Tác giả: J J O’ConnorE F Robertson

Người dịch: Ngô Minh Tuấn

29/06/2007





Quan niệm về thời gian đã thay đổi một cách đột ngột trong thế kỷ XX. Vào khởi điểm của thế kỷ này thời gian được quan niệm theo vũ trụ quan Newton, một thời gian tuyệt đối, toán học. Phép đo lường có xu hướng phát triển rõ rệt theo hướng ngày càng chính xác hơn và vào lúc khởi đầu của thế kỷ các đồng hồ quả lắc đã được chế tạo hoàn thiện đến độ chúng có thể ghi nhận thời gian với một độ chính xác là: sai lạc nhỏ hơn 1/100 giây trong một ngày.

Chúng ta bắt đầu sự khảo cứu về cuộc cách mạng thế kỷ XX trong sự hiểu biết của chúng ta về thời gian bằng cách trước tiên nhìn vào những người bắt đầu đặt nghi vấn về thời gian tuyệt đối Newton vào cuối thế kỷ XIX. Năm 1870 Carl Neumann đặt nghi vấn về quy luật quán tính của Newton. Ông xét một vũ trụ trong đó chỉ có một hạt và đặt câu hỏi trong trường hợp đó thì quy luật quán tính của Newton mang ý nghĩa gì. Làm cách nào một người biết được là liệu hạt đó có đang chuyển động trên một đường thẳng hay không khi mà không có một thêm một điểm quy chiếu nào khác. Sau đó ông đã trình bày ý tưởng về một đồng hồ quán tính. Nếu một hạt được biết là không bị tác động bởi bất cứ một lực nào thì khi đó chuyển động của nó có thể được sử dụng để đóng vai trò của một đồng hồ quán tính. Những khoảng thời gian như nhau sẽ tương ứng với những khoảng cách hạt đi được như nhau. Tuy nhiên, vấn đề là làm sao khẳng định được hạt đó không phải là đối tượng đang bị một lực nào đó tác động?

P G Tait đã giải đáp vấn đề của Carl Neumann về đồng hồ quán tính vào năm 1883 và trong lúc làm việc đó ông đã chỉ ra về cơ bản rằng không gian tuyệt đối của Newton là một khái niệm vô cớ, mặc dù ông có thể tạo nên được một khuôn khổ không gian tuyệt đối. Ông cho rằng vị trí của hạt ở những nơi khác nhau có thể đo được với cùng một khoẳng khắc vì vậy ông đã nỗ lực sử dụng thời gian tuyệt đối để xác định không gian tuyệt đối.

Mach đã xuất bản một cuốn sách lịch sử cơ học năm 1883. Trong đó ông đã tranh luận rất cương quyết chống lại quan niệm của Newton về không gian và thời gian tuyệt đối. Newton thì cho rằng chuyển động quán tính có liên quan đến không gian tuyệt đối, thay vì thế Mach lại cho rằng chuyển động quán tính liên quan đến số trung bình của tất cả khối lượng trong vũ trụ. Trong chừng mực có liên quan đến thời gian Mach viết:-

Chúng ta hoàn toàn không có khả năng đo lường được sự thay đổi của vật bằng thời gian. Hoàn toàn ngược lại, thời gian chỉ là một sự trừu tượng hóa, và chúng ta đến được với nó là thông qua sự thay đổi của các vật.

Vậy theo Mach thời gian là sự thay đổi và chỉ liên quan đến những khoảng cách là đủ.

Vào năm 1989 Poincaré viết một bài báo trong đó ông đã nêu lên hai vấn đề vô cùng ý nghĩa về thời gian. Liệu có nghĩa không khi nói rằng một giây hôm nay cũng tương tự như một giây ngày mai? Liệu có nghĩa không khi nói rằng hai sự kiện tách biệt nhau trong không gian lại xuất hiện vào cùng một thời điểm? Chúng ta sẽ không đưa ra cái ấn tượng rằng trước Poincaré không có ai suy nghĩ về những vấn đề đó vì chúng đã được thảo luận trước đó rồi. Tuy nhiên, hoàn toàn công bằng khi nói rằng Poincaré đã nêu ra những vấn đề đó một cách rõ ràng hơn bất cứ ai trước ông. Vấn đề đầu tiên của Poincaré vẫn chưa nhận được một câu trả lời thỏa đáng, nhưng vấn đề thứ hai thì lại được Einstein trả lời ngay sau khi bài báo của Poincaré ra đời một vài năm.

