Trò Chuyện Với Nhà Vật Lý Thiên Văn Trịnh Xuân Thuận

Phần 5

Sau những nhận xét rất lý thú đó về thời gian và không gian, xin ông hãy giải thích cho chúng tôi rõ các ông đã đo 75.000 năm ánh sáng mà ông vừa nói tới ở trên như thế nào?

Đây là vấn đề về chiều sâu của Vũ trụ. Nhà thiên văn chính là người đo đạc Vũ trụ. Để xác lập địa lý của Vũ trụ, anh ta phải dùng hết tài trí để thực hiện các kỹ thuật đo những khoảng cách rất khác nhau.

Ta hãy bắt đầu từ khoảng cách tới các hành tinh. Những khoảng cách này đã được biết với độ chính xác rất cao nhờ các kỹ thuật trắc đạc bằng rađa. Nhờ kính thiên văn vô tuyến lớn Arecibo (với đường kính tới 300m) ở Porto – Rico, người ta đã gửi đi các sóng vô tuyến và các sóng này sẽ phản xạ trên bề mặt của các hành tinh. Khoảng cách tới các hành tinh này sẽ nhận được bằng cách nhân vận tốc ánh sáng với nửa thời gian đi – về của các sóng vô tuyến đó. Kỹ thuật này cũng cho phép ta lập được bản đồ chi tiết của các hành tinh cũng như các mặt trăng của chúng. Thực vậy, nếu sóng vô tuyến được phản xạ từ một ngọn núi cao trên hành tinh, thì nó sẽ trở về nhanh hơn, trong khi đó thời gian đi và về của sóng sẽ kéo dài hơn nếu như nó được phản xạ từ một thung lũng. Chính bằng cách này NASA đã nghiên cứu được địa hình núi non, hẻm vực và thung lũng trên Mặt Trăng và sao Hỏa với độ chính xác cao. Và NASA đã chọn chỗ hạ cánh trên Mặt Trăng cho mô-đun con tàu và các phi hành gia theo cách như vậy. Nhưng kỹ thuật trắc đạc bằng rađa không thể áp dụng ra ngoài giới hạn hệ Mặt Trời của chúng ta. Sao Diêm Vương, hành tinh ở xa Mặt Trời nhất, chỉ cách Trái Đất có 5,2 giờ ánh sáng, một khoảng cách chưa lấy gì làm xa lắm. So với dải Ngân Hà, hệ Mặt Trời của chúng ta chỉ là một con vi khuẩn so với khoảng bao la của Thái Bình Dương.

Nhưng làm thế nào đi xa hơn theo chiều sâu của Vũ trụ?

Để đo khoảng cách tới các ngôi sao gần nhất, cỡ dưới 100 năm ánh sáng, các nhà thiên văn dùng một phương pháp có tên là thị sai, sử dụng chuyển động hàng năm của Trái Đất quanh Mặt Trời. Người ta quan sát ngôi sao cần đo khoảng cách tại hai thời điểm cách nhau 6 tháng, chẳng hạn vào tháng giêng và tháng 6, khi Trái Đất đã quay được một nửa vòng quanh Mặt Trời. Khi đó người ta sẽ nhận thấy ngôi sao gần sẽ dịch chuyển so với các ngôi sao ở xa. Dịch chuyển này không phải do chuyển động thực của ngôi sao gần mà là do vị trí của người quan sát đã thay đổi trong quá trình chu du cùng với Trái Đất. Hiện tượng này hoàn toàn tương tự như khi bạn giơ một ngón tay cố định ở trước mắt và lần lượt nhắm mở hai mắt trái và phải. Bạn sẽ thấy ngón tay của bạn xê dịch, mặc dù tay bạn vẫn được giữ hoàn toàn bất động. Sở dĩ như vậy là do có một khoảng cách giữa hai mắt bạn. Biết khoảng cách giữa hai vị trí của Trái Đất vào tháng giêng và tháng 6 (cỡ hai lần khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời) và góc xê dịch của ngôi sao gần, ta có thể suy ra khoảng cách từ Trái Đất tới ngôi sao đó bằng các phép tính lượng giác đơn giản.

Hóa ra, việc Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời cũng thật hữu dụng đối với chúng ta! Vậy là bằng cách đó chúng ta có thể biết được khoảng cách tới các ngôi sao gần. Nhưng ông đã nói rằng phương pháp thị sai không thể áp dụng được cho những khoảng cách vượt quá 100 năm ánh sáng. Vậy để đạt tới được biên của dải Ngân Hà các ông phải làm như thế nào?

Thực tế, khi vượt quá 100 năm ánh sáng, sự xê dịch biểu kiến của ngôi sao do chuyển động của Trái Đất là quá nhỏ, nên ta không thể cảm nhận được. Trong trường hợp này, nhà thiên văn phải dùng các phương pháp khác.

