Con người từ lâu đã yêu thích khám phá không gian. Chỉ cần nhìn vào sự phổ biến to lớn của các chương trình không gian và tiểu thuyết khoa học viễn tưởng là thấy đủ bằng chứng về điều đó. Tuy nhiên, ngoại trừ các nhiệm vụ Mặt trăng vài thập kỷ trước, thực tế việc con người đặt chân lên các thế giới khác vẫn chưa xảy ra. Khám phá những thế giới như Sao Hỏa hoặc khai thác tiểu hành tinh vẫn có thể còn cách xa hàng thập kỷ. Một ngày nào đó những đột phá trong công nghệ có thể cho phép chúng ta khám phá những thế giới bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta? Có thể, nhưng vẫn còn những trở ngại cản đường.
Warp Speed và Alcubierre Drive – Du hành nhanh hơn tốc độ ánh sáng
Nếu tốc độ Warp có vẻ giống như một thứ gì đó trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, thì đó là vì nó là như vậy. Nổi tiếng nhờ nhượng quyền thương hiệu Star Trek, phương pháp tốc độ nhanh hơn ánh sáng này gần như đồng nghĩa với du hành giữa các vì sao.
Tất nhiên, vấn đề là tốc độ warp bị ngăn cản bởi khoa học thực tế, đặc biệt là theo định luật tương đối của Einstein. Hoặc là nó? Trong một nỗ lực để đi đến một lý thuyết đơn lẻ mô tả tất cả vật lý học, một số người đã đề xuất rằng tốc độ ánh sáng có thể thay đổi. Mặc dù các lý thuyết này không được tổ chức rộng rãi (bị loại bỏ đối với các mô hình lý thuyết dây phổ biến), nhưng cũng đã đạt được một số kết quả nhất định.
Một ví dụ về lý thuyết như vậy liên quan đến việc thực sự cho phép không gian mang đi một chiếc máy bay với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Hãy tưởng tượng đi lướt sóng. Sóng mang người lướt qua nước. Người lướt sóng chỉ phải duy trì thăng bằng và cho phép sóng làm phần còn lại. Sử dụng loại phương tiện di chuyển này, được gọi là Alcubierre drive – Điều khiển Alcubierre (được đặt theo tên của nhà vật lý người Mexico Miguel Alcubierre, người đã dẫn xuất vật lý làm cho lý thuyết này có thể), nhà du hành thực sự sẽ không du hành ở hoặc thậm chí gần tốc độ ánh sáng cục bộ. Thay vào đó, con tàu sẽ được chứa trong một “warp bubble” như không gian tự nó mang theo bong bóng với tốc độ ánh sáng.
Mặc dù điều khiển Alcubierre không vi phạm trực tiếp các định luật vật lý, nhưng nó có những khó khăn có thể không thể vượt qua. Đã có những giải pháp được đề xuất cho một số trong những khó khăn này, chẳng hạn như vi phạm năng lượng nhất định (một số mô hình đòi hỏi nhiều năng lượng hơn trong toàn bộ vũ trụ) được giải thích nếu áp dụng các nguyên tắc vật lý lượng tử khác nhau, nhưng các nguyên tắc khác không có giải pháp khả thi.
Một vấn đề như vậy nói rằng cách duy nhất một hệ thống giao thông như vậy là có thể nếu, giống như một chuyến tàu, nó đi theo một con đường được thiết lập sẵn đã được đặt trước thời hạn. Để làm phức tạp vấn đề, “con đường” này cũng phải được đặt ở tốc độ ánh sáng. Điều này về cơ bản đòi hỏi phải tồn tại một điều khiển Alcubierre để tạo ra một điều khiển Alcubierre. Vì hiện tại nó không tồn tại, nên dường như nó không thể được tạo ra.
Nhà vật lý Jose Natoro đã chỉ ra rằng một trọng yếu của hệ thống vận chuyển này là các tín hiệu ánh sáng sẽ không thể truyền được trong bong bóng. Kết quả là các phi hành gia sẽ không thể điều khiển con tàu. Vì vậy, ngay cả khi một điều khiển như vậy thậm chí có thể được tạo ra, sẽ không có gì ngăn cản nó đâm vào một ngôi sao, hành tinh hoặc tinh vân một khi nó đã đi.
Lỗ sâu
Dường như không có giải pháp khả thi cho việc di chuyển ở tốc độ ánh sáng. Vậy làm thế nào chúng ta có thể đến những ngôi sao xa xôi? Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta chỉ mang những ngôi sao đến gần chúng ta hơn? Nghe có vẻ hư cấu? Vâng, ngành vật lý nói rằng điều đó là có thể (mặc dù khả năng đó vẫn là một câu hỏi mở). Một hệ quả của thuyết tương đối rộng là sự tồn tại trên lý thuyết của các lỗ sâu. Đơn giản, một lỗ sâu là một đường hầm xuyên không-thời gian kết nối hai điểm xa xôi trong không gian.
Không có bằng chứng quan sát nào cho thấy chúng tồn tại, mặc dù đây không phải là bằng chứng thực nghiệm cho thấy chúng không tồn tại. Nhưng, trong khi lỗ sâu không dễ dàng vi phạm bất kỳ định luật vật lý cụ thể nào, sự tồn tại của chúng vẫn rất khó xảy ra.
Để một lỗ sâu ổn định tồn tại, nó phải được hỗ trợ bởi một số loại vật liệu kỳ lạ có khối lượng âm – một lần nữa, một thứ mà chúng ta chưa từng thấy. Bây giờ, có thể các lỗ sâu tự phát xuất hiện, nhưng vì không có gì để hỗ trợ chúng nên chúng sẽ tự sụp đổ ngay lập tức. Vì vậy, bằng cách sử dụng vật lý thông thường nó không xuất hiện mà lỗ sâu có thể được sử dụng.
Nhưng có một loại lỗ sâu khác có thể phát sinh trong tự nhiên. Một hiện tượng được gọi là cây cầu Einstein-Rosen về cơ bản là một lỗ sâu được tạo ra do sự cong vênh của thời gian không gian do ảnh hưởng của lỗ đen. Về cơ bản, khi ánh sáng rơi vào lỗ đen, cụ thể là lỗ đen Schwarzschild, nó sẽ chui qua lỗ sâu và thoát ra khỏi phía bên kia từ một vật thể gọi là lỗ trắng. Lỗ trắng là một vật thể tương tự như lỗ đen nhưng thay vì hút vật liệu vào, nó tăng tốc ánh sáng ra khỏi lỗ trắng, tốc độ ánh sáng ở trụ sáng.
Tuy nhiên, những vấn đề tương tự cũng phát sinh trong các cây cầu Einstein-Rosen. Do thiếu các hạt khối lượng âm, lỗ sâu sẽ sụp đổ trước khi ánh sáng có thể đi qua nó. Tất nhiên sẽ không thực tế khi thậm chí cố gắng đi qua lỗ sâu để bắt đầu, vì nó sẽ yêu cầu rơi vào lỗ đen. Không có cách nào để tồn tại như vậy.
Tương lai
Dường như không có cách nào, với sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về vật lý rằng việc đi lại giữa các vì sao sẽ có thể. Nhưng, sự hiểu biết và nắm bắt công nghệ của chúng ta luôn thay đổi. Cách đây không lâu, ý nghĩ về việc hạ cánh trên Mặt trăng chỉ là một giấc mơ. Ai biết được tương lai có thể nắm giữ điều gì?
John P. Millis, Ph.D & Carolyn Collins Petersen
