Hiện tượng giãn thời gian do vận tốc tương đối khiến phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) lão hóa chậm hơn vài phần nhỏ giây.
Phi hành gia Butch Wilmore và Suni Williams đang mắc kẹt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) đến tháng 2/2025 do tàu vũ trụ Boeing gặp sự cố, nhưng điều này không phải hoàn toàn có hại. Ngoài việc ngắm nhìn Trái đất hùng vĩ từ không gian, họ còn già chậm hơn so với người ở dưới mặt đất.
Phi hành gia Matthias Maurer của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) thực hiện chuyến đi bộ không gian bên ngoài Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). (Ảnh: NASA).
Sự khác biệt này không dễ nhận biết. Sau 6 tháng sống trên trạm ISS, phi hành gia già chậm hơn khoảng 0,005 giây so với người ở Trái đất. Như vậy, sau khoảng 9 tháng sống ngoài không gian, Williams và Wilmore sẽ trẻ hơn khoảng 0,0075 giây so với trường hợp họ trở về Trái đất vào tháng 6/2024 như kế hoạch ban đầu. Có một số lý do khoa học đằng sau hiện tượng này, bắt đầu từ thuyết tương đối của Albert Einstein.
Giãn thời gian do lực hấp dẫn
Theo thuyết tương đối của Einstein, không gian và thời gian kết hợp thành một cấu trúc xuyên suốt vũ trụ: Không-thời gian. Không-thời gian không phẳng mà cong, đồng thời có thể bị vật chất và năng lượng làm biến dạng. Hiệu ứng này dẫn đến hiện tượng giãn thời gian do lực hấp dẫn: Thời gian dường như trôi chậm hơn gần vật thể khối lượng lớn vì lực hấp dẫn của vật thể bẻ cong không-thời gian.
Điều này nghĩa là, một chiếc đồng hồ đeo trên cổ chân sẽ dần chậm lại so với đồng hồ đeo trên cổ tay vì chân gần tâm lực hấp dẫn của Trái đất hơn. Nhưng hiệu ứng này quá nhỏ nên con người sẽ không nhận ra.
Phi hành gia trên trạm ISS ở xa tâm lực hấp dẫn của Trái đất hơn người bình thường khoảng 418km. Tuy nhiên, phi hành gia lại già chậm hơn do một hiện tượng khác: Giãn thời gian do vận tốc tương đối.
Lực hấp dẫn của Trái đất bẻ cong không-thời gian. (Ảnh: Design Cells).
Giãn thời gian do vận tốc tương đối
Giãn thời gian do vận tốc tương đối là thời gian trôi chậm hơn khi một người di chuyển nhanh hơn. Hãy hình dung về một cặp sinh đôi, trong đó, một người ở trên tàu vũ trụ di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, người kia vẫn ở lại Trái đất. Khi trở về, người du hành vũ trụ chỉ già thêm vài tuổi, nhưng người chị em sinh đôi ở Trái đất đã già đi cả chục tuổi.
Chưa ai thực hiện thí nghiệm trong thực tế, nhưng có bằng chứng ủng hộ điều này. Các nhà khoa học từng phóng một chiếc đồng hồ nguyên tử vào quỹ đạo rồi đưa trở về trong khi giữ một chiếc đồng hồ giống hệt trên Trái đất. Kết quả, chiếc đồng hồ lên quỹ đạo chạy chậm hơn một chút so với "chị em sinh đôi" của mình. Phi hành gia trên trạm ISS cũng trải qua tác động tương tự.
Trạm ISS đang quay quanh Trái đất với tốc độ khoảng 8 km mỗi giây (29.000 km/h), theo NASA. Điều này đồng nghĩa, thời gian với các phi hành gia trôi chậm hơn so với người dưới mặt đất. Với phi hành gia, hiện tượng giãn thời gian do vận tốc có tác động lớn hơn giãn thời gian do lực hấp dẫn. Vì vậy, họ già chậm hơn một chút khi ở ngoài không gian.
Telomere của phi hành gia dài ra khi ở ngoài không gian
Một hiện tượng kỳ lạ khác mà phi hành gia trải nghiệm có thể cũng giúp chống lão hóa. Một số nghiên cứu sơ bộ gần đây chỉ ra, telomere của phi hành gia mọc dài ra khi ở ngoài không gian. Telomere là những chóp ở đầu nhiễm sắc thể giúp bảo vệ khỏi các tổn thương. Khi con người già đi, telomere cũng ngắn lại.
Nhưng sau khi phi hành gia Scott Kelly sống một năm ngoài không gian, ông trở về Trái đất với telomere dài hơn lúc rời đi. Điều tương tự cũng xảy ra với 4 phi hành gia thương mại trong chuyến bay Inspiration4 của SpaceX năm 2021. Điều thú vị là họ chỉ sống ngoài không gian 3 ngày.
Tuy nhiên, giới chuyên gia hiện chưa rõ chính xác telomere dài hơn có đi kèm với sống lâu hơn hay không. Họ vẫn đang tiếp tục nghiên cứu vấn đề này.
Thêm vào đó, việc lão hóa chậm đi vài phần nhỏ của giây do các yếu tố không-thời gian cũng sẽ không tạo ra khác biệt đáng kể. Đó không phải lý do chính khiến con người đi vào vũ trụ. Theo NASA, việc khám phá vũ trụ giúp đoàn kết thế giới để truyền cảm hứng cho thế hệ tiếp theo, mang lại những phát hiện đột phá và tạo ra những cơ hội mới.