Cứu tinh của nhà thiên văn là các sao xêpheit, được mệnh danh là các ngọn hải đăng vũ trụ. Những ngôi sao này có một tính chất kỳ lạ: chúng có độ sáng biến thiên một cách tuần hoàn. Chúng phát sáng hết cỡ, sau một vài ngày độ sáng của chúng yếu dần, rồi một vài ngày sau độ sáng của chúng lại hồi phục như trước. Các nhà thiên văn cho rằng sở dĩ độ sáng của sao xêpheit biến thiên một cách tuần hoàn như vậy là do sự co giãn tuần hoàn bề mặt của nó. Sự biến thiên này xảy ra không phải một cách ngẫu nhiên mà theo một sơ đồ rất chính xác: khoảng thời gian giữa hai cực đại hoặc hai cực tiểu kế tiếp của độ sáng (được gọi là chu kỳ) liên quan tới độ sáng thực của sao xêpheit. Sao càng sáng thì chu kỳ của nó càng dài. Tính chất này đã mở toang cánh cửa của bầu trời cho các nhà thiên văn: chỉ cần xác định được chu kỳ của sao xêpheit là ta suy ra độ sáng thực của nó. Kết hợp độ sáng thực với độ sáng biểu kiến quan sát được ta sẽ tính ra khoảng cách.

Các sao xêpheit là các sao khá sáng, cho phép ta có thể quan sát được tới tận biên giới của thiên hà, thậm chí còn xa hơn nữa. Nhờ những ngọn hải đăng vũ trụ này, các nhà thiên văn đã xác định được Ngân Hà của chúng ta có dạng đĩa rất dẹt với đường kính cỡ 90.000 năm ánh sáng và chứa tới 100 tỷ mặt trời. Vào những đêm mùa hè đẹp trời, một vòng cung rất đẹp màu trắng nhạt vắt ngang qua bầu trời đã dâng hiến cho chúng ta một cảnh tượng tuyệt vời, đó chính là đĩa Ngân Hà được nhìn từ mép.

Bóng ma Copecnic vẫn tiếp tục làm công việc của mình: không dừng lại ở chỗ trục xuất con người và Trái Đất ra khỏi vị trí trung tâm của Vũ trụ, nó còn làm cho chúng ta phát hiện ra rằng Mặt Trời cũng không phải ở tâm của Ngân Hà. Harlow Shapley, một nhà thiên văn người Mỹ khi nghiên cứu sự phân bố không gian của các đám sao cầu (tức tập hợp hình cầu của khoảng 100.000 ngôi sao liên kết với nhau bằng lực hấp dẫn) vào những năm 1920, đã phát hiện ra rằng những đám sao này được phân bố xung quanh Ngân Hà trong thể tích hình cầu, nhưng tâm của toàn bộ tập hợp này lại không phải nằm ở vị trí của Mặt Trời mà ở cách nó 30.000 năm ánh sáng. Mặt Trời hóa ra chỉ là một ngôi sao bình thường nằm ở ngoại vi, khoảng 2/3 bán kính của đĩa Ngân Hà về phía mép của nó, Mặt Trời quay một vòng xung quanh tâm Ngân Hà mất 250 triệu năm và từ lúc sinh ra cho tới nay, nó đã quay được 18 vòng.

Nhưng làm thế nào có thể phát hiện ra các thiên hà khác?

Đây là một câu hỏi rất có ý nghĩa. Cho tới đầu thế kỷ XX, người ta vẫn còn chưa biết liệu thiên hà của chúng ta có phải là duy nhất trong Vũ trụ hay là còn tồn tại những thiên hà khác. Những kính thiên văn lớn mới được xây dựng hồi đó cho thấy có rất nhiều những chấm tinh vân trên bầu trời. Đó không phải là các sao, nhưng bản chất của chúng vẫn còn là điều bí ẩn. Emmnuel Kant, nhà triết học Đức, ngay từ năm 1775 đã nghĩ rằng dải Ngân Hà của chúng ta không chiếm toàn bộ Vũ trụ và nhất định phải tồn tại những hệ thống khác – những hòn “đảo – vũ trụ” khác – nằm xa bên ngoài thiên hà của chúng ta. Nhưng đây chỉ là sự tự biện triết học thuần túy: còn phải chứng minh nó một cách khoa học. Edwin Hubble chính là người đã tìm thấy chìa khóa giải quyết vấn đề đó. Bằng cách dùng các sao xêpheit trong tinh vân Andromede (Tiên nữ), ông đã xác định được rằng tinh vân này cách chúng ta 2 triệu năm ánh sáng, tức là nằm ngoài giới hạn của Ngân Hà. Xin ông lưu ý rằng ánh sáng từ Andromede tới các kính thiên văn của chúng ta ngày hôm nay đã bắt đầu cuộc hành trình của mình từ lúc loài người mới chập chững những bước đầu tiên, khi mà người đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất. Trực giác thiên tài của Kant về các hòn đảo – vũ trụ đã được chứng minh là chính xác. Từ đó, thế giới ngoài thiên hà không ngừng được mở rộng. Ngày hôm nay, Ngân Hà của chúng ta lạc giữa 100 tỷ các thiên hà khác của Vũ trụ quan sát được, với bán kính kéo dài tới 15 tỷ năm ánh sáng. Con người trở nên vô cùng nhỏ bé trong không gian. Chúng ta chẳng qua chỉ là một điểm nhỏ trong vũ trụ.

Theo cách tương tự, con người trở nên cũng vô cùng nhỏ bé trong thời gian. Điều này không hề làm chúng ta ngạc nhiên, vì không gian luôn đi đôi với thời gian và chúng liên hệ với nhau thông qua vận tốc ánh sáng. Để chứng minh cho ông thấy sự nhỏ nhoi của lịch sử loài người so với lịch sử Vũ trụ, tôi xin giới thiệu với ông một lịch sử vũ trụ của Carl Sagan, trong đó 15 tỷ năm của Vũ trụ được nén lại còn 1 năm. Big Bang xảy ra vào ngày 1 tháng giêng. Sự hình thành Ngân Hà của chúng ta diễn ra vào ngày 1 tháng 4. Mãi đến ngày 9 tháng 9 hệ Mặt Trời mới được hình thành. Tế bào sống đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất vào ngày 25 tháng 9. Những hóa thạch cổ nhất (của vi khuẩn và tảo lam) có “niên đại” ngày 9 tháng 10. Giới tính được sáng chế bởi các vi sinh vật vào ngày 1 tháng 11.