Năm 1902 Poincaré viết một bài báo khác có liên quan đến chủ đề của chúng ta. Trong đó ông đã đặt vấn đề rằng cần những thông tin gì để tiên đoán được tương lai. Bằng cách đó ông đã suy nghĩ về quyết định luận của Laplace cho rằng các quy luật của Newton hoàn toàn có thể xác định được tương lai nếu vị trí, khối lượng, và chuyển động của mọi hạt đều đã được biết. Tất nhiên, Laplace đúng, nhưng Newton, mặt khác, lại đặt nền tảng lý thuyết của ông trên không gian và thời gian tuyệt đối và những vị trí và vận tốc của hạt được cho trước là trong mối tương quan với hệ tọa độ tuyệt đối này. Poincaré, tuy nhiên, lại suy ngẫm theo khuôn thức tương đối và đặt câu hỏi những thông tin gì là cần thiết nếu một trong số những cái được cho trước đó là những lượng tương đối. Chẳng hạn, nếu vũ trụ gồm có chính xác ba hạt và tất cả những gì được biết trước là những vận tốc tương đối, vậy khi đó sẽ thế nào?

Mặc dù Poincaré đã suy ngẫm rất sâu sắc về tính tương đối trước Einstein, nhưng chính Einstein mới là người làm nên đước đột phá cuối cùng. Einstein đã quyết định coi thời gian là toàn bộ chìa khóa để hiểu được vũ trụ. Ông viết:-

Giải pháp của tôi thực sự là dành cho khái niệm tận cùng của thời gian, đó là, thời gian không được xác định đặc điểm một cách tuyệt đối nhưng có một sự liên hệ không thể tách rời giữa thời gian với vận tốc ánh sáng.

Ảnh hưởng của thuyết tương đối hẹp đối với hiểu biết về thời gian thật vô cùng to lớn. Nền tảng chứa đựng lý thuyết đó đơn giản một cách đáng kinh ngạc. Einstein đã đòi hỏi những quy luật vật lý phải là như nhau đối với bất kì hai quan sát viên nào đang chuyển động với một vận tốc bất biến, tức là không bị lực tác động vào, và đòi hỏi rằng vận tốc ánh sáng là độc lập với vận tốc của nguồn phát ra nó. Nhìn theo phương diện khác ông đã không thừa nhận rằng có không gian và thời gian tuyệt đối, mà thừa nhận rằng những quy luật là như nhau trong bất cứ một khuôn khổ quán tính nào. Giả sử chúng ta có hai quan sát viên A và B trong hai khuôn khổ quán tính khác nhau, tức là mỗi người chuyển động với một vận tốc bất biến và không bị lực nào tác động vào. Mỗi người A và B đều có một đồng hồ chính mà chúng ta có thể coi đó như là thời gian trong mỗi khuôn khổ quán tính riêng của họ và các đồng hồ trong khuôn khổ quán tính của A có thể được làm đồng bộ hóa. Tương tự như vậy các đồng hồ trong khuôn khổ quán tính của B cũng có thể được đồng bộ hóa. Cái hệ quả đáng kinh ngạc là hai sự kiện xảy ra đồng thời trong khuôn khổ của A thì lại xuất hiện không đồng thời trong khuôn khổ của B. Những kết quả này, mặc dù có thể kiểm nghiệm được bằng thực nghiệm, dường như vẫn cứ chống đối lại những cảm quan trực giác của con người.

