12-04-2013 | KHOA HỌC

Thời Gian

  HOÀNG DUNG

Vũ trụ có ta còn hiện hữu

Không ta nào biết có hay không?

Đó là hai câu thơ của Vương Đức Lệ, vũ trụ sẽ vô nghĩa nếu không có sự sống và sự sống sẽ không thể hiện hữu nếu không có thời gian, không gian.

Đối với chúng ta, dù thời gian là một thực tế quan trọng trong đời sống, nhưng lại rất mơ hồ, khó hiểu, dù cho có những nghệ sĩ như nhạc sĩ Hoàng Trọng đã có thể:

Nghe tiếng thời gian âm thầm đưa.

Ngẩn ngơ thương nhớ đến cung đàn xưa.

hay thi sĩ Đoàn Phú Tứ có thể biết:

Màu thời gian không xanh.

Màu thời gian tím ngát.

Hương thời gian không nồng

Hương thời gian thanh thanh.

Chúng ta thường cảm nhận là thời gian giống như con đường một chiều từ dĩ vãng qua hiện tại rồi đi thẳng về tương lai. Nói theo Davies, con người là những kẻ du hành bất đắc dĩ trong thời gian với vận tốc di chuyển là một giây mỗi giây, một giờ mỗi giờ. Dĩ vãng là những gì đã xảy ra, như một mũi tên đã bắn ra, không thể nào níu kéo, và rồi sẽ dần dần chìm sâu trong ký ức, trong huyệt lãng quên. Tương lai thì chúng ta có thể có ít nhiều chủ động để cố gắng và hy vọng. Nhưng hiện tại chỉ là phù du, vì khi chúng ta hát lên câu hát "Còn đây giây phút này..." thì cái "giây phút này" đó đã vừa bị thời gian lôi tuột về dĩ vãng...

Thời Gian Trong Đời Sống Hàng Ngày

Từ xưa đến nay, đã có nhiều hình ảnh thể hiện thời gian. Võ biền như "bóng câu qua cửa sổ" của Đông phương hay "mũi tên thời gian" của Tây phương, nhẹ nhàng thơ mộng như Cung Tiến: "Thời gian, tựa cánh chim bay... Qua dần những tháng cùng ngày" nhưng biểu tượng tương đối phổ thông nhất là thời gian được ví như một dòng sông. Câu nói của Heraclite - "chúng ta không bao giờ có thể tắm hai lần trong một dòng sông" - có nghĩa là chúng ta không thể nào ngăn chặn được hiện tai hay níu kéo được những gì đã trôi qua.

Trước sự bất lực của con người với thời gian, soi gương thấy mái đầu buổi sáng như tơ xanh, chiều đã bạc như tuyết, Lý Bạch đã cảm khái coi thời gian như "Hoàng Hà chi thủy thiên thượng lai bôn lưu đáo hải bất phục hồi" rồi lấy cớ về sự bất lực đó mà uống rượu say khướt.

Nhưng trên thực tế, dòng sông nào cũng phải có nguồn, có thượng lưu, có hạ lưu, và sông sẽ không còn tồn tại khi ra tới biển. Chúng ta biết được nguồn gốc và chung cuộc của dòng sông nhưng chúng ta không thể biết được nguồn gốc và chung cuộc của thời gian. Các nhà khoa học cho là nó bắt đầu từ thời điểm Planck, ngay sau Big Bang, lúc khai sinh của vũ trụ. Nhưng do giới hạn về tri thức của con người, có chắc là nó chỉ bắt đầu sau Big Bang (gần 15 tỷ năm về trước) và sẽ chấm dứt cùng với ngày tàn của vũ trụ hay vẫn tiếp tục đi mãi trên con đường một chiều vô tình, vô thủy vô chung?

Vì không biết chắc khởi điểm và chung cuộc của dòng thời gian, nên để tiện dụng, con người chỉ có thể để cho thời gian bắt đầu từ một điểm mốc nào đó, và lịch Julian chúng ta đang dùng đã đặt điểm mốc cho một khúc của dòng thời gian, đánh dấu điểm mốc đó là năm 0 của dương lịch, năm Chúa sinh ra đời.

