7 Bài Học Vật Lý Ngắn

CARLO ROVELLI

7

BÀI HỌC

VẬT LÍ NGẮN

Bản dịch của Trần Nghiêm

7 BÀI HỌC VẬT LÍ NGẮN Carlo Rovelli

Trần Nghiêm dịch Bản hiệu đính tháng 3/2019

MỤC LỤC

Lời nó i đaE u .......................................................................................................................................... 1 1. Lı́ thuyeI t đẹ p nhaI t ....................................................................................................................... 2 2. Lượng tử ......................................................................................................................................... 8 3. KieI n trú c củ a vũ trụ ................................................................................................................. 14 4. Hạ t .................................................................................................................................................. 20 5. Cá c hạ t maE m khô ng gian ....................................................................................................... 25 6. Xá c suaI t, thời gian và nhiệ t củ a lo\ đen ............................................................................ 32 7. VeE chú ng ta .................................................................................................................................. 41

LỜI NÓI ĐẦU

Những bà i họ c nà y được vie4 t cho những người bie4 t ı́t hoặ c khô ng bie4 t gı̀ ve; khoa họ c hiệ n đạ i. Chú ng cù ng nhau cung ca4 p mộ t cá i nhı̀n toA ng quan nhanh về những mặ t ha4 p daE n nha4 t củ a cuộ c cá ch mạ ng vı̃ đạ i đã xả y ra trong vậ t lı́ họ c the4 kı̉ hai mươi, và về những câ u hỏ i và những bı́ aA n mà cuộ c cá ch mạ ng nà y đã mở ra. Vı̀ khoa họ c cho chú ng ta tha4 y là m the4 nà o hieA u the4 giới to4 t hơn, nê n nó cũ ng vé n mà n cho ta tha4 y phạ m vi củ a những cá i vaE n chưa được bie4 t.

Bà i họ c thứ nha4 t dà nh riê ng cho thuye4 t tương đo4 i rộng củ a Einstein, ‘lı́ thuye4 t đẹ p nha4 t’. Bà i họ c thứ hai dà nh cho cơ họ c lượng tử, nơi aA n ná u củ a những mặ t khó tiê u hó a nha4 t củ a vậ t lı́ hiệ n đạ i. Bà i họ c thứ ba dà nh cho vũ trụ : kie4 n trú c về vũ trụ mà chú ng ta cư trú ; bà i họ c thứ tư dà nh cho cá c hạ t sơ ca4 p.

Bà i họ c thứ nă m bà n tới lực ha4 p daE n lượng tử: những noE lực đang dieE n ra nhaT m xâ y dựng mộ t sự toA ng hợp về những khá m phá chı́nh củ a the4 kı̉ hai mươi. Bà i họ c thứ sá u nó i ve; xá c sua4 t và nhiệ t củ a loE đen. Pha; n cuo4 i củ a cuo4 n sá ch trở lạ i với chı́nh chú ng ta, và đặ t va4 n đe; là m the4 nà o có theA nghı̃ ve; sự to; n tạ i củ a chú ng ta trong á nh sá ng củ a the4 giới kı̀ lạ mà vậ t lı́ họ c mô tả .

Cá c bà i họ c là những trieA n khai củ a mộ t loạ t bà i bá o đã được tá c giả cô ng bo4 trê n phụ san ngà y chủ nhậ t củ a bá o Il Sole 24 Ore củ a Italy. Tô i muo4 n đặ c biệ t cả m ơn Armando Massarenti, người đã mở cá c trang vă n hó a củ a mộ t tờ bá o chủ nhậ t cho khoa họ c, và cho phé p á nh sá ng được soi rọ i trê n vai trò củ a bộ mặ t thie4 t ye4 u và khô ng theA thie4 u nà y củ a ne; n vă n hó a củ a chú ng ta.

Carlo Rovelli

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

1

BÀI HỌC THỨ NHẤT

LÍ THUYẾT ĐẸP NHẤT

Thời trẻ , Albert Einstein đã ma4 t mộ t nă m lá ng chá ng chac ng là m gı̀. Đâ u cứ phả i đi đâ y đi đó mới là ‘lã ng phı́’ thời gian – thậ t tie4 c, đâ y lạ i là cá i mà cá c bậ c phụ huynh củ a con trẻ có xu hướng hay quê n. Einstein ở Pavia. Ơg Đức, ô ng bị đuoA i họ c vı̀ khô ng theA chịu noA i sự khah t khe củ a trường họ c, ô ng chuyeA n qua ở cù ng gia đı̀nh. Đó là đa; u the4 kı̉ hai mươi, và ở Italy đang bah t đa; u cá ch mạ ng cô ng nghiệ p. Cha củ a ô ng, mộ t kı̃ sư, đang thi cô ng lah p đặ t nhà má y điệ n đa; u tiê n trê n đo; ng baT ng Paduan. Albert đang đọ c ve; Kant và tham dự cá c buoA i thuye4 t giả ng thı̉nh thoả ng dieE n ra tạ i Đạ i họ c Pavia: đeA cho vui thô i, chứ khô ng thè m ghi danh hay phả i nghı̃ tới chuyệ n thi cử. Vâ ng, đâ y chı́nh là cá ch mà cá c nhà khoa họ c thực thụ đã ra đời.

Sau nă m nà y, ô ng ghi danh tạ i Việ n Bá ch khoa ở Zurich, và vù i mı̀nh và o nghiê n cứu vậ t lı́. Mộ t và i nă m sau, nă m 1905, ô ng gửi ba bà i bá o đe4 n tạ p chı́ khoa họ c danh giá nha4 t thời a4 y, Annalen der Physik (Biê n niê n Vậ t lı́ họ c). MoE i mộ t bà i bá o nà y đe; u đá ng giá Giả i Nobel. Bà i thứ nha4 t chứng minh raT ng nguyê n tử thậ t sự to; n tạ i. Bà i thứ hai thie4 t lậ p ne; n tả ng đa; u tiê n cho cơ họ c lượng tử, lı̃nh vực tô i sẽ trı̀nh bà y trong bà i họ c tie4 p theo. Bà i thứ ba giới thiệ u lı́ thuye4 t tương đo4 i thứ nha4 t củ a ô ng (ngà y nay gọ i là ‘thuye4 t tương đo4 i hẹp’), lı́ thuye4 t giả i thı́ch là m the4 nà o thời gian khô ng trô i qua gio4 ng hệ t nhau đo4 i với moE i người: hai anh em song sinh y chang nhau sẽ tha4 y khá c biệ t tuoA i tá c, ne4 u mộ t trong hai người du hà nh ở to4 c độ cao.

Einstein thoah t cho4 c trở thà nh nhà khoa họ c danh tie4 ng và nhậ n được vô so4 lời mời đe4 n là m việ c từ cá c trường đạ i họ c. Nhưng có cá i gı̀ đó khie4 n ô ng khô ng an yên: mặ c dù được hoan nghê nh nhiệ t liệ t, nhưng lı́ thuye4 t tương đo4 i củ a ô ng khô ng khớp với cá i mà chú ng ta đã bie4 t ve; lực ha4 p daE n, tức là cá ch vạ n

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

2

vậ t rơi xuo4 ng. Ro; i ô ng nhậ n ra đie; u nà y khi đang vie4 t mộ t bà i bá o tó m tah t lı́ thuye4 t củ a ô ng, và bah t đa; u tự hỏ i liệ u định luậ t ‘vạ n vậ t ha4 p daE n’ như đã được thie4 t lậ p bởi cha đẻ củ a vậ t lı́ họ c, Isaac Newton, có ca; n phả i hiệ u chı̉nh đeA là m cho nó tương thı́ch với khá i niệ m mới củ a thuye4 t tương đo4 i hay khô ng. Ov ng vù i đa; u và o giả i quye4 t va4 n đe; . Ma4 t mười nă m mới xong. Mười nă m nghiê n cứu điê n cuo; ng, co4 gah ng, sai só t, lộ n xộ n, những bà i bá o loE i, những ý tưởng sá ng giá , những ý tưởng sai la; m.

Cuo4 i cù ng, thá ng 11 nă m 1915, ô ng gửi in mộ t bà i bá o đưa ra lời giả i đá p hoà n chı̉nh: mộ t lı́ thuye4 t mới về lực ha4 p daE n, cá i ô ng gọ i là ‘Thuye4 t tương đo4 i rộng’, kiệ t tá c củ a đời ô ng và là ‘lı́ thuye4 t đẹ p nha4 t’, theo nhà vậ t lı́ Nga vı̃ đạ i Lev Landau.

Có những kiệ t tá c tuyệ t đo4 i khie4 n chú ng ta hứng khởi: Requiem củ a Mozart; Odyssey củ a Homer; Nhà nguyệ n Sistine; Vua Lear [mộ t vở bi kịch củ a Shakespear-ND]. ĐeA đá nh giá đa; y đủ cá i thiê n tà i củ a chú ng có lẽ đò i hỏ i mộ t be; dà y họ c thuậ t, nhưng cá i đọ ng lạ i là né t đẹ p thua; n mı̃ – và khô ng những vậ y, chú ng cò n khai nhã n cho chú ng ta đe4 n mộ t vieE n cả nh mới trê n the4 giới. Viê n ngọ c quý củ a Einstein, thuye4 t tương đo4 i rộng, là mộ t kiệ t tá c thuộ c ta; m cỡ nà y.

Tô i cò n nhớ cá i cả m giá c hà o hứng củ a mı̀nh khi tô i bah t đa; u hieA u ra chú t gı̀ đó ve; thuye4 t tương đo4 i rộng. Đó là và o mù a hè . Tô i đang ở bã i bieA n Condofuri ở Calabria, tah m nah ng Địa Trung Hả i ở Hi Lạ p, và đó là nă m cuo4 i tô i họ c đạ i họ c.

