Minh họa tia laser quét trên bề mặt Mặt Trăng. Ảnh: Sabine Hossenfelder.
Nhà vật lý thiên tài người Anh Lord Rayleigh dự đoán về sự truyền ngược của sóng âm gần một thế kỷ trước. Rayleigh lý luận rằng, vì tốc độ của âm thanh là hằng số, khi một cái máy phát nhạc di chuyển với vận tốc nhanh hơn vận tốc âm thanh thì sóng âm thanh sẽ lan truyền về phía máy phát nhạc (thay vì lan truyền ra xa như thông thường). Do đó, âm thanh dường như bị đảo ngược trong định hướng thời gian.
Dù vậy, giới nghiên cứu chưa tìm ra cách nào để có thể dễ dàng kiểm nghiệm lập luận của Rayleigh. Âm thanh có vận tốc 1.225 km/h, nghĩa là để nghe một clip âm thanh chạy ngược 3 giây, cần một máy bay phản lực siêu âm bay ở tốc độ Mach 2 (gấp hai lần tốc độ âm thanh). Khi đó âm thanh sẽ bắt đầu phát lại cách đó hơn một km từ vị trí của người nghe. Tuy nhiên, sự tán xạ và hấp thụ các sóng âm trong không khí sẽ khiến cho âm thanh không nghe được, và khó có thể kiểm chứng thí nghiệm của Rayleigh.
Theo Live Science, nhà vật lý Daniele Faccio và các đồng nghiệp tại Đại học Heriot-Watt, Scotland nhận ra nếu dự đoán của Rayleigh về âm thanh là đúng, ánh sáng cũng có thể đảo ngược. Ánh sáng lan truyền với vận tốc 1,1 tỷ km/h và các bước sóng của ánh sáng rất nhỏ so với sóng âm thanh. Điều này có nghĩa, các nhà khoa học không cần đến máy bay phản lực siêu thanh và khoảng cách hàng kilomet mà có thể tiến hành thí nghiệm trong một căn phòng bình thường.
Vấn đề lớn nhất mà họ phải vượt qua là không gì có thể đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Để tạo ra đối tượng di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng, Faccio sử dụng một hiện tượng kỳ lạ gọi là "photonic boom" được mô tả trong một loạt thí nghiệm tưởng tượng hấp dẫn.
Bí mật đằng sau "photonic boom" là hình ảnh phản chiếu của một vật (chứ không phải vật đó và các photon) có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng.
Bạn có thể tưởng tượng về một cây bút laser đủ mạnh để chỉ tới Mặt Trăng. Chỉ bằng động tác vẩy cổ tay trong tích tắc, bạn có thể làm cho hình chiếu của cây bút laser di chuyển từ đầu này đến đầu kia của Mặt Trăng. Trong khi các photon đi từ cây bút laser di chuyển ở tốc độ ánh sáng bình thường, ảnh của chúng trên Mặt Trăng di chuyển nhanh hơn rất nhiều.
Hình chiếu của vật thể trên một bề mặt có thể không tuân theo phương trình của Einstein. Ảnh: Engadget.
Để bắt thời gian đảo ngược trong thí nghiệm của mình, nhóm nghiên cứu chiếu một dòng ánh sáng lên màn hình và di chuyển dòng đó trên màn hình với tốc độ nhanh hơn tốc độ của ánh sáng. Đồng thời, họ ghi lại dòng ánh sáng chuyển động trên màn hình bằng một máy ảnh tốc độ siêu cao, cỡ một vài pico giây cho một khung hình.
Kết quả, máy ảnh chụp dòng ánh sáng trên màn hình di chuyển theo hướng ngược lại với cách họ quét dòng ánh sáng. Như vậy, ảnh trên màn hình đã đi ngược thời gian.
Ở thí nghiệm thứ hai, nhóm nghiên cứu xác nhận một hiện tượng thậm chí còn kỳ lạ hơn, có tên gọi cặp sinh - diệt. Hiện tượng này được Robert Nemiroff, một nhà vật lý tại Đại học Công nghệ Michigan, Mỹ, dự đoán cho các đối tượng thiên văn trong một tiền ấn phẩm công bố trên tạp chí arXiv vào tháng 5/2015.
Faccio và các đồng nghiệp lặp lại thí nghiệm trên một màn hình cong. Khi tốc độ của các dòng ánh sáng vượt quá tốc độ ánh sáng, một cặp dòng ánh sáng di chuyển ra xa nhau được tạo ra. Khi sử dụng một màn hình với độ cong khác, các cặp dòng ánh sáng di chuyển tiến về nhau, nhập lại và sau đó triệt tiêu lẫn nhau.
Những phát hiện này vẫn còn ẩn chứa nhiều điều bí ẩn và cần thêm thời gian phân tích và tìm hiểu. Nghiên cứu của Faccio và các cộng sự được công bố trên tạp chí Science Advances hôm 15/4.
Thanh Tùng