Viên Lâm (Futurism) 

10 bí ẩn về thời gian (Phần I)

Thời gian là một khái niệm đơn giản, như ngày tháng, giờ phút và giây. Tuy nhiên để hiểu rõ bản chất của thời gian và những mối liên quan của nó với không gian hay những lý thuyết khác lại là điều khá phức tạp.

Thời gian là một khái niệm đơn giản, như ngày tháng, giờ phút và giây. Tuy nhiên để hiểu rõ bản chất của thời gian và những mối liên quan của nó với không gian hay những lý thuyết khác lại là điều khá phức tạp.
1. Hiện tượng giãn nở thời gian
Thời gian dường như là một đại lượng tuyệt đối và hướng về phía trước, tuy nhiên trên thực tế nó bị ảnh hưởng rất lớn bởi hai yếu tố là tốc độ và trọng lực. Minh chứng dễ  thấy nhất là hiện tượng thời gian bị kéo dãn khi có lực hấp dẫn rất lớn, như gần một hố đen vũ trụ. Lực hấp dẫn càng lớn, thời gian càng bị làm chậm.
Các vệ tinh GPS bay trên quỹ đạo của Trái đất được trang bị các đồng hồ nguyên tử vô cùng chính xác. Tuy nhiên do lực hấp dẫn yếu hơn so với mặt đất, các vệ tinh này sẽ trải qua thời gian ít hơn trên Trái đất, khoảng 7 micro giây với mỗi giây trên Trái đất. Do đó mà các đồng hồ nguyên tử luôn phải điều chỉnh để bù lại khoảng thời gian này nếu không muốn xảy ra các vấn đề về định vị GPS.
Hiện tượng này được các nhà khoa học gọi là giản nở thời gian. Tốc độ cũng là một yếu tố có thể gây ra hiện tượng giản nở thời gian, thậm chí gây ra giãn thời gian tuyệt đối nếu như chúng ta có thể tiếp cận tới vận tốc ánh sáng. Lúc đó thời gian có thể sẽ dừng lại.
2. Suy nghĩ về thời gian
Trong cuốn sách The Principles of Psychology, tác giả William James đã nhận thấy rằng con người không có cách nào để tập trung hoàn toàn vào hiện tại. Luôn có những ám ảnh trong suy nghĩ của chúng ta về quá khứ và tương lai, bất chấp chúng ta có cố gắng tập trung, thiền hay loại bỏ những suy nghĩ đó.
Tâm trí của chúng ta luôn hối tiếc về những việc đã làm trong quá khứ, cũng như mong chờ một tương lai có thể sẽ không bao giờ đến. Nhưng vẫn có cách để chúng ta loại bỏ những suy nghĩ đó, theo William James đó chính là thiền.
Thiền đã được chứng minh là có thể làm chậm nhận thức của chúng ta về thời gian, giúp giảm lo âu và trầm cảm. Vì vậy nếu bạn đang gặp vấn đề về những suy nghĩ về quá khứ hay tương lai, hãy cố gắng ngồi thiền để lấy lại cân bằng.
3. Năm nhuận
Năm nhuận là một khái niệm khá quen thuộc, tuy nhiên có thể nhiều người chưa hiểu rõ về nó. Năm nhuận xảy ra mỗi 4 năm, khi chúng ta có thêm một ngày vào tháng 2. Vì thực tế một năm của cúng ta không phải 365 ngày chẵn, mà là xấp xỉ 365,242 ngày.
Do đó nếu không tính năm nhuận thì mỗi năm chúng ta sẽ bị mất đi khoảng 6 giờ. Điều này sẽ dẫn tới sự không chính xác của lịch hiện đại mà chúng ta sử dụng.
Điều đáng nói ở đây là rất nhiều nơi không chấp nhận ngày 29 tháng 12 như một ngày trong năm. Các bệnh nhân nhập viện ngày này không được lập hồ sơ, bạn cũng không thể mở tài khoản ngân hàng vào ngày này vì các hệ thống máy tính không nhận diện được năm nhuận.
4. Một phút ở New York
Người ta đã định nghĩa một phút ở New York là khoảng thời gian từ khi đèn giao thông chuyển từ đỏ sang xanh và chiếc xe phía sau thì bấm còi inh ỏi. Điều đó có nghĩa là một phút ở New York diễn ra quá nhanh đến mức mà chúng ta không kịp nhân ra.
Khái niệm này được gọi là “nhận thức thời gian”, khi chúng ta cảm nhận thời gian trôi  qua mà không đong đếm bằng đồng hồ. Khi đó, chúng ta sẽ cảm nhận thời gian trôi qua hoàn toàn khác tại những địa điểm khác nhau. Tất nhiên đó chỉ là cảm nhận của từng người chứ không phải thực tế.
Nhận thức thời gian tại các thành phố lớn trôi qua nhanh hơn khá nhiều so với các vùng quê hẻo lánh, do mắt của chúng liên tục cập nhật những hình ảnh và sự kiện mới. Nhiều người cho rằng một phút tại thành phố New York bằng 5 phút ở những nơi khác.
5. Âm nhạc và thời gian
Chắc hẳn ai trong chúng ta cũng có cảm giác như thời gian đang ngừng trôi khi đắm mình vào một bản nhạc hay. Đó là một hiện tượng tâm lý đã được khoa học giải thích, mà trong đó âm nhạc hoàn toàn có thể điều khiển sự nhận thức thời gian của chúng ta, giống như khái niệm đã đề cập ở trên.
Các bản nhạc cổ điển không có một tốc độ nhịp điệu cố định. Không ai biết được Mozart sáng tác bản Concerto số 24 giành cho piano với nhịp điệu nhanh hay chậm. Âm nhạc cổ điển cho phép người biểu diễn thể hiện bản nhạc theo nhịp điệu mà họ cảm nhận, có thể là rất chậm (largo), hơi chậm (larghetto) hoặc nhịp điệu nhanh và sôi động (Allegretto).
Chính yếu tố này khiến âm nhạc có thể điều khiển sự nhận thức giới gian của chúng ta. Khi nghe một bản nhạc quen thuộc có tiết tấu chậm, bạn sẽ cảm thấy thời gian như trôi chậm lại và ngược lại với một bản nhạc có tiết tấu nhanh và sôi động.
(Còn tiếp ...)

