Không, đó là một sai lầm phổ biến. Từ góc nhìn của chúng ta, những người quan sát đứng yên, ánh sáng mất một khoảng thời gian hữu hạn để di chuyển. Tuy nhiên, câu hỏi này lại mở ra một trong những nghịch lý hấp dẫn nhất của vật lý, và câu trả lời phụ thuộc hoàn toàn vào việc bạn hỏi ai: chúng ta, hay chính hạt ánh sáng (photon).
 |
| Vận tốc ánh sáng 300.000 km/s |
Hai Góc Nhìn, Hai Sự Thật: Bản Chất Của Thuyết Tương Đối
Để hiểu được câu trả lời, chúng ta cần nắm vững nguyên lý cốt lõi của Thuyết Tương đối hẹp do Einstein đề xuất: Thời gian và không gian không phải là tuyệt đối. Chúng co giãn và thay đổi tùy thuộc vào tốc độ di chuyển của người quan sát.- Đối với chúng ta (người quan sát đứng yên): Ánh sáng di chuyển với một tốc độ hữu hạn nhưng cực nhanh, khoảng 300,000 km/giây. Do đó, để đi qua một khoảng cách, nó chắc chắn mất thời gian.
- Đối với chính photon ánh sáng: Nếu chúng ta có thể "hỏi" một photon, nó sẽ nói rằng cuộc hành trình của nó diễn ra ngay lập tức (mất 0 giây).
Tại sao lại có sự khác biệt kỳ lạ này? Đó là do hai hiện tượng song hành: sự giãn nở của thời gian và sự co lại của không gian.
Đồng Hồ Của Bạn Chạy Chậm Lại Khi Di Chuyển Nhanh
Thuyết tương đối chỉ ra rằng, một vật thể di chuyển càng nhanh, đồng hồ của nó sẽ chạy càng chậm so với một người quan sát đứng yên. Đây được gọi là sự giãn nở thời gian (time dilation).Hãy lấy ví dụ về hành trình đến Alpha Centauri, ngôi sao gần chúng ta nhất, cách Trái Đất khoảng 4.36 năm ánh sáng:
Từ góc nhìn của chúng ta trên Trái Đất: Chúng ta sẽ thấy một con tàu vũ trụ mất hơn 4.36 năm để đến đó (vì không gì có thể đi nhanh bằng ánh sáng). Ánh sáng từ ngôi sao đó mất đúng 4.36 năm để tới mắt chúng ta.
Từ góc nhìn của phi hành gia: Giả sử bạn đang di chuyển với vận tốc bằng 86% tốc độ ánh sáng. Đồng hồ của bạn sẽ chạy chậm lại khoảng một nửa so với đồng hồ trên Trái Đất. Vì vậy, đối với cá nhân bạn, chuyến đi chỉ mất khoảng 2.18 năm.
Ở Tốc Độ Ánh Sáng: Khi Thời Gian Ngừng Trôi và Không Gian Bằng Không
Bây giờ, hãy đẩy logic này đến giới hạn cuối cùng: điều gì xảy ra khi bạn di chuyển ở đúng tốc độ ánh sáng?- Thời gian ngừng lại hoàn toàn: Theo phương trình của Einstein, khi tốc độ của bạn đạt đến tốc độ ánh sáng, sự giãn nở thời gian trở nên vô hạn. Điều này có nghĩa là đối với bạn (hay một hạt photon), thời gian sẽ ngừng trôi. Kim đồng hồ của bạn sẽ dừng lại hoàn toàn.
- Quãng đường co lại bằng 0: Cùng lúc đó, một hiện tượng khác xảy ra gọi là sự co lại của độ dài (length contraction). Đối với một vật thể di chuyển ở tốc độ ánh sáng, toàn bộ khoảng cách theo hướng di chuyển sẽ bị co ngắn lại, trở thành số 0.
Kết hợp cả hai điều này, chúng ta có câu trả lời cho nghịch lý ban đầu. Từ "góc nhìn" của một hạt photon:
- Quãng đường từ Alpha Centauri đến Trái Đất đã bị co ngắn lại thành 0.
- Không có chút thời gian nào trôi qua trên "đồng hồ" của nó.
Vì vậy, đối với chính photon, cuộc hành trình xuyên qua 4.36 năm ánh sáng trong vũ trụ của chúng ta là một sự kiện tức thời. Nó được sinh ra và được hấp thụ tại cùng một khoảnh khắc trong hệ quy chiếu của riêng nó. Đây chính là bản chất của sự tương đối: không có một "sự thật" tuyệt đối nào về thời gian và không gian; tất cả đều phụ thuộc vào góc nhìn của người quan sát.