Khô ng bị quaE n trı́ bởi trường lớp, người ta nghiê n cứu to4 t nha4 t là trong cá c kı̀ nghı̉. Tô i đang nghiê n cứu với sự hoE trợ củ a mộ t quyeA n sá ch đã bị lũ chuộ t gặ m rá ch mé p, vı̀ ban đê m tô i thường dù ng nó đeA chặ n ma4 y cá i hang củ a những sinh vậ t tộ i nghiệ p nà y trong că n nhà te; nh toà ng kieA u hippi trê n sườn đo; i Umbrian, nơi tô i thường trú aA n đeA lá nh cá i chá n ngah t củ a giả ng đường ở Bologna. Thı̉nh thoả ng, moE i khi tô i rời mah t khỏ i quyeA n sá ch và nhı̀n ngah m bieA n cả lung linh: dường như tô i thậ t sự đang nhı̀n tha4 y sự oằn cong củ a khô ng gian và thời gian mà Einstein đã tưởng tượng. Như theA tha; n kı̀: như theA mộ t người bạ n đang thı̀ thà o và o tai tô i mộ t câ u tha; n chú bı́ aA n nà o đó , ba4 t ngờ vé n mà n che củ a thực tạ i đeA là m lộ ra mộ t ca4 p độ đơn giả n hơn, sâ u sah c hơn. KeA từ khi chú ng ta phá t hiệ n 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

3

Trá i đa4 t trò n và quay trò n gio4 ng như con mộ t con quay điê n cuo; ng, ta hieA u được raT ng thực tạ i khô ng như nó bieA u hiệ n trước chú ng ta: moE i khi ta nhı̀n và o mộ t phương diệ n mới củ a nó , thı̀ đó là mộ t trả i nghiệ m xú c cả m sâ u sah c. Mộ t mạ ng che nữa đã rơi xuo4 ng.

Thế nhưng trong vô so4 bước nhả y vọ t nhậ n thức củ a chú ng ta tie4 p no4 i nhau trong tie4 n trı̀nh lịch sử, thı̀ bước nhả y củ a Einstein có lẽ khô ng có ai sá nh baT ng. Vı̀ sao vậ y?

Trước tiê n là bởi vı̀, mộ t khi bạ n hieA u nó vậ n hà nh như the4 nà o, thı̀ lı́ thuye4 t tương đo4 i có né t đơn giả n mộ t cá ch khê u gợi. Tô i sẽ tó m tah t ý tưởng.

Newton đã noE lực giả i thı́ch nguyê n nhâ n vạ n vậ t rơi xuo4 ng và hà nh tinh quay quanh mặ t trời. Ov ng đã tưởng tượng ra sự to; n tạ i củ a mộ t ‘lực’ hú t mọ i vậ t theA có kho4 i lượng ve; phı́a nhau, và gọ i nó là ‘lực ha4 p daE n’. Là m the4 nà o lực nà y tá c dụ ng giữa cá c vậ t theA ở xa nhau, khô ng có cá i gı̀ ở giữa chú ng, thı̀ chac ng rõ – và vị cha đẻ vı̃ đạ i củ a khoa họ c hiệ n đạ i thậ n trọ ng đưa ra mộ t giả thuye4 t.

Newton hı̀nh dung cá c vậ t theA chuyeA n độ ng trong khô ng gian, và khô ng gian đó là mộ t bı̀nh chứa khoA ng lo; tro4 ng roE ng, mộ t cá i hộ p to lớn bao trù m cả vũ trụ , mộ t ca4 u trú c mê nh mô ng trong đó vạ n vậ t chuyeA n độ ng thac ng cho đe4 n khi có lực cưỡng bức quỹ đạ o củ a nó thà nh đường cong. ‘Khô ng gian’ nà y là m baT ng cá i gı̀, tức cá i bı̀nh chứa the4 giới mà ô ng phá t minh ra là m baT ng cá i gı̀, Newton khô ng nó i được. Nhưng mộ t và i nă m trước khi Einstein chà o đời, hai nhà vậ t lı́ vı̃ đạ i người Anh, Michael Faraday và James Maxwell, đã boA sung thê m mộ t thà nh pha; n chủ cho4 t cho the4 giới lạ nh lẽ o củ a Newton: đó là trường điệ n từ.

Trường nà y là mộ t thực theA có thậ t, nó lan tỏ a ở mọ i nơi, truye; n só ng vô tuye4 n, chie4 m đa; y khô ng gian, có theA dao độ ng và nha4 p nhô như mặ t ho; , và ‘trung chuyeA n’ lực điệ n. Từ thuở nhỏ Einstein đã bị mê hoặ c bởi trường điệ n từ là m quay rô -to trong cá c nhà má y điệ n mà cha ô ng xâ y lah p, và ô ng sớm nhậ n thức được raT ng lực ha4 p daE n, gio4 ng như lực điệ n, cũ ng phả i được trung chuyeA n bởi mộ t trường: phả i to; n tạ i ‘trường ha4 p daE n’ tương tự như ‘điệ n trường’. Ov ng tậ p trung tı̀m hieA u ‘trường ha4 p daE n’ nà y hoạ t độ ng như the4 nà o, và tı̀m cá ch mô tả nó baT ng cá c phương trı̀nh toá n họ c.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

4

Và chı́nh lú c nà y mộ t ý tưởng phi thường xả y đe4 n với ô ng, mộ t cú sé t trı́ tuệ thua; n khie4 t: trường ha4 p daE n khô ng lan tỏ a trong khô ng gian; mà trường ha4 p daE n chı́nh là khô ng gian đó . Đâ y là ý tưởng củ a thuye4 t tương đo4 i toA ng quá t.

‘Khô ng gian’ củ a Newton, cá i qua đó vạ n vậ t chuyeA n độ ng, và ‘trường ha4 p daE n’ là mộ t và đo; ng nha4 t với nhau. Đó là thời khah c khai sá ng. Mộ t sự đơn giả n hó a trọ ng ye4 u củ a the4 giới: khô ng gian khô ng cò n là cá i gı̀ đó tá ch biệ t với vậ t cha4 t, mà nó là mộ t trong những thà nh pha; n ‘vậ t liệ u’ củ a the4 giới. Mộ t thực theA lượn só ng, cong gậ p, uo4 n é o, xoah n. Chú ng ta khô ng so4 ng trong mộ t hạ ta; ng rah n chah c vô hı̀nh: chú ng ta đah m mı̀nh trong mộ t vỏ o4 c me; m dẻ o khoA ng lo; . Mặ t trời là m cong khô ng gian xung quanh nó và Trá i đa4 t khô ng quay xung quanh mặ t trời vı̀ mộ t lực bı́ aA n mà chạ y thac ng trong khô ng gian bị nghiê ng, kieA u như hò n bi lă n trong mộ t cá i pheE u.

Khô ng có những lực bı́ aA n phá t ra tạ i tâ m pheE u; chı́nh bả n cha4 t cong củ a thà nh pheE u là m cho hò n bi lă n đi. Cá c hà nh tinh quay trò n xung quanh mặ t trời, và vạ n vậ t rơi xuo4 ng, là bởi vı̀ khô ng gian cong.

Là m the4 nà o ta có theA mô tả sự cong nà y củ a khô ng gian? Nhà toá n họ c loE i lạ c nha4 t củ a the4 kı̉ mười chı́n, Carl Friedrich Gauss, người được mệ nh danh là ‘ô ng hoà ng toá n họ c’, đã vie4 t ra cá c cô ng thức toá n họ c mô tả cá c mặ t cong hai chie; u, vı́ dụ như mặ t đo; i. Sau đó ô ng yê u ca; u mộ t sinh viê n nă ng khie4 u củ a ô ng khá i quá t hó a lı́ thuye4 t đeA bao hà m cả khô ng gian ba chie; u hoặ c nhie; u chie; u hơn. Chà ng sinh viê n nhậ n nhiệ m vụ , Bernhard Riemann, đã là m mộ t luậ n á n tie4 n sı̃ a4 n tượng thuộ c loạ i trô ng như hoà n toà n chac ng có ứng dụ ng gı̀. Ke4 t luậ n củ a luậ n á n củ a Riemann là cá c tı́nh cha4 t củ a mộ t khô ng gian cong được thâ u tó m bởi mộ t đo4 i tượng toá n họ c đặ c biệ t mà ngà y nay chú ng ta gọ i là độ cong Riemann, và kı́ hiệ u nó baT ng chữ cá i ‘R’. Einstein đã vie4 t mộ t phương trı̀nh phá t bieA u raT ng R là tương đương với nă ng lượng củ a vậ t cha4 t. Tức là nó i: khô ng gian cong nơi có vậ t cha4 t. Vậ y thô i. Phương trı̀nh chie4 m nửa dò ng, khô ng gı̀ thê m nữa. Mộ t hı̀nh dung – khô ng gian cong – trở thà nh mộ t phương trı̀nh.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

5

Nhưng chứa trong phương trı̀nh nà y có mộ t vũ trụ lú c nhú c. Và ở đâ y sự phong phú kı̀ diệ u củ a lı́ thuye4 t tua; n tự đưa đe4 n những dự đoá n huye; n ả o tựa như những câ u nó i mê sả ng củ a người điê n, nhưng hó a ra ta4 t cả đe; u là đú ng.

Trước tiê n, phương trı̀nh mô tả khô ng gian uo4 n cong như the4 nà o xung quanh mộ t ngô i sao. Do sự cong nà y, khô ng chı̉ cá c hà nh tinh quay xung quanh ngô i sao, mà cả á nh sá ng cũ ng khô ng cò n truye; n theo đường thac ng và bị lệ ch.

Einstein dự đoá n raT ng mặ t trời là m cho á nh sá ng truye; n lệ ch phương. Nă m 1919, sự lệ ch phương nà y đã được đo, và dự đoá n được xá c nhậ n. Nhưng khô ng phả i chı̉ có khô ng gian cong; thời gian cũ ng cong no4 t. Einstein dự đoá n raT ng cà ng lê n cao khỏ i mặ t đa4 t thời gian cà ng trô i nhanh hơn. Hiệ u ứng nà y đã được đo và hó a ra là đú ng. Ne4 u mộ t người so4 ng ở mực nước bieA n gặ p lạ i người anh em song sinh so4 ng trê n nú i cao, anh ta sẽ tha4 y người anh em củ a mı̀nh hơi già hơn mı̀nh mộ t chú t. Và đâ y mới là khởi đa; u câ u chuyệ n thô i.