Đối với thuyết tương đối hẹp, còn có những tác động đáng chú ý khác lên thời gian. Thời gian bị ảnh hưởng bởi vận tốc. Một vật chuyển động với vận tốc gần vận tốc ánh sáng sẽ nếm trải được sự giãn nở thời gian. Như vậy có nghĩa là gì? Chúng ta cần phải suy ngẫm thật kỹ lưỡng về tình trạng này vì, với việc không có không gian tuyệt đối để dựa vào đó mà đo đạc vận tốc, làm cách nào mà một vật có thể tăng tốc lên gần đến vận tốc ánh sáng được? Chúng ta hãy xét tỉ mỉ hơn. Nếu hai vật A và B đang chuyển động tách rời ra với vận tốc gần vận tốc ánh sáng khi đó ai đó đang ngồi trên A sẽ trải nghiệm thời gian như thường lệ, và ai đó trên B cũng sẽ trải nghiệm thời gian như thông thường. Tuy nhiên, nếu ai đó đang ngồi trên A nhìn đồng hồ nào đó trên B thì sẽ thấy nó chạy rất chậm, và tương tự như vậy nếu ai đó đang ngồi trên B có thể nhìn thấy đồng hồ trên A thì cũng sẽ thấy nó chạy rất chậm.

Những kết quả này ngày nay đã được thẩm tra lại bằng thực nghiệm nhưng chúng ta nên tạm ngưng một lát để suy nghĩ về những vấn đề nhất định vẫn còn tồn tại. Cụm từ “trải nghiệm thời gian như thông thường” có nghĩa là gì? Liệu có phải đồng hồ chạy chậm lại có nghĩa thời gian trôi chậm lại? Chúng ta vẫn chưa biết được thời gian là gì và chúng ta đang coi nó như là một cái gì đó được xác định bởi một đồng hồ, là đồng hồ máy móc hoặc đồng hồ sinh học. Tất cả những gì chúng ta có thể nói là mọi loại đồng hồ đều xuất hiện nhất trí với sự giãn nở thời gian và nếu chúng ta không thể đồng ý thời gian là đồng hồ thì chúng ta cần có một ý tưởng chủ chốt mới mà cho đến giờ vẫn còn hoàn toàn vắng mặt.

Vào ngày 21 tháng chín năm 1908 Minkowski bắt đầu bài giảng nổi tiếng của mình tại đại học Cologne với những lời sau:-

Những quan điểm về không gian và thời gian mà tôi mong muốn trình bày trước các bạn đã bật ra từ mảnh đất của vật lý cơ bản, và trong đó tồn tại sức mạnh của chúng. Chúng là cơ bản. Từ đây trở đi không gian tự nó, và thời gian tự nó, bị bắt phải biến mất dần vào những cái bóng của chúng, và chỉ có một kiểu hợp nhất hai cái đó sẽ bảo toàn được một thực tại độc lập.

Ông còn nói:-

Chưa có ai từng chú ý đến một nơi nào đó mà không kể đến một thời điểm, hoặc là chú ý đến một thời điểm mà thiếu vắng nơi chốn.

Weyl nhanh chóng hiểu ra quan điểm mới mà Minkowski đưa ra. Ông viết:-

Khung cảnh hoạt động của thực tại là… một thế giới 4 chiều trong đó không gian và thời gian được liên kết với nhau một cách không thể tách rời. Tuy nhiên cái hố sâu ngăn cách bản chất thuộc về trực giác của không gian với bản chất thuộc trực giác của thời gian trong kinh nghiệm của chúng ta, không có gì thuộc về sự khác biệt định tính này thâm nhập vào cái thế giới khách quan mà vật lý học nỗ lực xác định thông quan kinh nghiệm trực tiếp. Nó là một thể liên tục 4 chiều, không phải là “không gian” mà cũng chẳng phải “thời gian”.

Trước khi chúng ta bước chân ra khỏi địa hạt của thuyết tương đối hẹp, chúng ta phải lưu tâm đến một chi tiết dường như đặc biệt khó trong không – thời gian 4 chiều Minkowski, và thực ra là trong bất kì một phiên bản tương đối nào. Do thời gian chỉ có nghĩa với một người quan sát viên duy nhất, với những quan sát viên khác tại những nơi khác đều có những thời gian cục bộ của riêng họ, “hiện tại” tức là sao. Einstein tin rằng đây là một khái niệm của con người không có ý nghĩa gì trong sự mô tả toán học của vũ trụ. Rudolf Carnap thuật lại quan điểm của Einstein:-

Einstein nói rằng vấn đề “hiện tại” thực sự làm ông bồn chồn. Ông giải thích rằng sự trải nghiệm của “hiện tại” mang ý nghĩa là một cái gì đó của riêng con người, một cái gì đó về cơ bản khác với quá khứ và tương lai, nhưng sự khác biệt quan trọng đó không và không thể xuất hiện nội trong vật lý học. Như vậy sự trải nghiệm này không thể được hiểu thấu bởi khoa học dường như đối với nó là một vấn đề gây bối rối nhưng bắt buộc phải nhẫn nhịn chịu đựng.

