Chuyện gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể di chuyển với tốc độ ánh sáng?

Khi còn bé, hẳn bất cứ ai trong số chúng ta cũng đã từng choáng ngợp trước hình ảnh siêu nhân có thể di chuyển nhanh hơn cả vận tốc của một viên đạn. Chúng ta thậm chí có thể phác họa ra chân dung của một người đàn ông đuổi theo viên đạn vừa được khai hỏa, tay phải vươn cao cùng với chiếc áo choàng đỏ phấp phới sau lưng.

Tồn tại vận tốc lớn hơn hoặc bằng vận tốc ánh sáng

Nhà vật lý Hawking: Hố đen có cửa hậu

So sánh lực hấp dẫn của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời

Siêu nhân hoàn toàn có thể di chuyển nhanh hơn viên đạn tóm lấy nó và cứu thế giới khỏi thảm họa diệt chủng. Nói cách khác, dù siêu nhân có là ai đi nữa, khi tồn tại trong thế giới này, anh vẫn phải tuân theo định luật Newton về không gian và thời gian, định luật đã khẳng định rằng vị trí và chuyển động của những vật thể trong không gian đều có thể đo lường được khi xếp trong một hệ quy chiếu với một điểm mốc cố định.

Cho đến tận những năm đầu thế kỷ 20, giới khoa học vẫn giữ nguyên những quan điểm của Newton về thế giới vật chất. Và rồi một nhà vật lý học toán học nổi tiếng người Do Thái, mang tên Albert Einstein đã xuất hiện và thay đổi mọi thứ. Năm 1905, Einstein công bố giả thuyết của ông về sự tương đối đặc biệt, dấy lên một ý tưởng gây rất nhiều tranh cãi: Không có hệ quy chiếu nào là được ưu tiên. Tất cả, kể cả thời gian đều là tương đối. Hai quan điểm quan trọng đã củng cố thêm cho giả thuyết này: quan điểm đầu tiên khẳng định rằng những lực vật lý như nhau đều được áp dụng như nhau trong một hệ quy chiếu liên tục di chuyển. Quan điểm thứ hai cho rằng vận tốc ánh sáng khoảng 300.000 km/s là cố định và hoàn toàn độc lập với chuyển động của người quan sát hay nguồn phát ánh sang. Theo như Einstein, nếu siêu nhân đuổi theo viên đạn với tốc độ bằng nửa tốc độ ánh sáng viên đạn sẽ tiếp tục di chuyển ra xa khỏi anh với một vận tốc không đổi.

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. 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.

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.

Đó có thể là câu trả lời khá phũ phàng với những ai vẫn còn tham vọng chạy đua cùng ánh sáng, nhưng hãy đọc tiếp để biết rằng còn khá nhiều điều thú vị xoay quanh vấn đề này.

Chuyện gì xảy ra nếu ta di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng?

Như đã nói ở trên, di chuyển bằng, hoặc nhanh hơn vận tốc ánh sáng là chuyện không thể xảy ra. Nhưng chuyện gì sẽ xảy ra nếu ta gần đạt đến tốc độ đó? 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.

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.

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.

Tất nhiên, thời gian cùng với sự phát triển không ngừng của trí tuệ con người sẽ làm thay đổi mọi định kiến, kể cả việc “di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng là điều không thể”. Nhưng có lẽ, ngay từ bây giờ, điều duy nhất bạn có thể làm là trùm lên mình một tấm áo choàng đỏ và bắt đầu thả trí tưởng tượng bay xa.