Thời gian và không gian trong tranh vẽ (P.1): Không gian có thể nhìn thấy

Chia sẻ Facebook

Mỗi một chiều không gian đều tự mang theo thời gian, chiều không gian khác nhau thì thời gian cũng khác nhau. (Ảnh: Kknews)

So với nghệ thuật thính giác kéo dài thời gian như âm nhạc mà nói, mọi người thường có xu hướng nghĩ rằng bức tranh biểu trưng cho cảnh tĩnh hoặc cảnh nhất thời; từ góc độ không gian, muốn biểu hiện cảnh tượng của nhiều đại thiên thế giới và tư tưởng sâu sắc của văn hóa Thần truyền trên một mặt phẳng hai chiều thì quả là không dễ dàng. Hôm nay, chúng ta sẽ nghiên cứu một chút về tri thức đằng sau nghệ thuật hội họa và thời không.

Không gian có thể nhìn thấy

Một số người có thể không quen với các thuật ngữ như “hai chiều”, “ba chiều”, vốn là các thuật ngữ chuyên môn phổ biến trong mỹ thuật, vật lý học, thiên văn học và các ngành nghề khác. Bởi vì nội dung nói đến trong bài liên quan đến nhiều khía cạnh, cũng đề cập đến không gian bên ngoài, thật không dễ hiểu, cho nên để mọi người dễ hiểu, tác giả chỉ lấy khái niệm không gian thường được chấp nhận một cách phổ biến làm ví dụ, dùng cách nói đơn giản, dễ hiểu, thông tục nhất để nói về chiều (dimension) trong thời gian và không gian (gọi tắt là thời không).

Có lẽ những độc giả bẩm sinh đã có niềm đam mê về không gian và khả năng tư duy không gian mạnh, sẽ dễ dàng hiểu được nội dung lúc đề cập về không gian hơn. Tuy nhiên, những bạn không quen với tư duy không gian cũng đừng lo lắng, vì bài viết này cũng sẽ sử dụng một số hình ảnh trực quan để độc giả có thể hiểu nhiều nhất có thể.

Khi nói đến chiều không gian, cách hiểu thông thường nhất là: Một điểm di chuyển tạo thành quỹ đạo đường thẳng và chỉ có duy nhất đại lượng chiều dài, thì đường thẳng đó thuộc về không gian một chiều; nếu toàn bộ phạm vi chuyển động của đường thẳng có hai yếu tố là chiều dài và chiều rộng, tổ thành không gian mặt phẳng, được gọi là không gian hai chiều.

Tiếp theo, nếu một bề mặt di chuyển về phía thứ ba để tạo thành một phạm vi thể tích. Như vậy, không gian có ba kích thước chiều dài, chiều rộng, và chiều cao được gọi là không gian ba chiều. Theo cách thông thường mà nói: đường thẳng là một chiều, bề mặt là hai chiều, và thể tích là ba chiều. Đây là khái niệm mà hầu hết mọi người đều hiểu.

Sơ đồ biểu thị không gian một chiều, hai chiều, ba chiều. Theo cách hiểu thông thường, đường thẳng là một chiều, bề mặt là hai chiều, thể tích là ba chiều. (Ảnh: Alamy)

Nhưng khi con số càng lớn, khái niệm “chiều không gian” bắt đầu trở nên mơ hồ. Không ít người cho rằng, không gian ba chiều cộng thêm yếu tố thời gian sẽ biến thành không gian bốn chiều. Cách nói này có vẻ hơi gượng gạo, bởi vì thời gian và không gian mà chúng ta có khả năng tiếp xúc được là tồn tại đồng thời, một đường thẳng hoặc một mặt phẳng cũng tồn tại quá khứ, hiện tại và tương lai của nó.

Hơn nữa, mỗi một chiều không gian đều tự mang theo thời gian, chiều không gian khác nhau thì thời gian cũng khác nhau. Mỗi một tầng lạp tử đều có thời gian của bản thân nó, không gian và thời gian thật giống như dung hợp lại cùng nhau tạo thành một chỉnh thể. Dựa theo phương thức cắt lớp của toán học hiện đại mà xem xét thì có vẻ hơi máy móc.