Trên thực tế Einstein đã viết rằng:-

…có một cái gì đó thuộc về bản chất liên quan đến “hiện tại” nằm bên ngoài địa hạt của khoa học.

Thực ra tất cả những gì tính tương đối làm là khiến cho chúng ta nhận ra rằng thời gian là một khái niệm gay go hơn rất nhiều so với thời gian tuyệt đối của Newton. Tuy nhiên nó không góp chút công sức nào vào việc trả lời cho câu hỏi cơ bản “thời gian là gì?”.

Thuyết tương đối rộng sát nhập hấp dẫn vào thuyết không – thời gian. Điều này đem lại một số ứng dụng đáng chú ý nhiều hơn đối với thời gian. Thời gian không chỉ bị ảnh hưởng bởi vận tốc, như trong thuyết tương đối hẹp, mà nó còn bị ảnh hưởng bởi một vật thể có khối lượng. Trái đất là một vật thể đồ sộ nhưng không đủ đồ sộ để gây nên được một ảnh hưởng đáng kể đến sự trôi của thời gian. Trên thực tế một đồng hồ đặt trên bề mặt Trái đất sẽ chạy chậm hơn một đồng hồ không chịu ảnh hưởng của hấp dẫn. Tuy nhiên lượng sai khác này rất nhỏ, và đồng hồ trên Trái đất của chúng ta sẽ nới lỏng ra khoảng 1/1000000000 s / giờ. Thực tế sự sai khác trong tốc độ chạy của các đồng hồ đặt trên đỉnh của một tòa nhà cao tầng so với đồng hồ được đặt ở dưới chân tòa nhà đó ngày nay đã đo đạc được. Như đã nói, hấp dẫn của Trái đất là nhỏ so với một số vật thể thiên văn, như các sao neutron chẳng hạn. Những vật thể như vậy có chứa các nguyên tử bị suy sụp dưới tác động của lực hấp dẫn. Sự giãn nở thời gian trên bề mặt của một sao neutron là rất đáng kể, và một đồng hồ ở trên đó sẽ chạy chậm hơn 20% so với trên Trái đất. Cái tối hạn nhất của hấp dẫn xuất hiện ở một lỗ đen, và đối với một vật thể như vậy hấp dẫn mạnh đến nỗi thời gian trên thực tế là phải dừng lại.

Chúng ta đã nói đến những thí nghiệm có khả năng dò ra được sự khác biệt thời gian ở mức 1/1000000000 s/giờ. Chúng ta bắt đầu mục này bằng cách chú ý rằng tại thời điểm khởi đầu của thế kỷ XX thời gian chỉ có thể được đo đạc tới mức chính xác trên dưới 1/1000 s/giờ. Điều này được hoàn tất với một đồng hồ dạng quả lắc dao động gần tự do. Giờ đây chúng ta nên tham quan cuộc cách mạng đồng hồ xuất hiện trong lịch sử.

Con lắc tự do là một con lắc hoàn toàn thoát khỏi những ảnh hưởng cơ học, chẳng hạn như thoát khỏi phần ảnh hưởng từ những máy móc chạy của đồng hồ, phần ảnh hưởng này làm cho nhịp của đồng hồ không được đều đặn hoàn toàn. R J Rudd đã giới thiệu một chiếc đồng hồ quả lắc tự do chính cống vào năm 1898, sau đó W H Shortt giới thiệu chiếc đồng hồ với hai con lắc vào năm 1921. Một con lắc chính xác là con lắc tự do, con lắc kia là phần hoạt động cơ học của chiếc đồng hồ. Vào năm 1928 một kiểu đồng hồ hoàn toàn mới được W A Marrison chế tạo ra tại phòng thí nghiệm Bell, đó là đồng hồ tinh thể thạch anh. Những đồng hồ này ngày nay được sử dụng rộng rãi và là những dụng cụ máy móc tận dụng một thực tế là trong một trường điện, tinh thể thạch anh rung động với một tần số chuẩn.

