Hiện thực của chúng ta tồn tại 3 thế giới: Thế giới trong nhận thức của bạn, thế giới trong nhận thức của ‘người khác bạn’ và thế giới thực nơi tất cả mọi người cùng sống. Cách chúng ta nhìn nhận thế giới không nhất thiết giống với các người khác, và tuyệt nhiên không giống với thế giới thực.
Vì con người là thứ có sau, cũng như sở hữu bộ não được tạo nên bởi thế giới, nên càng đi sâu tìm hiểu vào bản chất của thế giới thực, chúng ta sẽ càng trải qua sâu sắc thứ cảm giác khó chịu đến cùng cực, bối rối, khó hiểu hay thậm chí hoang mang. Thời gian là một đại lượng quan trọng trong cả thế giới quan của con người và quy luật của thế giới thực, vì vậy, không thể tránh khỏi sự mâu thuẫn và phức tạp mỗi khi cùng ngồi lại nói về chúng.
Ta cũng không thể tránh khỏi việc phải nói về chúng, do đó chính là thế giới ta đang sống. Chẳng gì buồn phiền bằng việc không hiểu nơi mình ở. Nhưng phàm những thứ khó hiểu như vậy đều thú vị, đáng để bỏ thời gian ra suy ngẫm. Thế nên bắt đầu thôi nhỉ?
1. Thời gian tồn tại trong nhận thức.
Đầu tiên, hãy cùng nói về “thời gian” tồn tại trong nhận thức của chúng ta, trước khi xét đến nó như một khái niệm vật lý.
Phần lớn chúng ta suy nghĩ về thời gian như một đường thẳng tuyến tính, một mũi tên với ba phần: quá khứ, hiện tại và tương lai.
Hiện tại là khoảnh khắc bạn đang đọc bài viết này, quá khứ là lúc trước khi bạn đọc bài viết và tương lai chưa xảy ra nên chẳng biết bạn có tiếp tục đọc hết hay sẽ back ra từ sau đoạn này hay không.
Khả năng nhận thức về thời gian theo thứ tự như trên quả thực rất kỳ diệu. Dòng thời gian trên giúp ta không bị nhầm lẫn giữa hiện thực và ký ức, cũng như biết được đâu là thứ sẽ nằm ở tương lai. Tuy vậy, chúng ta không nhận ra sự kỳ diệu ấy do đã được ban phát sẵn, và chỉ thấy được sự phức tạp của chúng khi phải lập trình cho một vật không sống nhận thức được điều tương tự, hoặc khi phải đối mặt với những người bị khuyết đi khả năng nhận thức do bẩm sinh hay tai nạn.
Khả năng nhận thức về không gian, biết rằng vật nào gần mình, vật nào xa mình và giữa hai vật xa khoảng bao nhiêu đã là điều vô cùng phức tạp. Nhưng khả năng để biết được sự kiện A ở quá khứ cách chúng ta bao lâu, sự kiện B ở tương lai sẽ đến khi nào và khoảng cách giữa hai sự kiện là bao xa còn phức tạp hơn thế rất-nhiều-lần.
Cho đến nay, những nhận định về khả năng nhận thức thời gian của con người chỉ đang dừng lại ở mức giả thuyết và những mô hình dự đoán. Trên quan điểm của khoa học thần kinh, hồi hải mã có chức năng mã hóa và sắp xếp ký ức theo trình tự thời gian. Các tín hiệu được mã hóa thành gói từ những “tế bào thời gian” được bắn đến vùng não xử lý từ đó giúp chúng ta nhận biết được thứ tự của kích thích.
Dưới quan điểm của tâm lý học, chúng ta nhận biết thời gian dựa trên khoảng cách giữa các kích thích. Cụ thể, những kích thích cách nhau khoảng từ 0.02-dưới 1s (tùy loại kích thích) có thể phân biệt được trước, sau và khoảng giữa hai kích thích đó. Trong khi những kích thích gần nhau hơn sẽ được xem như đồng thời. Vậy, trong cuộc sống thực, có thể mọi thứ không diễn ra một cách liền mạch, nhưng ta vẫn nhận thức như một sự liền mạch.
