Từ lâu, con người đã hình dung không gian là một khoảng trống vô tận, tĩnh lặng, nơi các thiên thể tồn tại và biến mất. Thời gian được coi là một dòng chảy riêng biệt, đều đặn, đưa chúng ta từ quá khứ đến tương lai.
Tuy nhiên, vật lý hiện đại đã lật đổ quan niệm này, chứng minh rằng không gian và thời gian không thể tách rời mà hòa quyện thành một thực thể duy nhất: không-thời gian.
Thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein đã chỉ ra rằng không-thời gian không chỉ là một phông nền thụ động mà là một cấu trúc năng động, định hình vũ trụ và cách các vật thể chuyển động.
Nó là sợi vải vô hình giữ mọi thứ cố định, định hướng các sự kiện diễn ra. Nếu không có không-thời gian, khái niệm về địa điểm và thời gian sẽ trở nên vô nghĩa.
Vật thể lớn làm cong không-thời gian
Để minh họa sự gắn kết giữa không gian và thời gian, hãy tưởng tượng hai người: một người ở lại Trái Đất và một người du hành trên tàu vũ trụ với tốc độ gần bằng ánh sáng.
Khi họ gặp lại, đồng hồ của người trên tàu vũ trụ sẽ hiển thị thời gian trôi qua ít hơn so với người ở Trái Đất. Hiện tượng này, được gọi là sự giãn nở thời gian, cho thấy không gian và thời gian phải hoạt động cùng nhau như một phần của cùng một cấu trúc.
Đây cũng là lý do các phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế già đi chậm hơn một chút so với người trên Trái Đất.
Einstein cũng chứng minh rằng các vật thể có khối lượng lớn như hành tinh và sao có khả năng làm cong không-thời gian, từ đó ảnh hưởng đến chuyển động của các vật thể xung quanh. Chính độ cong này giải thích cho lực hấp dẫn.
Trái Đất không quay quanh Mặt Trời vì bị "buộc" bởi một sợi dây vô hình, mà vì nó chuyển động dọc theo không-thời gian bị Mặt Trời làm cong.
Hãy hình dung một tấm vải được kéo căng, khi đặt một quả bóng lớn lên, bề mặt vải sẽ bị lõm xuống. Nếu lăn một quả bóng nhỏ hơn, nó sẽ di chuyển theo hình xoắn ốc vào trong, theo đường cong của vải. Các thiên thể trong vũ trụ cũng chịu ảnh hưởng tương tự bởi không-thời gian cong.
Bằng cách chứng minh sự kết nối giữa không gian và thời gian, và rằng lực hấp dẫn là hình học của sự hợp nhất này, Einstein đã thay đổi hoàn toàn cách chúng ta hiểu về vũ trụ.
Ông đã khẳng định không-thời gian không phải là một đơn vị đo lường thụ động mà là một yếu tố chủ động trong câu chuyện của vũ trụ.
Sợi vải dệt nên thực tại
Không-thời gian không chỉ là một giả thuyết khoa học, mà chính là cấu trúc của thực tại. Mọi sự kiện, từ chuyển động của các hành tinh đến tiếng tích tắc của đồng hồ, đều diễn ra trong không-thời gian.
Chúng ta không thể chỉ ra một không gian nhất định mà không xét đến thời gian, và ngược lại. Chúng không thể tách rời, và cùng nhau, chúng định nghĩa giai đoạn tồn tại.
Vật lý hiện đại được xây dựng dựa trên sự hiểu biết này. Thuyết tương đối, sự vướng víu lượng tử, vũ trụ học và nhiều công nghệ định hình cuộc sống hàng ngày của chúng ta đều phụ thuộc vào không-thời gian. Nó cung cấp khuôn khổ cho các quy luật tự nhiên vận hành, định hình "ở đâu" và "khi nào" của thực tại.
Tác động của không-thời gian không chỉ dừng lại ở lý thuyết. Các hố đen khổng lồ, với mật độ dày đặc, làm cong không-thời gian đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra.
Ở quy mô nhỏ hơn, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) của chúng ta cũng phụ thuộc vào không-thời gian để hoạt động chính xác. Các vệ tinh GPS quay quanh Trái Đất di chuyển với tốc độ khác so với các thiết bị trên mặt đất do sự giãn nở thời gian gây ra bởi trọng lực.
Nếu không hiệu chỉnh những thay đổi này, định vị GPS sẽ bị lệch vài km mỗi ngày. Không-thời gian âm thầm định hình cách chúng ta di chuyển, giao tiếp và tương tác với thế giới trong cuộc sống hàng ngày.