Năm 1949 Cục tiêu chuẩn Đo lường Quốc gia ở Mỹ đã chế tạo ra chiếc đồng hồ nguyên tử đầu tiên, sử dụng amoniac. Vào khoảng năm 1960 nguyên tử sesi đã được sử dụng làm đồng hồ nguyên tử. Độ chính xác này không đổi cho đến năm 1967, giây thay đổi từ định nghĩa có nguồn gốc thiên văn học của nó là một phần nhỏ của một ngày, đến định nghĩa trong đó giây tương đương với tần số dao động vang của nguyên tử sesi là 9,192,631,770. Đến năm 1993 Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ đã chế tạo được một chiếc đồng hồ nguyên tử với độ chính xác tới 5/1015.

Chúng ta hãy xem xét một cuộc cách mạng thời gian khác diễn ra vào thế kỷ XX với sự phát hiện ra cơ học lượng tử. Không thể chỉ trong một mục nhỏ như mục này lại có thể bao quát được mọi khía cạnh của thời gian liên quan đến lý thuyết lượng tử, chúng ta sẽ chỉ xem xét đến một hoặc hai vấn đề để cảm nhận được mối quan hệ giữa chúng mà thôi. Điểm đầu tiên cần chú ý là lý thuyết lượng tử được phát triển trong phạm vi kịch bản thời gian tuyệt đối của Newton.

Heisenberg đã phát hiện ra Nguyên lý Bất định vào năm 1927. Trong dạng phổ biến nhất của nó, Nguyên lý Bất định chỉ ra rằng có một giới hạn thấp cho tích số của tính bất định trong vị trí của hạt với tính bất định trong xung lượng của nó, dẫn đến hệ quả là người ta càng đo đạc vị trí của hạt chính xác bao nhiêu, thì người ta lại càng không thể biết được xung lượng của hạt đó với độ bất định lớn bấy nhiêu. Ngay cả trong dạng này nó cũng có một hệ quả trực tiếp đến những khía cạnh của thời gian mà chúng ta đã thảo luận ở trên, mặc dù nó có nghĩa là sự nhận ra của Laplace rằng những quy luật của Newton mang ý nghĩa rằng tương lai được hoàn toàn xác định trước bởi hiện tại sẽ không mở rộng ra với cơ học lượng tử. Trong thực tế, việc tiên đoán tương lai từ những quy luật của Newton là không thể, nhưng về phương diện lý thuyết thì được. Tuy nhiên, Nguyên lý Bất định lại muốn nói rằng về phương diện lý thuyết không thể biết được hiện tại với độ chính xác tùy muốn cần thiết để tiên đoán được tương lai.

Nguyên lý Bất định cũng liên kết những cặp đại lượng khác theo cách y như vậy. Ví dụ sự bất định về năng lượng của một hạt và thời gian để đo năng lượng của hạt đó không thể đồng thời được xác định với một độ chính xác tùy muốn được. Càng xác định chính xác thời gian đo năng lượng, thì lại càng biết về năng lượng ít chính xác bấy nhiêu. Einstein rất không hài lòng về nguyên lý bất định vì nó có nghĩa là thế giới không thể được mô tả chính xác hoàn toàn và ông cảm thấy rằng không phải là như thế. Ông đã phát minh ra một số thí nghiệm tưởng tượng cố gắng bác bỏ Nguyên Lý Bất định và đưa chúng ra để phản đối Niels Bohr. Thí nghiệm nổi tiếng nhất trong số đó là chiếc đồng hồ trong hộp mà Einstein đã đưa ra vào năm 1930 tại Hội nghị Solvay ở Brussels. Tuy nhiên, trước khi nói đến nó, chúng ta phải nhấn mạnh rằng Nguyên Lý Bất định không phải là một vấn đề mang tính thực hành về sự đo đạc mà là về sự bất định mang tính lý thuyết. Điểm chủ đạo trong thí nghiệm tưởng tượng “chiếc đồng hồ trong hộp” của Einstein là tranh luận về một trường hợp lý thuyết. Thực tế rằng nó không thể được tiến hành trong thí nghiệm ngoài đời không có liên quan gì.

