Tại sao không thể quay ngược thời gian?

Trang Live Science nhận định, thời gian giữ cho mọi sự việc không xảy ra cùng lúc, tuy nhiên các nhà nghiên cứu luôn thắc mắc rằng điều gì khiến cho dòng chảy của thời gian luôn trôi theo một hướng và không gì có thể quay ngược thời gian. Để giải thích được vấn đề này, một nhóm các nhà vật lý lý thuyết đã tiến hành nghiên cứu lại mô hình “mũi tên thời gian”, mô tả chuỗi thời gian diễn ra liên tiếp, đồng thời xem xét kỹ hơn phương thức xuất hiện của thời gian ở quy mô vũ trụ dưới một góc nhìn khác.

Thông thường, khái niệm thời gian được miêu tả bằng “giả thuyết quá khứ”, giả thuyết này cho rằng mọi hệ thống đều bắt đầu ở ngưỡng entropy (đơn vị đo nhiệt năng phát tán hoặc hấp thụ khi một hệ vật lý chuyển trạng thái) cực thấp, sau đó quá trình nhiệt động lực học diễn ra khiến entropy tăng lên. Nói theo cách khác, quá khứ là entropy thấp còn tương lai là entropy cao, đây chính là giả thuyết thời gian bất đối xứng.

Các nhà vật lý học đã tiến hành nghiên cứu tại sao dòng thời gian chỉ diễn ra theo một chiều mà không thể quay ngược thời gian. Ảnh Live Science

Nếu xem xét giả thuyết này ở quy mô vũ trụ thì có thể thấy rằng vụ nổ Big Bang khiến cho vũ trụ rơi vào trạng thái có mức entropy thấp, sau đó trải qua một khoảng thời gian dài vô tận, vũ trụ phình ra và trở nên nguội lạnh làm mức entropy tăng dần. Do đó, giả thuyết chỉ ra rằng thực chất thời gian có liên quan đến mức độ của entropy trong vũ trụ hay cũng chính là sự hỗn loạn.

Tuy nhiên vẫn còn một số điểm bất hợp lý trong giả thuyết này. Sau vụ nổ Big Bang, vũ trụ rất nóng và là một hỗn hợp lộn xộn của các hạt nguyên tử căn bản. Tuy nhiên, khi vũ trũ dần hoàn thiện và nguội đi cũng là lúc trọng lực xuất hiện, khiến cho vũ trụ đi vào một trật tự nhất định và trở nên phức tạp hơn. Do vậy ở quy mô vũ trụ, sự hỗn loạn đã giảm xuống thay vì tăng lên như “giả thuyết quá khứ” gợi ý.

Bên cạnh đó, entropy là một đại lượng vật lý gắn liền với các thứ nguyên (như năng lượng hay nhiệt độ) nên cần phải có một hệ quy chiếu bên ngoài để có thể đo được entropy. Trên thực tế, chỉ có thể đo được entropy tại các phân hệ của vũ trụ chứ không thể đo được của cả vũ trụ.

Quay ngược thời gian là điều không thể xảy ra. Ảnh minh họa 

Các nhà vật lý học đã đưa ra một giả thuyết khác liên quan đến độ phức tạp. Độ phức tạp là một định lượng không gắn với thứ nguyên mà chỉ được dùng để cho thấy mức độ phức tạp của một hệ thống. Do vậy nếu xét đến quy mô vũ trụ thì có thể thấy thời gian có liên quan trực tiếp đến độ phức tạp, khi thời gian trôi đi đồng nghĩa với việc vũ trụ dần đi vào trật tự và trở nên phức tạp hơn. 

Để kiểm tra giả thuyết này, nhà vật lý học Flvio Mercati thuộc Viện Perimeter về giả thuyết vật  lý tại Ontario Canada cùng đồng nghiệp đã tạo ra mô hình máy tính căn bản, nhằm tái tạo các hạt nguyên tử trong một vũ trụ giả định. Kết quả cho thấy, cho dù sự mô phỏng diễn ra dưới hinh thức nào đi chăng nữa thì độ phức tạp của vũ trụ chỉ tăng mà không bao giờ giảm theo thời gian.

Từ vụ nổ Big Bang, vũ trụ bắt đầu từ một mức độ không mấy phức tạp, rồi khi vũ trụ nguội dần đi và trọng lực bắt đầu nắm quyền kiểm soát khiến các loại khí quyện lại với nhau, các ngôi sao được hình thành và các thiên hà dần phát triển. Lúc này, vũ trụ trở nên cực kỳ phức tạp và trọng lực là nguyên nhân chính làm gia tăng mức độ phức tạp của vũ trụ. 

Thời gian chỉ trôi đi theo một hướng nhất định và không có yếu tố nào có thể quay ngược thời gian. Ảnh minh họa

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã rút ra rằng, thời gian ở quy mô vũ trụ sẽ do độ phức tạp quyết định, còn đối với thời gian ở các phân hệ của vũ trụ thì do mức entropy chi phối.  

Bước tiếp theo của cuộc nghiên cứu sẽ là tìm kiếm những bằng chứng xác thực. Các nhà nghiên cứu không dám chắc liệu có thật sự tồn tại những bằng chứng như vậy hay không, tuy nhiên họ vẫn biết rằng cần phải tiến hành những thí nghiệm dạng nào để kiểm chứng ý kiến mà họ đã đưa ra. 

Đinh Ly