10 bí ẩn về thời gian (Phần II)

Trong phần tiếp theo này chúng ta sẽ tiếp tục khám phá những điều bí ẩn thú vị khác về thời gian, khái niệm tưởng chừng đơn giản những có nhiều khía cạnh rất phức tạp.

Trong phần trước của bài viết, chúng ta đã tìm hiểu một số khái niệm về nhận thức thời gian cũng như sự kéo dãn thời gian và các ảnh hưởng của môi trường, âm nhạc lên sự nhân thức đó. Trong phần tiếp theo này chúng ta sẽ tiếp tục khám phá những điều bí ẩn thú vị khác về thời gian, khái niệm tưởng chừng đơn giản những có nhiều khía cạnh rất phức tạp.
6. Chất kích thích và thời gian
Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu rất kỹ về tác động của chất kích thích với cơ thể của chúng ta, một trong số đó là làm thay đổi nhận thức về thời gian. Đặc biệt ma túy hay các chất kích thích gây ảo giác làm cho nhận thức về thời gian của chúng ta chậm lại rất nhiều.
Tác giả cuốn sách Lời thú tội của một kẻ nghiện  thuốc phiện, Thomas De Quincey cho biết ông đã từng cảm thấy một ngày trôi qua dài như 70 năm khi sử dụng thuốc phiện. Các nhà khoa học lý giải rằng chất kích thích khiến cho bộ não hoạt động mạnh hơn, suy nghĩ nhanh hơn và do đó sự cảm nhận thời gian trôi qua sẽ chậm lại.
Một thử nghiệm cũng được tiến hành trên loài chuột. Khi những con chuột được tự động cho ăn mỗi 13 giây, sau khi làm quen với điều này những con chuột có cảm nhận khá chính xác về khoảng thời gian sắp được cho ăn. Tuy nhiên sau khi tiêm một liều methamphetamine, những con chuột này mất đi cảm nhận về thời gian. Chúng có xu hướng đòi ăn sớm hơn vì lúc này mỗi giây trôi qua với chúng đều cảm nhận thấy dài hơn.
7. Tuổi tác và thời gian
Khi nhìn lại những sự việc xảy ra cách đây rất lâu, đôi khi chúng ta cảm thấy những sự việc đó mới chỉ xảy ra ngày hôm qua. Hiện tượng này đã được các nhà khoa học nghiên cứu và rút ra khái niệm “lồng thời gian”. Xảy ra do sự khác biệt giữa cách đo thời gian thông thường và mốc thời gian chủ quan của chúng ta.
Các nhà khoa học cũng thấy rằng ở những người già, nhận thức của họ về quãng thời gian trước đó là trôi qua rất nhanh. Vì bộ não của chúng ta có cơ chế chọn lọc, nó sẽ bỏ qua những chi tiết lặp đi lặp lại và không quan trọng.
Cũng giống như khi chúng ta đi trên một quãng đường từ nhà đến trường, cho dù quãng đường đó khá xa những sau một thời gian quen với việc đi trên con đường đó thì chúng ta sẽ cảm thấy đi đến trường nhanh hơn. Trong khi nếu đi cùng khoảng cách đó trên một con đường hoàn toàn xa lạ sẽ có cảm giác lâu hơn rất nhiều.