Thí nghiệm “chiếc đồng hồ trong hộp” của Einstein gồm có một chiếc hộp lơ lửng khỏi một chiếc lò xo. Chiếc hộp có một đồng hồ điều khiển một cửa chớp. Có một cái thang độ bên cạnh hộp và một thanh gắn vào hộp để đo chiều cao của nó. Rõ ràng là nếu cái hộp có một trọng lượng cộng thêm với sự căng ra của lò xo và thanh hạ nấc xuống. Cũng như vậy, nếu chiếc hộp trở nên nhẹ hơn thì lò xo sẽ nâng hộp lên và thanh sẽ lên nấc cao hơn. Thí nghiệm Einstein đề xuất là mở chiếc cửa sập trong một thời gian rất ngắn và để cho một hạt thoát ra. Chúng ta có thể ấn định thời gian thoát chính xác đến mức nào mà chúng ta muốn bằng cách cho cửa sập mở thật nhanh đến mức chúng ta muốn. Nhưng, Einstein quả quyết, chúng ta có thể đo được năng lượng của hạt chính xác với mức chúng ta muốn vì năng lượng của hạt đó được xác định bởi khối lượng của nó và vì vậy chúng ta đo khối lượng của nó bằng cách gắn liền một trọng lượng vào đáy của hộp để mang thanh trở về vị trí gốc của nó. Đặc điểm tài tình ở đây là thời gian và năng lượng được tính toán một cách độc lập.

Thoạt tiên thí nghiệm “chiếc đồng hồ trong hộp” đã làm cho Bohr bối rối, nhưng ông đã sớm nhận ra Nguyên lý Bất định chi phối trường hợp này ra sao. Để cân hạt đó người ta phải đo vị trí của thanh tại điểm dừng trên thang độ. Nhưng việc quyết định thanh đứng im và đo vị trí của nó lại ở dưới quyền chi phối của Nguyên lý Bất định. Chúng ta càng xác định chính xác rằng thanh đang đứng im, chúng ta lại càng xác định kém chính xác hơn vị trí của nó. Có một sự bất định thứ hai ở trong thí nghiệm này. Nếu chúng ta không thể đo chiều cao của hộp với một độ chính xác tùy muốn, thì chúng ta không thể do chiều cao của chiếc đồng hồ bên trong chiếc hộp với độ chính xác tùy muốn được, vì vậy chúng ta không biết được tốc độ của đồng hồ với độ chính xác tùy muốn (theo những kết quả thuyết tương đối rộng riêng của Eintsein).

Trong thí nghiệm tưởng tượng “chiếc đồng hồ trong hộp” chúng ta đã thấy thuyết tương đối và thuyết lượng tử tương tác lẫn nhau như thế nào. Có vài cố gắng buổi đầu nhằm mang hai lý thuyết này cùng nhau tập trung vào vấn đề thời gian. Milne đã phát triển một lý thuyết phức tạp về vũ trụ học, cố gắng hợp nhất thuyết tương đối và thuyết lượng tử, lý thuyết này gồm có cả một giá trị phi cố định cho G, chúng ta biết đây là hằng số hấp dẫn. Để giải thích điều này, Milne trên thực tế đã phát triển hai thang thời gian riêng biệt: thời gian động lực học t và thời gian Newton r. Hai thang thời gian có quan hệ với nhau như sau:

r = log(t/t0) + t0

trong đó t0 là thời gian hiện tại. Đối với chúng ta, t luôn bằng t0 và do đó G bị quy giản về thành một hằng số. Hệ quả của vũ trụ học của Milne là một vũ trụ tĩnh với một quá khứ vô hạn, tất nhiên, hoạt động như một điềm báo lý thuyết trạng thái ổn định. Nó cũng có nghĩa là có một số vô hạn các hạt trong vũ trụ, một kết quả mà Milne thấy là không thể kiểm tra được. Milne giải thích điều này là ý nghĩa của việc có hai “thực tại” mỗi cái tuân theo một thang thời gian khác nhau và rằng bất cứ một câu hỏi nào liên quan đến “thực tại” về phương diện khoa học đều là phi logic.