Toàn bộ quá trình tiến hóa tới con người diễn ra trong tháng cuối cùng trong năm. Những con cá và động vật có xương sống đầu tiên bước ra sân khấu ngày 19 tháng 12. Những con côn trùng đầu tiên xuất hiện ngày 21 tháng 12. Cây cối đầu tiên xuất hiện – ngày 23 tháng 12, những con khủng long đầu tiên – ngày 24 tháng 12, những động vật có vú đầu tiên – ngày 26 tháng 12, những con chim đầu tiên – ngày 27 tháng 12. Ngày 28 tháng 12 là ngày tận thế của khủng long, có lẽ là sau khi một thiên thạch đập vào Trái Đất làm tung lên một đám mây bụi khổng lồ, chặn hết ánh sáng mặt trời. Khi đó, bao trùm Trái Đất là sự lạnh giá ghê gớm, giết chết thực vật và các động vật ăn cỏ.

Con người văn minh chỉ xuất hiện vào phút cuối cùng, ngày cuối cùng trong năm. Những bức tranh của Lascaux đã được thực hiện vào lúc 23 giờ 59 phút ngày 31 tháng 12. Nền văn minh Hy Lạp và sự phát triển thiên văn học chỉ ra đời vào 10 giây cuối cùng của năm, tức là vào lúc 23 giờ 59 phút 59 giây, trong khi đó Đức Phật và Chúa Giêsu chỉ xuất hiện vào 5 giây cuối cùng (ngày sinh chính xác của họ tương ứng là 23 giờ 59 phút 55 giây và 23 giờ 59 phút 56 giây ngày 31 tháng 12). Nền phục hưng của châu Âu và sự ra đời của khoa học xảy ra vào giây cuối cùng của năm và sự chinh phục không gian, sự tìm kiếm các sự sống khác trên các hành tinh khác và do trí tuệ là một con dao hai lưỡi, sự ý thức về tự hủy diệt mới được bừng tỉnh vào phần giây cuối cùng của năm.

Vậy là ông đã thấy con người trở nên thật nhỏ bé cả trong thời gian. Sự thăng tiến trong quá trình phức tạp hóa tăng tốc dần ở giai đoạn cuối và con người văn minh chỉ là một khoảng khắc cực ký ngắn ngủi trong quá trình tiến hóa của Vũ trụ.

Tôi muốn đặt cho ông một câu hỏi bằng cách dùng sự tương tự. Xét cho tới cùng, phải chăng sự mô tả Vũ trụ ở trên tương ứng với một quan niệm nhất định, thông qua các dụng cụ, các tính toán v.v… mang tính giả tạo lớn hơn nhiều so với sự mô tả của những người cổ Hy lạp khi họ nói về các ngôi sao với sự phóng chiếu theo nhân hình như : Gấu lớn (Đại Hùng), Orion cùng với đủ cả gươm và giáo, v.v…?

Từ thời gian đó đến nay, thiên văn học đã tiến triển rất nhiều. Những phóng chiếu theo nhân hình lên bầu trời là hoàn toàn không có chút khoa học nào. Người ta định vị các ngôi sao sáng nhất trong các chòm sao và tưởng tượng nối chúng bằng các đường thẳng, rồi đồng nhất các hình hình học thu được với các hình dáng quen thuộc trong đời sống hàng ngày. Các cấu hình được gán cho những chòm sao đó hoàn toàn không có tính phổ biến, chúng thay đổi tuỳ theo các xã hội và các nền văn hóa. Những chòm sao của người Trung Hoa không như những chòm sao của người Hy Lạp.

Nhà thiên văn hiện đại không phóng chiếu những ước muốn và xung năng của mình lên bầu trời. Nhờ ánh sáng mang thông tin được thu thập bởi các kính thiên văn của mình, nhà thiên văn giải mã thông điệp tới từ bầu trời theo cách khoa học. Nhờ các định luật vật lý và những quan sát thiên văn, anh ta biết rằng những ngôi sao tạo nên các chòm sao cũng chuyển động và trong vài trăm triệu năm nữa, hậu thế của chúng ta sẽ không còn nhìn thấy những hình hài đúng như thế nữa. Những hiện tượng lạ lùng mà chúng ta phát hiện ra trong Vũ trụ, những quasar, pulsar, những lỗ đen, chúng ta tìm hiểu chúng với tư cách là những hiện thực mới, chứ không phải như sự phóng chiếu những ảo ảnh và những ước vọng của ý thức con người chúng ta. Thế giới tồn tại độc lập với bộ não của con người phát hiện ra chúng. Vũ trụ không phải là sản phẩm hoạt động của bộ não con người.

