Một trong những bí ẩn lớn nhất của vật lý hiện đại là cái chúng ta đang trải nghiệm theo đúng nghĩa đen tại mỗi khoảnh khắc đời mình. Vật lý mô tả thế giới bằng những công thức chỉ cho chúng ta thấy cách mọi thứ thay đổi theo hàm thời gian, nhưng vật lý không giải thích thời gian là gì. Chúng ta có thể viết công thức tính toán cách sự vật thay đổi tương quan với vị trí, hoặc để xem vị của món risotto biến đổi theo hàm của “biến số lượng bơ” như thế nào. Tuy vậy, thời gian là điều gì đó rất khác. Thời gian dường như trôi đi, trong khi lượng bơ hay vị trí của nó trong không gian thì không hề trôi. Sự khác biệt đó đến từ đâu?

Một cách đặt vấn đề khác là hãy hỏi: hiện tại là gì? Chúng ta nói rằng chỉ có những điều trong hiện tại mới tồn tại, quá khứ đã qua và tương lai thì chưa đến. Nhưng trong vật lý không có gì tương ứng với khái niệm “bây giờ.” Hãy so sánh “bây giờ” với “ở đây.” “Ở đây” biểu thị vị trí của người phát biểu. Với hai người khác nhau, “ở đây” chỉ hai vị trí khác nhau. Vậy thì nghĩa của từ “ở đây” phụ thuộc vào việc nó được nói ở đâu. Thuật ngữ kỹ thuật cho cách nói này là “chỉ mục” (indexical). “Hiện tại” cũng chỉ tới thời điểm nó được thốt ra và cũng được phân loại là chỉ mục.

Chẳng ai ảo tưởng đến mức phát biểu rằng cái gì “ở đây” thì tồn tại, trong khi những cái không “ở đây” là không tồn tại. Thế thì tại sao chúng ta vẫn nói chỉ có những gì ở “hiện tại” mới tồn tại còn mọi thứ khác lại không? Liệu hiện tại có phải điều gì đó khách quan trong thế giới, cái trôi đi và khiến sự vật tồn tại nối tiếp nhau, hay nó chỉ mang tính chủ quan, tựa như “ở đây”?

Thoạt nhìn câu hỏi này giống một vấn đề tinh thần trừu tượng, nhưng vật lý hiện đại đã biến nó thành đề tài cực nóng bỏng, khi thuyết tương đối hẹp của Einstein đã chứng minh rằng khái niệm hiện tại cũng mang tính chủ quan. Các nhà vật lý đi đến kết luận rằng ý tưởng khái quát về một hiện tại phổ quát chung cho toàn bộ vũ trụ là không khả thi. Khi người bạn thân Michele Besso qua đời, Einstein viết một lá thư gửi cho chị của bạn nói rằng: “Michele đã rời bỏ thế giới kỳ lạ này trước tôi một chút. Điều này chẳng có ý nghĩa gì. Những người tin vào vật lý như chúng tôi biết rằng sự khác biệt giữa quá khứ, hiện tại và tương lai chẳng có gì hơn một ảo giác cố chấp dai dẳng.”

Ảo giác hay không đi chăng nữa, cái gì giúp giải thích sự thật là chúng ta cảm thấy thời gian trôi? Việc thời gian đi qua là hiển nhiên với tất cả chúng ta. Những suy nghĩ và lời nói của ta tồn tại trong thời gian. Chính cấu trúc ngôn ngữ của chúng ta đòi hỏi thời gian – một điều “đang” hoặc “đã” hoặc “sẽ.” Triết gia người Đức Martin Heidegger đã nhấn mạnh sự “trú ngụ trong thời gian” (dwelling in time) của con người. Có khi nào dòng thời gian mà Heidegger xem là nguyên thủy ấy vắng bóng trong các mô tả về thế giới?

Một số triết gia, những người ủng hộ Heidegger mạnh mẽ nhất, kết luận rằng vật lý không có khả năng mô tả những khía cạnh cơ bản nhất của hiện thực, và họ xem đó như một kiến thức nhầm lẫn. Trong quá khứ, rất nhiều lần ta nhận ra trực giác tức thời của con người không chính xác. Nếu chúng ta khăng khăng giữ lấy chúng, ta sẽ còn đang tin rằng Trái Đất phẳng và mặt trời thì xoay quanh quả đất. Trực giác của chúng ta phát triển dựa trên kinh nghiệm hạn hẹp. Khi nhìn ra xa hơn, ta phát hiện thế giới không giống như ta từng thấy: Trái Đất thì tròn và ở thành phố Cape Town bên kia quả cầu, chân của họ ở trên còn đầu họ thì chúi xuống nếu so với ta.