Dirac đã giải quyết một vấn đề tương tự trong khi ông phát triển Giả thuyết những Số lớn của ông. Ông bị buộc phải tạo ra hai thang thời gian ngay từ lúc đầu, rất giống Milne, một là thang thời gian nguyên tử và một là thang thời gian toàn thể (Newton). Thời gian nguyên tử được cho là mô tả sự phân hủy phóng xạ trong khi thời gian toàn thể sẽ được ứng dụng vào những hiện tượng trên thang khoảng cách lớn. Dirac đã bị buộc phải đến kết luận này dựa trên những kết quả của Giả thuyết những Số lớn, những kết luận này đã bắt đầu kỷ nguyên những tính toán về Mặt trăng và Mặt trời. Ông cũng đã có một sự thay đổi giá trị của G, nhưng ông lại cho rằng giảm trong khi Milne nói rằng tăng. Dirac sau đó đã từ bỏ ý tưởng thang thời gian kép.

Có những tình huống trong đó thời gian lý thuyết lượng tử xuất hiện lại mâu thuẫn với thời gian tương đối, và đây quả là điều đáng lo lắng. Ý tưởng này lần đầu tiên được xúc tiến bởi Einstein, cùng với Nathan Rosen và Boris Podolsky vào năm 1935 và nó được biết dưới cái tên vào lúc ban đầu những người đề xuất ra nó đặt là thí nghiệm EPR. Nó dựa vào thực tế là một sự kiện lượng tử đôi khi tạo ra một cặp hạt với những tính chất bổ sung – ví dụ chúng phải có spin đối. Trong lý thuyết lượng tử hạt sẽ có những tính chất của cả hai trạng thái khả dĩ mãi cho đến khi chúng ta đo nó khi nó suy sụp vào một trạng thái, hạt kia phải ngay lập tức có tính chất bổ sung. Einstein tin tưởng một cách kiên quyết rằng không có thông tin nào có thể được truyền đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng, và coi đó là sự phản đối lại lý thuyết lượng tử. Tuy nhiên, thí nghiệm EPR trong dạng này dường như không thể kiểm nghiệm được.

John Bell đã làm cho thí nghiệm EPR trở nên sắc sảo thêm vào năm 1960 bằng cách phát minh ra một cách kiểm tra các hạt có đủ mọi trạng thái cho đến khi chúng bị kiểm tra. Lý thuyết cổ điển (hay lý thuyết thiên về cảm giác thông thường) sẽ nói rằng hai hạt có trạng thái xác định khi được tạo ra, chỉ có điều là chúng ta không biết được chúng là thế nào mãi đến khi chúng ta kiểm tra một trong số chúng. Bell đã phát hiện ra “tính không đồng đều của Bell” án ngữ trong trường hợp cổ điển. Nếu một thí nghiệm như vậy được tiến hành nó sẽ xác nhận được rằng liệu các hạt chỉ chọn trạng thái của chúng khi bị kiểm tra hay không, nhưng vào thời điểm Bell đề xuất bản phóng tác thí nghiệm của ông thì công nghệ thực nghiệm hiện thời vẫn còn lạc hậu xa. Vào đầu những năm 1980 Alain Aspect đã tiến hành thành công thí nghiệm ở Orsay tại Paris. Ông đã chỉ ra rằng tính không đồng đều của Bell bị vi phạm và vì vậy lối giải thích lượng tử tỏ ra thích hợp hơn là lý thuyết cổ điển. Tuy nhiên, cái ngụ ý là khi một hạt bị kiểm tra và chọn một trạng thái cụ thể, bạn đối tác của nó phải chọn trạng thái bổ sung ngay lập tức. Điều này vi phạm nguyên lý nền tảng của thuyết tương đối cho rằng không có thông tin nào có thể được truyền đi nhanh hơn vận tốc của ánh sáng. Những ngụ ý về “thời gian” vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

Một cách diễn giải của lý thuyết lượng tử được trình bày tiến bộ bởi Hugh Everett vào năm 1957 là cách diễn giải đa thế giới. Trong đó vũ trụ phân ra thành hai tại mọi thời điểm một sự kiện lượng tử bị buộc phải chọn một trong hai trạng thái. Ảnh hưởng của lý thuyết này lên thời gian là gì? Deutsch ủng hộ cách diễn giải đa thế giới và luận cứ chống lại ý tưởng cho rằng thời gian đang trôi từ quá khứ đến hiện tại rồi đến tương lai. Luận cứ của ông chống lại điều này cho rằng để đo hiện tại vận động về phía trước như thế nào người ta cần một “thời gian” thứ hai để đo sự tiến triển thời gian tiêu chuẩn của chúng ta. Một lần nữa để đo dòng chảy thời gian thứ hai này lại cần thêm một thời gian thứ ba nữa và cứ thế. Deutsch đưa ra một vũ trụ gồm những ảnh chụp nhanh, thay vì một chuỗi dòng chảy thời gian liên tục.