Điều này dẫn chúng ta tới một phương diện khác của thực tại, phương diện đã làm cho tôi ngạc nhiên trong cuốn sách “Giai điệu bí ẩn” của ông đồng thời là tầm quan trọng mà ông đã gán cho nguyên lý vị nhân. Xét cho cùng, ta có thể nói rằng chúng ta ở trên một hạt cát quay xung quanh một chiếc đèn con mà chẳng bao lâu nữa sẽ tắt và ngọn đèn này so với Vũ trụ cũng chẳng là cái đinh gì. Nhưng cũng hơi lạ là từ cái điểm nhỏ xíu trong đó không gian và trong thời gian, chúng ta đã nhìn thấy được và làm được biết bao nhiêu thứ: chúng ta đã tìm Vũ trụ đồng thời tìm hiểu vị trí của chúng ta trong đó. Tôi muốn nói với ông, người đã nhiều đêm ngồi bên kính thiên văn, rằng riêng chuyện ban đêm trời tối đen đã là một điều kỳ diệu rồi.

Thực tế, tuyên bố của ông, xét bề ngoài, hoàn toàn không có gì quan trọng nhưng nó lại chứa đựng bí mật về sự ra đời của Vũ trụ. Thường những sự kiện đơn giản nhất lại mang nhiều thông tin nhất. Vấn đề này đã được nhà bác học người Đức Heinrich Olbers nêu ra vào năm 1823 và thường được biết tới dưới cái tên “nghịch lý Olbers”, mặc dù những người khác như Kepler cũng đã trăn trở về vấn đề đó trước ông. Olbers lý luận như sau: theo Newton, Vũ trụ là vô hạn và chứa một số vô hạn các sao. Điều này có nghĩa là dù bạn có hướng cái nhìn tới đâu, nó cũng sẽ gặp một ngôi sao có độ sáng cỡ độ sáng của Mặt Trời. Tình huống này cũng giống như khi bạn ở giữa một rừng cây dày đặc, dù bạn có hướng cái nhìn tới đâu cũng sẽ bị một thân cây chặn lại. Do vậy đêm lẽ ra cũng phải sáng như ban ngày mới phải. Thế mà nó lại tối đen.

Có rất nhiều toan tính nhằm giải thích nghịch lý nói trên, nhưng đều bị phát hiện ra là không đúng. Phải chờ cho tới thế kỷ XX, khi xuất hiện lý thuyết Big Bang, thì vấn đề trên mới được giải quyết. Thực thế, Big Bang cho Vũ trụ một điểm khởi đầu, bởi nó không tồn tại suốt thời gian. Nó mới được tạo ra chỉ khoảng 15 tỷ năm trước. Vì sự truyền của ánh sáng không phải là tức thời và phải mất một thời gian mới tới được chỗ chúng ta, nên chúng ta chỉ thấy được các sao và các thiên hà ở cách chúng ta một khoảng bằng hoặc nhỏ hơn 15 tỷ năm ánh sáng, ánh sáng tới từ các thiên thể nằm ngoài chân trời đó đều không có đủ thời gian tới chúng ta. Vì tầm nhìn của chúng ta không kéo dài tới vô tận, nên không thể có vô hạn các ngôi sao không sáng vĩnh viễn. Chúng sẽ chết khi dùng hết nhiên liệu. Và điều này lại làm giảm số lượng của chúng. Đêm có thể tối đen là bởi vì không có một số vô hạn các sao. Màn đêm chứa đựng trong nó sự khởi đầu của Vũ trụ và cái chết của những ngôi sao.

Chắc ông cũng đã biết, vấn đề này đã từng rất hấp dẫn Edgar Allan Poe. Chính ông ấy đã từng viết những trang rất đẹp về chủ đề này.

Edgar Poe đã suy nghĩ rất nghiêm túc về vấn đề đêm đen và ông đã phát biểu nó một cách rất thơ: thay vì nói những ngôi chặn hướng nhìn của chúng ta, ông nói về những bức tường vàng rực của Vũ trụ chắn hướng nhìn của chúng ta. Thậm chí vào năm 1848 (chỉ sau khi nghịch lý Ollbers ra đời có 25 năm), ông đã đề xuất một giải đáp giống một cách đáng kinh ngạc với giải đáp hiện đại về vấn đề này. Trong một tiểu luận có nhan đề “Eureka”, một bài thơ văn xuôi, ông đã thả sức bộc lộ những suy tư về vũ trụ của mình, nào là một vũ trụ giãn nở và co lại nhịp nhàng, nào là đêm đen là do không gian rộng lớn tới mức ánh sáng từ những bức tường vàng phát ra không có đủ thời gian tới được chúng ta. Poe không chỉ là bậc thầy trong nghệ thuật tưởng tượng và viết ra những câu chuyện ly kỳ hồi hộp, là người sáng lập thể loại tiểu thuyết trinh thám. Ông còn có một trực giác đáng kinh ngạc liên quan tới Vũ trụ và điều này, một thế kỷ sau, đã được xác nhận bởi phát minh ra sự giãn nở của Vũ trụ và lý thuyết Big Bang sau đó.

Trở lại nguyên lý vị nhân, có hai cách phát biểu nguyên lý này, một là nguyên lý vị nhân yếu và hai là nguyên lý vị nhân mạnh. Theo ông thì giữa chúng có sự khác nhau nào không?

