Trong thuyết tương đối nổi tiếng của Einstein, khái niệm rằng không gian và thời gian là bất biến bị bác bỏ một cách rõ ràng và dứt khoát. Thời-không đó chỉ là một thành phần trong sự kết hợp với những chiều không gian khác.
Theo Einstein, không gian và thời gian được dệt thành như một tấm lưới và các vật thể không gian nằm trên những tấm lưới đó. Điều đó có nghĩa là chúng ta thực sự sống trong một vũ trụ bốn chiều. Như vậy không gian và thời gian (mà chúng ta biết) không còn tồn tại; nó chỉ còn là một thành phần trong sự kết hợp với những chiều không gian khác.
Thử tưởng tượng về Không thời gian
Các nhà vật lý đưa ra một từ duy nhất cho nó: không thời gian (spacetime). Giả sử chúng ta lấy bốn cây bút, bắt đầu với hai và tạo hình chữ thập trên bàn để chúng vuông góc với nhau. Bây giờ, thêm cây bút thứ ba và đặt nó sao cho vuông góc với cả hai cây bút đầu tiên. Để làm điều này, bạn không thể để bút chì nằm trên bàn, đó là bề mặt hai chiều nữa. Bạn phải giữ cây bút thứ ba này dựng đứng trong không khí, đó là thế giới ba chiều mà chúng ta đã quen thuộc.
Nhưng chúng ta không sống trong một thế giới ba chiều đơn thuần. Lấy cây bút thứ tư và đặt nó qua ba chiếc bút còn lại sao cho nó vuông góc hoàn hảo với tất cả chúng. Và cũng không được gian lận: không có góc nào nhỏ hơn 90 được.
Chúng ta không thể làm thế được nữa, bởi vì chúng ta chỉ có ba chiều không gian. Và hơn thế nữa, thậm chí đa số trong chúng ta không thể nghĩ đến chiều không gian thứ tư, bởi vì bộ não của chúng ta tiến hóa trong thế giới ba chiều (có một số người cho rằng họ có thể tưởng tượng ra chiều không gian thứ tư, nhưng người bình thường chúng ta cũng không thực sự biết được điều đó là như thế nào).
Nhưng trong khi bạn không thể giữ trong đầu khái niệm về chiều thứ tư, bạn có thể trải nghiệm nó. Dòng thời gian từ quá khứ đến tương lai tồn tại như một chiều không gian riêng của nó. Bạn, đang cầm những chiếc bút sắp xếp kỳ lạ của mình, trải dài theo chiều thời gian kể từ thời điểm bạn đặt chúng lần đầu tiên cho đến khi tất cả kết thúc và tan vỡ kế hoạch. Trong khoảng thời gian đó, bạn đã tạo ra một tác phẩm điêu khắc bốn chiều.
Không gian bốn chiều
-
- Hình ảnh của cụm thiên hà MACS0416, một cụm thiên hà đủ lớn để làm biến dạng không thời gian xung quanh nó. Có khối lượng của các ngôi sao và khí có thể nhìn thấy được, nhưng cũng có một lượng vật chất tối bí ẩn làm tăng thêm khối lượng của cụm thiên hà này. Ảnh: ESA/NASA
Các nhà vật lý liên kết ba chiều không gian và chiều thời gian đơn lẻ vào khuôn khổ thống nhất của không thời gian. Trong vật lý học của Newton, không thời gian đó là sân khấu, và chúng ta – những vật thể và nội dung của vũ trụ – là những nhân vật. Chúng ta diễn vai và nói lời thoại của mình, và sân khấu cung cấp nền tảng để chúng ta thực hiện các tương tác của mình. Chúng ta biết các diễn viên khác đang ở đâu trên cùng một sân khấu và họ cũng đang nói lời thoại của mình theo sự sắp xếp của đạo diễn.
Nhưng trong thuyết tương đối rộng, bản thân sân khấu lại trở thành cũng là một trong những diễn viên chính. Để làm cho lý thuyết về lực hấp dẫn tương thích với tính tương đối của không gian và thời gian (không thời gian), Einstein nhận ra rằng lực hấp dẫn hoàn toàn không phải là một lực, ít nhất không phải là loại mà Newton đã hình dung.