Những ý tưởng khác cho rằng thay vì không – thời gian 4 chiều, thì lại có nhiều chiều hơn. Những lý thuyết đó cố gắng hợp nhất tất cả các lý thuyết vật lý lại dưới một khuôn khổ toán học duy nhất. Trong không gian có số chiều cao như vậy thời gian di chuyển dường là một khả năng nhưng chúng ta sẽ không nói đến khả năng đó trong bài này. Tuy nhiên, hoàn toàn có lý khi đặt câu hỏi rằng liệu có nhiều hơn một chiều thời gian hay không. Nó sẽ có nghĩa là gì nếu chúng ta sống trong một vũ trụ ở đó thời gian là hai chiều?

Hawking đã đưa ra một số ý tưởng liên quan đến thời gian tưởng tượng. Ông viết trong Lược sử thời gian về một mô hình thời gian/kích cỡ của vũ trụ cầu:-

…với khoảng cách từ Cực bắc tiêu biểu cho thời gian tưởng tượng và kích cỡ của vòng tròn có khoảng cách cố định từ Cực bắc tiêu biểu cho kích cỡ không gian của vũ trụ. Vũ trụ bắt đầu từ Cực bắc là một điểm duy nhất. Khi di chuyển xuống phía Nam, những vòng vĩ tuyến tại khoảng cách cố định từ Cực bắc trở nên lớn hơn, tương ứng với sự giãn nở của vũ trụ theo thời gian tưởng tượng… Mặc dù vũ trụ đó sẽ có kích thước bằng không tại điểm Cực bắc và Cực nam, những điểm đó sẽ không phải là những điểm kỳ dị… Những định luật khoa học sẽ không đụng chạm gì đến chúng… Lịch sử của thời gian thực, tuy nhiên, nhìn sẽ rất khác…

Sau khi mô tả thời gian thực xuất hiện như là sự khởi đầu ở một điểm kỳ dị, ông tiếp đó đã tự hỏi thời gian “thực” là gì:-

Điều này có thể gợi ý rằng cái gọi là thời gian tưởng tượng thì thực ra là thời gian thực, và cái mà chúng ta gọi là thời gian thực thì chỉ là một điều bịa đặt ở trong trí tưởng tượng của chúng ta mà thôi. Trong thời gian thực, vũ trụ có một điểm bắt đầu và kết thúc ở những điểm kỳ dị, những điểm này tạo thành một ranh giới cho không – thời gian và tại đó những định luật khoa học bị đổ vỡ. Nhưng trong thời gian tưởng tượng, không có những điểm kỳ dị cũng như những ranh giới. Vì vậy có lẽ cái mà chúng ta gọi là thời gian tưởng tượng là cơ bản hơn, và cái mà chúng ta gọi là thời gian thực chỉ là một ý niệm chúng ta phát minh ra để giúp chúng ta mô tả cái mà chúng ta cho rằng vũ trụ thực sự là.

Penrose đã đi theo một phương pháp khác nhưng đã tiến đến cùng những kết luận về nhận thức của chúng ta về thời gian:-

Tôi đang quả quyết rằng thứ tự thời gian mà “hóa ra” chúng ta nhận được là một cái gì đó mà chúng ta đã lạm dụng nhận thức của chúng ta để làm cho chúng mang tính tri giác trong mối liên quan với chuỗi tiến triển thời gian đều đặn của một thực tại vật chất bên ngoài.

Thời gian là một chủ đề hấp dẫn và những ý tưởng mới liên tục được đưa ra. Đó có lẽ mãi vẫn sẽ là một tính chất huyền bí của vũ trụ.

THE END.