Các nhà khoa học đã có thể đảo ngược được thời gian

Trường Vũ lược thuật lại và phân tích về thí nghiệm “chấn động thế giới” của các chuyên gia Viện Vật lý và Công nghệ Moscow, Nga năm 2019.

1/ Mũi tên thời gian là gì (Arrow of Time) ?

Mũi tên thời gian là khái niệm diễn tả trình tự xảy ra của các sự kiện từ quá khứ, qua hiện tại, và đến tương lai - trình tự này không thể đảo ngược được ở thế giới mà chúng ta đã biết.

Tại sao chúng ta không thể quay trở về thời thanh xuân, tại sao chiếc cốc bị rơi xuống đất không “nhảy” ngược lên bàn và lành lại? Tất cả là “tại” mũi tên thời gian.

Mũi tên 1 chiều này như một rào cản vô hình ngăn con người đạt được ước mơ viễn tưởng nhất : du hành quá khứ.

Tuy nhiên trong vật lý, mũi tên thời gian có thể bị đảo ngược mà vũ trụ vẫn tồn tại một cách hoàn toàn bình thường.

2/ Các định luật vật lý thậm chí không cần đến mũi tên thời gian.

Giả sử ta viết phương trình mô tả một chiếc oto di chuyển từ điểm A đến điểm B, sau đó đảo ngược phương trình, ta sẽ thấy oto lại di chuyển từ B về A như một thước phim tua ngược. Cả 2 phương trình này đều chính xác về mặt lý thuyết.

Vì vậy theo các công thức toán học, thời gian có thể đảo ngược mà không vi phạm các định luật vật lý. Giáo sư vật lý Jim Al-Khalili đến từ đại học Surrey - tác giả của cuốn sách Black Holes, Wormholes and Time Machines đã nhận định rằng : cái gọi là mũi tên thời gian chỉ là một hiện tượng ảo giác, các định luật vật lí chẳng nói gì về dòng chảy của thời gian. Khái niệm thời gian trôi hoàn toàn không có trong vật lí học

Tuy vậy, dù không thể nhận thức được mũi tên thời gian từ những phương trình toán học không có nghĩa chúng ta không thấy chúng xảy ra trong cuộc sống hàng ngày.

Lý do là ở định luật nhiệt động lực học thứ hai.

Định luật 2, hay nguyên lý thứ hai, còn gọi là nguyên lý về entropy, liên quan đến tính không thể đảo ngược của một quá trình nhiệt động lực học và đề ra khái niệm entropy.

Nguyên lý này phát biểu rằng entropy của một hệ kín chỉ có hai khả năng, hoặc là tăng lên, hoặc giữ nguyên.

Vì entropy là mức độ hỗn loạn của hệ, định luật này nói rằng vũ trụ sẽ ngày càng "hỗn loạn" hơn. Cơ học thống kê đã chứng minh rằng định luật này là một định lý [1]

Lấy một ví dụ dễ hiểu như sau : khi một chiếc cốc đang ở trên bàn (entropy giữ nguyên) nhưng nếu nó bị rơi xuống đất và vỡ vụn ra từng mảnh thì entropy của chiếc cốc sẽ tăng lên và không thể giảm đi để trở về trạng thái đứng yên lúc đầu.

Đây chính là rào cản ngăn cản bạn du hành về quá khứ, vì định lý về entropy của vũ trụ sẽ bị phá vỡ ngay lập tức.

Tuy nhiên nghiên cứu mới đây của các chuyên gia Viện Vật lý và Công nghệ Moscow, Nga năm 2019 đã khiến định nghĩa về nhiệt động lực học thứ 2 phải sửa chữa đôi chút. Vì các hệ thống siêu nhỏ quy mô lượng tử có thể KHÔNG cần tuân theo định luật này.

3/ “Chiếc cốc lượng tử” đảo ngược được thời gian.

Các nhà khoa học Nga đã sử dụng máy tính lượng tử để mô phỏng quá trình đảo ngược thời gian của một qubit như sau :

Bước 1 Trật tự: Mỗi qubit đều khởi đầu ở trạng thái cơ bản (có mức năng lượng thấp nhất). Giai đoạn này tương đương với việc xác định được vị trí tương đối của một chiếc cốc còn nguyên vẹn ở trên bàn.

Bước 2 Hỗn loạn: Trật tự qubit mất đi, giống như việc chiếc cốc rơi xuống đất và mảnh vỡ của nó bắn ra hỗn loạn về mọi phía trong không gian.

Bước 3 Đảo ngược thời gian: một chương trình đặc biệt được áp dụng để biến đổi trạng thái của máy tính lượng tử khiến nó đi ngược lại với trình tự thông thường, từ hỗn loạn quay ngược lại trật tự.

Bước 4 Tái sinh: Kích hoạt lại chương trình máy tính ở bước hai. Nếu như bước 3 thành công, trạng thái của qubit sẽ ổn định lại, thay vì tiếp tục hỗn loạn hơn. Bước này tương tự như việc bắt các mảnh vỡ của chiếc cốc tự sắp xếp vị trí và trở về như cũ.

Đây là điều đi ngược lại với nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học.

Thí nghiệm với máy tính lượng tử 2 qubit đã cho kết quả chính xác đến 85%, tức là các nhà khoa học hoàn toàn có thể làm chủ được quy trình tái sinh này ở quy mô lượng tử.

4/ Vậy chúng ta có thể tua ngược thời gian để du hành trở về quá khứ hay không?

Các quan sát về quá trình đảo ngược thời gian tự phát (tồn tại trong tự nhiên) :

Gordey Lesovik,người đứng đầu Phòng thí nghiệm Vật lý Công nghệ Thông tin Lượng tử tại MIPT đã tính toán xác suất để 1 electron “du hành về quá khứ” và đã đi được đến kết luận :

“Trong toàn bộ thời gian tồn tại của vũ trụ 13,7 tỷ năm tuổi, với 10 tỷ electron mới được định vị mỗi giây, sự đảo ngược thời gian của trạng thái electron sẽ chỉ xảy ra một lần. Và thậm chí, electron đó cũng chỉ di chuyển không quá một phần triệu giây ngược về quá khứ”

Đây chính là nguyên nhân khiến cho chúng ta không thể quan sát được quá trình du hành thời gian ở thế giới thực, vì xác suất vô cùng thấp và thời gian xảy ra vô cùng nhanh.

Tuy nhiên nếu việc dòng thời gian bị đảo ngược có tồn tại trong vũ trụ thì biết đâu trong tương lai không xa, với công nghệ phát triển vượt trội, loài người có thể chế tạo ra các thiết bị nhân tạo thực hiện được điều không tưởng này thì sao?

Vì vậy nếu ai đó nói với bạn rằng “khoa học và định luật nhiệt động lực học thứ 2 khẳng định rằng thời gian không thể quay ngược” thì hãy tag họ vào bài viết này nhé.

Nguồn : Trường Vũ. Bài viết sử dụng tài liệu tại :

Physicists reverse time using quantum computer

phys.org

Và thí nghiệm này đã được rất nhiều hãng thông tấn lớn trên thế giới đưa tin, trong đó có VTV.

Nga chế tạo cỗ máy thời gian | VTV.VN

vtv.vn

[1] Định nghĩa về định luật nhiệt động lực học 2 : nguồn wiki.