Trong khi điểm mốc của thời gian đã được đánh dấu một cách độc đoán như thế, cách đặt đơn vị để đo thời gian cũng không khá hơn. Trước đây, đơn vị chính để đo thời gian là giây đồng hồ và giây đồng hồ được qui định là 1/86.400 của ngày, trong khi ngày lại phụ thuộc vào vị trí của mặt trời đối với trái đất và sự di chuyển của trái đất xoay quanh mặt trời không hoàn toàn chính xác. Trái đất xoay lúc nhanh lúc chậm, lúc ngả lúc nghiêng. Vì thế, kể từ 1967, Ủy Ban Đo Lường Quốc Tế đã định nghĩa giây đồng hồ là thời gian của "9.192.631 chu kỳ phóng xạ của nguyên tử cesium."

Không chỉ giây đồng hồ mới bi xác định rắc rối như thế. Kể tử năm 1983, một thước (mét) không còn là chiều dài của một khúc kim loại tiêu chuẩn đặt ở Viện Đo Lường Quốc Tế mà được xác định một cách khó hiểu là bằng khoảng cách mà ánh sáng đi được trong 1/299.792.458 giây đồng hồ...

Những chu kỳ phóng xạ của cesium cực kỳ chính xác nên đồng hồ nguyên tử cesium do hãng HP chế tạo được coi như sẽ chính xác trong vòng hàng triệu năm. (Mới đây tháng 2-2010, đồng hồ lượng tử ra đời, chỉ bị sai một giây trong một tỷ năm, hiện là đồng hồ chính xác nhất trên thế giới).

Vì trái đất xoay hơi lạng quạng nên để điều chỉnh lại thời gian, cứ vài năm, thời gian bình thường của chúng ta dựa vào vị trí mặt trời hiện nay lại phải tăng thêm một giây, gọi là "giây nhảy vọt - leap second."

Tuy quan niệm chung về thời gian của chúng ta là thời gian độc lập, phổ quát, bất khả xâm phạm, vô tình, tác động giống y như nhau đối với tất cả mọi người, nhưng con người là một sinh vật có suy nghĩ, có cảm xúc và nhất là thời gian chỉ có ý nghĩa nếu có tâm thức để cảm nhận nó, nên đối với con người, chúng ta còn có loại "thời gian tâm lý" chẳng hạn "nhất nhật bất kiến như tam thu" hay "nhất nhật tại tù thiên thu tại ngoại"... hoặc quá độ như Thanh Tâm Tuyền: Thời khắc hạnh phúc vốn mong manh / Mà vĩnh viễn đó ...

Tuy nhiên, Tô Thùy Yên, sau hơn mười năm tù tội trở về chốn cũ, đã cảm khái mà coi nhẹ thời gian và thế sự:

Quên quên nhớ nhớ tiền sinh kiếp

Thiên cổ mang mang, thế sự nhòa

Mùa hạ tàn trôi trôi đốm lửa

Dòng ngày tháng trắng chảy lơ mơ.

Là một người ít làm thơ, ông đã làm những câu thơ tuyệt hay về cát bụi thời gian:

Ta về qua những truông cùng phá

Nếp trán nhăn đùa ngọn gió may

Ta ngẩn ngơ trông trời đất cũ

Nghe tàn cát bụi tháng năm bay

Về phương diện khoa học, quan niệm thời gian bất biến, phổ quát, độc lập, bất khả xâm phạm được coi như nằm trong quan niệm của vật lý Newton, một khoa vật lý đã được toàn thể khoa học gia công nhận cho đến đầu thế kỷ XX. Nhưng cho đến năm 1905, sau khi Einstein đưa ra một lý thuyết cách mạng là thuyết tương đối thì vật lý Newton không còn được coi như khuôn thước tuyệt đối để giải thích mọi hiện tượng thiên nhiên được nữa.

Riêng về thời gian, theo thuyết tương đối của Einstein, thời gian không còn là một hiện tượng độc lập mà đã liên kết với không gian ba chiều để thành một liên thể "không-thời gian" bốn chiều.