Khi mộ t ngô i sao lớn thiê u he4 t cha4 t đo4 t (hydro) củ a nó , nó tà n lụ i. Cá i xá c cò n lạ i khô ng cò n được cho4 ng đỡ bởi á p sua4 t nhiệ t do sự chá y và co lạ i dưới sức nặ ng củ a riê ng nó , ro; i đe4 n lú c nó bẻ cong khô ng gian đe4 n độ nó rơi và o mộ t cá i loE thậ t sự. Đâ y là những ‘loE đen’ noA i tie4 ng. Lú c tô i cò n họ c đạ i họ c, loE đen được xem là những dự đoá n ra4 t khó tin củ a mộ t lı́ thuye4 t bı́ truye; n. Ngà y nay, cá c nhà thiê n vă n đã quan sá t tha4 y hà ng tră m loE đen trê n ba; u trời, và đã nghiê n cứu chú ng he4 t sức chi tie4 t.

Nhưng chưa he4 t. Toà n bộ khô ng gian có theA giã n ra và co lạ i. Hơn nữa, phương trı̀nh Einstein cho tha4 y khô ng gian khô ng theA tı̃nh lặ ng; nó phả i đang giã n nở. Nă m 1930, sự giã n nở củ a vũ trụ thậ t sự được quan sá t tha4 y. Phương trı̀nh Einstein dự đoá n sự giã n nở đó phả i được kı́ch hoạ t bởi sự noA củ a mộ t vũ trụ non trẻ , cực kı̀ nhỏ và cực kı̀ nó ng: cá i ngà y nay chú ng ta gọ i là ‘Big Bang’ (Vụ noA Lớn). Lạ i mộ t la; n nữa, thoạ t đa; u chac ng ai tin đie; u nà y, nhưng baT ng chứng tı́ch gó p da; n cho đe4 n khi bức xạ ne; n vũ trụ – á nh le ló i khue4 ch tá n cò n lạ i từ nhiệ t phá t sinh bởi vụ noA ban đa; u – thậ t sự được quan sá t tha4 y trê n ba; u trời.

Dự đoá n phá t sinh từ phương trı̀nh Einstein hó a ra là đú ng. Và cò n nữa, lı́ thuye4 t tương đo4 i cam chah c raT ng khô ng gian chuyeA n độ ng gio4 ng như mặ t bieA n. Hiệ u ứng 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

6

‘só ng ha4 p daE n’ nà y đã được quan sá t tha4 y trê n ba; u trời ở các sao đô i, và khớp với dự đoá n củ a lı́ thuye4 t đe4 n độ chuaA n xá c lạ lù ng là mộ t pha; n triệ u tı̉. Và cò n nữa.

Tó m lạ i, lı́ thuye4 t tương đo4 i mô tả mộ t thời gian đa; y mà u sah c và ba4 t ngờ trong đó vũ trụ bù ng noA , khô ng gian co lạ i thà nh những cá i loE khô ng đá y, thời gian chù ng lạ i và chậ m đi ở ga; n mộ t hà nh tinh, và những khoả ng khô ng vô tậ n giữa cá c sao thı̀ gợn só ng và nha4 p nhô gio4 ng như mặ t bieA n... Và toà n bộ những đie; u nà y, chú ng da; n da; n hiệ n ra từ quyeA n sá ch bị chuộ t gặ m củ a tô i, khô ng phả i là câ u chuyệ n thê u dệ t củ a một thaT ng ngo4 c ma4 t trı́, chac ng phả i ả o giá c do cá i nah ng Địa Trung Hả i như thiê u như đo4 t và mặ t bieA n chó i ló a vù ng Calabria. Nó là thực tạ i.

Hay to4 t hơn, là mộ t thoá ng củ a thực tạ i, nó ı́t nhie; u sá ng tỏ hơn cá i nhı̀n hằng ngà y mờ mờ ả o ả o và vô vị củ a chú ng ta. Mộ t thực tạ i dường như được là m baT ng cù ng cha4 t liệ u như cha4 t liệ u củ a những gia4 c mơ, tuy vậ y nó lạ i có thậ t hơn the4 giới mơ mê sả ng lờ mờ củ a chú ng ta.

Toà n bộ đie; u nà y là ke4 t quả củ a mộ t trực giá c cơ bả n: raT ng khô ng gian và trường ha4 p daE n là cù ng mộ t thứ. Và củ a mộ t phương trı̀nh đơn giả n mà tô i khô ng theA khô ng vie4 t ra đâ y, mặ c dù bạ n ha; u như chah c chah n sẽ khô ng theA giả i mã được nó . Có lẽ ba4 t cứ ai đang đọ c quyeA n sá ch nà y đe; u có theA thưởng thức né t đẹ p tuyệ t vời củ a nó : Rab – ½ R gab =Tab The4 thô i.

Ta4 t nhiê n, bạ n sẽ ca; n nghiê n cứu và tiê u hó a toá n họ c Riemann đeA là m chủ kı̃ thuậ t đọ c và sử dụ ng phương trı̀nh nà y. Nó ca; n mộ t chú t tậ n tâ m và noE lực. Nhưng daE u cho khô ng bie4 t nhạ c lı́, bạ n vaE n có theA thưởng thức cá i đẹ p củ a khú c ta4 u Beethoven. Trong cả hai trường hợp, pha; n thưởng là cá i đẹ p thua; n mı̃, và đô i mah t mới đeA nhı̀n ngah m the4 giới.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

7

BAä I HỌ C THƯå HAI

LƯỢNG TỬ

Hai trụ cộ t củ a vậ t lı́ họ c the4 kı̉ hai mươi – thuye4 t tương đo4 i rộng, cá i tô i vừa nó i ở bà i họ c trước và cơ họ c lượng tử, cá i tô i đang nó i ở đâ y – chac ng theA khá c biệ t nhau hơn được nữa. Cả hai lı́ thuye4 t dạ y ta raT ng ca4 u trú c tinh te4 củ a tự nhiê n là tinh vi hơn nó bieA u hiệ n. Song thuye4 t tương đo4 i rộng là mộ t viê n ngọ c quý nhỏ gọ n: được thà nh hı̀nh bởi mộ t trı́ tuệ , củ a Albert Einstein, nó là mộ t cá i nhı̀n đơn giả n và ke4 t hợp về lực ha4 p daE n, khô ng gian và thời gian. Mặ t khá c, cơ họ c lượng tử, hay ‘thuye4 t lượng tử’, có được sự thà nh cô ng thực nghiệ m khô ng gı̀ sá nh noA i và đưa đe4 n những ứng dụ ng đã là m thay đoA i cuộ c so4 ng thường ngà y củ a chú ng ta (má y vi tı́nh mà tô i đang vie4 t, chac ng hạ n); nhưng đã hơn mộ t the4 kı̉ sau khi ra đời nó vaE n bị bao phủ trong sự bı́ aA n và khó lı̃nh hộ i.

Người ta nó i raT ng cơ họ c lượng tử ra đời chı́nh xá c và o nă m 1900, mở ra mộ t the4 kı̉ tư duy tı́ch cực. Nhà vậ t lı́ Đức Max Planck đã tı́nh được điệ n trường câ n baT ng trong mộ t cá i hộ p nó ng. ĐeA là m vậ y, ô ng sử dụ ng mộ t thủ thuậ t: ô ng tưởng tượng nă ng lượng củ a trường được phâ n bo4 trong cá c ‘lượng tử’, tức là trong từng gó i hay từng cụ c nă ng lượng. Thủ thuậ t trê n đưa đe4 n ke4 t quả tá i tạ o hoà n hả o cá i người ta đã đo được (và do đó phả i là hướng đi đú ng) nhưng lạ i xung độ t với mọ i thứ đã bie4 t khi a4 y. Nă ng lượng được xem là cá i gı̀ đó bie4 n đoA i liê n tụ c, và chac ng có lı́ do gı̀ đeA xem nó được là m baT ng những viê n gạ ch ca4 u trú c nhỏ . Đo4 i với Planck, việ c xem nă ng lượng go; m những gó i hữu hạ n như the4 chı̉ là mộ t thủ thuậ t tı́nh toá n, chứ bả n thâ n ô ng khô ng hieA u he4 t vı̀ sao nó lạ i hiệ u nghiệ m như vậ y. Mộ t la; n nữa, 5 nă m sau, chı́nh Einstein là người hieA u raT ng ‘cá c gó i nă ng lượng’ là có thậ t.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

8

Einstein chứng minh raT ng á nh sá ng go; m cá c gó i nhỏ : cá c hạ t á nh sá ng.

Ngà y nay chú ng ta gọ i chú ng là ‘photon’. Ov ng vie4 t, trong pha; n giới thiệ u bà i bá o củ a ô ng: Theo tôi thấy thì các quan sát gắn liền với bức xạ vật đen, sự huỳnh quang, sự tạo thành tia ca-tôt bởi bức xạ tử ngoại, và những hiện tượng liên quan khác có liên hệ với sự phát xạ hay biến đổi ánh sáng là dễ hiểu hơn nếu người ta giả sử năng lượng của ánh sáng phân bố gián đoạn trong không gian. Theo giả thuyết được xét ở đây, năng lượng của một tia sáng tỏa ra từ một nguồn điểm không phân bố liên tục theo không gian rộng dần mà gồm một số hữu hạn ‘lượng tử năng lượng’ định xứ tại các điểm trong không gian, chúng dịch chuyển mà không phân chia, và chúng chỉ có thể được tạo ra và hấp thụ dưới dạng từng đơn vị rời rạc.

Những dò ng đơn giả n và rõ rà ng nà y là gia4 y khai sinh đı́ch thực củ a thuye4 t lượng tử. Lưu ý cụ m từ mở đa; u ‘theo tô i tha4 y thı̀...’, là m liê n tưởng tới ‘tô i nghı̃...’ mà Darwin mà o đa; u trong soA ghi ché p củ a ô ng ve; ý tưởng vı̃ đạ i raT ng cá c loà i tie4 n hó a, hay ngô n từ ‘lậ p cậ p’ củ a Faraday khi la; n đa; u tiê n giới thiệ u ý tưởng mang tı́nh cá ch mạ ng ve; từ trường. Sự ngậ p ngừng thiê n tà i.

