Vì sao không thể vượt qua giới hạn vận tốc ánh sáng?
Bản dịch giữ nguyên lập luận của tác giả, hãy đọc với tư duy phản biện và đối chiếu thêm nhiều nguồn.
Không có “vì sao” nào cả
Đơn giản là cho đến nay, cũng chưa ai biết vì sao, đây là một chuyện rất kỳ lạ.
Tính bất biến của tốc độ ánh sáng là một sự thật đã được phát hiện và kiểm chứng nhiều lần. Nghĩa là, xét từ kết quả quan sát, dù bạn chuyển động về phía nguồn sáng hay rời xa nguồn sáng, tốc độ của ánh sáng đối với bạn vẫn không thay đổi.
Dưới tiền đề tốc độ ánh sáng không đổi, nếu bạn bắn một tia sáng về phía trước, dù bạn chạy nhanh đến đâu để đuổi theo, tốc độ ánh sáng đối với bạn vẫn luôn là 300.000 km/giây. Bạn tuyệt đối không thể bắt kịp nó.
Vì sao tốc độ ánh sáng lại bất biến, vì sao lại thần kỳ như vậy?
Hiện nay có rất nhiều cách diễn giải, nhưng chưa ai đưa ra được câu trả lời tiêu chuẩn. Vì không giải thích được, người ta giả định rằng tốc độ ánh sáng quả thật không đổi.
Sau khi Einstein giả định tốc độ ánh sáng không đổi, ông suy diễn ngược bằng mô hình toán học và đưa ra hiệu ứng đồng hồ chạy chậm. Dĩ nhiên, hiệu ứng này cũng đã được kiểm chứng là đúng. Vì vậy, hệ thống định vị toàn cầu GPS bắt buộc phải hiệu chỉnh hiệu ứng đồng hồ chạy chậm thì mới định vị chính xác được.
Mô hình toán học của hiệu ứng này có thể hiểu như sau. Để dễ hiểu, tôi sẽ không nói những khái niệm quá trừu tượng, cũng không dùng công thức:
- Khoảng cách từ điểm A đến điểm B là 300.000 km. Ánh sáng cần 1 giây để đi hết quãng đường này. Theo quan sát, dù bạn đi từ A đến B với tốc độ bao nhiêu, tốc độ ánh sáng đối với bạn vẫn là 300.000 km/giây. Nói cách khác, ánh sáng mãi mãi nhanh hơn bạn 300.000 km/giây, không có thay đổi nào cả, đó chính là “tốc độ ánh sáng bất biến”.
Giả sử bạn cần 1 giờ để đi từ A đến B, tức bằng 1/3.600 tốc độ ánh sáng. Nếu ở điểm B có một người, sau 1 giây người đó sẽ thấy ánh sáng tới nơi, và sau 1 giờ sẽ thấy bạn tới nơi. Đồng hồ của bạn cũng hiển thị rằng bạn đi mất 1 giờ.
Việc này nghe rất dễ hiểu, dường như không có gì sai. Nhưng thật ra đã có chỗ không đúng rồi, chỉ là vì tốc độ của bạn còn quá chậm nên sai khác cực nhỏ, bạn không nhận ra. Nếu bạn tăng tốc, thậm chí đạt 300.000 km/giây từ A đến B, thì suy ra bạn cũng chỉ mất 1 giây để tới nơi. Dường như vẫn chẳng thấy sai ở đâu.
Nhưng lúc này, điểm bất thường đã rất rõ: bạn thật sự đạt tốc độ ánh sáng sao?
Không.
Đối với bạn, ánh sáng vẫn nhanh hơn bạn, bởi tốc độ tương đối của nó với bạn vẫn là 300.000 km/giây. Nói cách khác, người ở B sẽ phát hiện: ánh sáng tới B trước, 1 giây sau bạn mới tới. Bạn và ánh sáng không đến cùng lúc.
Từ góc nhìn của người ở B, tốc độ trung bình thực tế của bạn chỉ bằng một nửa tốc độ ánh sáng. Nhưng từ góc nhìn của bạn, rõ ràng bạn đã chạy bằng tốc độ ánh sáng, đồng hồ bạn mang theo chỉ chạy 1 giây là đến B. Trong khi đó, đồng hồ của người ở B đã chạy 2 giây, giây thứ nhất ánh sáng tới, giây thứ hai bạn mới tới.
