Thời gian là thứ chúng ta luôn thiếu. Nhưng sẽ ra sao nếu ai đó đến và nói rằng nhận thức của bạn về mũi tên thời gian - rằng thời gian trôi từ quá khứ đến hiện tại rồi đến tương lai, chứ không phải theo bất kỳ hướng nào khác - là một điều rất chủ quan?
Hãy bắt đầu với một thứ mà chúng ta biết chắc - thời gian có tồn tại, và nó đi theo một hướng đơn nhất rất rõ ràng, ít nhất là đối với chúng ta. Chúng ta sinh ra, già đi, rồi chết. Chúng ta nhận thức về thời gian như một thứ trôi từ nơi mà chúng ta gọi là "quá khứ" - nơi chúng ta có những ký ức rất rõ ràng, và đôi lúc không rõ ràng cho lắm, đến nơi chúng ta gọi là "tương lai" - nơi có những điều vẫn chưa diễn ra.
Thời gian có tồn tại và nó đi theo một hướng đơn nhất rất rõ ràng.
Đó là lúc chúng ta gặp phải một trong những bí ẩn lớn nhất chưa được lý giải của vật lý - tại sao chúng ta lại nhớ về quá khứ, những không nhớ tương lai? Nói cách khác, tại sao thời gian chỉ trôi theo một hướng, tiến về phía trước, mà không bao giờ ngược lại?
Suy cho cùng, những định luật vật lý cơ bản miêu tả vũ trụ chúng ta đang sống đều cho thấy "thời gian có thể đảo ngược được". Những định luật đó vẫn hợp lệ mà không yêu cầu thời gian phải trôi theo một hướng duy nhất, và nội dung của những định luật đó cũng không có phần nào giải thích về mũi tên thời gian giống như cách chúng ta nhìn nhận nó.
Từ rất lâu rồi, các nhà vật lý học đã dẫn ra định luật thứ hai của nhiệt động lực học - định luật với nội dung rằng entropy, hay mức độ hỗn loạn hoặc mức độ ngẫu nhiên, của một hệ thống biệt lập sẽ tăng theo thời gian. Họ tranh luận rằng bởi vũ trụ chỉ đi từ trạng thái entropy thấp đến trạng thái entropy cao, mũi tên thời gian cũng như vậy, đi từ khi entropy thấp - tức quá khứ - đến khi entropy cao lên - tức tương lai.
Hầu hết các nhà vật lý học hiện nay tin rằng trọng lực có lẽ là mấu chốt để giải thích mũi tên thời gian. Lý lẽ của họ là khi các hạt hạ nguyên tử "phục hồi tách sóng" - tức đi từ vùng cơ học lượng tử đến cơ học cổ điển - trọng lực sẽ xuất hiện, tạo ra thứ gọi là mũi tên thời gian.
Tuy nhiên, theo một nghiên cứu được xuất bản trên số mới nhất của tạp chí Annalen der Physik, vai trò của trọng lực - như đã được giải thích bởi phương trình Wheeler-DeWitt - là không đủ lớn để giải thích về sự hình thành của hướng đi từ quá khứ đến tương lai của thời gian.
Chúng ta chỉ có thể nhớ những sự kiện chúng ta từng quan sát trong quá khứ.
Các tác giả - Robert Lanza và Dmitry Podolsky - nói rằng qua đó, chỉ còn một thứ duy nhất có thể giải thích mũi tên thời gian: người quan sát nó.
"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thời gian không chỉ đang tồn tại, trôi từ quá khứ đến tương lai, mà còn là một đặc tính xuất hiện tuỳ thuộc vào khả năng lưu giữ thông tin về những sự kiện đã trải nghiệm của người quan sát" - Lanza viết trên tạp chí Discover. "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng nếu chỉ xét riêng những đặc tính thuộc về bản chất của trọng lực và vật chất lượng tử thì không thể giải thích được những hiệu quả to lớn của sự xuất hiện của thời gian và sự thiếu hụt của rối lượng tử trong thế giới trần tục, nhìn thấy bằng mắt thường, mà chúng ta đang thấy mỗi ngày".
Liệu điều đó có nghĩa là không có một mũi tên thời gian "phổ quát"? Có lẽ vậy. Nhưng, khi chúng ta quan sát một góc của vũ trụ - kể cả nơi mà thời gian có thể đã và đang trôi từ tương lai về quá khứ - nó sẽ ngay lập tức thể hiện hướng mà chúng ta đã luôn nhận thức - tức hướng từ quá khứ đến tương lai.
"Chúng ta, những người quan sát, có ký ức và chỉ có thể nhớ những sự kiện chúng ta từng quan sát trong quá khứ. Những quỹ đạo cơ học lượng tử "tương lai về quá khứ" đều đi kèm với việc xoá sạch ký ức, bởi bất kỳ quy trình nào làm giảm entropy (trật tự bị suy giảm) đều dẫn đến sự suy giảm của rối giữa ký ức của chúng ta và những sự kiện đã quan sát được" - Lanza nói thêm. "Chính vì vậy, một người quan sát ‘không trí óc' - tức một người quan sát không có khả năng lưu trữ những sự kiện đã quan sát được - không trải nghiệm được thời gian hay thế giới mà trong đó chúng ta già đi".