Vì thế, khi Mai Thảo: Bước một mình qua ngưỡng cửa năm / Nhân gian tịch mịch tiếng mưa thầm hay khi Phạm Thiên Thư để cho: Con chim mùa nọ chưa chồng / Vẫn bay rời rã trong dòng xuân thu thì Mai Thảo cũng như cánh chim cô đơn của Phạm Thiên Thư đã di chuyển trong cả thời gian lẫn không gian. Trong số nhà thơ, có lẽ Hoài Khanh là người than phiền về sự vô tình của thời gian nhiều nhất:

Rồi em lại ra đi như đã đến

Dòng sông kia vẫn cứ chảy sa mù

Ta ngồi lại bên cầu thương dĩ vãng

Nghe giữa hồn cây cỏ mọc hoang vu.

Thời Gian theo Einstein

Con người, nhỏ bé và chậm chạp, như bị đóng khung trong vật lý Newton, trở nên hoàn toàn thụ động với thời gian, để cho thời gian lôi tuột đi trên con đường một chiều sinh, bệnh, lão, tử, đã tương đối tìm được ít nhiều chủ động với thuyết tương đối của Einstein.

Thời gian theo lý thuyết của Einstein, không còn là một điều gì độc lập, bất biến, phổ quát mà đã bị đặt trong một liên thể không-thời gian bốn chiều, để cùng với không gian, có thể bị bẻ cong hay co giãn tùy theo trọng lực (khối lượng) hay vận tốc. Từ đó, với cùng một sự việc (Einstein gọi là biến cố), do hoàn cảnh (hay nói một cách toán học, tùy theo khung qui chiếu - frame of reference) mà thời gian, không gian của mỗi người cũng khác nhau.

Một thí dụ giản dị về thời gian trong tinh thần thuyết tương đối của Einstein là cái hiện tại khác nhau của khung qui chiếu: Khi Lý Bạch "cử đầu vọng minh nguyệt", Lý Bạch nhìn thấy tình trạng của trăng 1 giây trước đó, khi bà Huyện Thanh Quan ngắm mặt trời xế tà, bà ngắm hiện tại của mặt trời 8 phút trước đó. Khi chúng ta ngắm Bắc Đẩu chúng ta ngắm Bắc Đẩu 600 năm trước đó. Như thế, cái "hiện tại" của chúng ta đã khác với "hiện tại" của mặt trăng, mặt trời hay tinh tú. Thời gian không phải phổ quát và giống nhau.

Tương tự, lấy thí dụ một người ngồi trên xe lửa đang chạy qua một sân ga thấy một bóng đèn tại điểm A trên trần toa xe rớt thẳng góc xuống điểm B dưới sàn. Không gian rơi là khoảng cách AB. Trong khi đó, một người đứng dưới sân ga nhìn lên cũng thấy bóng đèn rơi từ A, nhưng khi bóng đèn đang rơi,xe lửa vẫn chạy và khi bóng đèn rơi trúng điểm B trên sàn xe thì điểm B này đã theo toa xe chạy tới điểm C trong không gian. Không gian rơi đối với người đứng dưới sân ga là AC sẽ dài hơn AB và dĩ nhiên, thời gian rơi cũng sẽ phải lâu hơn. Như thế, với cùng một sự kiện trong hai "khung qui chiếu" khác nhau, không gian và thời gian của hai người đã khác nhau.

Liên thể không-thời gian như một tấm nệm
vô hình. (Nguồn: Khởi Hành)

Tuy nhiên, trong đời sống hàng ngày, vì chúng ta quá nhẹ và di chuyển quá chậm chạp, những khác biệt do vận tốc hay khối lượng gây ra đã quá nhỏ, không đáng để ý nên chúng ta không biết. Einstein đã ví liên thể không-thời gian gồm cả không gian và thời gian ở quanh ta và ở khắp vũ trụ như một tấm nệm cao su, sẽ bị khối lượng làm trũng xuống, không gian quanh đó bị bẻ cong, thời gia bị chậm đi.

Khi Einstein đưa ra ý niệm không gian bị bẻ cong, ông chỉ dùng trực giác thiên tài cùng lý luận vật lý và toán học mà không có phương tiện nào kiểm chứng, vì sự bẻ cong không gian để cho giác quan nhỏ bé của con người có thể nhận thấy cần có một khối lượng khổng lồ, nặng hơn trái đất. May thay, mấy năm sau, nhật thực xảy ra, mặt trời bị che khuất một thời gian ngắn, trời tối đi, sao hiện lên, và nhà thiên văn Eddington đã nhìn thấy và chụp được hình các vì sao phía sau mặt trời.