Dù bạn tăng tốc nhanh đến đâu, kể cả giả sử đã là gấp 100.000 lần tốc độ ánh sáng, thời gian bạn cảm nhận chỉ còn một phần một trăm nghìn giây. Nhưng người ở B vẫn luôn thấy ánh sáng tới nơi sau 1 giây, còn bạn luôn đến sau đó 1 giây.
Trên đoạn đường A-B này, ánh sáng cần 1 giây, bạn tuyệt đối không thể đến trong thời gian bằng hoặc ngắn hơn 1 giây, bất kể tốc độ của bạn cao tới đâu. Thay đổi duy nhất là thời gian tương đối giữa bạn và người ở B, đồng hồ của bạn sẽ chạy chậm hơn đồng hồ của người đó. Dĩ nhiên, chênh lệch 1 giây vẫn chưa đủ rõ để cảm nhận.
Bây giờ, hãy áp dụng cách suy luận này vào ví dụ thiên hà Tiên Nữ trên quy mô cực lớn, cảm giác sẽ rõ rệt hơn nhiều.
Ai cũng biết, chúng ta cách thiên hà Tiên Nữ 2,54 triệu năm ánh sáng. Điều đó có nghĩa ánh sáng do thiên hà Tiên Nữ phát ra phải mất 2,54 triệu năm mới tới Trái Đất, và khi ấy ta mới nhìn thấy nó.
Giả sử người ở thiên hà Tiên Nữ có công nghệ cực kỳ phát triển, đã chế tạo được một phi thuyền nhanh gấp 2,54 triệu lần tốc độ ánh sáng để tới thăm chúng ta. Bạn đừng bận tâm họ chế tạo bằng cách nào, cứ giả định rằng họ đã làm được.
Theo cách hiểu thông thường, phi thuyền chỉ mất khoảng 1 năm để đến Trái Đất. Quãng đường chia tốc độ bằng thời gian, không có gì sai cả.
Nhưng một cảnh tượng kỳ lạ xảy ra: 1 năm sau, chúng ta không thấy phi thuyền tới. Sau 2,54 triệu năm, vẫn chưa thấy. Vậy rốt cuộc phi thuyền sẽ tới Trái Đất khi nào?
Chúng ta phải chờ 2,54 triệu năm, rồi sau thời điểm ánh sáng từ thiên hà Tiên Nữ tới nơi thêm 1 năm, mới đón được vị khách ấy.
Do tốc độ ánh sáng bất biến, người trên phi thuyền thấy mình quả thật chỉ mất 1 năm để đi từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất. Đặt hai bên cạnh nhau, 1 năm của người trên phi thuyền tương ứng với 2,54 triệu năm cộng 1 năm của chúng ta.
Nói cách khác, thời gian trên phi thuyền chậm hơn thời gian của chúng ta 2,54 triệu lần, hoặc thời gian của chúng ta nhanh hơn thời gian trên phi thuyền 2,54 triệu lần.
Nếu đổi ra tốc độ theo công thức quãng đường chia thời gian, thì so với khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất, phi thuyền chỉ đạt 99,99996063% tốc độ ánh sáng, chứ không hề vượt qua nó.
Thần kỳ không?
Dù phi thuyền của người Tiên Nữ nhanh đến đâu, nó cũng nhiều nhất chỉ có thể tiến gần vô hạn tới tốc độ ánh sáng. Điều nó gây ra chỉ là biến đổi thời gian tương đối, hiệu ứng đồng hồ chạy chậm, chứ không thể vượt tốc độ ánh sáng.
Giả định phi thuyền siêu ánh sáng này chỉ để giúp mọi người hiểu hiệu ứng đồng hồ chạy chậm dưới tiền đề tốc độ ánh sáng bất biến. Trên thực tế, kể cả giả sử siêu ánh sáng tồn tại, thì đó cũng chỉ là hiện tượng biểu kiến do hiệu ứng đồng hồ chạy chậm, bản thân nó không thật sự vượt tốc độ ánh sáng.
Quay lại, chỉ cần phi thuyền đạt 99,99996063% tốc độ ánh sáng thì 2,54 triệu năm đã có thể “chậm lại” thành 1 năm. Tức là, 1 năm trên một phi thuyền gần tốc độ ánh sáng bằng 2,54 triệu năm trên Trái Đất.
