Trong những khoảnh khắc ngay trước Vụ Nổ Lớn (Big Bang), vũ trụ của chúng ta là một nơi nóng rực, đặc quánh và tràn ngập năng lượng ở mức cực cao. Mọi thứ chỉ thực sự thay đổi khi vũ trụ “phát nổ” cách đây khoảng 13,8 tỷ năm. Quá trình gia tăng cực nhanh đã chia tách một lực “siêu thống nhất” ban đầu thành bốn lực cơ bản mà chúng ta biết ngày nay: lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân yếu (chịu trách nhiệm cho sự phân rã phóng xạ) và lực hạt nhân mạnh (giữ các hạt nhân nguyên tử gắn kết với nhau).
Các hạt cơ bản được sinh ra, và cuối cùng, vũ điệu bùng nổ của vũ trụ sơ khai đã để lại những vết sẹo trong cấu trúc không – thời gian. Các nhà vật lý gọi chúng là “dây vũ trụ”.
Giống như những vết rạn da trên làn da bị kéo giãn quá nhanh, hay những vết nứt hình thành trong lớp băng đang đóng băng, dây vũ trụ là dấu tích của trạng thái vũ trụ trong những khoảnh khắc trước khi nó chuyển đổi đột ngột từ môi trường năng lượng cao sang năng lượng thấp. Những “sợi dây” này chỉ dày cỡ một proton, có mật độ cực lớn và có thể dài tới hàng năm ánh sáng.
Các nhà khoa học tin rằng dây vũ trụ hiện đang trôi dạt thụ động trong không gian, gần như “mặc kệ” mọi thứ xung quanh. Tuy nhiên, việc nghiên cứu chúng một cách chủ động có thể giúp giải mã những bí ẩn của vũ trụ sơ khai, thậm chí – theo một số nhà vật lý – còn có thể mở ra cánh cửa cho một dạng du hành thời gian.
Ý tưởng quay ngược thời gian thông qua các tàn dư của vũ trụ sơ khai nghe có vẻ như khoa học viễn tưởng, nhưng nó lại được hậu thuẫn bởi lý thuyết dây vũ trụ, ít nhất là trên phương diện lý thuyết.
Ông Ken Olum, tiến sĩ, giáo sư nghiên cứu về vật lý và thiên văn học tại Đại học Tufts, cho biết hai dây vũ trụ song song, vô hạn, khi lướt qua nhau có thể tạo ra một “cỗ máy thời gian” bằng cách làm cong không – thời gian. Kết quả là, nếu một người di chuyển theo một quỹ đạo vòng quanh các dây này, họ có thể quay trở lại điểm xuất phát của mình vào một thời điểm sớm hơn lúc họ rời đi.
Tuy nhiên, dù các phép toán mô tả khả năng du hành thời gian nhờ dây vũ trụ là nhất quán, ông Olum cảnh báo không nên quá phấn khích. Bên cạnh hàng loạt trở ngại thực tế của việc xây dựng một cỗ máy thời gian chạy bằng dây vũ trụ, còn có một vấn đề rất cơ bản: cho đến nay, con người vẫn chưa từng quan sát trực tiếp được dây vũ trụ.
Năm 1991, J. Richard Gott, nhà vật lý tại Đại học Princeton, đã đề xuất mô hình du hành thời gian bằng dây vũ trụ được xem là nổi tiếng nhất. Trong mô hình này, ông Gott phân tích kịch bản hai dây vũ trụ song song, vô hạn, chuyển động ngang nhau – giống như hai chiếc xe chạy trên một xa lộ hai làn kéo dài vô tận – có thể làm cong không – thời gian để tạo ra một “đường cong thời gian kín”. Về bản chất, đây là một vòng lặp thời gian, cho phép người du hành quay trở lại điểm xuất phát trước thời điểm họ bắt đầu chuyến đi.
Điều đặc biệt hấp dẫn trong lý thuyết của ông Gott là loại vòng lặp thời gian này được xem là một nghiệm hợp lệ trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein. Tóm lại, thuyết này cho rằng các vật thể có khối lượng lớn có thể bẻ cong không – thời gian, từ đó mở ra khả năng “đi đường tắt” xuyên qua thời gian bằng cách nén không gian. Các đường cong thời gian kín cũng là nền tảng để giải thích cách các lỗ sâu (wormhole) có thể hoạt động về mặt lý thuyết.
Dù nền tảng toán học cho một “siêu xa lộ du hành thời gian” dựa trên dây vũ trụ là vững chắc, điều đó không đồng nghĩa với việc con người đã tiến gần hơn tới việc hiện thực hóa mô hình này.