Trong khi đó, những kích thích dài hơn lại không thể được cảm nhận một cách chính xác về mặt thời gian. Lúc này, bộ não sẽ dùng trí nhớ, sự chú ý và dữ kiện cộng thêm để ước lượng thời gian. Chẳng hạn, chúng ta tính toán thời gian đọc một cuốn sách từ việc tính xem trung bình đọc một trang sách trong bao lâu, còn não bộ không trực tiếp ước lượng được từ đầu. Sự ước lượng này không phải lúc nào cũng chính xác, chẳng hạn ta thường xuyên đánh giá quá thấp khâu chuẩn bị trước khi ra khỏi nhà khiến dẫn đến dễ bị trễ hẹn. Nên trong phần lớn thời gian, con người chủ yếu dùng đồng hồ để ước lượng. Hoặc khi ở trong một môi trường đặc biệt như phòng kín không có kích thích, có thể dẫn đến mất nhận thức tạm thời về thời gian vì thiếu dữ kiện và các điểm mốc để đối chiếu.
Vậy, tóm lại, nhận thức thời gian của con người được hình thành dựa trên chức năng của não bộ và sự quan sát các sự kiện nối tiếp nhau. Hay nói cách khác, chúng ta chưa bao giờ có được cảm nhận đúng đắn về thời gian, thực tế “thời gian” chỉ là khoảng trống giữa các sự kiện ta tiếp nhận.
Do vậy, nhận thức về thời gian của con người liên tục bị bóp méo và không nhất quán. Chẳng hạn, kỳ nghỉ hè của một đứa trẻ có thể kéo dài hơn trong trí nhớ của chúng nếu ở đó tràn ngập điều vui vẻ, thú vị. Trong khi đó, người già lại thường có cảm giác thời gian trôi tuột qua nhanh chóng. Sở dĩ có điều này vì não bộ chúng ta ưu tiên ghi nhận những trải nghiệm mới mẻ và thường xuyên bỏ qua những thứ quen thuộc. Nên càng về già, cuộc sống càng giản đơn (cùng với sự thoái hóa trong chính bộ não) khiến nhận thức để hàng loạt trải nghiệm trôi tuột qua. Vì không có nhiều điểm mốc để đánh dấu, khoảng giữa các sự kiện trở nên ít đi, và cảm giác về sự kéo dài của thời gian cũng chẳng còn bao nhiêu.
Không những thế, vì nhận thức thời gian của chúng ta được chịu trách nhiệm bởi hồi hải mã và các sóng điện não, nên chúng cũng có thể bị bóp méo dựa trên ngôn ngữ ta sử dụng, hay trong lúc dùng các chất kích thích. Dùng những chất ảo giác như LSD có thể khiến một ngày trôi qua như cái búng tay, trong khi một số loại ma túy khác khiến 10 phút kéo dài như cả đời người. Từng có một số thí nghiệm cho thấy người nghiện cocain mất khả năng thực hiện các nhiệm vụ yêu cầu thời gian (và đó mới chính là sự đau khổ của việc nghiện ngập).
Không chỉ con người, dường như mọi sinh vật sống đều có khả năng nhận thức về thời gian. Đối với động vật, loài có kích thước cơ thể càng nhỏ và tốc độ trao đổi chất càng nhanh thì cảm nhận của chúng về thời gian càng chậm.
Các nhà nghiên cứu đã cho hơn 30 loài động vật gồm thằn lằn, chim, cá và bò sát tiếp xúc với ánh sáng nhấp nháy liên tục. Sử dụng các điện cực để đo đạc hoạt động của não bộ kết hợp với quan sát hành vi của chúng, họ nhận thấy khi đèn nháy với tốc độ đủ nhanh, con vật sẽ xem đó như là ánh sáng liên tục không ngắt quãng. Những loài phân biệt được sự nhấp nháy ở tần số càng cao thì càng nhận thức thời gian với “độ phân giải” càng lớn. Nói cách khác, các chuyển động và sự kiện sẽ diễn ra chậm hơn đối với chúng.
Vậy, đoạn trên nhằm giải thích cho các bạn biết rằng thời gian chúng ta cảm nhận được chỉ là sự quy ước não bộ của riêng chúng ta, cùng với hệ thống đồng hồ nhân loại đang dùng. Chúng ta cảm nhận thời gian khác nhau cũng như lệch đi với phần còn lại của toàn bộ sinh giới, thậm chí chính ta cũng có những cảm nhận sai lệch với bản thân tùy vào từng thời điểm. Và tất nhiên, tất cả những nhận thức thời gian trên đều sai với thời gian trong thế giới vật lý.