Cô ng trı̀nh củ a Einstein thoạ t đa; u được cá c đo; ng nghiệ p xem là tá c phaA m tà o lao củ a mộ t thanh niê n đặ c biệ t xua4 t sah c. Ve; sau, cũ ng nhờ cô ng trı̀nh trê n mà ô ng nhậ n ve; Giả i Nobel. Ne4 u Planck là cha đẻ củ a thuye4 t lượng tử, thı̀ Einstein là bậ c sinh thà nh nuô i dưỡng nó .

Nhưng gio4 ng như mọ i đứa con khá c, thuye4 t lượng tử có con đường phá t trieA n củ a riê ng nó , bả n thâ n Einstein cũ ng chac ng nhậ n ra. Trong thậ p niê n thứ hai và thứ ba củ a the4 kı̉ hai mươi, chı́nh Niels Bohr người Đan Mạ ch là người đi tiê n phong phá t trieA n củ a nó . Bohr là người hieA u raT ng nă ng lượng củ a cá c electron trong nguyê n tử chı̉ có theA nhậ n những giá trị nha4 t định, gio4 ng như nă ng lượng củ a á nh sá ng, và quan trọ ng là cá c electron chı̉ có theA ‘nhả y’ giữa mộ t quỹ đạ o nguyê n tử nà y với mộ t quỹ đạ o khá c có nă ng lượng nha4 t định, khi chú ng nhả y thı̀ phá t xạ hoặ c ha4 p thụ mộ t photon. Đâ y chı́nh là những ‘bước

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

9

nhả y lượng tử’ noA i tie4 ng. Và chı́nh tạ i việ n nghiê n cứu củ a Bohr ở Copenhagen, những tà i nă ng trẻ loE i lạ c nha4 t củ a the4 kı̉ đã tụ họp với nhau đeA nghiê n cứu và co4 gah ng thie4 t lậ p trậ t tự cho những mặ t khó nà y về hà nh trạ ng trong the4 giới nguyê n tử, và nhaT m xâ y dựng từ nó mộ t lı́ thuye4 t ke4 t hợp. Nă m 1925, cá c phương trı̀nh củ a lı́ thuye4 t cuo4 i cù ng đã xua4 t hiệ n, the4 choE cho toà n bộ cơ họ c Newton.

Thậ t khó tưởng tượng mộ t thà nh tựu nà o to lớn hơn nữa. Trong phú t cho4 c, mọ i thứ trở nê n rõ nghı̃a, và bạ n có theA tı́nh toá n mọ i thứ. La4 y mộ t thı́ dụ : bạ n có nhớ bả ng tua; n hoà n cá c nguyê n to4 , do Mendeleev nghı̃ ra, nó liệ t kê toà n bộ cá c cha4 t cơ bả n khả dı̃ ca4 u tạ o nê n vũ trụ , từ hydrogen đe4 n uranium, và là cá i được treo trê n tường ở nhie; u lớp họ c? Tạ i sao cá c nguyê n to4 nà y được lậ p danh sá ch chı́nh xá c và o choE đa4 y, và tạ i sao bả ng tua; n hoà n có ca4 u trú c đặ c biệ t nà y, với những chu kı̀ nà y, và với cá c nguyê n to4 có cá c tı́nh cha4 t đặ c trưng nà y? Câ u trả lời là moE i nguyê n to4 ứng với mộ t nghiệ m củ a phương trı̀nh chı́nh củ a cơ họ c lượng tử. Toà n bộ ne; n hó a họ c hiệ n ra từ mộ t phương trı̀nh.

Người đa; u tiê n vie4 t ra cá c phương trı̀nh củ a lı́ thuye4 t mới, xâ y dựng chú ng trê n cá c ý tưởng chó ng mặ t, là mộ t thanh niê n trẻ tuoA i thiê n tà i người Đức, Werner Heisenberg.

Heisenberg tưởng tượng raT ng cá c electron khô ng phả i luô n to; n tạ i.

Chú ng chı̉ to; n tạ i khi ai đó hoặ c cá i gı̀ đó quan sá t chú ng, hay nó i to4 t hơn, khi chú ng đang tương tá c với cá i gı̀ đó khá c. Chú ng hiệ n ra ở mộ t nơi nà o đó , với mộ t xá c sua4 t có theA tı́nh được, khi va chạ m với mộ t cá i gı̀ khá c. Cá c ‘bước nhả y lượng tử’ từ quỹ đạ o nà y sang quỹ đạ o khá c là phương tiệ n duy nha4 t mà chú ng có đeA là ‘có thậ t’: mộ t electron là mộ t tậ p hợp bước nhả y từ tương tá c nà y với tương tá c khá c. Khi khô ng có gı̀ là m nhieE u loạ n nó , nó khô ng ở ba4 t kı̀ nơi nà o chı́nh xá c. Nó chac ng ở mộ t ‘nơi’ nà o cả .

Cứ như theA Chú a khô ng thie4 t ke4 thực tạ i baT ng mộ t đường lie; n né t ké o đậ m, mà chı̉ phá c cha4 m cha4 m nó với mộ t diệ n mạ o mờ nhạ t.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

10

Trong cơ họ c lượng tử, khô ng mộ t đo4 i tượng nà o có mộ t vị trı́ rõ rà ng, ngoạ i trừ khi va chạ m trực diệ n với mộ t đo4 i tượng khá c. ĐeA mô tả nó trong lú c bay tự do, giữa mộ t tương tá c nà y và mộ t tương tá c khá c, ta sử dụ ng mộ t cô ng thức toá n họ c trừu tượng khô ng to; n tạ i trong khô ng gian thực mà chı̉ có trong khô ng gian toá n họ c trừu tượng. Nhưng cò n đie; u to; i tệ nà y nữa: những bước nhả y tương tá c nà y, đeA mộ t đo4 i tượng đi từ nơi nà y đe4 n nơi khá c, khô ng xả y ra theo mộ t kieA u có theA dự đoá n mà ra4 t là ngaE u nhiê n. Khô ng theA dự đoá n mộ t electron sẽ xua4 t hiệ n ở đâ u, mà chı̉ tı́nh được xá c sua4 t nó sẽ hiệ n ra ở đâ y đó thô i. Câ u hỏ i xá c sua4 t đi thac ng và o trá i tim vậ t lı́ họ c, nơi mọ i thứ dường như được đie; u hò a bởi những định luậ t chah c nịch mang tı́nh vạ n vậ t và khô ng theA hủ y bỏ .

The4 trô ng có vô lı́ khô ng? Einstein cũ ng cả m tha4 y vô lı́. Mộ t mặ t, ô ng đe; xua4 t Heisenberg cho Giả i Nobel, cô ng nhậ n anh ta đã hieA u cá i gı̀ đó cơ bả n ve; the4 giới; mặ t khá c, ô ng khô ng bỏ lỡ dịp nà o heE có là caT n nhaT n raT ng lı́ thuye4 t nà y khô ng có ý nghı̃a gı̀ nhie; u.

Những chú sư tử non thuộ c nhó m Copenhagen bị nhụ t chı́: the4 là the4 nà o, sao Einstein lạ i nghı̃ như vậ y? Cha đẻ tinh tha; n củ a họ , người đã khı́ch lệ họ nghı̃ tới những cá i khô ng dá m nghı̃, nay chuyeA n qua xé t lạ i và do dự trước bước nhả y mới nà y và o the4 giới chưa bie4 t mà chı́nh ô ng đã khởi xướng. Chı́nh Einstein đã chứng minh raT ng thời gian khô ng mang tı́nh vạ n vậ t và khô ng gian cong nay lạ i đi nó i the4 giới khô ng theA nà o kı̀ lạ the4 nà y được.

Bohr kiê n nhaE n giả i thı́ch cá c ý tưởng mới cho Einstein. Nhưng Einstein gạ t đi. Ov ng nghı̃ ra những thı́ nghiệ m giả tưởng chứng minh cá c ý tưởng mới đó là mâ u thuaE n: ‘Hã y tưởng tượng mộ t cá i hộ p chứa đa; y á nh sá ng, từ đó ta cho phé p moE i khah c thoá t ra mộ t photon độ c thâ n...’ The4 là bah t đa; u mộ t trong những thı́ dụ noA i tie4 ng củ a ô ng, thı́ nghiệ m giả tưởng ‘hộ p á nh sá ng’. Ve; cuo4 i Bohr luô n tı̀m được câ u trả lời vặ n lạ i những phả n bá c nà y. Họ liê n tụ c đo4 i thoạ i với nhau trong nhie; u nă m thô ng qua thuye4 t giả ng, thư từ, bá o chı́... Trong tie4 n trı̀nh trao đoA i, cả hai nhâ n vậ t lớn đe; u có bước lù i, thay đoA i suy nghı̃ củ a họ . Einstein phả i thừa nhậ n raT ng thậ t ra chac ng có mâ u thuaE n nà o bê n trong những ý tưởng mới 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

11

đó . Bohr phả i cô ng nhậ n raT ng mọ i thứ khô ng đơn giả n và rõ rà ng như lú c đa; u ô ng nghı̃. Einstein khô ng muo4 n nhượng bộ với cá i ô ng cho là va4 n đe; then cho4 t: raT ng có mộ t thực tạ i khá ch quan độ c lậ p với người tương tá c. Bohr thı̀ khô ng nhượng bộ với tı́nh giá trị củ a phương phá p mới sá ng giá trong đó thực tạ i được quan niệ m theo lı́ thuye4 t mới. Cuo4 i cù ng, Einstein chịu thừa nhậ n raT ng thuye4 t lượng tử là mộ t bước đạ i nhả y vọ t trong nhậ n thức củ a chú ng ta ve; the4 giới, nhưng vaE n khă ng khă ng raT ng vạ n vậ t có theA khô ng kı̀ lạ như thuye4 t lượng tử đe; xua4 t – ‘aA n sau’ nó phả i cò n mộ t lı́ giả i sâ u xa hơn, hợp lı́ hơn.

Mộ t the4 kı̉ sau, chú ng ta đi tới ke4 t luậ n tương tự. Cá c phương trı̀nh củ a cơ họ c lượng tử và cá c hệ quả củ a chú ng được sử dụ ng moE i ngà y trong nhie; u lı̃nh vực đa dạ ng: bởi cá c nhà vậ t lı́, cá c kı̃ sư, nhà hó a họ c và nhà sinh vậ t họ c.