Trước hết, việc di chuyển ở vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng – điều kiện gần như bắt buộc để mô hình hoạt động – là cực kỳ khó khăn, thậm chí có thể là bất khả thi. Theo thuyết tương đối của Einstein, vật thể càng di chuyển nhanh thì càng cần nhiều năng lượng hơn để tiếp tục gia tốc. Nói một cách đơn giản, hiện chưa có phương pháp nào tạo ra lượng năng lượng khổng lồ cần thiết để đẩy một tàu vũ trụ đạt tới những vận tốc như vậy.
Nhưng đó chưa phải là trở ngại duy nhất. Theo ông Olum, ngay cả khi các nhà khoa học trong tương lai muốn xây dựng một cỗ máy thời gian dựa trên ý tưởng này – thay vì “thuần hóa” các dây vũ trụ có sẵn – thì bản chất vô hạn của các dây trong mô hình Gott đã là một bế tắc. “Không ai có thể tạo ra tình huống này, bởi không ai có thể tạo ra thứ gì đó dài vô hạn”, ông nói. “Vì vậy, ý tưởng nguyên bản này không thực tế”.
Dẫu vậy, so với các mô hình du hành thời gian lý thuyết khác, chẳng hạn như lỗ sâu, ông Henry Tye, tiến sĩ, giáo sư vật lý danh dự tại Đại học Cornell, cho biết ông tin tưởng hơn vào tiềm năng của dây vũ trụ. Trên thực tế, ông Tye và một sinh viên cũng đã phát triển mô hình riêng dựa trên các dây này.
“Du hành thời gian là điều khó xảy ra, nhưng tôi sẽ không nói là không thể”, ông Tye nhận định. “Trong khoa học viễn tưởng, khi con người di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, tôi thấy điều đó rất khó chấp nhận. Nhưng khi nói đến việc quay ngược thời gian, tôi cho rằng khả năng ấy là rất thấp – song vẫn chưa bị loại trừ hoàn toàn”.
Tuy nhiên, trước khi có thể mơ mộng về những cỗ máy thời gian ngoài đời thực, giới khoa học còn một nhiệm vụ quan trọng phải hoàn thành: thực sự phát hiện ra dây vũ trụ.
Tin tốt là khoảnh khắc đó có thể đang đến gần hơn bao giờ hết, nhờ Đài quan sát Sóng hấp dẫn Nanohertz Bắc Mỹ (NANOGrav) – một liên minh các nhà thiên văn chuyên phát hiện sóng hấp dẫn tần số thấp bằng cách đo tín hiệu phát ra từ các sao xung (pulsar). Cho đến nay, các nhà khoa học đã quan sát được sóng hấp dẫn thông qua những thí nghiệm như NANOGrav và LIGO, chủ yếu bắt nguồn từ hành vi của các lỗ đen. Tuy nhiên, vào năm 2020, nhóm NANOGrav ghi nhận một tín hiệu không khớp với mô hình quen thuộc này.
“Nó không giống lắm với tín hiệu mà chúng ta kỳ vọng từ lỗ đen, và đó chính là điều khiến mọi chuyện trở nên hấp dẫn”, ông Olum nói. “Nhưng tín hiệu này lại hoàn toàn phù hợp với khả năng xuất phát từ các siêu dây vũ trụ”.
Khác với dây vũ trụ – vốn là tàn dư của vũ trụ sơ khai – siêu dây vũ trụ có nguồn gốc từ lý thuyết dây, vốn cho rằng vũ trụ được cấu thành từ 10 (hoặc thậm chí nhiều hơn) chiều không gian, trong đó chỉ có 4 chiều tạo nên không gian và thời gian như chúng ta cảm nhận. Các chiều còn lại đóng vai trò như một dạng “giàn giáo” vô hình. Trong mô hình đa chiều này, những đối tượng cực nhỏ gọi là “dây” thay thế cho các hạt cơ bản. Các dây này dao động giống như dây đàn guitar, với tần số khác nhau tương ứng với các hạt cơ bản khác nhau.
“Các dây trong lý thuyết dây có thể bị kéo giãn rất lớn bởi một cơ chế nào đó trong vũ trụ sơ khai để trở thành dây vũ trụ, và khi đó chúng ta gọi chúng là siêu dây vũ trụ”, ông Olum giải thích. “Siêu dây vũ trụ có xác suất tồn tại thấp hơn, nhưng lại tương đối dễ phát hiện hơn”.
Để xác nhận liệu các tín hiệu quan sát được có thực sự đến từ dây vũ trụ hay không, giới khoa học cần thêm dữ liệu. Những dữ liệu này được kỳ vọng sẽ đến từ NANOGrav trong vài năm tới, và xa hơn nữa là từ kính thiên văn sóng hấp dẫn đặt trong không gian mang tên LISA, dự kiến phóng vào năm 2034.
Theo PM
