CÁC GIẢI PHÁP KHẢ THI
Hiện tại, việc di chuyển giữa các hành tinh hoặc ngôi sao có khoảng cách hàng triệu năm ánh sáng là thách thức rất lớn, vì tốc độ nhanh nhất mà chúng ta biết đến – vận tốc ánh sáng – là cực kỳ cao nhưng vẫn không đủ để vượt qua các khoảng cách khổng lồ này trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, khoa học đã và đang nghiên cứu nhiều giả thuyết và công nghệ có thể mở ra những cách thức mới để vượt qua những hạn chế về tốc độ và thời gian. Dưới đây là một số ý tưởng và khả năng mà các nhà khoa học đang xem xét:
1.Sử dụng động cơ phản lực ánh sáng (light sail):
Công nghệ “buồm ánh sáng” (light sail) sử dụng áp lực của ánh sáng từ các tia laser hoặc ánh sáng mặt trời để đẩy tàu vũ trụ đi với tốc độ rất cao. Một ví dụ là Dự án Starshot, do nhà vật lý Stephen Hawking khởi xướng, đặt mục tiêu phóng một tàu siêu nhỏ đến hệ sao Alpha Centauri, cách Trái Đất khoảng 4,37 năm ánh sáng, chỉ trong khoảng 20 năm. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn phát triển sơ khai.
2. Động cơ hạt nhân và động cơ phản ứng nhiệt hạch:
- Động cơ hạt nhân hoặc nhiệt hạch có thể cung cấp năng lượng lớn và liên tục, cho phép tàu vũ trụ đạt được vận tốc cao hơn nhiều so với các động cơ hóa học hiện nay. Động cơ nhiệt hạch có khả năng đạt một phần trăm vận tốc ánh sáng, rút ngắn thời gian du hành trong hệ mặt trời và các ngôi sao lân cận xuống còn vài thập kỷ. Công nghệ này đang được phát triển nhưng chưa thể sử dụng rộng rãi.
3.Giả thuyết lỗ sâu (wormholes):
- Theo lý thuyết tương đối rộng của Einstein, lỗ sâu (wormholes) là những đường hầm không-thời gian, có thể kết nối các điểm rất xa trong vũ trụ. Nếu tồn tại, các lỗ sâu có thể cho phép con người vượt qua khoảng cách cực lớn trong một thời gian ngắn hơn so với việc đi bằng vận tốc ánh sáng. Tuy nhiên, đến nay, lỗ sâu vẫn chỉ là giả thuyết và chưa có bằng chứng thực tế.
4.Làm chậm quá trình lão hóa qua công nghệ đông lạnh hoặc ngủ đông:
- Một ý tưởng khác là sử dụng kỹ thuật đông lạnh (cryonics) hoặc ngủ đông (hibernation) để làm chậm quá trình lão hóa của phi hành gia trên hành trình dài. Nếu con người có thể đông lạnh và duy trì cơ thể ở trạng thái “đóng băng” trong nhiều năm mà không tổn thương, thời gian di chuyển dài sẽ không phải là vấn đề quá lớn. Tuy nhiên, hiện nay, công nghệ đông lạnh chỉ mới ở mức thí nghiệm và chưa thể áp dụng an toàn trên cơ thể người.
5.Kế hoạch định cư gần hơn trong hệ Mặt Trời:
- Trước mắt, con người có thể bắt đầu bằng việc định cư ở những hành tinh hoặc vệ tinh gần Trái Đất hơn, chẳng hạn như sao Hỏa hoặc Mặt Trăng, nơi có khoảng cách đủ gần để không cần đến tốc độ ánh sáng. Các dự án của SpaceX, NASA và một số tổ chức khác đang hướng tới mục tiêu đưa con người định cư trên sao Hỏa trong vòng vài thập kỷ tới.
6.Thuyết tương đối và du hành thời gian:
- Theo thuyết tương đối của Einstein, khi một vật di chuyển với vận tốc rất gần với vận tốc ánh sáng, thời gian trên vật đó sẽ trôi chậm hơn so với thời gian trên Trái Đất – một hiện tượng gọi là giãn nở thời gian. Điều này có nghĩa là, về lý thuyết, nếu một tàu vũ trụ đạt gần vận tốc ánh sáng, hành khách trên tàu sẽ không cảm thấy đã mất quá nhiều thời gian để đến nơi. Tuy nhiên, công nghệ để đạt được vận tốc này vẫn là một vấn đề lớn.
Những kế hoạch định cư trên các hành tinh khác vẫn có thể thực hiện được, nhưng hiện tại, chúng ta chỉ có thể nghĩ đến các hành tinh và vệ tinh gần trong hệ Mặt Trời. Việc di chuyển đến các hệ sao xa hơn hàng triệu năm ánh sáng có lẽ sẽ là mục tiêu của thế hệ tương lai, khi khoa học và công nghệ đã phát triển đủ để vượt qua các hạn chế hiện nay.
Theo thuyết tương đối hẹp của Einstein, khi một vật di chuyển với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, thời gian sẽ trôi chậm lại đối với vật đó so với thời gian trôi trên Trái Đất – đây là hiện tượng giãn nở thời gian.
Nếu một tàu vũ trụ có thể di chuyển đúng bằng vận tốc ánh sáng (300,000 km/s), thì từ quan điểm của các hành khách trên tàu, thời gian gần như ngừng lại hoàn toàn so với thời gian trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì một vật có khối lượng không thể đạt chính xác tốc độ ánh sáng do yêu cầu năng lượng vô hạn, ta chỉ có thể xem xét giả định cho tốc độ rất gần với tốc độ ánh sáng.
