Trung Quốc dùng vật lý lượng tử để chứng minh "mũi tên thời gian" bất biến

Thời gian, dòng chảy một chiều không thể đảo ngược trong trải nghiệm con người, từ lâu đã là một nghịch lý lớn trong vật lý học.

Trong khi chúng ta sinh ra, già đi và không bao giờ trẻ lại, các phương trình cơ bản của Newton, Maxwell hay cơ học lượng tử lại có tính đối xứng thời gian, nghĩa là chúng hoạt động hoàn hảo dù thời gian trôi xuôi hay ngược.

Trong hơn một thế kỷ, lời giải thích tiêu chuẩn cho nghịch lý này nằm ở khái niệm Entropy và Định luật thứ hai của Nhiệt động lực học. Lý thuyết của Ludwig Boltzmann cho rằng trong một hệ thống khép kín, mức độ hỗn loạn (entropy) luôn tăng lên, tạo ra "mũi tên thời gian" - ví dụ điển hình là giọt mực loang ra trong cốc nước và không bao giờ tự thu lại.

Tuy nhiên, lời giải thích này vẫn chưa thỏa đáng ở cấp độ vi mô, khi nó dựa nhiều vào xác suất và các điều kiện ban đầu của vũ trụ hơn là một quy luật cơ bản của từng hạt vật chất.

"Mũi tên thời gian" từ sự tương quan lượng tử

Mới đây, một nhóm nghiên cứu do nhà vật lý Cai Qingyu tại Đại học Hải Nam dẫn đầu đã công bố một khung lý thuyết mới trên tạp chí Annals of Physics, tiếp cận vấn đề từ góc độ cơ học lượng tử. Theo lý thuyết này, mấu chốt nằm ở "sự tương quan" (correlation) giữa các hạt.

Ở cấp độ lượng tử, các hạt không tồn tại cô lập. Khi chúng tương tác, chúng trao đổi thông tin và hình thành các mối liên kết. Theo thời gian, những mối tương quan này tích tụ và lan rộng ra toàn bộ hệ thống, tạo ra một mạng lưới thông tin khổng lồ.

Nghiên cứu lập luận rằng tính không thể đảo ngược của thời gian không phải do một thế lực bên ngoài áp đặt, mà phát sinh từ chính cấu trúc và động lực học của hệ thống.

Khi thông tin về trạng thái ban đầu của các hạt bị phân tán vào mạng lưới này và trở nên "không thể truy cập" về mặt thực tế, một trật tự tự nhiên của "trước" và "sau" được hình thành. Dù về mặt lý thuyết toán học, các phương trình có thể đảo ngược, nhưng trong thực tế vật lý, việc gỡ bỏ hàng tỷ tỷ mối tương quan lượng tử để đưa hệ thống về trạng thái cũ là điều không thể thực hiện.

Điều này đồng nghĩa với việc, giấc mơ chế tạo cỗ máy thời gian để quay về quá khứ sửa chữa sai lầm, như trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, là trái ngược với quy luật vận hành của tự nhiên.

Bổ sung cho các định luật hiện hành

Lý thuyết mới này không phủ nhận các định luật của Einstein hay Nhiệt động lực học, mà đóng vai trò bổ sung cho chúng. Nếu Thuyết tương đối giải thích thời gian ở cấp độ vĩ mô với trọng lực và tốc độ ánh sáng, thì lý thuyết của nhóm Cai Qingyu giải thích nguồn gốc của dòng chảy thời gian từ cấp độ vi mô nhất.

Nhà vật lý lý thuyết Sun Changpu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc nhận định, nghiên cứu này đã "chạm đến một trong những câu hỏi sâu sắc nhất của khoa học", giúp thu hẹp khoảng cách giữa thế giới lượng tử kỳ lạ và thực tại mà chúng ta trải nghiệm mỗi ngày.

Thời gian, theo đó, không chỉ là một ảo giác, mà là kết quả tất yếu của sự vận động vật chất trong vũ trụ.