8. Vòng lặp thời gian
Theo như những quan niệm hiện nay thì thời gian là tuyến tính hướng về phía trước và không thể quay trở lại. Sẽ chỉ có một thế kỷ 21 và một năm 2014, chúng ta cũng không thể quay ngược trở lại để sửa chữa những sai lầm trong quá khứ. Thậm chí du hành xuyên thời gian về quá khứ cũng được các nhà khoa học chứng minh là điều không thể.
Tuy nhiên trong vụ trụ, có một giả thuyết mà các nhà khoa học đặt ra đó chính là vòng lặp thời gian. Vì không thể giải thích được sự hình thành của vũ trụ là từ đâu và từ bao giờ, các nhà khoa học cho rằng vụ trụ của chúng ta là một vòng lặp.
Nó được gọi là mô hình Baum-Frampton, trong đó tính từ khi vụ nổ Big Bang xảy ra, vũ trụ mở rộng đến một mức độ nào đó và sau đó nó lại sụp đổ vào chính lõi của vụ nổ Big Bang và tạo ra một vụ nổ giống như ban đầu. Đó là một vòng lặp không có khởi đầu hay kết thúc.
9. Chiều sâu của thời gian
Có thể nói khái niệm chiều sâu của thời gian gần giống như trường phái trừu tượng trong hội họa, vì nó vượt quá khả năng hiểu biết của con người. Chúng ta vẫn có những ghi chép lịch sử hàng nghìn năm trước, nhưng lịch sử của Trái đất đã bắt đầu từ 4 tỷ năm trước, trong khi lịch sử của vụ trụ bắt đầu từ 13,7 tỷ năm trước.
Đó là theo dấu mốc khách quan của chúng ta, vậy thời gian từ 14 tỷ năm trước khi vũ trụ của chúng ta chưa hình thành là gì? Đó là bí ẩn mà cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa thể lý giải được. Liệu có phải trước đó vũ trụ của chúng ta đang bắt đầu quá trình tạo một vòng lặp mới và thời gian cũng được reset lại, hay khi chưa có vật chất thì thời gian là khái niệm vô định.
Cũng có nghĩa là trước khi vũ trụ hình thành, không có khái niệm về thời gian. Vậy tức là mọi thứ đều dừng lại tại một thời điểm cố định và không có một sự kiện nào diễn ra. Vậy tại sao vũ trụ lại có thể hình thành?
10. Thời gian vĩnh cửu
Từ khi có khái niệm về thời gian, thì đây là thứ duy nhất vĩnh cửu và tồn tại mãi mãi. Ngay cả Mặt Trời và Trái đất của chúng ta cũng sẽ kết thúc vào một ngày nào đó trong tương lai, khi nguồn năng lượng trong lõi bị cạn kiệt.
Mặc dù chúng ta không thể tồn tại mãi mãi cùng thời gian, nhưng các nhà khoa học cũng đưa ra khái niệm về sự vĩnh cửu. Đó không phải là tồn tại mãi mãi, mà là một vòng lặp không có kết thúc. Nó giống như là biểu tượng số 8 nằm ngang tượng trưng cho sự lặp lại, giống như khái niệm vòng lặp của vũ trụ.