Thời gian trong vật lý rất khác, và để hiểu được khái niệm này, hãy vứt bỏ hết những “cảm giác” của bạn về thời gian trước đã.
2. Thời gian trong vật lý.
“Thời gian tuyệt đối là bản chất của tự nhiên, trôi một cách đồng nhất” là phát biểu của Isaac Newton trong công trình Principia của ông vào năm 1687. Ông cho rằng ngay cả khi chúng ta cảm nhận sai, cũng như ngay cả khi đồng hồ đi lệch, thời gian vẫn vận động một cách đồng nhất, không ngắt quãng và liên tục trong toàn cõi vũ trụ. Quan niệm này đúng với nhận thức chung của tất cả chúng ta, cho đến tận thời điểm này, khi đang đọc bài viết này.
Tiếp đến, vào năm 1824, nhà khoa học người Pháp Sadi Carnot đã có phát biểu gián tiếp chỉ ra rằng thời gian vận động như một mũi tên luôn hướng về phía trước và không thể đảo ngược. Đây cũng là phát biểu đầu tiên được ghi nhận về định luật thứ hai của nhiệt động lực học: trong một hệ kín, mọi thứ vận động theo chiều hướng hỗn loạn dần bởi sự tăng lên của entropy và quá trình này không thể đảo ngược. Điều này, một lần nữa, cũng phù hợp với nhận thức chung của chúng ta về thời gian nói riêng hay thế giới nói chung.
[Về sau, khái niệm mũi tên thời gian (arrow of time) đã được hoàn thiện và phát triển đầy đủ hơn bởi Arthur Eddington và một chút bởi Stephen Hawking. Nhìn chung, đến thời điểm này, chúng ta đều đồng ý với nhau rằng không thể đảo ngược entropy cũng như chiều của thời gian].
Mọi thứ bắt đầu trở nên hay ho hơn vào năm 1905, trong công trình của mình là Thuyết Tương đối hẹp, Einstein cho rằng không hề tồn tại một thứ gọi là “đồng hồ phổ quát của vũ trụ” như Newton từng nói. Thay vào đó, các phép đo thời gian phụ thuộc vào chuyển động của người quan sát. Cụ thể, càng di chuyển với tốc độ nhanh hơn, thời gian càng trôi chậm đi và dường như đứng yên khi ta đạt tốc độ giới hạn của vũ trụ là tốc độ ánh sáng.
Vì sao lại thế?
Trước thời của Einstein, James Clerk Maxwell đã tìm ra vận tốc của ánh sáng là c, là một hằng số và luôn giữ nguyên với bất kỳ hệ quy chiếu nào. Chẳng hạn, ba người ở Trái Đất, sao Hỏa hay một phi thuyền đang di chuyển, vẫn sẽ nhìn thấy ánh sáng đi với một tốc độ cố định. Điều này mâu thuẫn với định luật của Newton. Vì trước đó, vận tốc của một vật đang di chuyển sẽ phụ thuộc vào hệ quy chiếu chúng ta dùng để xét (tàu chạy với vận tốc 40km/h so với mặt đất, sẽ có vận tốc 20km/h so với tàu khác có vận tốc 20km/h đang chạy cùng chiều và 60km/h so với tàu khác có vận tốc 20km/h đang chạy ngược chiều). Nếu tất cả mọi thứ trong vũ trụ đều tuân theo định luật của Newton, vậy, vì sao ánh sáng có thể là một ngoại lệ?
Khi Thuyết tương đối hẹp ra đời và chúng ta biết rằng c (tốc độ ánh sáng) là một hằng số, đồng nghĩa rằng không thể có bất kỳ vật di chuyển nào có tốc độ nào vượt qua con số này được, trong toàn cõi vũ trụ. Vậy, trong một thí nghiệm tưởng tượng, cho một con tàu chạy xuôi với tốc độ tiệm cận với tốc độ ánh sáng, bên trong ấy là một chiếc xe máy chạy từ đuôi tàu đến đầu tàu, chẳng phải lúc này chiếc xe máy sẽ đạt tốc độ hơn cả c? Để giải quyết cho nghịch lý này, mọi người đồng ý với nhau rằng tốc độ của chiếc xe máy sẽ phải cực-kỳ-chậm sao cho vận tốc của nó không thể vượt qua được c. Điều tương tự cũng xảy ra với thời gian trôi trên con tàu chạy gần bằng tốc độ ánh sáng ấy.
