Du hành thời gian: Chìa khóa tìm sự sống ngoài hành tinh?

Du hành thời gian là chìa khóa để loài người tìm kiếm nền văn minh ngoài Trái Đất? Hình minh họa

Thuyết tương đối và tuyệt đối của vận tốc ánh sáng

Vận tốc ánh sáng là tuyệt đối

Đầu thế kỷ 20, Newton chính là ông hoàng của vật lý (cổ điển) khi là người xây dựng bức tranh về thế giới vật lý trong một vận tốc hữu hạn.

Nhưng một thiên tàingười Do Thái, mang tên Albert Einstein đã xuất hiện và thay đổi mọi thứ.

Ông đã bao quát cả học thuyết cổ điển và xây dựng nên một lý thuyết tổng quát về vũ trụ cho đến tận ngày nay.

Nếu phạm vi của lý thuyết cổ điển là những vật có vận tốc rất nhỏ so với ánh sáng thì học thuyết tương đối lại nghiên cứu những vật có tốc độ xấp xỉ vận tốc ánh sáng.

Giới hạn tốc độ trong không gian

Mặc dù Einstein chứng minh rằng không thời gian là tương đối (phụ thuộc hệ quy chiếu và có thể co dãn) nhưng có một thứ là tuyệt đối trong học thuyết tương đối này.

Đó là vận tốc ánh sáng, đơn giản là nếu vị phạm nó (tồn tại một thứ gì đó nhanh hơn vận tốc ánh sáng), thuyết tương đối sẽ sụp đổ.

Di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng

Nếu chúng ta nhanh hơn ánh sáng?

Tại sao ư? Vì khi đó vật thể đó phải đạt khối lượng vô cùng để có được tốc độ tuyệt đối này. Những khái niệm trên có vẻ như khá đơn giản, nhưng những tác động của chúng đã thực sự tạo ra một cuộc cách mạng.

Theo như phương trình nổi tiếng của Einstein, E = mc2, khối lượng và năng lượng, về bản chất, đều có cùng chung một dạng thực thể, và có thể chuyển đổi lẫn nhau.

Theo hướng suy luận này, năng lượng của một vật, có được do sự di chuyển của nó, sẽ làm tăng khối lượng của chính nó.

Thuyết tương đối vẫn là học thuyết tổng quát nhất cho tới ngày nay

Nói cách khác, một vật di chuyển càng nhanh thì khối lượng của nó sẽ càng tăng, và sự gia tăng này chỉ có thể được nhận ra nếu nó di chuyển với một vận tốc cực nhanh.

Cụ thể hơn, nếu vật thể có khả năng di chuyển với vận tốc khoảng 10% vận tốc ánh sáng, khối lượng của nó sẽ tăng 0.5% so với bình thường.

Nếu nó di chuyển với vận tốc đạt 90% vận tốc ánh sáng, khối lượng của nó sẽ tăng gấp đôi.

Không gì nhanh hơn ánh sáng!

Càng tiệm cận đến vận tốc ánh sáng, khối lượng của một vật sẽ càng tăng chóng mặt.

Nếu cố đạt được vận tốc ánh sáng, khối lượng của nó sẽ trở thành vô tận, và điều đó cũng đòi hỏi một lực vô tận để tiếp tục dịch chuyển nó.

Bởi lý do này, không vật thể bình thường này có thể di chuyển bằng, hoặc nhanh hơn vận tốc ánh sáng.

Theo thuyết tương đối của Einstein , di chuyển nhanh hơn ánh sáng đồng nghĩa với du hành thời gian.

Vượt qua tốc độ ánh sáng trong một không gian đồng nhất sẽ cần một năng lượng "nhiều hơn vô hạn", điều này là không hợp lý.

Di chuyển nhanh hơn ánh sáng nào cũng sẽ được xem như là ngược dòng thời gian.

Một số nhà quan sát chuyển động ở á quang tốc sẽ mâu thuẫn với nhau về trình tự của hai sự kiện khác nhau trong không-thời gian.