Cho nên, chiều không gian mà chúng ta nói ở đây không giống một số lý luận về không gian bốn chiều mà mọi người thường nói. Tất nhiên, nếu có người cảm thấy không quen, có thể thay đổi cách gọi, ví dụ như khái niệm chiều không gian lớn có thể gọi là “phạm vi lớn”, lớn hơn thì gọi “phạm vi lớn hơn” v.v., thật ra chỉ là khác biệt về danh từ. Chỉ có điều, từ “phạm vi” này trong khái niệm thông thường lại có khuynh hướng dùng để biểu thị không gian, rất khó để người ta liên hệ đến khái niệm thời gian ở tầng diện khác biệt, cho nên mượn dùng từ “chiều không gian” này, chỉ là để biểu đạt dễ dàng hơn một chút mà thôi.

Như vậy, nếu tất cả người và vật trong môi trường này đều là ba chiều, bao gồm cả bản thân môi trường cũng đều chuyển động, thì sẽ hình thành một tầng khái niệm lớn hơn. Có người cảm thấy, sau khi di chuyển thì chiều dài, chiều rộng, chiều cao chẳng phải đã không còn là ba chiều nữa? Là như vậy, nhưng cũng không hoàn toàn đúng như vậy.

Ngay từ thế kỷ trước mọi người cũng đã biết rằng, một khi xuất hiện các khái niệm ở mức độ vĩ mô hơn, thì nhiều định luật và công thức vật lý thông thường sẽ không thể áp dụng được, và sẽ có vấn đề với dữ liệu tính toán. Cho nên, những thành quả nghiên cứu sau này của các nhà khoa học thiên tài như Albert Einstein đã được giới học thuật hết sức trân trọng.

Nói một cách đơn giản, khi nói đến phạm vi hành tinh, cần xét đến tình huống thời không cong (curved spacetime). Tại thời điểm này, các khái niệm không gian về chiều dài, chiều rộng và chiều cao trong môi trường Trái đất đã ở trong trạng thái không gian và thời gian khác với thế giới bên ngoài trong sự uốn cong vĩ mô.

Sơ đồ về độ cong của thời không trong phạm vi Trái đất. Trạng thái thời không của vệ tinh nhân tạo sau khi bay ra khỏi khí quyển hoàn toàn khác với trạng thái thời không trên mặt đất. (Ảnh: NASA)

Chúng ta hãy xem một ví dụ đơn giản: Trên mặt đất vạch một đường thẳng, nếu nhìn trong điều kiện bình thường, mọi người đều cho rằng đó là đường thẳng; nhưng ở tầm nhìn lớn hơn, chẳng hạn như nhìn từ trên không trung, sẽ thấy nó là một đoạn vòng cung ngắn vẽ trên mặt đất hình cầu. Khi lấy khái niệm đơn giản về chiều dài, chiều rộng, chiều cao đặt ở phạm vi thời không khác nhau mà xét, thì cũng cần thay đổi cách nhận thức.

Toàn bộ Trái đất đều đang tự chuyển động, đồng thời cũng quay xung quanh Mặt trời, khái niệm không gian hình thành trong phạm vi này không còn giống với khái niệm không gian trong tầng khí quyển. Bởi vì Trái đất tự quay, người ở tại xích đạo mỗi giây chuyển động mấy trăm thước, nhưng họ không hề cảm thấy mình đang chuyển động. Trái đất chuyển động xung quanh Mặt trời, mọi người trên Trái đất mỗi giây đều di chuyển mấy chục cây số, nhưng tất cả mọi người trên thế giới đều cảm thấy Trái đất căn bản không có chuyển động. Hết thảy đều bị bao phủ ở trong môi trường này, người sống trong hoàn cảnh này làm gì, cũng đều là việc trong hoàn cảnh này, tương đối ngăn cách với môi trường bên ngoài.

Sự khác biệt giữa hai môi trường này thuộc về sự khác biệt về tính chất của thời không, cho nên tốc độ thời gian của không gian vũ trụ và môi trường Trái đất cũng không giống nhau. Giới khoa học kỹ thuật đều biết, việc phóng vệ tinh nhân tạo hoặc phi thuyền vào vũ trụ, cần có sự điều khiển đặc biệt của đồng hồ nguyên tử, nếu không có thể xảy ra sự cố.