Nguyên lý vị nhân, đó là tên gọi do nhà vật lý thiên văn người Ôxtrâylia Brandon Carter đặt ra, nói về mối liên hệ thống nhất con người và Vũ trụ. Nó được nêu ra để chống lại quan niệm tuyệt vọng của các nhà tư tưởng, như nhà sinh vật học người Pháp Jacques Monod, những người cho rằng không hề tồn tại mối liên hệ đó: “Con người xuất hiện là ngẫu nhiên trong một vũ trụ hoàn toàn thờ ơ với nó”. Nguyên lý vị nhân yếu là hiển nhiên: các tính chất của Vũ trụ cần phải tương thích với sự tồn tại của con người chúng ta. Mỗi một nguyên tử, một ngôi sao, một thiên hà và các định luật vật lý chi phối chúng đều cần phải có rất chính xác những tính chất cần thiết để làm nảy sinh ra con người ý có ý thức và trí tuệ. Nếu Vũ trụ nóng hơn hoặc lạnh hơn, lớn hơn hoặc nhỏ hơn, nếu sự giãn nở của nó là nhanh hơn hoặc chậm hơn, chúng ta sẽ không có mặt trên đời này để nói về những chuyện đó. Chúng ta biết rằng chúng ta hiện hữu và những tính chất của Vũ trụ đã được điều chỉnh một cách thuận lợi cho sự hiện diện đó. Nguyên lý vị nhân yếu hiển nhiên tới mức nó đã được tất cả các nhà khoa học chấp nhận.

Trái lại, Nguyên lý vị nhân mạnh lại gây ra nhiều tranh cãi. Nguyên lý này đề xuất một ý định của tự nhiên, nó nói rằng Vũ trụ nhằm tiến tới con người. Trong khi nguyên lý yếu khiêm tốn nói rằng sự hiện hữu của chúng ta phụ thuộc vào một Vũ trụ có thể sống được, thì nguyên lý mạnh tuyên bố rằng Vũ trụ nhất thiết phải là sống được để cho ý thức xuất hiện. Nhà vật lý người Mỹ gốc Anh Frreenman Dyson đã diễn đạt một cách rất ngắn gọn nguyên lý vị nhân mạnh như sau: “ở đâu đấy, Vũ trụ đã biết chắc rằng con người sẽ xuất hiện”.

Ở đây tôi muốn mở rộng hơn nữa nguyên lý vị nhân. Tôi sẽ nói về con người, nhưng có lẽ chính xác hơn là nói về “ý thức” và “trí tuệ” có khả năng hiểu được vẻ đẹp và sự hài hòa của Vũ trụ. Hiện tại, con người (có thể cùng với một số loài động vật gần gũi với nó) là đại diện cho dạng ý thức và trí tuệ duy nhất mà chúng ta biết, nhưng một trí tuệ ngoài Trái Đất trên một hành tinh khác, quay xung quanh một ngôi sao khác cũng không thành vấn đề gì.

Tôi luôn kinh ngạc khi nghĩ rằng 100 tỷ nơtron có trong bộ não chúng ta đã có thể đạt tới trình độ tổ chức đủ phức tạp để phát hiện ra các định luật vật lý và toán học chi phối Vũ trụ. Hệ thống nơtron đó đã được sắp đặt như thế nào để chúng ta có được một ý thức về Vũ trụ đã sản sinh ra chúng ta? Vì chúng ta chẳng qua chỉ là những hạt bụi của các ngôi sao, được cấu tạo bằng những nguyên tố nặng do lò luyện trong các ngôi sao chế tạo ra, rồi bị xả vào môi trường giữa các vì sao bởi các sao siêu mới. Những nguyên tố này kết hợp với nhau để tạo thành các hành tinh, những cái nôi của sự sống. Chẳng có một nguyên nhân tiên quyết nào để chúng ta có thể phát hiện được ra những định luật dường như mô tả tốt những đường nét khúc khuỷu của tự nhiên. Và những định luật mà chúng ta phát hiện tại cái xó xỉnh nhỏ nhoi của thế giới, trên cái hạt cát bé tí của Vũ trụ lại có thể giải thích được các hiện tượng diễn ra ở cách xa hàng tỷ năm ánh sáng. Tôi có thể giải thích được các tính chất vật lý của những thiên thể ở xa tới mức ánh sáng xuất phát từ chúng còn trước cả khi những nguyên tử tạo nên cơ thể tôi được chế tạo ra.

Đây cũng chính là điều kinh ngạc mà Einstein muốn bày tỏ khi ông nói rằng: “Cái không thể hiểu được là Vũ trụ lại có thể hiểu được” hay như nhà vật lý Mỹ gốc Hung Eugene Wigner khi ông nói về “tính hiệu quả không thể tưởng tượng nổi của toán học” đối với việc mô tả thế giới.

Nói tóm lại, người ta có thể tóm tắt nguyên lý vị nhân mạnh bằng cách nói rằng Vũ trụ ban tặng cho chúng ta ý thức là để cho phép chúng ta chiêm ngưỡng được sự sáng thế.

Đúng thế. Tôi nghĩ rằng Vũ trụ chỉ có ý nghĩa nếu có một người quan sát có ý thức về nó. Một Vũ trụ trống rỗng và khô cằn sẽ không có lý do để tồn tại.

Cần phải nghĩ gì về sự hiệu chỉnh cực kỳ chính xác các hằng số vật lý?

Có hai sự lựa chọn khả dĩ. Thứ nhất là nói rằng chẳng có sự hiệu chỉnh nào hết, tất cả chỉ là ngẫu nhiên mà thôi. Người ta có thể viện đến lý thuyết các vũ trụ song song của nhà vật lý Mỹ Hugh Everett. Đó là những Vũ trụ hoàn toàn không có liên quan gì với nhau và không thể quan sát được. Lý thuyết này được cơ học lượng tử cho phép. Trong các vũ trụ song song này, có tất cả những tổ hợp khả dĩ của hằng số và định luật vật lý. Tuyệt đại đa số các vũ trụ này là cằn cỗi, vô sinh trừ Vũ trụ của chúng ta, trong đó do ngẫu nhiên mà tổ hợp của Vũ trụ này là trúng số độc đắc. Và chúng ta chính là phần thưởng của giải độc đắc đó!

Một phương án của ý tưởng về các vũ trụ song song do nhà vật lý người Mỹ John Wheeler đưa ra cho rằng Vũ trụ phải trải qua một chuỗi các pha giãn nở và co lại kế tiếp nhau và ở mỗi một lần giãn nở mới, nó lại xuất phát với những định luật và hằng số vật lý khác. Chúng ta, do ngẫu nhiên, đang ở trong pha giãn nở, trong đó tổ hợp các hằng số vật lý là thích hợp cho ý thức xuất hiện. Lại một lần nữa, kịch bản này lại được xuất hiện từ lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Thực tế, chúng ta hiện còn chưa biết liệu một ngày nào đó Vũ trụ có tự co lại hay không. Cho tới khi có những đột phá mới thì không nói, nhưng hiện sự giãn nở của Vũ trụ sẽ là vĩnh viễn.

Sự lựa chọn thứ hai là vứt bỏ khái niệm ngẫu nhiên. Vũ trụ của chúng ta là duy nhất và đã có sự hiệu chỉnh cực kỳ chính xác được thực hiện bởi Nguyên lý Sáng tạo để làm cho xuất hiện trí tuệ có khả năng hiểu được Vũ trụ. Để mượn lại tựa đề tác phẩm nổi tiếng của Jacques Monod có thể nói rằng chúng ta cần phải lựa chọn giữa “Ngẫu nhiên và Tất yếu”.

Tuy nhiên, khoa học lại không thể quyết định được giữa hai sự lựa chọn đó. Về phần mình, tôi đánh cược cho khả năng thứ hai bởi vì tôi thấy rằng sẽ chẳng có ích lợi gì để thừa nhận sự tồn tại của vô số vũ trụ mà hoàn toàn không quan sát và kiểm chứng bằng thực nghiệm được. Điều đó vi phạm tính đơn giản và tiết kiệm của các quy luật tự nhiên. Tạo ra hàng tỷ vũ trụ, tất thảy đều là cằn cỗi, chỉ để nhận được một vũ trụ màu mỡ sinh sôi để làm gì? Chính vì vậy, khẳng định chúng ta hiện hữu ở đây hoàn toàn do ngẫu nhiên là muốn nói rằng Vũ trụ là không có ý nghĩa và điều đó kéo theo sự tuyệt vọng. Chứng minh cho điều đó là tiếng kêu tuyệt vọng của nhà vật lý Mỹ được giải Nobel Steven Weiberg: “Càng hiểu vũ trụ dường như ta lại càng thấy nó vô nghĩa”. Vậy thì tại sao lại không đánh cược cho cái có ý nghĩa và hy vọng? Nhưng, xin nhắc lại, tôi đánh cược với tư cách một người của đức tin chứ không phải là một người của khoa học. Nguyên lý vị nhân mạnh sẽ không bao giờ có thể được chứng minh một cách khoa học.

Thế thì nguyên lý vị nhân có đóng vai trò nào đó trong khoa học không?

Nguyên lý vị nhân vận hành theo hướng ngược với tiến trình bình thường của khoa học. Khoa học tiên đoán. Nó nói với chúng ta rằng 4,5 tỷ năm nữa, khi đã thành sao khổng lồ đỏ, Mặt trời sẽ phồng lên để nuốt cả sao Thủy và sao Kim và sau đó sẽ tự co lại để trở thành một sao lùn trắng. Trái lại, nguyên lý vị nhân là một phát biểu có tính chất hậu nghiệm: chúng ta hiện hữu ở đây. Vậy chúng ta có thể nói gì về những điều kiện ban đầu của Vũ trụ?

Tự bản thân nó, nguyên lý vị nhân không mang những chân lý gì lớn lao cả. Một số nhà khoa học thậm chí còn buộc tội nó có ảnh hưởng tai hại. Bởi vì, do quá viện đến ý tưởng về tính mục đích, về dự án của Vũ trụ, người ta có nguy cơ để tuột mất những phát minh lớn. Thực vậy, nếu đứng trước một hiện tượng còn chưa giải thích được của tự nhiên, người ta đều trả lời: “ Các sự vật cần phải như thế để con người có thể hiện hữu!”, thì khoa học không thể tiến bộ được. Không, tôi nghĩ rằng nguyên lý vị nhân có thể hướng dẫn trực giác của chúng ta để chỉ cho chúng ta con đường đúng dẫn tới khám phá những bí mật của tự nhiên, nhưng trong bất cứ trường hợp nào nó cũng không thể thay thế cho sự tiến triển kinh điển của khoa học. Lý luận vị nhân không mang lại cho chúng ta một vụ mùa bội thu các phát minh khoa học, nhưng trong sử biên niên của khoa học ít nhất cũng đã có một trường hợp trong đó kiểu lý luận vị nhân đã cho phép tiến một bước vĩ đại.

Câu chuyện này cũng rất đáng được kể lại, vì nó rất hay. Lúc đó là vào những năm 1950. Lý thuyết Big Bang cũng mới chỉ chập chững những bước đi đầu tiên. Nhưng người ta đã biết rằng chỉ có hiđrô và hêli là được tạo ra trong Big Bang và tất cả những nguyên tố khác ra đời là nhờ lò luyện hạt nhân của các ngôi sao. Nhưng có một câu đố hóc búa: những ngôi sao làm thế quái nào tạo ra được cacbon, mà cacbon lại là cơ sở của sự sống?

Để tạo ra hạt nhân cabon, cần phải gắn ba hạt nhân hêli với nhau. Gắn hai hạt nhân là chuyện dễ dàng. Khí trong lòng ngôi sao được đốt nóng tới hàng chục triệu độ, nhiệt độ đủ để khởi phát những va chạm mạnh giữa các hạt nhân hêli. Do những va chạm đó, hai hạt nhân có thể kết hợp nhờ lực hạt nhân gắn kết chúng lại. Tuy nhiên, xác suất để ba hạt nhân hêli gặp nhau ở cùng một thời điểm là cực kỳ nhỏ. Cũng có thể ngôi sao tạo ra các hạt nhân cacbon theo hai giai đoạn: kết hợp hai hạt nhân hêli thành hạt nhân berili, sau đó kết hợp một hạt nhân berili với một hạt nhân hêli để tạo thành hạt nhân cacbon. Nhưng để làm được điều đó, mức năng lượng của ba hạt nhân này phải tương hợp với nhau. Nhà vật lý người Anh Freud Hoyle (chính là người đã đề xuất lý thuyết vũ trụ dừng) đã tiến hành tính toán và nhận thấy rằng mức năng lượng của cacbon mà ông nhận được không tương ứng với mức năng lượng nào mà người ta đã biết. Khi đó Hoyle bèn đưa ra lập luận có đặc tính vị nhân: chúng ta hiện hữu và chúng ta được tạo ra từ cacbon, vậy thì mức năng lượng đó nhất định phải tồn tại. Hoyle đã thuyết phục được Wiliam Fowler (một trong số các thầy giáo của tôi ở Caltech) tới thăm phòng thí nghiệm của ông và Fowler đã tìm ra được mức năng lượng của cacbon ở chính chỗ mà Hoyle đã tiên đoán. Lý luận vị nhân đã dẫn dắt trực giác của Holey, nhưng không thể chỉ dừng lại ở đó. Để một lý thuyết được chấp nhận, nó cần phải được kiểm chứng bằng thực nghiệm.

Cần phải nghĩ gì về sự hiệu chỉnh cực kỳ chính xác các hằng số vật lý?

Có hai sự lựa chọn khả dĩ. Thứ nhất là nói rằng chẳng có sự hiệu chỉnh nào hết, tất cả chỉ là ngẫu nhiên mà thôi. Người ta có thể viện đến lý thuyết các vũ trụ song song của nhà vật lý Mỹ Hugh Everett. Đó là những Vũ trụ hoàn toàn không có liên quan gì với nhau và không thể quan sát được. Lý thuyết này được cơ học lượng tử cho phép. Trong các vũ trụ song song này, có tất cả những tổ hợp khả dĩ của hằng số và định luật vật lý. Tuyệt đại đa số các vũ trụ này là cằn cỗi, vô sinh trừ Vũ trụ của chúng ta, trong đó do ngẫu nhiên mà tổ hợp của Vũ trụ này là trúng số độc đắc. Và chúng ta chính là phần thưởng của giải độc đắc đó!

Một phương án của ý tưởng về các vũ trụ song song do nhà vật lý người Mỹ John Wheeler đưa ra cho rằng Vũ trụ phải trải qua một chuỗi các pha giãn nở và co lại kế tiếp nhau và ở mỗi một lần giãn nở mới, nó lại xuất phát với những định luật và hằng số vật lý khác. Chúng ta, do ngẫu nhiên, đang ở trong pha giãn nở, trong đó tổ hợp các hằng số vật lý là thích hợp cho ý thức xuất hiện. Lại một lần nữa, kịch bản này lại được xuất hiện từ lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Thực tế, chúng ta hiện còn chưa biết liệu một ngày nào đó Vũ trụ có tự co lại hay không. Cho tới khi có những đột phá mới thì không nói, nhưng hiện sự giãn nở của Vũ trụ sẽ là vĩnh viễn.

Sự lựa chọn thứ hai là vứt bỏ khái niệm ngẫu nhiên. Vũ trụ của chúng ta là duy nhất và đã có sự hiệu chỉnh cực kỳ chính xác được thực hiện bởi Nguyên lý Sáng tạo để làm cho xuất hiện trí tuệ có khả năng hiểu được Vũ trụ. Để mượn lại tựa đề tác phẩm nổi tiếng của Jacques Monod có thể nói rằng chúng ta cần phải lựa chọn giữa “Ngẫu nhiên và Tất yếu”.

Tuy nhiên, khoa học lại không thể quyết định được giữa hai sự lựa chọn đó. Về phần mình, tôi đánh cược cho khả năng thứ hai bởi vì tôi thấy rằng sẽ chẳng có ích lợi gì để thừa nhận sự tồn tại của vô số vũ trụ mà hoàn toàn không quan sát và kiểm chứng bằng thực nghiệm được. Điều đó vi phạm tính đơn giản và tiết kiệm của các quy luật tự nhiên. Tạo ra hàng tỷ vũ trụ, tất thảy đều là cằn cỗi, chỉ để nhận được một vũ trụ màu mỡ sinh sôi để làm gì? Chính vì vậy, khẳng định chúng ta hiện hữu ở đây hoàn toàn do ngẫu nhiên là muốn nói rằng Vũ trụ là không có ý nghĩa và điều đó kéo theo sự tuyệt vọng. Chứng minh cho điều đó là tiếng kêu tuyệt vọng của nhà vật lý Mỹ được giải Nobel Steven Weiberg: “Càng hiểu vũ trụ dường như ta lại càng thấy nó vô nghĩa”. Vậy thì tại sao lại không đánh cược cho cái có ý nghĩa và hy vọng? Nhưng, xin nhắc lại, tôi đánh cược với tư cách một người của đức tin chứ không phải là một người của khoa học. Nguyên lý vị nhân mạnh sẽ không bao giờ có thể được chứng minh một cách khoa học.

Thế thì nguyên lý vị nhân có đóng vai trò nào đó trong khoa học không?

Nguyên lý vị nhân vận hành theo hướng ngược với tiến trình bình thường của khoa học. Khoa học tiên đoán. Nó nói với chúng ta rằng 4,5 tỷ năm nữa, khi đã thành sao khổng lồ đỏ, Mặt trời sẽ phồng lên để nuốt cả sao Thủy và sao Kim và sau đó sẽ tự co lại để trở thành một sao lùn trắng. Trái lại, nguyên lý vị nhân là một phát biểu có tính chất hậu nghiệm: chúng ta hiện hữu ở đây. Vậy chúng ta có thể nói gì về những điều kiện ban đầu của Vũ trụ?

Tự bản thân nó, nguyên lý vị nhân không mang những chân lý gì lớn lao cả. Một số nhà khoa học thậm chí còn buộc tội nó có ảnh hưởng tai hại. Bởi vì, do quá viện đến ý tưởng về tính mục đích, về dự án của Vũ trụ, người ta có nguy cơ để tuột mất những phát minh lớn. Thực vậy, nếu đứng trước một hiện tượng còn chưa giải thích được của tự nhiên, người ta đều trả lời: “ Các sự vật cần phải như thế để con người có thể hiện hữu!”, thì khoa học không thể tiến bộ được. Không, tôi nghĩ rằng nguyên lý vị nhân có thể hướng dẫn trực giác của chúng ta để chỉ cho chúng ta con đường đúng dẫn tới khám phá những bí mật của tự nhiên, nhưng trong bất cứ trường hợp nào nó cũng không thể thay thế cho sự tiến triển kinh điển của khoa học. Lý luận vị nhân không mang lại cho chúng ta một vụ mùa bội thu các phát minh khoa học, nhưng trong sử biên niên của khoa học ít nhất cũng đã có một trường hợp trong đó kiểu lý luận vị nhân đã cho phép tiến một bước vĩ đại.

Câu chuyện này cũng rất đáng được kể lại, vì nó rất hay. Lúc đó là vào những năm 1950. Lý thuyết Big Bang cũng mới chỉ chập chững những bước đi đầu tiên. Nhưng người ta đã biết rằng chỉ có hiđrô và hêli là được tạo ra trong Big Bang và tất cả những nguyên tố khác ra đời là nhờ lò luyện hạt nhân của các ngôi sao. Nhưng có một câu đố hóc búa: những ngôi sao làm thế quái nào tạo ra được cacbon, mà cacbon lại là cơ sở của sự sống?

Để tạo ra hạt nhân cabon, cần phải gắn ba hạt nhân hêli với nhau. Gắn hai hạt nhân là chuyện dễ dàng. Khí trong lòng ngôi sao được đốt nóng tới hàng chục triệu độ, nhiệt độ đủ để khởi phát những va chạm mạnh giữa các hạt nhân hêli. Do những va chạm đó, hai hạt nhân có thể kết hợp nhờ lực hạt nhân gắn kết chúng lại. Tuy nhiên, xác suất để ba hạt nhân hêli gặp nhau ở cùng một thời điểm là cực kỳ nhỏ. Cũng có thể ngôi sao tạo ra các hạt nhân cacbon theo hai giai đoạn: kết hợp hai hạt nhân hêli thành hạt nhân berili, sau đó kết hợp một hạt nhân berili với một hạt nhân hêli để tạo thành hạt nhân cacbon. Nhưng để làm được điều đó, mức năng lượng của ba hạt nhân này phải tương hợp với nhau. Nhà vật lý người Anh Freud Hoyle (chính là người đã đề xuất lý thuyết vũ trụ dừng) đã tiến hành tính toán và nhận thấy rằng mức năng lượng của cacbon mà ông nhận được không tương ứng với mức năng lượng nào mà người ta đã biết. Khi đó Hoyle bèn đưa ra lập luận có đặc tính vị nhân: chúng ta hiện hữu và chúng ta được tạo ra từ cacbon, vậy thì mức năng lượng đó nhất định phải tồn tại. Hoyle đã thuyết phục được Wiliam Fowler (một trong số các thầy giáo của tôi ở Caltech) tới thăm phòng thí nghiệm của ông và Fowler đã tìm ra được mức năng lượng của cacbon ở chính chỗ mà Hoyle đã tiên đoán. Lý luận vị nhân đã dẫn dắt trực giác của Holey, nhưng không thể chỉ dừng lại ở đó. Để một lý thuyết được chấp nhận, nó cần phải được kiểm chứng bằng thực nghiệm.

Đọc truyện hay đừng quên like và chia sẻ truyện tới bạn bè, để lại bình luận là cách để ủng hộ webtruyenfree. Thỉnh thoảng ấn vào q uảng c áo ngày 1-2 lần để tụi mình có kinh phí duy trì web các bạn nhé!