Tại sao thời gian không thể quay ngược lại?

"Thời gian là thứ giữ cho mọi việc chỉ xảy ra một lần" là câu tổng kết về chức năng của thời gian trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng “The Girl in the Golden Atom" năm 1922.

"Thời gian là thứ giữ cho mọi việc chỉ xảy ra một lần" là câu tổng kết về chức năng của thời gian trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng “The Girl in the Golden Atom" năm 1922 của nhà văn Ray Cummings, được đông đảo mọi người tán đồng. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra ở đây là: Thời gian làm việc đó như thế nào và Cơ chế nào giúp thời gian tiến về trước, nhưng không lùi lại phía sau?
Trong một nghiên cứu mới được đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters, một nhóm chuyên gia vật lý lý thuyết đã tái kiểm tra "Mũi tên thời gian" - một khái niệm miêu tả việc tiến về phía trước không ngừng nghỉ của thời gian, và làm nổi bật một cách xem xét khác đối với cơ chế tự bộc lộ của thời gian theo các phạm vi phổ quát.
Theo truyền thống, thời gian được mô tả trong "giả thuyết quá khứ" là, bất kỳ hệ thống cho trước nào bắt đầu trong một trạng thái entropy thấp (entropy là đơn vị đo nhiệt năng phát tán, hấp thụ khi một hệ vật lý chuyển trạng thái tại một nhiệt độ tuyệt đối xác định - PV) và sau đó dưới sự thúc đẩy của nhiệt động lực học, entropy của nó tăng lên. Nói một cách ngắn gọn: quá khứ là entropy thấp và tương lai là entropy cao, một khái niệm được biết đến với tên gọi "sự mất đối xứng thời gian nhiệt động lực học".
Trong trải nghiệm hàng ngày, chúng ta có thể tìm thấy nhiều ví dụ về sự gia tăng entropy, chẳng hạn như một chất khí lấp đầy một căn phòng hoặc một viên đá tan chảy. Ở những ví dụ này, chúng ta có thể quan sát được sự tăng entropy và do đó cả sự rối loạn không đảo ngược được.
Nếu giả thuyết trên được áp dụng ở một quy mô phổ quát, chúng ta sẽ rút ra rằng, vụ nổ Big Bang đã tạo ra vũ trụ ở một trạng thái entropy, chẳng hạn như một trạng thái entropy tối thiểu. Qua các thời đại, khi vũ trụ giãn nở và dịu mát đi, entropy của hệ thống quy mô lớn này đã tăng lên. Do đó, theo giả thuyết, thời gian thực chất có liên quan đến mức độ entropy hay sự rối loạn trong vũ trụ của chúng ta.
Dẫu vậy, có nhiều vấn đề với ý tưởng trên. Ngay sau vụ nổ Big Bang, nhiều bằng chứng quan sát được đã chỉ ra môi trường Big Bang nóng và vô cùng hỗn loạn của các hạt nguyên thủy. Khi vũ trụ trưởng thành và dịu mát đi, trọng lực kế tục và khiến vũ trụ trở nên trật tự hơn và phức tạp hơn, từ các đám mây khí dịu mát, các ngôi sao hình thành và các hành tinh tiến hóa từ sự sụp đổ trọng lực. Rốt cuộc, đặc tính hóa học hữu cơ trở nên khả thi, tạo điều hình thành sự sống và con người. Do đó, trên một quy mô phổ quát, sự rối loạn đã giảm xuống, không phải tăng lên như "giả thuyết quá khứ" đã nêu.