Nếu tiếp tục suy diễn sẽ còn kỳ lạ hơn: giả sử phi thuyền của người Tiên Nữ nhanh đến mức chỉ mất 1 giây là tới Trái Đất. Chúng ta vẫn sẽ nhìn thấy phi thuyền đến sau 2,54 triệu năm cộng 1 giây.
Đúng vậy, người Tiên Nữ mất 1 giây để đến Trái Đất, bắt tay bạn, rồi lập tức quay về, thêm 1 giây nữa họ về đến thiên hà của mình. Nhưng khi bước xuống phi thuyền, họ phát hiện hành tinh quê hương đã trôi qua 5,08 triệu năm.
Tình huống kiểu này thường xuất hiện trong tiểu thuyết và phim khoa học viễn tưởng.
Nếu hiểu hiệu ứng đồng hồ chạy chậm, việc hiểu hiệu ứng co độ dài sẽ thuận nước đẩy thuyền. Vẫn lấy ví dụ thiên hà Tiên Nữ.
Ban đầu, phi thuyền từ thiên hà Tiên Nữ lẽ ra mất 1 năm để tới Trái Đất, và người trên phi thuyền quả thật cũng dùng 1 năm. Nhưng chúng ta lại phải chờ 2,54 triệu năm cộng 1 năm mới thấy phi thuyền tới.
Vậy vấn đề là gì?
Khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất quả thực là 2,54 triệu năm ánh sáng; nếu phi thuyền đã nhanh gấp 2,54 triệu lần tốc độ ánh sáng, đáng lẽ 1 năm sau nó phải tới mới đúng.
Dưới tiền đề tốc độ ánh sáng bất biến, chỉ còn một cách giải thích: không gian vật lý theo hướng phi thuyền bay đã co ngắn lại 2,54 triệu lần. Nói cách khác, khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất, xét tương đối, đã tăng lên 2,54 triệu lần.
Vốn chỉ cần 1 năm đã tới, nhưng kết quả vẫn phải mất hơn 2,54 triệu năm. Tuy nhiên, người trên phi thuyền lại cho rằng không gian bên trong phi thuyền vẫn giữ nguyên kích thước, không hề bị nén lại. Bởi lấy phi thuyền làm hệ quy chiếu, khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất cũng co ngắn 2,54 triệu lần, so sánh như vậy thời gian bay vẫn là 1 năm, không thay đổi.
Từ đó có thể rút ra: Trong các hệ quy chiếu khác nhau, không-thời gian vật lý cũng khác nhau một cách tương đối.
Trong cùng một hệ quy chiếu, thời gian và không gian không thể tồn tại tách rời mà gắn bó không thể phân chia. Vì vậy mới gọi là không-thời gian bốn chiều: thời gian cộng ba chiều không gian.
Nếu thời gian thay đổi, không gian nhất định cũng thay đổi. Và nếu không gian thay đổi, thời gian cũng đồng thời thay đổi.
Nếu bạn hỏi: vì sao lại có hiệu ứng đồng hồ chạy chậm và co độ dài thần kỳ ấy?
Câu trả lời rất đơn giản: vì tốc độ ánh sáng bất biến.
Nhưng vì sao tốc độ ánh sáng bất biến, vì sao không thể bị vượt qua?
Không biết.
BÌNH LUẬN
1. “Card đồ họa” của vũ trụ có thể xử lý tốc độ dịch chuyển pixel tối đa là 300.000 pixel/giây. Nếu chương trình bạn viết cho pixel dịch chuyển 3 triệu pixel/giây thì cũng vô ích: máy tính sẽ bị lag, một giây hoạt ảnh rõ ràng bị giật thành 10 giây. Nhưng nhân vật trong máy tính lại cảm thấy chỉ mới trôi qua 1 giây.
-> Đặc biệt là cơ học lượng tử, nếu dùng mô hình thiết lập trong phát triển game hiện nay để suy nghĩ thì mọi thứ đều thông suốt.
