Khi nhà vật lý thiên tài Albert Einstein công bố Thuyết tương đối vào năm 1905, nó tạo nên cuộc cách mạng trong nghiên cứu không gian vũ trụ của loài người. Einstein chứng minh tốc độ ánh sáng trong chân không xấp xỉ 300.000 km/s trong mọi hệ quy chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền và tốc độ của nguồn sáng hay máy thu. 

Việc vận dụng Thuyết tương đối giúp con người khám phá nhiều điều thú vị về vũ trụ bao la. Tuy nhiên, 110 năm đã trôi qua kể từ ngày Thuyết tương đối ra đời, công nghệ hàng không vũ trụ đã đạt những thành tựu vượt bậc, nhưng con người vẫn giậm chân tại chỗ trong việc khám phá vũ trụ, nghiên cứu những khu vực xa xôi của vũ trụ. 

New Horizons, phi thuyền nhanh nhất mà con người từng chế tạo. Ảnh: NASA

Nhân loại phát hiện những vật thể mới trong vũ trụ chủ yếu thông qua các kính viễn vọng bên ngoài trái đất. Việc phóng phi thuyền đến các hành tinh bên ngoài Thái Dương Hệ gần như là nhiệm vụ bất khả thi. 

Theo Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA), tàu vũ trụ nhanh nhất mà con người từng chế tạo là New Horizons. Nó bay với tốc độ trung bình khoảng 14 km/s (50.400 km/h). Với tốc độ này, tàu New Horizons cần 10,1 năm để bay đến hành tình xa nhất của Hệ mặt trời là sao Hải vương, trong khi đó ánh sáng chỉ mất 4,16 giờ. So với tốc độ ánh sáng và sự bao la của vũ trụ, kỷ lục của loài người chẳng khác gì một người đi bộ so với máy bay phản lực. 

Tại sao những công nghệ mới không giúp con người di chuyển nhanh hơn trong vũ trụ? 

Sự ràng buộc của Thuyết tương đối 

Năng lượng chính là bài toán hóc búa với con người trong nỗ lực di chuyển nhanh hơn trong vũ trụ. Ảnh đồ họa: Zidbits

Khi phát minh Thuyết tương đối, Einstein cũng chứng minh rằng, tốc độ ánh sáng là giới hạn của vũ trụ và con người không thể chế tạo một phi thuyền có thể đạt tốc độ ánh sáng. Nhà vật lý thiên tài mô tả rằng, khi tốc độ của vật thể càng nhanh thì khối lượng của nó sẽ trở nên lớn hơn và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Nếu vật thể càng gần tốc độ ánh sáng thì hiện tượng năng lượng không thể bù đắp cho sự gia tăng về khối lượng sẽ xảy ra. 

Như vậy, năng lượng chính là chìa khóa trong việc bay nhanh hơn trong vũ trụ. Hiện tại, con người vẫn chưa khám phá ra nguồn năng lượng hữu ích để sử dụng trong vũ trụ. Những tấm pin mặt trời không đủ mạnh, trong khi nhiên liệu cho động cơ tên lửa rất hạn chế. 

Một trở ngại khác là lực hấp dẫn của Trái đất. Các tên lửa đẩy hiện đại có thể thắng lực hấp dẫn để đưa phi thuyền ra ngoài không gian, nhưng khối lượng hàng hóa mà chúng có thể mang theo rất hạn chế. Với khối lượng nhiên liệu khiêm tốn, các phi thuyền khó có thể bay nhanh hơn so với tốc độ hiện tại. 

Sự ràng buộc của Thuyết tương đối chính là rào cản khiến con người không thể chuyển nhanh hơn trong vũ trụ. Nếu con người có thể tạo ra đột phá nào về công nghệ, nó cũng chỉ giúp phi thuyền bay nhanh thêm vài km mỗi giây, chứ không thể đạt đến tốc độ ánh sáng. 

Gần đây, kính viễn vọng Kepler đã phát hiện hành tinh Kepler-452b, thiên thể có những đặc điểm giống trái đất nhất từ trước tới nay. Tuy nhiên, hành tinh này cách trái đất tới 1.400 năm ánh sáng. Phi thuyền nhanh nhất của NASA cần tới 32 triệu năm để viếng thăm nó. Hạn chế về tốc độ khiến nỗ lực thám hiểm vũ trụ bao la bằng phi thuyền của con người trở nên vô vọng.