Giãn nở thời gian ở vận tốc rất gần vận tốc ánh sáng
Giả sử tàu vũ trụ đang di chuyển ở vận tốc 99.999% vận tốc ánh sáng (0.99999c), công thức giãn nở thời gian của Einstein có thể được viết như sau:
Ví dụ tính toán với 1 năm (365 ngày) trên Trái Đất
Nếu chúng ta thay (v = 0.99999c), thì công thức sẽ cho thấy khoảng thời gian trôi trên tàu vũ trụ chỉ là khoảng 1,9 giờ so với 1 năm trên Trái Đất.
Tóm lại
- Ở vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng: Giả sử tàu di chuyển với 99.999% tốc độ ánh sáng, 1 năm trên Trái Đất sẽ tương đương khoảng 1,9 giờ trên tàu vũ trụ.
- Ở vận tốc chính xác bằng tốc độ ánh sáng (chỉ áp dụng cho photon): Thời gian trên tàu vũ trụ sẽ ngừng trôi hoàn toàn. Tuy nhiên, điều này không khả thi cho các vật có khối lượng.
Vì vậy, ngay cả khi tàu vũ trụ đạt tốc độ cực gần với tốc độ ánh sáng, thời gian cho hành khách trên tàu sẽ trôi cực kỳ chậm so với thời gian trên Trái Đất, nhưng không hoàn toàn ngừng lại.
CƠ CHẾ DI CHUYỂN BẰNG VẬN TỐC ÁNH SÁNG
Nếu một tàu vũ trụ có thể đạt được tốc độ cực gần với tốc độ ánh sáng, theo lý thuyết, thời gian trôi bên trong tàu sẽ chậm lại đến mức gần như không trôi đối với hành khách trên tàu. Điều này có nghĩa là, trong một chuyến du hành kéo dài hàng triệu năm ánh sáng (từ quan sát của người trên Trái Đất), chỉ một khoảng thời gian rất nhỏ sẽ trôi qua đối với những người bên trong tàu. Họ sẽ hầu như không cảm nhận được thời gian trôi và sẽ không lão hóa như nếu ở tốc độ bình thường.
Tóm tắt cơ chế du hành gần vận tốc ánh sáng
- Giãn nở thời gian: Ở vận tốc rất gần tốc độ ánh sáng, thời gian trên tàu trôi chậm đến gần như dừng lại. Với người ngoài, hành trình có thể kéo dài hàng triệu năm, nhưng hành khách sẽ chỉ cảm nhận được vài giờ, vài ngày, hoặc vài năm (tùy vào khoảng cách và tốc độ).
- Hiện thực hóa du hành vũ trụ xa xôi: Trong lý thuyết, những hành trình đến các hành tinh, sao hoặc thiên hà cách xa hàng triệu năm ánh sáng có thể trở nên khả thi nếu tàu vũ trụ đạt được tốc độ này.
- Vấn đề năng lượng và khối lượng: Mặc dù khả thi trong lý thuyết, việc đẩy một vật có khối lượng lên đến tốc độ ánh sáng vẫn là một thử thách cực lớn. Theo các định luật vật lý hiện nay, khi tốc độ tăng gần đến tốc độ ánh sáng, khối lượng hiệu dụng của vật thể cũng tăng lên, đòi hỏi năng lượng vô hạn để tiếp tục tăng tốc. Đây là giới hạn khiến việc đạt đúng vận tốc ánh sáng vẫn là điều bất khả thi cho những vật thể có khối lượng, như tàu vũ trụ và con người.
Các giải pháp khả dĩ trong lý thuyết để vượt qua giới hạn tốc độ ánh sáng
- Lỗ sâu (wormholes): Giả thuyết này cho phép con người “rút ngắn” khoảng cách giữa hai điểm xa xôi trong không-thời gian thông qua đường hầm. Nếu lỗ sâu tồn tại và có thể được sử dụng, nó sẽ giúp thực hiện các hành trình xa xôi mà không cần đạt vận tốc ánh sáng.
- Warp drive (động cơ uốn cong không gian): Ý tưởng của động cơ “warp” là co lại không-thời gian phía trước tàu và giãn nở nó phía sau, giúp tàu “trượt” qua không-thời gian. Giả thuyết này cho phép tàu vũ trụ di chuyển nhanh hơn ánh sáng trong không-thời gian mà không vi phạm thuyết tương đối, vì tàu thực tế không di chuyển với vận tốc ánh sáng – chỉ có không gian xung quanh tàu được biến đổi.
- Du hành giãn nở thời gian: Cho đến khi có công nghệ để vượt qua tốc độ ánh sáng, các tàu vũ trụ có thể vẫn tận dụng hiện tượng giãn nở thời gian để thực hiện các hành trình rất xa mà thời gian trôi qua trên tàu là tối thiểu.
Tóm lại, trong lý thuyết, nếu các nền văn minh ngoài hành tinh sở hữu công nghệ gần tốc độ ánh sáng, việc di chuyển giữa các ngôi sao cách xa hàng triệu năm ánh sáng trở nên khả thi trong một thời gian ngắn đối với họ. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi những giải pháp công nghệ rất tiên tiến mà hiện tại chúng ta vẫn chưa đạt được.
Tony Thái
