đối độc lập với vật chất chuyển động.
Nói tóm lại, lý thuyết tương đối của Einstein đã chứng minh mối liên hệ không thể tách rời giữa không gian và thời gian. Sự thay đổi các thuộc tính thời gian của các quá trình luôn luôn kèm theo sự thay đổi các đặc trưng không gian và ngược lại. Một dấu hiệu đặc trưng của mối tương tác đó là trường hấp dẫn gây ra bởi những thiên thể có mật độ cực kỳ lớn có thể làm thay đổi tốc độ trôi của thời gian.
Có lẽ chúng ta không cần đi sâu thêm vào các hệ quả trừu tượng của lý thuyết vật lý. Điều cần nói ở đây là nội hàm của khái niệm thời gian đã thay đổi cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và vật lý nói riêng.
Ta có quyền hỏi lý thuyết tương đối của Einstein, đỉnh cao trí tuệ của thế kỷ XX, đã trả lời đầy đủ câu hỏi "thời gian là ?" hay chưa? Có thể trả lời là "chưa". Với lý thuyết Einstein, chúng ta chỉ có thể khẳng định thời gian không thể tách rời khỏi không gian và vật chất, thời gian không phải là thời gian tuyệt đối theo quan điểm của Newton. Nhưng bản chất của thời gian vẫn còn là bí ấn sâu xa của tự nhiên. Tìm hiểu bản chất của thời gian vẫn còn là nhiệm vụ của khoa học tương lai trong thế kỷ XXI. Và chúng ta hiểu đây là một trong nhiều bí ẩn của tự nhiên mà khoa học phải khám phá. Cho nên "khoa học sẽ không cáo chung" như I.Horgan viết trong cuốn sách “Sự cáo chung của khoa học" (The end of science) đang gây ra cuộc tranh luận trong cộng đồng các nhà khoa học trên thế giới và đang được quan tâm ở nước ta.
Hiện nay chúng ta chỉ có thể nói về thời khoảng ngắn nhất mà vật lý hiện đại có thể biết được.
Vài thập niên gần đây, các nhà vật lý cập đã đề cập tới tính bất liên tục của thời gian. Nghĩa là sự phân thời gian thành các lượng tử không - thời gian trong trạng thái đặc biệt khởi đầu Big Bang (Vụ nổ lớn dẫn đến hình thành vũ trụ của chúng ta. Chúng ta chưa có lý thuyết chính xác và hoàn chỉnh về hiện tượng lượng tử hoá thời gian. Nhưng từ các lý thuyết vật hiện chúng ta có thể đưa ra con số ước lượng về kích cỡ của lượng tử thời gian. Kết hợp ba hằng số cơ bản của tự nhiên (tốc độ ánh sáng, hằng số hấp dẫn và số hằng số lượng tử Planck), các nhà vật lý suy ra khoảng thời gian ngắn nhất còn có ý nghĩa vật lý t=10-43 giây.
Đó là lượng tử thời gian. Nếu nhân thời gian này với tốc độ ánh sáng ta có lượng tử không gian
10-33 cm. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta khó hình dung nổi chúng ngắn và nhỏ tới mức nào! Cho đến nay, vật lý học hiện đại cho rằng không có thời gian nào ngắn hơn 10-43 giây. Chắc chắn, tri thức khoa học nói chung và tri thức vật lý nói riêng không dừng lại ở đây.
Nói tóm lại, lý thuyết tương đối của Einstein đã chứng minh mối liên hệ không thể tách rời giữa không gian và thời gian. Sự thay đổi các thuộc tính thời gian của các quá trình luôn luôn kèm theo sự thay đổi các đặc trưng không gian và ngược lại. Một dấu hiệu đặc trưng của mối tương tác đó là trường hấp dẫn gây ra bởi những thiên thể có mật độ cực kỳ lớn có thể làm thay đổi tốc độ trôi của thời gian.
Có lẽ chúng ta không cần đi sâu thêm vào các hệ quả trừu tượng của lý thuyết vật lý. Điều cần nói ở đây là nội hàm của khái niệm thời gian đã thay đổi cùng với sự phát triển của khoa học nói chung và vật lý nói riêng.
Ta có quyền hỏi lý thuyết tương đối của Einstein, đỉnh cao trí tuệ của thế kỷ XX, đã trả lời đầy đủ câu hỏi "thời gian là ?" hay chưa? Có thể trả lời là "chưa". Với lý thuyết Einstein, chúng ta chỉ có thể khẳng định thời gian không thể tách rời khỏi không gian và vật chất, thời gian không phải là thời gian tuyệt đối theo quan điểm của Newton. Nhưng bản chất của thời gian vẫn còn là bí ấn sâu xa của tự nhiên. Tìm hiểu bản chất của thời gian vẫn còn là nhiệm vụ của khoa học tương lai trong thế kỷ XXI. Và chúng ta hiểu đây là một trong nhiều bí ẩn của tự nhiên mà khoa học phải khám phá. Cho nên "khoa học sẽ không cáo chung" như I.Horgan viết trong cuốn sách “Sự cáo chung của khoa học" (The end of science) đang gây ra cuộc tranh luận trong cộng đồng các nhà khoa học trên thế giới và đang được quan tâm ở nước ta.
Hiện nay chúng ta chỉ có thể nói về thời khoảng ngắn nhất mà vật lý hiện đại có thể biết được.
Vài thập niên gần đây, các nhà vật lý cập đã đề cập tới tính bất liên tục của thời gian. Nghĩa là sự phân thời gian thành các lượng tử không - thời gian trong trạng thái đặc biệt khởi đầu Big Bang (Vụ nổ lớn dẫn đến hình thành vũ trụ của chúng ta. Chúng ta chưa có lý thuyết chính xác và hoàn chỉnh về hiện tượng lượng tử hoá thời gian. Nhưng từ các lý thuyết vật hiện chúng ta có thể đưa ra con số ước lượng về kích cỡ của lượng tử thời gian. Kết hợp ba hằng số cơ bản của tự nhiên (tốc độ ánh sáng, hằng số hấp dẫn và số hằng số lượng tử Planck), các nhà vật lý suy ra khoảng thời gian ngắn nhất còn có ý nghĩa vật lý t=10-43 giây.
Đó là lượng tử thời gian. Nếu nhân thời gian này với tốc độ ánh sáng ta có lượng tử không gian
10-33 cm. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta khó hình dung nổi chúng ngắn và nhỏ tới mức nào! Cho đến nay, vật lý học hiện đại cho rằng không có thời gian nào ngắn hơn 10-43 giây. Chắc chắn, tri thức khoa học nói chung và tri thức vật lý nói riêng không dừng lại ở đây.
Tác giả: Lê Minh Triết
0 Comments: