Thời gian có thay đổi tốc độ không?
Có bao giờ bạn cảm thấy thời gian như đang kéo dài lê thê hay không? Có lẽ bạn đang ngồi ở cơ quan, ngồi tại bàn học ở trường trong một tiết học dài đăng đẳng hay đang ngồi chờ bác sĩ đến khám cho bạn, nhưng khi bạn nhìn vào đồng hồ, bạn có thể chửi rủa 15 phút để cho cái kim dài của đồng hồ di chuyển một phần tư giờ gì mà dài như gấp đôi vậy. Cho dù bạn có quằn quại và sốt ruột bao nhiêu chăng nữa, thời gian vẫn cứ chậm rãi gõ nhịp ngọt ngào của nó tiến vào tương lai.
Cậu học trò này tự hỏi tại sao thời gian không tăng nhịp bước. Thời gian là một khái niệm cụ thể, bất biến, hay thật ra nó có biến đổi không?
Mặt khác, thỉnh thoảng bạn có thể cảm thấy như là thời gian trôi qua quá nhanh. Những cuộc trò chuyện mải mê, hấp dẫn với bạn bè và những người yêu thương có thể kéo dài hàng giờ nhưng bạn cảm thấy giống như là thời gian chỉ mới có vài phút. Bạn có thể thức dậy đúng giờ khi đồng hồ báo thức reo ầm ĩ vào buổi sáng, nhưng chẳng hiểu sao vẫn cứ đến nơi làm việc muộn giờ. Bạn vung tay lên trời, tự hỏi chuyện gì đã xảy ra với toàn bộ những thời gian bị mất đó.
Thời gian là một khái niệm mâu thuẫn một cách lạ kì. Nhiều người trong chúng ta nghĩ thời gian là một phương tiện vật chất để mô tả một sự kiện diễn ra mất bao lâu. Và tại sao chúng ta không nghĩ thế, khi chúng ta có những chiếc máy giàu sức tưởng tượng như cái đồng hồ? Công nghệ hiện đại đã mang lại cho chúng ta chiếc đồng hồ, cái giúp chúng ta đo thời gian một cách chính xác. Đồng hồ nguyên tử, thiết bị đo tần số cộng hưởng của các nguyên tử, còn xác định thời gian chính xác hơn nữa. Khi một người nào đó đang đứng rồi bước 10 bước chân về phía trước, chúng ta có thể dễ dàng đo được, với một chiếc đồng hồ bấm giờ, số giây cần thiết kể từ lúc bắt đầu cuộc hành trình ngắn đó tới khi nó kết thúc.
Nhưng thời gian không luôn luôn cảm nhận chính xác đối với chúng ta. Khi bạn đưa hai người khác nhau vào trong phương trình, đặc biệt nếu họ chẳng có cái đồng hồ nào, thì để họ đồng ý với nhau về sự trải nghiệm thời gian là việc cực kì khó.Vậy thời gian có đơn giản như chúng ta nghĩ, hay nó linh hoạt hơn và có tính tương đối hơn? Thời gian liên hệ như thế nào với không gian?
Thời gian tuyệt đối và thời gian tương đối
Một bản sao của cuốn “Các nguyên lí toán học của triết học tự nhiên” của Newton, tại Thư viện và Phòng trưng bày Bảo tàng Khoa học, ở Swindon, Anh.
Newton đã đưa vào cuốn “Các nguyên lí toán học” một phần chú giải, hay một bảng phụ lục những chú thích, và trong đó ông đã định nghĩa một số nguyên lí quan trọng, trong đó có quan điểm về thời gian tuyệt đối. Mặc dù ông hiểu các đồng hồ là không hoàn hảo và việc đo thời gian sẽ phụ thuộc vào con người, nhưng Newton tin vào một thời gian tuyệt đối, tương tự như một thời gian kiểu Đức chúa trời, chung khắp, thời gian đó như nhau đối với mọi người, mọi nơi. Nói cách khác, một người nào đó đang đứng tại Bắc Cực trên Trái đất sẽ trải nghiệm thời gian theo kiểu giống như một người đang đứng trên sao Hỏa.
Một bản sao có xác nhận của “Lí thuyết Tương đối Hẹp và Rộng” của Einstein, cũng tìm thấy tại Thư viện và Phòng trưng bày Bảo tàng Khoa học ở Swindon, Anh.
Quan điểm của Newton về thời gian là xem nó tách rời với không gian. Tuy nhiên, khi Albert Einstein đưa ra Lí thuyết Tương đối của ông vào đầu thế kỉ thứ 20, ông đã đề xuất rằng thời gian không tách rời khỏi không gian mà gắn liền với nó. Thời gian và không gian kết hợp hình thành nên không-thời gian, và mỗi người đo sự trải nghiệm thời gian của anh ta hay cô ta khác nhau vì tốc độ ánh sáng (300.000 km/s) là như nhau với mọi nhà quan sát. Nói cách khác, nếu như mọi nhà quan sát phải đồng ý về tốc độ của ánh sáng là 300.000 km/s, thì họ không thể đồng ý về thời gian cần thiết cho những vật khác chuyển động tương đối so với họ.
Einstein còn đề xuất rằng không-thời gian là không phẳng, mà cong đi hay “oằn đi” do sự tồn tại của vật chất và năng lượng. Những vật thể lớn trong không-thời gian, ví dụ như Trái đất, không chỉ trôi nổi trong quỹ đạo mà thôi. Thay vào đó, hãy tưởng tượng một quả táo đang nằm yên trên một tấm màn kéo căng ra – sức nặng của quả táo làm oằn tấm màn ấy. Nếu Trái đất là một quả táo, thì chúng ta có thể tượng tấm màn của Trái đất là không-thời gian.
Điều này có nghĩa là một người nào đó đang chuyển động trong không-thời gian sản xuất trải nghiệm nó khác nhau ở những điểm khác nhau. thời gian thật sự sẽ thể hiện sự trôi chậm hơn ở gần những vật khối lượng lớn, vì không-thời gian bị bẻ cong bởi sức nặng đó. Những tiên đoán này thật sự đã được chứng minh. Năm 1962, các nhà khoa học đã đăt hai đồng hồ nguyên tử tại dưới chân và trên đỉnh một tháp nước. Đồng hồ tại chân tháp, cái nằm gầm tâm Trái đất hơn, chạy chậm hơn đồng hồ nằm trên đỉnh tháp. Einstein gọi hiện tượng này sự giãn nở thời gian.
Một giải thích khác của sự bẻ cong không-thời gian và thời gian giãn nở xuất hiện ở dạng một thí nghiệm tưởng tượng gọi là nghịch lí cặp song sinh, nghĩ ra hồi năm 1911 bởi nhà vật lí người Pháp Paul Langevin. Nếu một trong hai người sinh đôi sống tại chân của một ngọn núi và người kia sống trên đỉnh núi, thì người sống gần Trái đất hơn sẽ già đi chậm hơn. Anh ta hoặc cô ta hóa ra sẽ trẻ hơn người song sinh kia, dẫu là một lượng rất nhỏ thôi. Tuy nhiên, nếu bạn đưa một người anh em song sinh lên tàu vũ trụ đang gia tốc đến gần tốc độ ánh sáng, thì khi quay trở về, anh ta hoặc cô ta sẽ trẻ hơn người song sinh kia nhiều, vì gia tốc cao và khối lượng hấp dẫn lớn là như nhau trong thuyết tương đối. Tất nhiên, chưa hề có ai từng gửi được một người song sinh lên quỹ đạo tốc độ cao, nhưng các nhà khoa học đã chứng minh giả thuyết ấy là đúng vào thập niên 1970 bởi việc đưa một đồng hồ nguyên tử lên quỹ đạo. Khi quay lại Trái đất, nó đã chạy chậm hơn nhiều so với các đồng hồ nguyên tử trên mặt đất.
Nhà khoa học nói nếu đưa tôi lên trên quỹ đạo ở tốc độ cao, thì tôi sẽ trẻ hơn Jimmy khi tôi quay trở về? Khi đó ở nhà có còn sữa không nhỉ?
(theo How Stuff Works)