Năm 1915, trong Thuyết tương đối tổng quát, Einstein lần đầu hình tượng hóa được mối quan hệ giữa các hành tinh với nhau. Trước đó, nhờ Newton, chúng ta biết rằng vạn vật hấp dẫn lẫn nhau, nhưng mối quan hệ thực sự giữa Mặt Trời là Trái Đất là gì, và dựa trên đâu? Vì sao chúng lại… hấp dẫn lẫn nhau?
Trong Thuyết tương đối tổng quát, Einstein cho rằng Mặt Trời đã biến dạng không gian và thời gian, để giữ Trái Đất luôn ở khoảng cách cố định. Nói một cách chính xác hơn, khối lượng của Mặt Trời tạo ra lực hấp dẫn, lực này đã bóp méo không gian và thời gian xung quanh nó để giữ các hành tinh khác trôi trong quỹ đạo của không gian ấy.
Vì lực hấp dẫn có thể bóp méo không gian, thời gian, nên những nơi có lực hấp dẫn lớn (như hành tinh nước trong Interstellar), thời gian-không gian sẽ bị bẻ cong nặng nề hơn và thời gian sẽ trôi qua chậm hơn so với những nơi có lực hấp dẫn nhỏ hơn.
Tưởng tượng một cách đơn giản, bề mặt không gian-thời gian như một màng bọc thực phẩm, đặt trái táo lên trên sẽ khiến bề mặt màng bọc bị trũng xuống, khi đó, những trái nho được đặt lên sẽ lăn về phía trái táo. Điều thú vị nằm ở đây: khi đặt trái dưa hấu nặng gấp 5 lần trái táo lên trên màng bọc, không gian-thời gian càng trũng xuống nhiều hơn do đó trái nho sẽ phải đi một quãng đường xa hơn để đến được chỗ trái dưa (giả sử trái dưa nặng hơn nhưng bằng kích thước trái táo).
[Giải đáp nhanh – Vì sao Trái Đất không bị hút vào Mặt Trời như táo và nho: Vì những thứ bị hút, thực ra đã… bị hút rồi. Trái Đất hay các hành tinh khác vốn đã ở khoảng cách an toàn và vẫn đang bay thẳng theo quán tính như bất kỳ vật thể nào khác, nhưng trong một không gian bị bẻ cong bởi lực hấp dẫn được tạo ra bởi Mặt Trời, nên ra quỹ đạo như chúng ta đang thấy như ngày nay].
[Cũng theo Thuyết tương đối rộng, cả không gian lẫn thời gian đều được sinh ra kể từ sau vụ nổ Big Bang. Trước Big Bang, không có cả không gian lẫn thời gian. Nếu bạn thắc mắc rằng “thế nó có gì”, nghĩa rằng bạn chưa hiểu về thế giới. Thời gian, hay không gian trong vật lý là một khái niệm vật lý và khái niệm này đơn giản không tồn tại trước Big Bang. Cũng như khi đứng ở cực Bắc, không còn bất kỳ khái niệm “hướng Bắc” nữa, thay vào đó mọi hướng lúc này đều là hướng Nam].
Mọi thứ trở nên hấp dẫn hơn nữa kể từ sau khi cơ học lượng tử ra đời. Trong thế giới lượng tử, thời gian là một đại lượng tuyệt đối và điều này trực tiếp mâu thuẫn với khái niệm thời gian có thể bị bẻ cong và uốn nắn trong thuyết tương đối động. Thậm chí, cơ học lượng tử cũng tồn tại nhiều công thức về lực hấp dẫn nhưng không cần tham chiếu bất kỳ đại lượng thời gian nào. Từ đó, dẫn đến câu hỏi rằng liệu thời gian có thực sự tồn tại hay không?