Kinh nghiệm của chúng ta về sự trôi qua của thời gian tuy sống động nhưng không nhất định phản ánh một khía cạnh cơ bản của hiện thực. Nhưng nếu không phải là quy luật cơ bản, thì cái kinh nghiệm sống động đó đến từ đâu?

Ở cấp độ một, tôi nghĩ câu trả lời nằm trong mối liên hệ mật thiết giữa thời gian và nhiệt. Điểm khác biệt thấy được giữa quá khứ và tương lai chỉ xuất hiện khi có dòng dịch chuyển năng lượng nhiệt. Nhiệt gắn liền với xác suất – sự di chuyển mang tính thống kê của lượng lớn các hạt cơ bản – và đến lượt xác suất lại gắn với thực tế rằng tương tác giữa chúng ta với phần còn lại của thế giới không biểu lộ các chi tiết chính xác của hiện thực. Dòng chảy thời gian nảy sinh từ vật lý, nhưng không phải trong bối cảnh nhằm mô tả chính xác mọi thứ như chúng vốn có. Thay vào đó, thời gian xuất hiện trong khuôn khổ thống kê và nhiệt động lực học. Điều này có thể là chìa khóa cho câu đố về thời gian. Khách quan mà nói, “hiện tại” không có vẻ gì là tồn tại khách quan hơn so với “ở đây”; tuy nhiên, chính những tương tác vi mô trong thế giới đã thúc đẩy sự xuất hiện rõ nét của các hiện tượng có tính thời gian trong một hệ thống (ví dụ, chính chúng ta) vốn chỉ tương tác qua môi trường trung gian của vô số biến.

Ký ức và nhận thức của chúng ta được xây dựng dựa trên các hiện tượng có tính thống kê này. Với một dạng sống siêu nhạy cảm giả định, sẽ chẳng có “dòng chảy” thời gian nào cả; vũ trụ là một khối thống nhất giữa quá khứ, hiện tại và tương lai, hệt như Einstein đã mô tả. Nhưng do những giới hạn của ý thức, con người chỉ nhận thức được một khung cảnh mơ hồ về thế giới, và sinh hoạt theo thời gian. Chính từ góc nhìn hữu hạn đó mà chúng ta hình thành cảm nhận về sự trôi đi của thời gian.

Chừng ấy đã đủ rõ chưa? Chưa hề. Vẫn còn rất nhiều điều cần tìm hiểu. Thời gian đóng vai trò chủ chốt trong mớ vấn đề lộn xộn sinh ra bởi sự giao thoa giữa hấp dẫn, cơ học lượng tử và nhiệt động lực học. Chúng ta vẫn chưa có lý thuyết nào đủ khả năng kết hợp cả ba mảng kiến thức cơ bản này của con người về thế giới.

Một manh mối nhỏ hướng tới đáp án, điều cũng dẫn tới câu trả lời sâu sắc hơn về bản chất của thời gian, đến từ một phép tính do Stephen Hawking hoàn thiện. Sử dụng cơ học lượng tử, Hawking chứng minh rằng các lỗ đen có nhiệt độ: Chúng luôn nóng rực, tỏa nhiệt như một cái bếp lò. Chưa ai quan sát được nhiệt độ này bởi nó cực kỳ yếu, nhưng tính toán của Hawking rất có sức thuyết phục; phép tính đã được lặp lại bằng nhiều phương pháp, và sự thực về nhiệt độ của lỗ đen đã được chấp nhận rộng rãi.

Nhiệt của các lỗ đen là hiệu ứng lượng tử trên một vật thể, ở đây là lỗ đen, có bản chất là hấp dẫn. Chính các lượng tử không gian, những hạt sơ cấp cấu thành không gian, hâm nóng bề mặt các lỗ đen. Hiện tượng này bao hàm cả ba phương diện của vấn đề trên: cơ học lượng tử, thuyết tương đối, và nhiệt học. Nó gắn chặt mọi thứ vào các quá trình thống kê đằng sau sự trôi đi (hiển nhiên) của thời gian. Các nhà vật lý còn một đoạn đường dài phải đi trước khi hiểu thấu đáo được vấn đề này, nhưng với các tiến bộ mới nhất như việc phát hiện sóng hấp dẫn từ các vụ va chạm lỗ đen, họ đang tiến gần hơn đến đáp án.

Sau cùng, có vẻ nhiệt của lỗ đen giống như phiến đá Rosetta trong vật lý, được viết bằng hỗn hợp ba ngôn ngữ – lượng tử, hấp dẫn, và nhiệt động lực học – đang chờ được giải mã để hé lộ bản chất thật sự của thời gian.