  Không gian quanh mặt trời bị bẻ cong, ánh sáng từ ngôi sao ở vị trí A sau mặt trời đi ngang bị bẻ cong theo nên tới được trái đất. (Nguồn: Khởi Hành)

Lý do là ánh sáng từ các vì sao đó khi đi ngang mặt trời không bị chận lại do không gian quanh mặt trời (nặng gấp 300 ngàn lần trái đất) đã bị khối lượng mặt trời bẻ cong, ánh sáng các vì sao đã đi theo đường cong đó để vòng qua mặt trời mà tới được trái đất.

Cho tới nay, đã có nhiều chứng cớ được đưa ra để chứng minh sự co giãn của thời gian:

- Năm 1971, hai đồng hồ nguyên tử cesium được đặt trên hai máy bay bay theo hai hướng đông tây vòng quanh thế giới, so sánh với đồng hồ chuẩn đặt dưới đất. Sự sai biệt do vận tốc và khác biệt trọng lực xảy ra đúng như tính toán dự trù (vận tốc giãn nở thời gian).

- Tại đại học Harvard, một đồng hồ đặt trên đỉnh tháp, một đồng hồ đặt dưới chân tháp. Sau một thời gian, do trọng lực mạnh hơn, đồng hồ dưới chân tháp chậm hơn đồng hồ trên đỉnh tháp (khối lượng giãn nở thời gian).

- Những hạt điện tử muon, được tạo ra khi những tia vũ trụ tuyến chạm vào tầng khí quyển cách mặt đất hơn 1000m. Nếu không di chuyển, đời sống hạt muon chỉ kéo dài 2.2 phần triệu giây. Như thế, dù lao xuống mặt đất với vận tốc ánh sáng, nó cũng chỉ có thể rơi được 660 m, nhưng trên thực tế, nó đã rơi được tới mặt đất và sống thêm vài phần triệu giây nữa. Lý do là với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, thời gian của hạt muon đã giãn ra cả chục lần. Hiện tượng thiên nhiên này được kiểm chứng lại trong phòng thí nghiệm là khi di chuyển bằng 99.9% vận tốc ánh sáng, hạt muon sống lâu tới 35 giây.

- Sau cùng, mới đây, đồng hồ trên vệ tinh cho các máy chỉ đường GPS phải điều chỉnh giờ giấc cho xóa bỏ được những thay đổi do trọng lực hay vận tốc gây ra.

Công Thức Biến Đổi Thời Gian Lorentz

Trong thí dụ bóng đèn rơi trên xe lửa nêu trên, nếu thay bóng đèn rơi bằng tia sáng chiếu từ điểm A trên trần xuống điểm B trên sàn, ánh sáng sẽ đi với vận tốc c (300 ngàn cây số/giây), và vận tốc xe lửa là v. Nếu gọi thời gian mà ánh sáng đi từ trần xe xuống sàn của người trên tàu là t, của người đứng dưới sân ga là t', và áp dụng định lý Pythagore cho tam giác ABC (AC là cạnh huyền, AB = ct, BC: vt, AC = ct'), ta có công thức tính sự giãn nở của thời gian khi di chuyển với vận tốc v: t' = t/(1- v²/c²)1/2.

Công thức này được gọi là công thức biến đổi Lorentz. Vì vận tốc ánh sáng quá cao nên trong đời sống bình thường, tỷ số v²/c² rất nhỏ, ta đã coi như thời gian của hai người trên tàu và trên sân ga giống nhau. Nếu nghĩ khác biệt về thời gian và không gian của mỗi người lâu ngày chồng chất sẽ có thể làm xáo trộn lịch trình đời sống hàng ngày, ta nên biết rằng không thể tách thời gian ra khỏi không gian.

Mỗi một vị trí của không gian đều tương quan với thời gian và được thuyết tương đối gọi là một "biến cố" (event). Thời gian và không gian của mỗi người một khác, nhưng liên thể không-thời gian của biến cố đối với hai người đều giống nhau. Trong Chinh Phụ Ngâm:

Chàng từ sang đông nam khơi nẻo.