Carlo Rovelli, nhà vật lý lý thuyết, cho rằng nhận thức về thời gian của chúng ta không thực tế. “Nó” đã biến đổi liên tục từ trước thời Newton, và đến nay là sau thời của Einstein, đến mức ta không thực sự hiểu “nó” chính xác là gì và liệu nó còn có còn tiếp tục biến đổi hay không. Cho đến nay, chưa có bất kỳ nhà vật lý nào định nghĩa rõ ràng thế nào là “hiện tại”, “quá khứ” hay “tương lai”. Chính Einstein cũng chỉ xem thời gian như một hệ trục thứ 4 để tham chiếu, nghĩa rằng bản thân thời gian không thể phức tạp hơn không gian để có những tính chất như “quá khứ”, “hiện tại” hay “tương lai.
Rovelli đưa ra một giả thuyết tham vọng hơn: thời gian không tồn tại trong vật lý. Ông cho rằng sự tồn tại của thời gian cho đến nay chỉ dựa trên nhận thức của chúng ta và những ghi chép mâu thuẫn lẫn nhau bởi Newton, Einstein hay Schrodinger. Vậy, thời gian tồn tại như một sự… thiếu hiểu biết. Cứ sau vài trăm năm, người ta lại nói về nó như một thứ gì đó ngày càng xa lạ.
Theo Rovelli, vũ trụ này tuân theo quy luật của nhiệt động lực học và cơ học lượng tử. Qua đó, dòng thời gian thực chất chính là chiều tăng tiến của entropy. Cụ thể hơn, một cơn bão không phải một sự kiện bao gồm các thông số về không gian, thời gian như chúng ta vẫn nghĩ. Đó thực chất chỉ là tập hợp các lần xuất hiện của các hạt vật chất đã kiến tạo nên sự kiện ấy. Mô tả này trùng khớp với bản chất của thế giới (được cấu tạo từ các hạt cơ bản), và khi đã nói đến bản chất, nó phải bao hàm cả sự kiện thay vì chỉ vật thể bên trong thế giới ấy.
Nói cách khác, Rovelli đưa ra ý tưởng rằng thế giới này giống bộ phim hoạt hình được tạo nên bởi các hạt cơ bản, diễn ra theo đúng chiều entropy. Chúng ta thấy các sự kiện diễn ra theo chiều tịnh tiến của thời gian chẳng qua vì giới hạn về mặt nhận thức, còn thực chất đó chỉ là tập hợp liên tục vị trí của các hạt.
Tất nhiên, đến nay đây cũng chỉ là ý tưởng của Carlo Rovelli.
3. Tái định hình hiểu biết về thời gian?
Những thành tựu liên quan đến thời gian trong 200 năm qua đã dần đập tan gần như toàn bộ lầm tưởng của chúng ta về thời gian từ cách đây hàng chục nghìn năm.
Chúng ta nghĩ về thời gian như một thứ gì đó cơ bản và đơn giản, chảy một cách thống nhất trong toàn cõi vũ trụ, không thể đảo ngược. Chúng ta nghĩ rằng quá khứ sẽ được lưu giữ nguyên vẹn kể từ sau khi nó đã diễn ra, trong khi tương lai mênh mông đầy ẩn số không thể với tới.
Nhưng kiến thức vật lý cho thấy thời gian bị uốn cong, bóp méo và ý tưởng về chuyện du hành đến cả quá khứ lẫn tương lai đều đã tồn tại trên lý thuyết thông qua lỗ đen hay lỗ sâu. Thậm chí cơ học lượng tử còn mở đường cho sự phát triển của hàng loạt ý tưởng cho thấy thế giới chúng ta đang sống thực chất trơ trọi, chẳng tồn tại bất kỳ thứ gì gọi là thời gian cả.
Liệu, sau một thời gian dài (thật trớ trêu khi phải dùng cụm từ ấy) sống trong thế giới tưởng chừng như luôn ngập tràn thời gian, chúng ta có phải trải qua cảm giác bàng hoàng khi nhận đó là thứ chưa từng tồn tại?
Hãy kiên nhẫn, thời gian sẽ trả lời cho câu hỏi trên.
> Xem thêm: Sự thật về Bill Gates: Bill Gates có tạo ra Covid-19?