Vấn đề trên có thể liên quan đến cách entropy được đo lường, theo chuyên gia Flavio Mercati đến từ Viện Vật lý lý thuyết Perimeter (Canada). Ông Mercati cho rằng, do entropy là một đại lượng vật lý với các kích thước (giống như năng lượng và nhiệt độ), nên cần phải có một khung tham chiếu bên ngoài để có thể đo lường nó.
Vậy nếu không phải là entropy, thứ gì có thể đang thúc đẩy thời gian phổ quát tiến về phía trước?
Sự phức tạp là một đại lượng không có kích thước, và ở dạng cơ bản nhất, mô tả mức độ phức tạp của một hệ thống Vì vậy, nếu xem xét vũ trụ của chúng ta, sự phức tạp liên quan trực tiếp tới thời gian Khi thời gian trôi đi, vũ trụ ngày càng trở nên có cấu trúc
"Câu hỏi chúng tôi tìm cách trả lời trong nghiên cứu của mình là: cái gì đã đặt các hệ thống này vào trạng thái entropy rất thấp trước tiên? Câu trả lời của chúng tôi là, trọng lực và xu hướng tạo nên trật tự và cấu trúc (sự phức tạp) từ hỗn loạn của nó", ông Mercati nói
Để kiểm chứng quan điểm này, ông Mercati và các cộng sự đã tạo ra những mô hình máy tính cơ bản để mô phỏng các hạt trong một vũ trụ đồ chơi. Họ phát hiện, dù mô phỏng được tiến hành như thế nào, sự phức tạp của vũ trụ luôn tăng lên, không bao giờ giảm xuống, theo thời gian.
Từ Big Bang, vũ trụ bắt đầu ở trạng thái phức tạp thấp nhất (món "súp" nóng gồm năng lượng và các hạt rối loạn). Sau đó, khi vũ trụ dịu mát tới một trạng thái trọng lực bắt đầu tiếp quản, các khí kết tụ với nhau, các ngôi sao hình thành và các thiên hà tiến hóa. Vũ trụ trở nên phức tạp hơn theo một cách không đảo ngược được và trọng lực là thế lực thúc đẩy sự gia tăng tính phức tạp này.
Ông Mercati nói thêm rằng, các hệ thống phụ trở nên đủ biệt lập để các lực khác tạo ra những điều kiện phù hợp cho mũi tên thời gian "chính thống" thống trị các hệ thống phụ entropy thấp. Trong những hệ thống phụ này, chẳng hạn như cuộc sống hàng ngày trên Trái đất, entropy có thể tiếp quản, tạo ra một "mũi tên nhiệt động lực học thời gian".
Trong các quy mô toàn vũ trụ, nhận thức của chúng ta về thời gian chịu sự dẫn dắt của tính phức tạp phát triển không ngừng, nhưng trong những hệ thống phụ, entropy thống trị. "Phỏng đoán của chúng tôi là, nhận thức của con người về thời gian là kết quả của một quy luật xác định sự phát triển không thể đảo ngược của sự phức tạp", trích thông cáo báo chí của nhóm nghiên cứu.
Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thu được các bằng chứng quan sát vũ trụ học để xác thực quan điểm trên.