Thiếp lại về buồng cũ gối chăn.

Không gian của hai người khác nhau, thời gian của hai người cũng khác nhau vì người chinh phu phải di chuyển luôn luôn. Nhưng không-thời gian (hay biến cố) của hai người giống nhau. (vòng giới hạn chung quanh black hole được gọi là chân trời biến cố, tại đó, thời gian đối với chúng ta như ngưng đọng)

Dĩ Vãng, Hiện Tại, Tương Lai

Chúng ta thường phân biệt thời gian làm dĩ vãng, hiện tại và tương lai. Dĩ vãng là những sự việc, biến cố đã xảy ra và chúng ta ý thức được nhờ hồi tưởng. Dù theo vật lý Newton hay Einstein, chúng ta không thể thay đổi được những gì đã xảy ra trong dĩ vãng.

Tương lai là những sự kiện chưa xảy ra, chúng ta chỉ lờ mờ ý thức được trong tâm tưởng qua hy vọng, mơ mộng, dự đoán. Dù cho tương lai sẽ bị ảnh hưởng bởi dĩ vãng và hiện tại, nhưng ngay cả "đỉnh cao trí tuệ" được nhiều người sùng bái nhất là Marx cũng sai bét khi dẫn chứng, lý luận và tiên đoán về sự phát triển của tương lai nhân loại.

Trong khi đó, hiện tại là những gì ý thức ta cảm nhận được trực tiếp qua giác quan, thấy được, nghe được, biết được... Rồi từ cảm giác, chúng ta ý thức, xúc động... Tất cả những kinh nghiệm này sẽ trôi tuột ngay vào kho tàng dĩ vãng. Trên thực tế, cái sát na hiện tại rất là phù du, có lẽ ngắn hơn cả cái thời gian ngắn tuyệt đối của vật lý học là thời hạn Planck (hơn nửa của 1 phần tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ giây đồng hồ). Vì thế, có người nói là không bao giờ có hiện tại, cái hiện tại chỉ giản dị là giao tiếp của một dĩ vãng vừa mới xảy ra và tương lai tới ngay lập tức. Hình như cái kho chứa thời gian của cả dĩ vãng và tương lai đều bất tận, chỉ có sự hiện hữu mong manh hữu hạn của con người mới đôi khi cảm thấy phí phạm thời gian... Vì thế, khi Hoài Khanh đứng bên bờ thời gian, ông không nói là ông đứng ở hiện tại mà là đứng bên bờ dĩ vãng:

Tôi đứng bên bờ dĩ vãng

Âm thầm con nước lạnh lùng xuôi.

Vấn Đề Di Chuyển Trên Dòng Thời Gian

Từ khi thời gian mất đi tính chất thiêng liêng là độc lập, bất khả xâm phạm, phổ quát, đồng đều mà có thể bị bẻ cong như một chiều của không gian, con người bắt đầu nghĩ đến chuyện không thể để cho thời gian áp đặt mình nữa, như Hoàng Trọng đã than phiền "thời gian vẫn lạnh lùng trôi". Họ muốn hạ thấp chiều thời gian xuống ngang với chiều không gian để họ có thể đi đi lại lại một cách tích cực, theo ý muốn, trong thời gian.

Tuy nhiên, thuyết tương đối chỉ cho phép con người có thể lấn quyền tạo hóa mà đi về tương lai. Trong tương lai, nếu con người có thể chế tạo được những phi thuyền di chuyển với vận tốc hàng trăm ngàn cây số/giờ (vận tốc ánh sáng là hơn 1 tỷ cây số/giờ) để rời xa trái đất, thì khi trở về, họ có thể sống ở tương lai xa của những người cùng năm sinh vẫn ở lại trái đất.

Lấy thí dụ Từ Thức, khi ông gặp Giáng Tiên và được đưa lên tiên cảnh, ông sống ở đó 3 năm, khi trở về trần thì dưới trần đã ba mươi năm. Theo công thức Lorentz kể trên, động tiên của Từ Thức ít ra phải di chuyển với vận tốc 284.605 km/giây. Như thế, Từ Thức đã sống 3 năm trong khi người đồng thời sống 30 năm, chỉ vì họ sống trong hai không gian hay hai "khung qui chiếu" khác nhau. Tuy vậy, Từ Thức sau khi về trần cũng chỉ sống thêm được ít chục năm rồi qua đời với tuổi thọ bình thường, trong đó có ba năm sống dù sống với tiên nữ ở nơi thiên đường cũng thấy quá buồn tẻ.