Chú ng cực kı̀ hữu ı́ch trong mọ i cô ng nghệ đương thời. Khô ng có cơ họ c lượng tử sẽ khô ng có transitor. Song chú ng vaE n cò n bı́ aA n. Vı̀ chú ng khô ng mô tả cá i xả y ra với mộ t hệ vậ t cha4 t, mà chı̉ cho bie4 t mộ t hệ vậ t cha4 t ả nh hưởng đe4 n mộ t hệ vậ t cha4 t khá c như the4 nà o thô i. Đie; u nà y có ý nghı̃a gı̀? Phả i chă ng thực tạ i thie4 t ye4 u củ a mộ t hệ là khô ng mô tả được? Phả i chă ng như the4 là ta cò n thie4 u mộ t mả nh ghé p củ a câ u đo4 ? Hay, theo tô i tha4 y, phả i chă ng chú ng ta phả i cha4 p nhậ n quan niệ m raT ng thực tạ i là tương tá c duy nha4 t? Kie4 n thức củ a chú ng ta phá t trieA n da; n, theo cá c đie; u kiệ n thực tieE n. Nó cho phé p chú ng ta là m những đie; u mới mẻ mà trước đâ y thậ m chı́ ta khô ng tưởng tượng đe4 n. Nhưng sự phá t trieA n đó đã đặ t ra những câ u hỏ i mới.

Những bı́ aA n mới. Trong phò ng thı́ nghiệ m, người ta tie4 p tụ c sử dụ ng cá c phương trı̀nh củ a thuye4 t lượng tử mộ t cá ch ba4 t cha4 p, nhưng trong cá c bà i bá o và cá c hộ i nghị tă ng da; n ve; so4 lượng trong những nă m ga; n đâ y, cá c nhà vậ t lı́ và nhà trie4 t họ c vaE n tie4 p tụ c tı̀m kie4 m. Sau mộ t the4 kı̉ ra đời, thuye4 t lượng tử là gı̀?

Là mộ t sự đà o sâ u cực kı̀ và o bả n cha4 t củ a thực tạ i chă ng? Hay là mộ t ngớ ngaA n tı̀nh cờ hoạ t độ ng to4 t? Mộ t bộ phậ n củ a mộ t câ u đo4 chưa hoà n chı̉nh? Hay là mộ t manh mo4 i daE n tới cá i gı̀ đó sá ng giá ve; ca4 u trú c củ a the4 giới mà chú ng ta chưa từng tiê u hó a đú ng cá ch?

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

12

Khi Einstein qua đời, Bohr, đo4 i thủ so4 mộ t củ a ô ng đã dà nh cho ô ng những lời ca tụ ng đẹ p đẽ . Ro; i và i nă m sau đe4 n lượt Bohr qua đời, ai đó đã chụ p ả nh cá i bả ng đen trong phò ng nghiê n cứu củ a ô ng. Có mộ t hı̀nh vẽ ve; nó . Mộ t hı̀nh vẽ về ‘cá i hộ p chứa đa; y á nh sá ng’ trong thı́ nghiệ m giả tưởng củ a Einstein.

Cho đe4 n phú t chó t, vaE n là khá t vọ ng thá ch thức bả n thâ n và nhậ n thức sâ u xa hơn. Cho đe4 n phú t chó t: vaE n ngờ vực khô ng thô i.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

13

BAä I HỌ C THƯå BA

KIẾN TRÚC CỦA VŨ TRỤ

Và o nửa đa; u the4 kı̉ hai mươi, Einstein mô tả sự vậ n hà nh củ a khô ng gian và thời gian, trong khi Niels Bohr và cá c đo; ng nghiệ p trẻ củ a ô ng thâ u tó m và o cá c phương trı̀nh bả n cha4 t lượng tử kı̀ lạ củ a vậ t cha4 t. Và o nửa sau the4 kı̉ hai mươi, cá c nhà vậ t lı́ xâ y dựng trê n những ne; n tả ng nà y, á p dụ ng hai lı́ thuye4 t cho nhie; u lı̃nh vực tự nhiê n rộ ng rã i: từ ca4 u trú c vı̃ mô củ a vũ trụ cho đe4 n the4 giới vi mô củ a cá c hạ t sơ ca4 p. Trong bà i họ c nà y, tô i đe; cậ p đe4 n nộ i dung thứ nha4 t, cò n nộ i dung thứ hai sẽ được nó i đe4 n ở bà i họ c tie4 p theo.

Bà i họ c nà y chủ ye4 u go; m những hı̀nh vẽ đơn giả n. Nguyê n do bởi vı̀ trước khi có thı́ nghiệ m, đo lường, toá n họ c và suy luậ n chặ t chẽ , khoa họ c trê n he4 t là ve; cá i nhı̀n. Khoa họ c bah t đa; u với cá i nhı̀n. Tư duy khoa họ c được nuô i dưỡng bởi khả nă ng ‘nhı̀n tha4 y’ những cá i khá c với chú ng đã được tha4 y trước đó . Tô i muo4 n trı̀nh bà y ở đâ y mộ t phá c họ a ngah n gọ n, khiê m to4 n củ a hà nh trı̀nh giữa cá c cá i nhı̀n.

Hı̀nh vẽ nà y theA hiệ n vũ trụ được hı̀nh dung như the4 nà o trong cả thiê n niê n kı̉: Trá i đa4 t bê n dưới, ba; u trời bê n trê n. Cuộ c cá ch mạ ng khoa họ c vı̃ đạ i đa; u tiê n, được hoà n thà nh bởi Anaximander cá ch nay hai mươi sá u the4 kı̉ khi

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

14

ô ng co4 gah ng lı́ giả i là m the4 nà o mặ t trời, mặ t tră ng và cá c sao quay xung quanh chú ng ta, thay the4 cho hı̀nh ả nh vũ trụ bê n trê n baT ng hı̀nh ả nh sau:

Bâ y giờ ba; u trời vâ y toà n bộ xung quanh Trá i đa4 t, chứ khô ng chı̉ ở phı́a trê n nó , và Trá i đa4 t là mộ t kho4 i đá lớn trô i noA i lơ lửng trong khô ng gian mà khô ng rơi. Khô ng lâ u sau, mộ t ai đó (có lẽ Parmenides hoặ c Pythagoras) nhậ n tha4 y hı̀nh ca; u là hı̀nh dạ ng hợp lı́ nha4 t cho Trá i đa4 t bay noA i nà y đeA cho mọ i hướng mới là như nhau – và Aristotle đã nghı̃ ra những lậ p luậ n khoa họ c có sức thuye4 t phụ c đeA xá c nhậ n bả n cha4 t hı̀nh ca; u củ a Trá i đa4 t laE n ba; u trời xung quanh nó nơi cá c thiê n theA thực hiệ n hà nh trı̀nh củ a chú ng. Đâ y là hı̀nh ả nh thu được củ a vũ trụ :

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

15

Và vũ trụ nà y, như Aristotle mô tả trong tá c phaA m Bà n ve; Ba; u trời củ a ô ng, vaE n là hı̀nh ả nh the4 giới đặ c trưng củ a cá c ne; n vă n minh Địa Trung Hả i mã i cho đe4 n cuo4 i Thời Trung coA . Nó là hı̀nh ả nh the4 giới mà Dante và Shakespear đã họ c ở trường.

Bước nhả y vọ t tie4 p theo được hoà n thiệ n bởi Copernicus, mở đa; u cá i gọ i là cuộ c cá ch mạ ng khoa họ c kı̃ thuậ t vı̃ đạ i. The4 giới, theo Copernicus, khô ng khá c lah m so với the4 giới củ a Aristotle:

Nhưng thậ t sự có mộ t khá c biệ t chủ cho4 t. La4 y mộ t quan niệ m bị xem là dị giá o, Copernicus đã hieA u và chứng minh raT ng Trá i đa4 t khô ng naT m tạ i tâ m củ a điệ u vũ củ a cá c hà nh tinh, mà thay vậ y mặ t trời mới là tâ m. Hà nh tinh củ a chú ng ta trở thà nh mộ t trong so4 cá c hà nh tinh, quay trò n ở to4 c độ cao xung quanh trụ c củ a nó và xung quanh mặ t trời.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

16

HieA u bie4 t củ a chú ng ta tie4 p tụ c được phá t trieA n, và với những thie4 t bị cả i tie4 n người ta sớm bie4 t được raT ng bả n thâ n hệ mặ t trời chı̉ là mộ t trong vô so4 hệ mặ t trời, và mặ t trời chac ng gı̀ hơn là mộ t ngô i sao như cá c ngô i sao khá c. Mộ t cha4 m vô cù ng nhỏ trong đá m mâ y mê nh mô ng go; m mộ t tră m tı̉ sao – tức Thiê n hà củ a chú ng ta:

Tuy nhiê n, và o thậ p niê n 1930, cá c phé p đo chı́nh xá c do cá c nhà thiê n vă n họ c tie4 n hà nh ve; sao siê u mới – những đá m mâ y nhỏ tră ng trah ng naT m giữa cá c sao – cho tha4 y bả n thâ n Thiê n hà là mộ t đo4 m bụ i trong mộ t đá m thiê n hà khoA ng lo; , nó trả i rộ ng xa đe4 n phạ m vi mah t có theA nhı̀n tha4 y qua những chie4 c kı́nh thiê n vă n mạ nh nha4 t củ a chú ng ta. The4 giới bâ y giờ trở nê n đo; ng đe; u và dã n ra vô hạ n.

Hı̀nh minh họ a bê n dưới khô ng phả i là mộ t hı̀nh vẽ ; nó là ả nh chụ p được thực hiệ n bởi kı́nh thiê n vă n Hubble trê n quỹ đạ o, cho tha4 y mộ t gó c ả nh củ a ba; u trời sâ u hơn ba4 t kı̀ ả nh nà o được tha4 y trước đâ y với những kı́nh thiê n vă n mạ nh nha4 t củ a chú ng ta: nhı̀n với mah t tra; n thı̀ nó chı̉ là mộ t đo4 m nhỏ củ a ba; u trời cực kı̀ to4 i đen. Nhı̀n qua kı́nh thiê n vă n Hubble, rả i rá c hiệ n ra cá c đo4 m xa mê nh mô ng. MoE i cha4 m đen trong hı̀nh là mộ t thiê n hà chứa mộ t tră m tı̉ mặ t trời tương tự như mặ t trời củ a chú ng ta. Vı̀ the4 , trong vũ trụ có hà ng nghı̀n tı̉ tı̉ tı̉ hà nh tinh như Trá i đa4 t. Và trong moE i hướng mà ta nhı̀n, đâ y là cá i xua4 t hiệ n: 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

17

Nhưng sự đo; ng đe; u vô tậ n nà y hó a ra khô ng phả i như vẻ ngoà i củ a nó .

Như tô i đã giả i thı́ch ở bà i họ c thứ nha4 t, khô ng gian khô ng phả i phac ng mà là cong. Ta phả i tưởng tượng ke4 t ca4 u củ a vũ trụ , cù ng với cá c vệ t thiê n hà củ a nó , đang chuyeA n độ ng theo những con só ng tương tự như só ng bieA n, thı̉nh thoả ng xao độ ng đe4 n mức tạ o ra những khoả ng tro4 ng là cá c loE đen. Vậ y nê n ta hã y trở lạ i với mộ t hı̀nh vẽ , đeA bieA u dieE n vũ trụ bị cà y xới bởi những con só ng vı̃ đạ i a4 y:

Và cuo4 i cù ng, ngà y nay chú ng ta bie4 t raT ng vũ trụ mê nh mô ng, co dã n nà y, với rả i rá c cá c thiê n hà và mười lă m tı̉ nă m kie4 n tạ o, đã hiệ n ra từ mộ t đá m mâ y

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

18

nhỏ cực kı̀ nó ng và cực kı̀ đặ c. ĐeA bieA u dieE n cá i nhı̀n nà y, ta khô ng ca; n vẽ vũ trụ nữa mà vẽ lịch sử toà n bộ củ a nó . Hı̀nh vẽ như the4 nà y:

Vũ trụ đã ra đời là mộ t quả ca; u nhỏ ro; i sau đó noA thà nh cá c chie; u kı́ch khoA ng lo; hiệ n nay củ a nó . Đâ y là hı̀nh ả nh hiệ n nay củ a chú ng ta ve; vũ trụ , ở ca4 p độ lớn nha4 t mà chú ng ta bie4 t.

Cò n cá i gı̀ khá c nữa hay khô ng? Có cá i gı̀ trước đó nữa khô ng? Có lẽ là có .

Tô i sẽ nó i ve; nó sau hai bà i họ c nữa. Có to; n tạ i những vũ trụ khá c tương tự vũ trụ củ a chú ng ta, hoặ c khá c biệ t với vũ trụ củ a chú ng ta hay khô ng? Chú ng ta khô ng bie4 t.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

19

BAä I HỌ C THƯå TƯ

HẠT

Bê n trong vũ trụ đã mô tả ở bà i họ c trước, á nh sá ng và vạ n vậ t bie4 n dịch.

Aå nh sá ng go; m cá c photon, cá c hạ t á nh sá ng mà Einstein đã trực giá c hı̀nh dung.

Vạ n vậ t mà ta tha4 y được là m bởi cá c nguyê n tử. MoE i nguyê n tử go; m mộ t hạ t nhâ n được vâ y xung quanh bởi cá c electron. MoE i hạ t nhâ n go; m cá c proton và neutron được đó ng gó i chặ t. Cả proton và neutron đe; u được là m baT ng những hạ t cò n nhỏ hơn mà nhà vậ t lı́ Mı̃ Murray Gell-Mann đặ t tê n là ‘quark’, la4 y cả m hứng bởi mộ t từ tưởng chừng vô nghı̃a trong mộ t cụ m từ vô nghı̃a trong tá c phaA m Finnegans Wake củ a James Joyce: ‘Ba quark cho Muster Mark!’ MoE i thứ mà chú ng ta chạ m và o, do đó , được là m bởi cá c electron và cá c quark nà y.

Lực ‘ke4 t dı́nh’ cá c quark bê n trong proton và neutron được sinh ra bởi cá c hạ t mà cá c nhà vậ t lı́, với chú t ı́t ngữ nghı̃a khô i hà i, gọ i là ‘gluon’.

Electron, quark, photon và gluon là cá c thà nh pha; n củ a vạ n vậ t chie4 m lı̃nh khô ng gian xung quanh chú ng ta. Chú ng là cá c ‘hạ t sơ ca4 p’ đã được nghiê n cứu trong ngà nh vậ t lı́ hạ t. Có mộ t và i hạ t khá c được boA sung thê m và o những hạ t nà y, vı́ dụ như cá c neutrino trà n ngậ p vũ trụ nhưng ı́t tương tá c với chú ng ta, và ‘boson Higgs’ mới được phá t hiệ n ga; n đâ y tạ i Má y Va chạ m Hadron Lớn củ a CERN ở Geneva. Nhưng khô ng có nhie; u hạ t the4 nà y, thậ t ra là có chưa tới mười chủ ng loạ i. Mộ t nhú m thà nh pha; n sơ ca4 p tá c dụ ng như những viê n gạ ch trong mộ t bộ ghé p hı̀nh Lego khoA ng lo; , và với chú ng toà n bộ thực tạ i vậ t cha4 t xung quanh chú ng ta được xâ y dựng nê n.

Bả n cha4 t củ a những hạ t nà y, và cá ch chú ng chuyeA n độ ng, được mô tả bởi cơ họ c lượng tử. Cá c hạ t nà y khô ng có mộ t thực tạ i kieA u đá cuộ i mà là ‘lượng tử’ củ a những trường tương ứng, gio4 ng hệ t như cá c photon là ‘lượng tử’ củ a trường điệ n từ. Chú ng là cá c kı́ch thı́ch sơ ca4 p củ a mộ t theA ne; n đang chuyeA n độ ng tương 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

20

tự như trường củ a Faraday và Maxwell. Cá c gợn só ng lan truye; n nhỏ xı́u. Chú ng bie4 n ma4 t và xua4 t hiệ n trở lạ i theo cá c định luậ t kı̀ lạ củ a cơ họ c lượng tử, trong đó mọ i thứ to; n tạ i khô ng bao giờ be; n vững, và mọ i thứ chac ng là gı̀ ngoà i mộ t bước nhả y từ tương tá c nà y sang tương tá c khá c.

Cho dù chú ng ta quan sá t mộ t vù ng tro4 ng khô ng nhỏ xı́u củ a khô ng gian, trong đó chac ng có nguyê n tử nà o, chú ng ta vaE n phá t hiệ n mộ t ba; y đà n bé nhỏ củ a những hạ t nà y. Khô ng có cá i đạ i loạ i là mộ t khoả ng tro4 ng đı́ch thực, mộ t khoả ng khô ng hoà n toà n tro4 ng roE ng. Gio4 ng như mặ t bieA n lặ ng gió nhı̀n ga; n vaE n tha4 y cá c nha4 p nhô và xao độ ng, tuy là hơi nhẹ , cá c trường tạ o nê n the4 giới cũ ng chịu những thă ng giá ng nhỏ , và ta có theA tưởng tượng cá c hạ t cơ bả n củ a nó có sinh to; n ngah n ngủ i và phù du, liê n tụ c được sinh ra và phâ n hủ y bởi những chuyeA n độ ng nà y. Đâ y là the4 giới được mô tả bởi cơ họ c lượng tử và lı́ thuye4 t hạ t. Chú ng ta đã tie4 n ra4 t xa khỏ i the4 giới cơ họ c củ a Newton và Laplace, trong đó những viê n cuộ i nhỏ lạ nh lẽ o chuyeA n độ ng vı̃nh haT ng trê n những quỹ đạ o dà i chı́nh xá c trong khô ng gian hı̀nh họ c ba4 t bie4 n. Cơ họ c lượng tử và cá c thı́ nghiệ m hạ t cho chú ng ta bie4 t raT ng the4 giới là mộ t ba; y đoà n liê n tụ c, khô ng ngừng nghı̉ củ a cá c thứ; mộ t sự xua4 t hiệ n và bie4 n ma4 t liê n tụ c củ a những thực theA phù du. Mộ t tậ p hợp dao độ ng, như theA trong the4 giới hippy rộ lê n ho; i thậ p niê n 1960. Mộ t the4 giới củ a cá i xả y ra, khô ng phả i the4 giới củ a cá c thứ.

Cá c chi tie4 t củ a lı́ thuye4 t hạ t được xâ y dựng da; n trong cá c thậ p niê n 1950, 1960 và 1970, bởi mộ t so4 nhà vậ t lı́ vı̃ đạ i nha4 t củ a the4 kı̉ như Richard Feynman và Gell-Mann. Cô ng trường xâ y dựng nà y đưa đe4 n mộ t lı́ thuye4 t khó hieA u, được xâ y dựng trê n cơ họ c lượng tử và mang tiê u đe; khô ng lã ng mạ n gı̀ cho lah m là ‘cá c hạ t sơ ca4 p củ a Mô hı̀nh ChuaA n’. ‘Mô hı̀nh ChuaA n’ được hoà n ta4 t và o thậ p niê n 1970, sau mộ t chuoE i dà i thı́ nghiệ m xá c nhậ n he4 t cá c tiê n đoá n. Sự xá c nhậ n cuo4 i cù ng củ a nó dieE n ra và o nă m 2013 với việ c khá m phá boson Higgs.

Nhưng ba4 t cha4 p hà ng loạ t thı́ nghiệ m thà nh cô ng, Mô hı̀nh ChuaA n vaE n chưa từng được cá c nhà vậ t lı́ xem xé t nghiê m tú c. Nó là mộ t lı́ thuye4 t trô ng

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

21

manh mú n, vá chaT ng vá đụ p, ı́t ra thoạ t nhı̀n là như the4 . Nó go; m cá c mả nh và cá c phương trı̀nh được lah p ghé p mà khô ng có ba4 t cứ mộ t trậ t tự rõ rà ng nà o.

Mộ t so4 nha4 t định trường (nhưng tạ i sao lạ i chı́nh xá c so4 lượng nà y?) đang tương tá c với những lực nha4 t định (nhưng tạ i sao lạ i là những lực nà y?) mà moE i tương tá c được xá c định bởi những haT ng so4 nha4 t định (tạ i sao lạ i chı́nh xá c những giá trị nà y?) cho tha4 y những đo4 i xứng nha4 t định (mộ t la; n nữa, tạ i sao lạ i là những đo4 i xứng nà y?) Chú ng ta đã tie4 n xa khỏ i cá i đơn giả n củ a cá c phương trı̀nh thuye4 t tương đo4 i rộng, và cá c phương trı̀nh củ a cơ họ c lượng tử.