Lấy vệ tinh GPS mà mọi người đã từng nghe nói làm ví dụ, bởi vì thời gian lưu chuyển giữa bầu trời và mặt đất là khác biệt, nên nếu tốc độ đồng hồ của GPS giống với ở dưới mặt đất, hệ thống vệ tinh GPS sẽ tích lũy một số lỗi định vị mỗi ngày trong các hoạt động chuyển đổi khác nhau, nếu không sửa đổi thì sau một thời gian lâu sẽ không cách nào dùng được nữa.

Trên Trái đất, mọi người đều có nhận thức rõ ràng về “bên trên”, thực ra đó chỉ là phương hướng trên đỉnh đầu của một người. Bởi vì Trái đất là hình cầu, “bên trên” có nghĩa là 360 độ bên ngoài Trái đất, “bên dưới” thật ra là hướng vào trung tâm Trái đất; trước, sau, trái, phải chỉ là khái niệm phạm vi mở rộng dọc theo hình cầu của Trái đất. Thời gian mà mọi người quen thuộc cũng vận hành theo thời gian của môi trường Trái đất, và hết thảy khái niệm trong đó đều phụ thuộc vào môi trường này.

Trái đất chuyển động quanh Mặt trời, và bên trong hệ Mặt trời (Solar System), quỹ đạo của một số đại hành tinh cơ bản đều nằm trong cùng một mặt phẳng và quay quanh Mặt trời. Dựa theo khái niệm tọa độ của con người trên Trái đất, phạm vi được vẽ tựa như một cái đĩa phẳng. Bởi vì tọa độ trung tâm thay đổi, và nếu như hình dung hệ Mặt trời như một cái đĩa phẳng, như vậy các hướng trên, dưới, trái, phải lúc này hoàn toàn khác với trên Trái đất.

Hình ảnh quỹ đạo vận hành của Mặt Trời và các đại hành tinh trong hệ Mặt trời. (Ảnh: Videnskab)

Tác giả chỉ dùng cách dễ hiểu, đơn giản nhất, theo cách thông thường nhất, nhằm giúp người đọc có nền tảng kiến thức và trình độ học vấn khác nhau có thể dễ dàng hiểu được. Trên thực tế, hệ Mặt trời cũng có thể hiểu theo các khía cạnh khác, ví dụ từ góc độ năng lượng, toàn bộ hệ Mặt trời có thể được xem là một quả cầu; từ khái niệm không gian, hệ Mặt trời tương tự như một bong bóng… Chúng ta là từ góc độ “vật chất” hóa nhất, phổ biến nhất, dễ hiểu nhất, là so sánh nó với một chiếc đĩa, và cách viết sau đây cũng tương tự như vậy.

Dựa theo phương pháp vừa rồi, nếu như xem toàn bộ hệ Mặt trời là một khái niệm thời không hoàn toàn khác biệt, thì sự vận động của toàn bộ hệ Mặt trời sẽ tạo thành một môi trường phạm vi lớn. Hệ Mặt trời là một bộ phận của hệ Ngân hà (Milky Way), vận động quanh trung tâm hệ Ngân hà.

Nếu xem hệ Ngân hà như một đĩa phẳng lớn, vậy góc giữa đĩa nhỏ hệ Mặt trời và đĩa lớn hệ Ngân hà khoảng 60 độ, trong môi trường này, hệ Mặt trời đứng thẳng tựa như một cái quạt điện chuyển động thẳng về phía trước. Nói cách khác, từ góc độ này, Trái đất sẽ chuyển động nghiêng quanh Mặt trời. Và Mặt trời bởi vì tiến rất nhanh, cho nên quỹ đạo các hành tinh trong hệ Mặt trời thực ra không phải là chuyển động của những vòng tròn khép kín, mà đuổi theo Mặt trời ở dạng hình xoắn ốc.

Hơn nữa, Mặt trời cũng không phải chuyển động quanh hệ Ngân hà trong một vùng bằng phẳng, mà di chuyển về phía trước theo từng đợt tùy theo tình hình cánh tay treo của Ngân Hà. Lúc này, không chỉ các giả thiết bên trên, bên dưới, trái, phải trong khái niệm hệ Mặt trời ban đầu đều đã thay đổi trong khái niệm về môi trường của hệ Ngân hà, mà khái niệm thời gian cũng không ngừng thay đổi.

Chia sẻ Facebook