-> Tốc độ ánh sáng còn giới hạn phạm vi mô phỏng. Hiện giờ, thứ chúng ta nhìn thấy ở nơi cách 300.000 km là hình ảnh của 1 giây trước. Ánh sáng phát từ nơi cách một năm ánh sáng là những photon được phát ra từ một năm trước. Vũ trụ ở nơi cách một năm ánh sáng hiện tại trông như thế nào, phải một năm sau mới tính ra được.
-> Theo logic này, nếu làm chậm tốc độ tính toán của một khu vực nào đó thì có thể giải phóng năng lực xử lý của “card đồ họa vũ trụ”, để tăng tốc những khu vực khác. Nếu chúng ta còn có thể kiểm soát khu vực nào được tăng tốc, chẳng phải sẽ thành siêu ánh sáng sao?
2. Có lẽ đây là thiết lập của Đấng Sáng tạo: maxspeed_of_light = 300000.
-> Cách giải thích này hợp lý, nhưng chính xác hơn phải là 299.792.458.
-> Cá trong bể nhà tôi cũng đang hỏi một câu tương tự: “Thức ăn cá mà ngày nào ông cũng cho chúng tôi ăn, rốt cuộc từ đâu ra vậy?”
3. Thiết lập của hệ thống. Hồi nhỏ, lần đầu nghe nói tốc độ ánh sáng là bất biến, tôi đã kinh ngạc đến sững sờ. Sau nhiều năm suy nghĩ và đọc đủ kiểu giải thích, tôi chỉ có thể nói Einstein là một thiên tài. Ông đã chạm tới bản thân “hệ thống”, giống Neo nhìn thấu mã nguồn vậy.
-> Cảm giác chấn động mơ hồ, như thể trời đất đảo lộn trong đầu tôi, cũng bắt đầu từ Einstein.
-> Nó giống như trước mặt bạn có một ông đồng cốt nhảy múa, làm đủ trò thần bí, hô hào loạn xạ, nói một tràng những lời như mê sảng. Thế mà vô số bộ óc xuất chúng nhất trong lịch sử nhân loại về sau lại dùng hàng loạt thí nghiệm chặt chẽ, tỉ mỉ, tốn biết bao công sức để chứng minh rằng: những gì ông đồng ấy nói đều đúng hết, mẹ nó.
4. Mọi lý thuyết của chúng ta đều được xây dựng từ quan sát. Mà đã dựa vào quan sát thì tất yếu bị giới hạn bởi logic nền tảng của một loài sinh vật như con người.
5. Vẫn là câu đó: thế giới ta nhìn thấy là thế giới có thể được ta nhìn thấy, nhưng không đồng nghĩa với bản thân thế giới. Có một lớp bộ lọc, phía trước bộ lọc là thực tại, phía sau bộ lọc là thứ tồn tại đối với chúng ta, còn quan sát chính là lớp bộ lọc ấy.
6. Tốc độ ánh sáng bất biến ban đầu xuất phát từ suy luận công thức, nhưng được xác lập nhờ đo đạc thực nghiệm, chứ không phải do tưởng tượng ra. Ban đầu, các nhà khoa học đã phản chứng một hiện tượng rất đơn giản: các ngôi sao trong vũ trụ đều đang chuyển động, với tốc độ và phương hướng khác nhau, nhưng tất cả khi nhìn từ xa vẫn chỉ là một chấm tròn nhỏ.
Nếu thật sự tồn tại hai chùm sáng có tốc độ khác nhau, lẽ ra chúng ta phải quan sát cùng một ngôi sao ở hai vị trí. Nếu tốc độ ánh sáng biến thiên liên tục, ngôi sao ta nhìn thấy lẽ ra phải là một đoạn thẳng. Nhưng trên thực tế, không quan sát thấy hiện tượng như vậy. Còn vì sao tốc độ ánh sáng lại bất biến? Như chủ bài đã nói: thật sự không biết. Có lẽ chỉ là Thượng đế tùy tiện thiết lập như vậy thôi chăng.
6. Bởi quá trình quan sát của bạn vốn dựa vào ánh sáng. Nếu có vật thể vượt tốc độ ánh sáng thì căn bản bạn không thể quan sát được nó. Vì vậy, thật ra có những vật thể vượt tốc độ ánh sáng đấy, chỉ là ta không quan sát được thôi.
-> Sóng vô tuyến, sóng hấp dẫn… tuy không nhìn thấy được bằng mắt, cũng đều tuân theo giới hạn tốc độ ánh sáng.
Bản dịch giữ nguyên lập luận của tác giả, hãy đọc với tư duy phản biện và đối chiếu thêm nhiều nguồn.
Không có “vì sao” nào cả
Đơn giản là cho đến nay, cũng chưa ai biết vì sao, đây là một chuyện rất kỳ lạ.
Tính bất biến của tốc độ ánh sáng là một sự thật đã được phát hiện và kiểm chứng nhiều lần. Nghĩa là, xét từ kết quả quan sát, dù bạn chuyển động về phía nguồn sáng hay rời xa nguồn sáng, tốc độ của ánh sáng đối với bạn vẫn không thay đổi.
Dưới tiền đề tốc độ ánh sáng không đổi, nếu bạn bắn một tia sáng về phía trước, dù bạn chạy nhanh đến đâu để đuổi theo, tốc độ ánh sáng đối với bạn vẫn luôn là 300.000 km/giây. Bạn tuyệt đối không thể bắt kịp nó.
Vì sao tốc độ ánh sáng lại bất biến, vì sao lại thần kỳ như vậy?
Hiện nay có rất nhiều cách diễn giải, nhưng chưa ai đưa ra được câu trả lời tiêu chuẩn. Vì không giải thích được, người ta giả định rằng tốc độ ánh sáng quả thật không đổi.
Sau khi Einstein giả định tốc độ ánh sáng không đổi, ông suy diễn ngược bằng mô hình toán học và đưa ra hiệu ứng đồng hồ chạy chậm. Dĩ nhiên, hiệu ứng này cũng đã được kiểm chứng là đúng. Vì vậy, hệ thống định vị toàn cầu GPS bắt buộc phải hiệu chỉnh hiệu ứng đồng hồ chạy chậm thì mới định vị chính xác được.
Mô hình toán học của hiệu ứng này có thể hiểu như sau. Để dễ hiểu, tôi sẽ không nói những khái niệm quá trừu tượng, cũng không dùng công thức:
- Khoảng cách từ điểm A đến điểm B là 300.000 km. Ánh sáng cần 1 giây để đi hết quãng đường này. Theo quan sát, dù bạn đi từ A đến B với tốc độ bao nhiêu, tốc độ ánh sáng đối với bạn vẫn là 300.000 km/giây. Nói cách khác, ánh sáng mãi mãi nhanh hơn bạn 300.000 km/giây, không có thay đổi nào cả, đó chính là “tốc độ ánh sáng bất biến”.
Giả sử bạn cần 1 giờ để đi từ A đến B, tức bằng 1/3.600 tốc độ ánh sáng. Nếu ở điểm B có một người, sau 1 giây người đó sẽ thấy ánh sáng tới nơi, và sau 1 giờ sẽ thấy bạn tới nơi. Đồng hồ của bạn cũng hiển thị rằng bạn đi mất 1 giờ.
Việc này nghe rất dễ hiểu, dường như không có gì sai. Nhưng thật ra đã có chỗ không đúng rồi, chỉ là vì tốc độ của bạn còn quá chậm nên sai khác cực nhỏ, bạn không nhận ra. Nếu bạn tăng tốc, thậm chí đạt 300.000 km/giây từ A đến B, thì suy ra bạn cũng chỉ mất 1 giây để tới nơi. Dường như vẫn chẳng thấy sai ở đâu.
Nhưng lúc này, điểm bất thường đã rất rõ: bạn thật sự đạt tốc độ ánh sáng sao?
Không.
Đối với bạn, ánh sáng vẫn nhanh hơn bạn, bởi tốc độ tương đối của nó với bạn vẫn là 300.000 km/giây. Nói cách khác, người ở B sẽ phát hiện: ánh sáng tới B trước, 1 giây sau bạn mới tới. Bạn và ánh sáng không đến cùng lúc.
Từ góc nhìn của người ở B, tốc độ trung bình thực tế của bạn chỉ bằng một nửa tốc độ ánh sáng. Nhưng từ góc nhìn của bạn, rõ ràng bạn đã chạy bằng tốc độ ánh sáng, đồng hồ bạn mang theo chỉ chạy 1 giây là đến B. Trong khi đó, đồng hồ của người ở B đã chạy 2 giây, giây thứ nhất ánh sáng tới, giây thứ hai bạn mới tới.