Nói cách khác, bất kỳ di chuyển nhanh hơn ánh sáng nào cũng sẽ được xem như là ngược dòng thời gian.

Nếu chúng ta di chuyển gần bằng vận tốc ánh sáng?

Bạn sẽ "kéo dài" tuổi thọ nếu di chuyển với tốc độ xấp xỉ ánh sáng

Mặc dù không thể đạt tới tốc độ ánh sáng hay vượt qua nó nhưng việc đạt xấp xỉ lại được các nhà khoa học quan tâm.

Một trong những hiệu ứng được nhắc đến nhiều nhất bởi các nhà vật lý học, đó là hiệu ứng kéo giãn thời gian.

Hiệu ứng này mô tả thời gian như một dòng chảy uốn khúc, có chỗ nhanh chỗ chậm, và nó sẽ trôi chậm lại với những vật thể di chuyển cực nhanh.

Nếu bạn là một hành khách trên chuyến tàu có khả năng di chuyển bằng 90% vận tốc ánh sáng, chiếc đồng hồ của bạn sẽ chỉ trôi qua 10 phút, trong khi thật ra thời gian đã trôi qua 20 phút dưới mặt đất.

Trọng lực cũng là trở ngại lớn cho việc du hành không gian

Bạn cũng sẽ được tận hưởng những trải nghiệm thị giác khá thú vị. Một trong số đó có tên hiện tượng quang sai. Tất cả thị trường của bạn sẽ bị thu hẹp lại, chỉ bằng một chiếc cửa sổ nhỏ bé ngay trước mặt.

Điều này được lý giải bởi sự di chuyển của các photon, thậm chí cả các photon đằng sau bạn, đều di chuyển hướng về phía trước.

Vận tốc quanh chúng ta đều vô cùng nhỏ bé

Một hiệu ứng thị giác khác, cũng không kém phần thú vị, đó là hiệu ứng Doppler. Ánh sáng phát ra từ những vì sao trước mắt bạn sẽ hội tụ cùng nhau, làm mọi vật thể dường như đều có màu xanh.

Ánh sáng phát ra từ những ngôi sao đằng sau bạn sẽ phân tán, và làm chúng đều có màu đỏ.

Bạn di chuyển càng nhanh, sự phân cực càng trở nên rõ rệt, cho đến khi những chùm tia này vượt quá phổ giới hạn của thị giác thông thường.

Khi đó, mọi thứ dường như đen tối trở lại, hoặc có vẻ như mọi vật thể đã hoàn toàn biến mất.

Làm sao để đạt tốc độ cao nhất có thể?

Chúng ta có thể tối ưu tốc độ như thế nào?

Như vậy, năng lượng chính là chìa khóa trong việc bay nhanh hơn trong vũ trụ. Hiện tại, con người vẫn chưa khám phá ra nguồn năng lượng hữu ích để sử dụng trong vũ trụ.

Một trở ngại khác là lực hấp dẫn của Trái Đất. Các tên lửa đẩy hiện đại có thể thắng lực hấp dẫn để đưa phi thuyền ra ngoài không gian, nhưng khối lượng hàng hóa mà chúng có thể mang theo rất hạn chế.

Với khối lượng nhiên liệu khiêm tốn, các phi thuyền khó có thể bay nhanh hơn so với tốc độ hiện tại.

Việc khám phá không gian nhằm tìm ra sự sống ngoài Trái đất là một tương lai xa vời

Nếu muốn di chuyển nhanh hơn, chúng ta cần tìm ra nguồn năng lượng lớn và có thể sử dụng, đây chính là đáp ẩn cho bài toán tốc độ.

Đến ngày nay, chúng ta vẫn chỉ "quanh quẩn" trong Hệ Mặt Trời (hành tinh xa nhất có thể đặt chân tới là sao Hỏa) và việc tìm ra nguồn năng lượng để bay ra ngoài Hệ Mặt Trời là điều không tưởng.

Điều đó cho thấy, nếu loài người có khả năng di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh ang thì tương lai tìm thấy nền văn minh ngoài Trái Đất là điều không quá xa lạ.