Cá ch mà cá c phương trı̀nh củ a Mô hı̀nh ChuaA n đưa ra cá c tiê n đoá n ve; the4 giới cũ ng he4 t sức vô lı́. Được sử dụ ng trực tie4 p, cá c phương trı̀nh nà y đưa đe4 n những tiê n đoá n vô nghı̃a trong đó moE i đạ i lượng được tı́nh hó a ra là lớn vô hạ n. ĐeA thu được ke4 t quả có nghı̃a ca; n phả i tưởng tượng bả n thâ n cá c tham so4 tham gia và o chú ng là lớn vô hạ n, đeA triệ t tiê u với cá c ke4 t quả vô lı́ và là m cho chú ng hợp lı́. Thủ tụ c rah c ro4 i và kı̀ cụ c nà y được đặ t cho cá i tê n chuyê n mô n là ‘tá i chuaA n hó a’. Trong những nă m cuo4 i củ a đời ô ng, nhà khoa họ c vı̃ đạ i củ a the4 kı̉ hai mươi hậ u Einstein, Paul Dirac, vị kie4 n trú c sư vı̃ đạ i củ a cơ họ c lượng tử, tá c giả củ a những phương trı̀nh đa; u tiê n và phương trı̀nh chủ đạ o củ a Mô hı̀nh ChuaA n, nhie; u la; n theA hiệ n sự ba4 t mã n củ a ô ng trước tı̀nh trạ ng nà y, ô ng ke4 t luậ n raT ng ‘chú ng ta chưa từng giả i quye4 t được va4 n đe; đó ’.

Ngoà i ra, mộ t hạ n che4 noA i bậ t củ a Mô hı̀nh ChuaA n mới xua4 t hiệ n trong những nă m ga; n đâ y. Xung quanh moE i thiê n hà cá c nhà thiê n vă n quan sá t tha4 y mộ t đá m mâ y lớn vậ t liệ u bieA u lộ sự to; n tạ i củ a nó thô ng qua lực hú t ha4 p daE n mà nó tá c dụ ng lê n cá c sao, và bởi cá ch nó là m lệ ch hướng á nh sá ng. Nhưng đá m mâ y to lớn nà y, nhờ đó chú ng ta quan sá t tha4 y cá c hiệ u ứng ha4 p daE n, khô ng theA nhı̀n tha4 y trực tie4 p được và chú ng ta khô ng bie4 t nó là m baT ng cá i gı̀. Vô so4 giả thuye4 t đã được đe; xua4 t, nhưng chưa có lı́ thuye4 t nà o tỏ ra suô n sẻ . Rõ rà ng có cá i gı̀ đó ở ngoà i kia, nhưng chú ng ta khô ng bie4 t nó là cá i gı̀. Ngà y nay, nó được gọ i là ‘vậ t cha4 t to4 i’. BaT ng chứng chı̉ da4 u raT ng nó là thứ khô ng được mô tả bởi Mô hı̀nh ChuaA n, baT ng khô ng chú ng ta sẽ nhı̀n tha4 y nó . Cá i gı̀ đó ngoà i cá c nguyê n tử, neutrino hay photon...

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

22

Thậ t quá ba4 t ngờ raT ng có nhie; u thứ ở trê n trời và trê n Trá i đa4 t, cá c bạ n độ c giả thâ n me4 n ạ , nhie; u hơn cả trong trie4 t lı́ củ a chú ng ta – hay trong vậ t lı́ họ c củ a chú ng ta. Chú ng ta thậ m chı́ chac ng nghi ngờ sự to; n tạ i củ a só ng vô tuye4 n và neutrino, chú ng choá n đa; y vũ trụ , mã i cho đe4 n ga; n đâ y. Mô hı̀nh ChuaA n vaE n là cá i to4 t nha4 t mà ta có hiệ n nay khi nó i ve; the4 giới vạ n vậ t, cá c dự đoá n củ a nó đe; u đã được xá c nhậ n; và ngoà i vậ t cha4 t to4 i – và lực ha4 p daE n như mô tả trong thuye4 t tương đo4 i toA ng quá t là sự cong củ a khô ng-thời gian – nó mô tả to4 t mọ i mặ t củ a the4 giới mà ta nhậ n thức được.

Cá c lı́ thuye4 t thay the4 đã được đe; xua4 t, chú ng chı̉ bị đá nh đoA bởi cá c thı́ nghiệ m. Thı́ dụ , mộ t lı́ thuye4 t đẹ p được đe; xua4 t ho; i thậ p niê n 1970, và được đặ t tê n chuyê n mô n là SU5, thay the4 cá c phương trı̀nh lộ n xộ n củ a Mô hı̀nh ChuaA n baT ng mộ t ca4 u trú c đơn giả n và tao nhã hơn nhie; u. Lı́ thuye4 t a4 y dự đoá n raT ng mộ t proton có theA phâ n hủ y, với mộ t xá c sua4 t nha4 t định, bie4 n đoA i thà nh electron và quark. Những coE má y lớn đã được xâ y dựng nhaT m quan sá t cá c proton phâ n hủ y. Cá c nhà vậ t lı́ đã dà nh trọ n đời họ đeA tı̀m kie4 m mộ t phâ n hủ y proton có theA quan sá t được. (Bạ n khô ng nê n nhı̀n và o mộ t photon moE i lú c, vı̀ ma4 t ra4 t lâ u thı̀ nó mới phâ n hủ y. Bạ n la4 y hà ng ta4 n nước và đặ t xung quanh nó những detector nhạ y đeA quan sá t cá c hiệ u ứng củ a sự phâ n hủ y.) Nhưng, lạ y Chú a, chưa có proton nà o từng được chứng kie4 n phâ n hủ y. Lı́ thuye4 t đẹ p đẽ SU5, ba4 t cha4 p né t đẹ p tao nhã đá ng keA củ a nó , khô ng phả i là mó n khoá i khaA u củ a Chú a.

Câ u chuyệ n có lẽ đang tự lặ p lạ i và o lú c nà y với mộ t nhó m lı́ thuye4 t gọ i là ‘siê u đo4 i xứng’, chú ng dự đoá n sự to; n tạ i củ a mộ t họ hạ t mới. Trong quã ng đời nghiê n cứu củ a mı̀nh, tô i nghe nó i cá c đo; ng nghiệ p đang chờ đợi với đa; y lò ng nhiệ t huye4 t sự xua4 t hiệ n sah p tới củ a những hạ t nà y. Hà ng ngà y, hà ng thá ng, hà ng nă m và hà ng thậ p kı̉ đã trô i qua – nhưng cá c hạ t siê u đo4 i xứng vaE n chưa chịu lộ diệ n. Vậ t lı́ họ c khô ng chı̉ là mộ t lịch sử củ a những thà nh cô ng.

Vậ y cho nê n, chú ng ta phả i tạ m dừng lạ i với Mô hı̀nh ChuaA n. Có theA nó khô ng tao nhã lah m, nhưng nó hoạ t độ ng to4 t ở việ c mô tả the4 giới xung quanh chú ng ta. Và ai bie4 t được chứ? Có lẽ khi xem xé t ga; n hơn, nó khô ng phả i là mô hı̀nh thie4 u tao nhã . Có lẽ nó là cá i mà chú ng ta chưa bie4 t cá ch nhı̀n nhậ n đú ng 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

23

từ gó c nhı̀n thı́ch hợp; mộ t gó c nhı̀n sẽ là m sá ng tỏ cá i đơn giả n tie; m aA n củ a nó .

Hiệ n nay, đâ y là cá i chú ng ta bie4 t ve; vậ t cha4 t: Mộ t và i loạ i hạ t sơ ca4 p, chú ng dao độ ng và thă ng giá ng liê n tụ c giữa sinh to; n và khô ng hiệ n hữu và chie4 m ngự khô ng gian keA cả khi trô ng như chac ng có gı̀ ở đó , ke4 t hợp với nhau đe4 n vô hạ n như cá c kı́ tự củ a mộ t bả ng chữ cá i vũ trụ cho bie4 t lịch sử mê nh mang củ a cá c thiê n hà , củ a vô so4 sao khô ng đe4 m xueA , củ a á nh sá ng mặ t trời, củ a nú i non, rừng rậ m và cá c cá nh đo; ng ngũ co4 c, củ a những gương mặ t tươi cười củ a lớp trẻ tạ i buoA i dạ tiệ c, và củ a ba; u trời đê m khả m sao la4 p lá nh.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

24

BAä I HỌ C THƯå NĂM

CÁC HẠT MẦM KHÔNG GIAN

Ba4 t cha4 p những nhậ p nhaT ng, ba4 t hạ nh nha4 t định và những câ u hỏ i vaE n chưa được trả lời, ne; n vậ t lı́ họ c mà tô i vừa phá c thả o mang lạ i mộ t mô tả về the4 giới to4 t hơn cá i chú ng ta từng có trước đâ y. Vı̀ the4 chú ng ta nê n có chú t hà i lò ng.

Nhưng chú ng ta chẳng hề hà i lò ng.

Có mộ t nghịch lı́ naT m tạ i trung tâ m nhậ n thức củ a chú ng ta ve; the4 giới vậ t cha4 t. The4 kı̉ hai mươi đã mang lạ i cho chú ng ta hai viê n ngọ c quý mà tô i vừa trı̀nh bà y: thuye4 t tương đo4 i rộng và cơ họ c lượng tử. Từ thuye4 t tương đo4 i rộng, vũ trụ họ c phá t trieA n, cũ ng như thiê n vă n vậ t lı́, nghiê n cứu só ng ha4 p daE n, loE đen và nhie; u lı̃nh vực khá c. Cơ họ c lượng tử cung ca4 p ne; n tả ng cho vậ t lı́ nguyê n tử, vậ t lı́ hạ t nhâ n, vậ t lı́ hạ t sơ ca4 p, vậ t lı́ vậ t cha4 t ngưng tụ , và nhie; u, nhie; u lı̃nh vực khá c nữa. Hai lı́ thuye4 t, ngô ng cuo; ng phâ n phá t thà nh quả củ a chú ng, là cơ sở củ a cô ng nghệ ngà y nay và đã là m chuyeA n bie4 n lo4 i so4 ng củ a chú ng ta. Tuy nhiê n, hai lı́ thuye4 t khô ng theA đe; u đú ng được, ı́t nha4 t là ở dạ ng thức hiệ n nay củ a chú ng, bởi vı̀ chú ng mâ u thuaE n nhau.