Dù bạn tăng tốc nhanh đến đâu, kể cả giả sử đã là gấp 100.000 lần tốc độ ánh sáng, thời gian bạn cảm nhận chỉ còn một phần một trăm nghìn giây. Nhưng người ở B vẫn luôn thấy ánh sáng tới nơi sau 1 giây, còn bạn luôn đến sau đó 1 giây.
Trên đoạn đường A-B này, ánh sáng cần 1 giây, bạn tuyệt đối không thể đến trong thời gian bằng hoặc ngắn hơn 1 giây, bất kể tốc độ của bạn cao tới đâu. Thay đổi duy nhất là thời gian tương đối giữa bạn và người ở B, đồng hồ của bạn sẽ chạy chậm hơn đồng hồ của người đó. Dĩ nhiên, chênh lệch 1 giây vẫn chưa đủ rõ để cảm nhận.
Bây giờ, hãy áp dụng cách suy luận này vào ví dụ thiên hà Tiên Nữ trên quy mô cực lớn, cảm giác sẽ rõ rệt hơn nhiều.
Ai cũng biết, chúng ta cách thiên hà Tiên Nữ 2,54 triệu năm ánh sáng. Điều đó có nghĩa ánh sáng do thiên hà Tiên Nữ phát ra phải mất 2,54 triệu năm mới tới Trái Đất, và khi ấy ta mới nhìn thấy nó.
Giả sử người ở thiên hà Tiên Nữ có công nghệ cực kỳ phát triển, đã chế tạo được một phi thuyền nhanh gấp 2,54 triệu lần tốc độ ánh sáng để tới thăm chúng ta. Bạn đừng bận tâm họ chế tạo bằng cách nào, cứ giả định rằng họ đã làm được.
Theo cách hiểu thông thường, phi thuyền chỉ mất khoảng 1 năm để đến Trái Đất. Quãng đường chia tốc độ bằng thời gian, không có gì sai cả.
Nhưng một cảnh tượng kỳ lạ xảy ra: 1 năm sau, chúng ta không thấy phi thuyền tới. Sau 2,54 triệu năm, vẫn chưa thấy. Vậy rốt cuộc phi thuyền sẽ tới Trái Đất khi nào?
Chúng ta phải chờ 2,54 triệu năm, rồi sau thời điểm ánh sáng từ thiên hà Tiên Nữ tới nơi thêm 1 năm, mới đón được vị khách ấy.
Do tốc độ ánh sáng bất biến, người trên phi thuyền thấy mình quả thật chỉ mất 1 năm để đi từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất. Đặt hai bên cạnh nhau, 1 năm của người trên phi thuyền tương ứng với 2,54 triệu năm cộng 1 năm của chúng ta.
Nói cách khác, thời gian trên phi thuyền chậm hơn thời gian của chúng ta 2,54 triệu lần, hoặc thời gian của chúng ta nhanh hơn thời gian trên phi thuyền 2,54 triệu lần.
Nếu đổi ra tốc độ theo công thức quãng đường chia thời gian, thì so với khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất, phi thuyền chỉ đạt 99,99996063% tốc độ ánh sáng, chứ không hề vượt qua nó.
Thần kỳ không?
Dù phi thuyền của người Tiên Nữ nhanh đến đâu, nó cũng nhiều nhất chỉ có thể tiến gần vô hạn tới tốc độ ánh sáng. Điều nó gây ra chỉ là biến đổi thời gian tương đối, hiệu ứng đồng hồ chạy chậm, chứ không thể vượt tốc độ ánh sáng.
Giả định phi thuyền siêu ánh sáng này chỉ để giúp mọi người hiểu hiệu ứng đồng hồ chạy chậm dưới tiền đề tốc độ ánh sáng bất biến. Trên thực tế, kể cả giả sử siêu ánh sáng tồn tại, thì đó cũng chỉ là hiện tượng biểu kiến do hiệu ứng đồng hồ chạy chậm, bản thân nó không thật sự vượt tốc độ ánh sáng.
Quay lại, chỉ cần phi thuyền đạt 99,99996063% tốc độ ánh sáng thì 2,54 triệu năm đã có thể “chậm lại” thành 1 năm. Tức là, 1 năm trên một phi thuyền gần tốc độ ánh sáng bằng 2,54 triệu năm trên Trái Đất.