Trên lý thuyết, có một cách nhảy vọt về tương lai khác, là áp dụng sự kiện thời gian co giãn do khối lượng nên các nhà khoa học nghĩ ta có thể đi về tương lai nếu sống gần bên một vật thể có trọng lực thật mạnh.

Vật thể có một trọng lực khủng khiếp như thế chỉ có thể là một sao trung hòa (neutron star) hay một lỗ đen (black hole), hai hiện tượng thiên nhiên có khối lượng nặng gấp triệu lần trái đất nhưng lại có một kích thước rất nhỏ.

Như thế, nếu Từ Thức không di chuyển bằng phi thuyền nhanh gần bằng ánh sáng thì có lẽ cái thiên thai của ông đã nằm sát bên một lỗ đen.

Với định đề là không một vật thể nào có thể đi nhanh hơn ánh sáng, thuyết tương đối không cho phép con người có thể "ngược dòng thời gian xuôi thuyền đi về quá khứ". Phóng túng như Bùi Giáng cũng chỉ có thể đi về tương lai:

Em về mấy thế kỷ sau.

Hỏi trăng có vẹn nguyên màu đó chăng?

mà không thấy ông nói đến chuyện đi ngược về quá khứ. Vì ngược về quá khứ theo công thức Lorentz, là phải đi nhanh hơn ánh sáng, từ đó, (1- v²/c²)1/2 của công thức Lorentz sẽ là căn số của một số âm, một điều không có, và nhất là, đi ngược về quá khứ là vi phạm nguyên lý nhân quả.

"Nghịch lý người cha" của Tây phương là một thí dụ, theo đó một người con bị bệnh thần kinh thấy cuộc đời khổ quá, trở về quá khứ giết cha để khỏi phải sinh ra mà sống trên cõi đời trầm luân này. Nhưng nếu người cha bị giết thì làm gì có người con từ tương lai trở về quá khứ để giết ông? Vì thế, chuyện Ba Người Lính Nhảy Dù Lâm Nạn của Nguyễn Mạnh Côn có lẽ vô tình lọt qua một lỗ trùng (worm hole) trở về dĩ vãng giúp vua Quang Trung sửa đổi lịch sử sẽ luôn luôn chỉ là một chuyện giả tưởng.

Đối với tri thức con người cho đến hiện nay, dù là vật lý Newton, thuyết tương đối của Einstein hay vật lý lượng tử, nguồn gốc thời gian hay vũ trụ vẫn còn là điều bí ẩn.

Chúng ta chỉ biết, không có thời gian, sẽ không có sự sống. Sự hiện hữu của vũ trụ sẽ vô ý nghĩa. Dù vũ trụ sẽ sống thêm nhiều tỷ tỷ năm, nhưng trái đất chỉ tồn tại nhiều lắm là năm tỷ năm nữa, có lẽ lúc đó loài người cũng bị diệt vong theo và thời gian đối với loài người trên địa cầu sẽ bị chấm dứt vào lúc đó.

Hoàng Dung

(Khởi Hành số 178, Tháng 8.2011)

Cùng Tác Giả:

- Hòa Thượng Thích Tuệ Sỹ Và Nhân Quyền Hoàng Dung Chuyển ngữ

- Vài Liên Tưởng Phân Tâm Học Qua Thơ Bùi Giáng Hoàng Dung Nhận định

- Nguyễn Tất Nhiên Và Vấn Đề Tự Tử Hoàng Dung Nhận định

- Có Và Không Của Thế Gian Hoàng Dung Khảo cứu

- DNA, Đặc Tính Sự Sống và Sinh Vật Hoàng Dung Khảo cứu

- Vài Mạn Đàm Về Sao Trời Hoàng Dung Khảo cứu

- Vật Lý Lượng Tử Và Ý Nghĩa Thiền Học Của Vật Chất Hoàng Dung Khảo cứu

- Thời Gian Hoàng Dung Khảo cứu