Không thời gian không phải là một giai đoạn cố định mà là một màng linh hoạt bao trùm toàn bộ sự tồn tại. Nó là một vật, một vật thể và một thực thể theo đúng nghĩa của nó, một tác nhân năng động trong dàn nhân vật trong vũ trụ.
Vũ trụ được cấu thành bởi các loại hạt và các loại bức xạ cùng tất cả các tương tác tuyệt vời của chúng, và những tương tác đó không xảy ra trong không thời gian mà cùng với không thời gian, là các tác nhân tham gia vào sự vận động của vũ trụ.
Khối lượng và năng lượng làm cong hình dạng của không thời gian
Khối lượng và năng lượng (không cần phải tách biệt hoàn toàn, vì ngày nay chúng được coi là tương đương nhau theo lý thuyết đặc biệt của Einstein) làm thay đổi hình dạng của không thời gian ở vùng lân cận của chúng. Khi chúng ta đang đọc chính văn bản này, là một thực thể trong vũ trụ, một tập hợp vật chất đang phát triển, chúng ta có khối lượng và năng lượng của mình.
Không thời gian bên trong mỗi cá nhân chúng ta, khắp xung quanh chúng ta và không thời gian ở gần chúng ta, giờ đây bị biến dạng do khối lượng và năng lượng của chính bản thân chúng ta. Không gian và thời gian được thay đổi nhờ sự tồn tại của chính bản thân chúng ta tai nơi đó.
Và phần còn lại của vũ trụ cũng có phản ứng với sự tồn tại của chúng ta tại nơi ấy. Nếu chúng ta tưởng tượng rất nhiều các hạt cực nhỏ đang bào phủ và chuyển động trên một quỹ đạo gần cơ thể của chúng ta (theo cách nói của vật lý, chúng ta gọi đây là khối lượng đối ứng để kiểm tra xem lực hấp dẫn hoạt động như thế nào khi không có các tác động khác), chúng ta có thể hỏi hạt đó phản ứng thế nào với sự hiện diện của chúng ta.
Theo ngôn ngữ của Newton, chúng ta sẽ nói rằng cơ thể chúng ta đã tạo ra một trường hấp dẫn, một ảnh hưởng vô hình, giống như mùi nước hoa thơm dai dẳng, và hạt phản ứng với ảnh hưởng vô hình đó bằng cảm giác của một lực hấp dẫn, làm thay đổi phương hướng của nó.
Nhưng trong ngôn ngữ của Einstein không có lực, không có sợi dây vô hình. Chỉ có không thời gian và không thời gian mà thôi. Trong sự đánh giá lại về lực hấp dẫn của Einstein, mọi vật thể đều chuyển động theo đường thẳng, luôn luôn và mãi mãi. Nhưng không thời gian mà những vật thể đó phải di chuyển qua sẽ bị uốn cong dưới tác động của khối lượng và năng lượng của chúng. Người đi bộ đường dài đi từ điểm này đến điểm khác có thể đi theo đường thẳng—theo bản đồ và theo bàn chân của họ, luôn đặt ngay trước nhau trong mỗi bước đi—nhưng họ phải đi theo các khúc cua và đường cong của đường đi.
Và do đó, các vật thể—khối lượng tương ứng, hành tinh, chùm ánh sáng—luôn chuyển động theo đường thẳng, nhưng chỉ "thẳng" theo nghĩa là mỗi bước tiến về phía trước luôn được đặt ngay trước bước trước đó. Không thời gian bên dưới và xung quanh những vật thể đó bị uốn cong, và đường đi của vật thể đó cũng vậy.
Đây là lực hấp dẫn, theo Einstein. Khối lượng và năng lượng làm cong hình dạng của không thời gian, và sự bẻ cong của không thời gian trở thành tác nhân, ảnh hưởng đến đường đi và chuyển động của mọi vật thể trong không thời gian của nó.
Với sự thức tỉnh từ hiểu biết sâu sắc về lực hấp dẫn này, Einstein đã có thể kết hợp thành công khái niệm thuyết tương đối đặc biệt của mình – rằng không có tiêu chuẩn tham chiếu phổ quát, cố định nào – với lực hấp dẫn. Nói cách khác, ngay cả bản thân không thời gian cũng không tránh khỏi những tác động có tính chất tương đối của các quan điểm khác nhau, và sự biến đổi đó của không thời gian làm nảy sinh trải nghiệm của chúng ta về lực hấp dẫn.
Theo Phys.org