Nếu tiếp tục suy diễn sẽ còn kỳ lạ hơn: giả sử phi thuyền của người Tiên Nữ nhanh đến mức chỉ mất 1 giây là tới Trái Đất. Chúng ta vẫn sẽ nhìn thấy phi thuyền đến sau 2,54 triệu năm cộng 1 giây.
Đúng vậy, người Tiên Nữ mất 1 giây để đến Trái Đất, bắt tay bạn, rồi lập tức quay về, thêm 1 giây nữa họ về đến thiên hà của mình. Nhưng khi bước xuống phi thuyền, họ phát hiện hành tinh quê hương đã trôi qua 5,08 triệu năm.
Tình huống kiểu này thường xuất hiện trong tiểu thuyết và phim khoa học viễn tưởng.
Nếu hiểu hiệu ứng đồng hồ chạy chậm, việc hiểu hiệu ứng co độ dài sẽ thuận nước đẩy thuyền. Vẫn lấy ví dụ thiên hà Tiên Nữ.
Ban đầu, phi thuyền từ thiên hà Tiên Nữ lẽ ra mất 1 năm để tới Trái Đất, và người trên phi thuyền quả thật cũng dùng 1 năm. Nhưng chúng ta lại phải chờ 2,54 triệu năm cộng 1 năm mới thấy phi thuyền tới.
Vậy vấn đề là gì?
Khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất quả thực là 2,54 triệu năm ánh sáng; nếu phi thuyền đã nhanh gấp 2,54 triệu lần tốc độ ánh sáng, đáng lẽ 1 năm sau nó phải tới mới đúng.
Dưới tiền đề tốc độ ánh sáng bất biến, chỉ còn một cách giải thích: không gian vật lý theo hướng phi thuyền bay đã co ngắn lại 2,54 triệu lần. Nói cách khác, khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất, xét tương đối, đã tăng lên 2,54 triệu lần.
Vốn chỉ cần 1 năm đã tới, nhưng kết quả vẫn phải mất hơn 2,54 triệu năm. Tuy nhiên, người trên phi thuyền lại cho rằng không gian bên trong phi thuyền vẫn giữ nguyên kích thước, không hề bị nén lại. Bởi lấy phi thuyền làm hệ quy chiếu, khoảng cách từ thiên hà Tiên Nữ đến Trái Đất cũng co ngắn 2,54 triệu lần, so sánh như vậy thời gian bay vẫn là 1 năm, không thay đổi.
Từ đó có thể rút ra: Trong các hệ quy chiếu khác nhau, không-thời gian vật lý cũng khác nhau một cách tương đối.
Trong cùng một hệ quy chiếu, thời gian và không gian không thể tồn tại tách rời mà gắn bó không thể phân chia. Vì vậy mới gọi là không-thời gian bốn chiều: thời gian cộng ba chiều không gian.
Nếu thời gian thay đổi, không gian nhất định cũng thay đổi. Và nếu không gian thay đổi, thời gian cũng đồng thời thay đổi.
Nếu bạn hỏi: vì sao lại có hiệu ứng đồng hồ chạy chậm và co độ dài thần kỳ ấy?
Câu trả lời rất đơn giản: vì tốc độ ánh sáng bất biến.
Nhưng vì sao tốc độ ánh sáng bất biến, vì sao không thể bị vượt qua?
Không biết.
BÌNH LUẬN
1. “Card đồ họa” của vũ trụ có thể xử lý tốc độ dịch chuyển pixel tối đa là 300.000 pixel/giây. Nếu chương trình bạn viết cho pixel dịch chuyển 3 triệu pixel/giây thì cũng vô ích: máy tính sẽ bị lag, một giây hoạt ảnh rõ ràng bị giật thành 10 giây. Nhưng nhân vật trong máy tính lại cảm thấy chỉ mới trôi qua 1 giây.
-> Đặc biệt là cơ học lượng tử, nếu dùng mô hình thiết lập trong phát triển game hiện nay để suy nghĩ thì mọi thứ đều thông suốt.
-> Tốc độ ánh sáng còn giới hạn phạm vi mô phỏng. Hiện giờ, thứ chúng ta nhìn thấy ở nơi cách 300.000 km là hình ảnh của 1 giây trước. Ánh sáng phát từ nơi cách một năm ánh sáng là những photon được phát ra từ một năm trước. Vũ trụ ở nơi cách một năm ánh sáng hiện tại trông như thế nào, phải một năm sau mới tính ra được.
-> Theo logic này, nếu làm chậm tốc độ tính toán của một khu vực nào đó thì có thể giải phóng năng lực xử lý của “card đồ họa vũ trụ”, để tăng tốc những khu vực khác. Nếu chúng ta còn có thể kiểm soát khu vực nào được tăng tốc, chẳng phải sẽ thành siêu ánh sáng sao?
2. Có lẽ đây là thiết lập của Đấng Sáng tạo: maxspeed_of_light = 300000.
-> Cách giải thích này hợp lý, nhưng chính xác hơn phải là 299.792.458.
-> Cá trong bể nhà tôi cũng đang hỏi một câu tương tự: “Thức ăn cá mà ngày nào ông cũng cho chúng tôi ăn, rốt cuộc từ đâu ra vậy?”
3. Thiết lập của hệ thống. Hồi nhỏ, lần đầu nghe nói tốc độ ánh sáng là bất biến, tôi đã kinh ngạc đến sững sờ. Sau nhiều năm suy nghĩ và đọc đủ kiểu giải thích, tôi chỉ có thể nói Einstein là một thiên tài. Ông đã chạm tới bản thân “hệ thống”, giống Neo nhìn thấu mã nguồn vậy.
-> Cảm giác chấn động mơ hồ, như thể trời đất đảo lộn trong đầu tôi, cũng bắt đầu từ Einstein.
-> Nó giống như trước mặt bạn có một ông đồng cốt nhảy múa, làm đủ trò thần bí, hô hào loạn xạ, nói một tràng những lời như mê sảng. Thế mà vô số bộ óc xuất chúng nhất trong lịch sử nhân loại về sau lại dùng hàng loạt thí nghiệm chặt chẽ, tỉ mỉ, tốn biết bao công sức để chứng minh rằng: những gì ông đồng ấy nói đều đúng hết, mẹ nó.
4. Mọi lý thuyết của chúng ta đều được xây dựng từ quan sát. Mà đã dựa vào quan sát thì tất yếu bị giới hạn bởi logic nền tảng của một loài sinh vật như con người.
5. Vẫn là câu đó: thế giới ta nhìn thấy là thế giới có thể được ta nhìn thấy, nhưng không đồng nghĩa với bản thân thế giới. Có một lớp bộ lọc, phía trước bộ lọc là thực tại, phía sau bộ lọc là thứ tồn tại đối với chúng ta, còn quan sát chính là lớp bộ lọc ấy.
6. Tốc độ ánh sáng bất biến ban đầu xuất phát từ suy luận công thức, nhưng được xác lập nhờ đo đạc thực nghiệm, chứ không phải do tưởng tượng ra. Ban đầu, các nhà khoa học đã phản chứng một hiện tượng rất đơn giản: các ngôi sao trong vũ trụ đều đang chuyển động, với tốc độ và phương hướng khác nhau, nhưng tất cả khi nhìn từ xa vẫn chỉ là một chấm tròn nhỏ.
Nếu thật sự tồn tại hai chùm sáng có tốc độ khác nhau, lẽ ra chúng ta phải quan sát cùng một ngôi sao ở hai vị trí. Nếu tốc độ ánh sáng biến thiên liên tục, ngôi sao ta nhìn thấy lẽ ra phải là một đoạn thẳng. Nhưng trên thực tế, không quan sát thấy hiện tượng như vậy. Còn vì sao tốc độ ánh sáng lại bất biến? Như chủ bài đã nói: thật sự không biết. Có lẽ chỉ là Thượng đế tùy tiện thiết lập như vậy thôi chăng.
6. Bởi quá trình quan sát của bạn vốn dựa vào ánh sáng. Nếu có vật thể vượt tốc độ ánh sáng thì căn bản bạn không thể quan sát được nó. Vì vậy, thật ra có những vật thể vượt tốc độ ánh sáng đấy, chỉ là ta không quan sát được thôi.
-> Sóng vô tuyến, sóng hấp dẫn… tuy không nhìn thấy được bằng mắt, cũng đều tuân theo giới hạn tốc độ ánh sáng.