Mộ t sinh viê n đạ i họ c lê n lớp nghe giả ng ve; thuye4 t tương đo4 i rộ ng và o buoA i sá ng và nghe giả ng ve; cơ họ c lượng tử và o buoA i chie; u có theA được tha thứ vı̀ dám ke4 t luậ n raT ng cá c vị giá o sư củ a anh là kẻ ngo4 c, hoặ c đã khô ng nó i chuyệ n với nhau chı́ ı́t là mộ t the4 kı̉ ro; i. Và o buoA i sá ng the4 giới là khô ng gian cong trong đó vạ n vậ t là liê n tụ c; thı̀ và o buoA i chie; u the4 giới là khô ng gian phac ng trong đó cá c lượng tử nă ng lượng nhả y nhó t.

Nghịch lı́ là ở choE cả hai lı́ thuye4 t đe; u hoạ t độ ng suô n sẻ . Tự nhiê n đang hà nh xử với chú ng ta theo kieA u tựa như vị giá o sı̃ laA m caA m phâ n giả i hai người đang tranh luậ n. Sau khi nghe người thứ nha4 t nó i, vị giá o sı̃ bả o: “Cậ u đú ng.”

Người thứ hai khă ng khă ng phả n đo4 i, vị giá o sı̃ lah ng nghe anh ta nó i ro; i bả o: 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

25

“Cậ u cũ ng đú ng.” BoE ng có tie4 ng vợ vị giá o sı̃ từ phò ng bê n kia nó i sang: “Nhưng họ khô ng theA cù ng đú ng được!’ Vị giá o sı̃ tra; m ngâ m và gậ t gù ro; i ke4 t luậ n: “Bà cũ ng đú ng nữa.”

Mộ t nhó m nhà vậ t lı́ lı́ thuye4 t rả i rá c trê n khah p nă m lụ c địa đang ca; n maE n co4 gah ng phâ n giả i va4 n đe; trê n. Lı̃nh vực nghiê n cứu củ a họ được gọ i là ‘lực ha4 p daE n lượng tử’: mụ c tiê u củ a nó là tı̀m kie4 m mộ t lı́ thuye4 t, tức là mộ t tậ p hợp phương trı̀nh – nhưng trê n he4 t thả y là mộ t cá i nhı̀n ke4 t hợp về the4 giới – đeA phâ n giả i tı̀nh trạ ng phâ n liệ t hiệ n nay. Đâ y khô ng phả i la; n đa; u tiê n vậ t lı́ họ c tự đo4 i mặ t với hai lı́ thuye4 t thà nh cô ng vang dộ i nhưng mâ u thuaE n nhau tha4 y rõ . NoE lực toA ng hợp trước đâ y đã được đe; n đá p với những bước sả i dà i trê n con đường chú ng ta nhậ n thức the4 giới. Newton khá m phá lực vạ n vậ t ha4 p daE n baT ng cá ch ke4 t hợp cá c parabol củ a Galileo với cá c elip củ a Kepler. Maxwell thie4 t lậ p cá c phương trı̀nh điệ n từ họ c baT ng cá ch ke4 t hợp cá c lı́ thuye4 t điệ n và lı́ thuye4 t từ. Einstein khá m phá sự tương đo4 i trê n đường giả i quye4 t mộ t mâ u thuaE n hieA n hiệ n giữa điệ n từ họ c và cơ họ c.

Nhà vậ t lı́ chı̉ he4 t sức pha4 n khởi khi anh ta tı̀m tha4 y mộ t mâ u thuaE n thuộ c loạ i nà y giữa cá c lı́ thuye4 t thà nh cô ng: nó là mộ t cơ hộ i ngà n và ng. Liệ u chú ng ta có theA xâ y dựng mộ t khuô n khoA khá i niệ m đeA nghı̃ ve; the4 giới mà tương thı́ch với cá i chú ng ta đã bie4 t ve; nó từ cả hai lı́ thuye4 t hay khô ng?

Tạ i đâ y, ở tie; n phương, vượt ngoà i biê n giới củ a kie4 n thức, khoa họ c cò n trở nê n lộ ng laE y hơn nữa – sự chó i sá ng trong ngọ n lửa tô i luyệ n củ a những ý tưởng mới sinh, củ a trực giá c, củ a noE lực. Củ a những con đường đã đi và bị bỏ hoang, củ a sự nhiệ t tı̀nh. Trong noE lực hı̀nh dung ra cá i chưa từng được hı̀nh dung.

Hai mươi nă m trước, sương mù giă ng dà y đặ c. Ngà y nay, cá c lo4 i đi hiệ n ra đa; y hă ng há i và lạ c quan. Có nhie; u hơn mộ t lo4 i đi, thà nh ra khô ng theA nó i raT ng va4 n đe; đã được giả i quye4 t. Nhie; u thà nh ra gâ y tranh cã i, và tranh cã i là to4 t: cho đe4 n lú c sương mù hoà n toà n tan bie4 n, đie; u to4 t là có những cá i nhı̀n phê bı̀nh và đo4 i nghịch. Mộ t trong những noE lực chı́nh nhaT m giả i quye4 t va4 n đe; là mộ t

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

26

hướng nghiê n cứu gọ i là ‘lực ha4 p daE n lượng tử vò ng’, được theo đuoA i bởi mộ t ê kip đô ng đả o cá c nhà nghiê n cứu là m việ c ở nhie; u quo4 c gia.

Lực ha4 p daE n lượng tử vò ng là mộ t noE lực nhaT m ke4 t hợp thuye4 t tương đo4 i rộng và cơ họ c lượng tử. Nó là mộ t noE lực caA n trọ ng vı̀ nó chı̉ sử dụ ng cá c giả thuye4 t có saò n trong những lı́ thuye4 t nà y, vie4 t lạ i hợp lı́ đeA cho chú ng tương thı́ch.

Nhưng cá c hệ quả củ a nó là triệ t đeA : mộ t bie4 n theA noA i bậ t hơn củ a cá ch chú ng ta nhı̀n và o ca4 u trú c củ a thực tạ i.

Yå tưởng thı̀ đơn giả n. Thuye4 t tương đo4 i toA ng quá t dạ y ta raT ng khô ng gian chac ng phả i mộ t cá i hộ p trơ ı̀, mà là cá i gı̀ đó mang tı́nh cha4 t độ ng: mộ t loạ i vỏ o4 c di độ ng, bao la mà chú ng ta được chứa bê n trong – mộ t ca4 u trú c có theA bị né n và bị xoah n. Mặ t khá c, cơ họ c lượng tử dạ y ta raT ng moE i trường thuộ c loạ i nà y ‘được là m baT ng cá c lượng tử’ và có mộ t ca4 u trú c tinh te4 , dạ ng hạ t. Cá i deE dà ng suy ra tie4 p là khô ng gian vậ t cha4 t cũ ng ‘được là m baT ng cá c lượng tử’.

Thậ t vậ y, ke4 t quả trọ ng tâ m củ a lı́ thuye4 t ha4 p daE n lượng tử vò ng là raT ng khô ng gian khô ng liê n tụ c, nó khô ng phả i được phâ n chia vô hạ n mà được là m baT ng cá c hạ t ma; m hay ‘cá c nguyê n tử khô ng gian’. Cá c hạ t nà y cực kı̀ nhỏ bé : mộ t tı̉ tı̉ la; n nhỏ hơn hạ t nhâ n nguyê n tử nhỏ nha4 t. Lı́ thuye4 t mô tả cá c ‘nguyê n tử khô ng gian’ nà y ở dạ ng toá n họ c, và cung ca4 p cá c phương trı̀nh xá c định sự tie4 n hó a củ a chú ng. Chú ng được gọ i là ‘vò ng’, bởi vı̀ chú ng liê n ke4 t với nhau, tạ o thà nh mộ t mạ ng lưới cá c liê n hệ dệ t nê n ke4 t ca4 u củ a khô ng gian, gio4 ng như những vò ng nhỏ củ a mộ t á o giá p chuoE i xı́ch mê nh mô ng được dệ t mịn.

Cá c lượng tử nà y củ a khô ng gian naT m ở đâ u? Chac ng ở đâ u cả . Chú ng khô ng ở trong khô ng gian bởi vı̀ bả n thâ n chú ng là khô ng gian. Khô ng gian được tạ o ra baT ng cá ch liê n ke4 t từng lượng tử nà y củ a lực ha4 p daE n. Mộ t la; n nữa the4 giới dường như ı́t liê n quan với cá c vậ t hơn là với cá c liê n hệ tương tá c.

Nhưng chı́nh hệ quả thứ hai củ a lı́ thuye4 t trê n mới cực đoan nha4 t. Gio4 ng hệ t như ý tưởng khô ng gian liê n tụ c chứa vạ n vậ t bie4 n ma4 t, ý tưởng ‘thời gian’ sơ ca4 p và nguyê n sơ trô i đi ba4 t cha4 p vạ n vậ t cũ ng khô ng cò n. Cá c phương trı̀nh mô tả cá c hạ t ma; m khô ng gian và vậ t cha4 t khô ng cò n chứa bie4 n ‘thời gian’. Đie; u

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

27

nà y khô ng có nghı̃a raT ng vạ n vậ t là tı̃nh tạ i và ba4 t bie4 n. Trá i lạ i, nó có nghı̃a là sự bie4 n đoA i hiệ n diệ n khah p nơi nơi – nhưng cá c quá trı̀nh sơ ca4 p khô ng theA được xe4 p thứ tự theo mộ t chuoE i ‘thời khah c’ chung nữa. Ơg ca4 p độ nhỏ xı́u củ a cá c hạ t ma; m khô ng gian, vũ điệ u củ a tự nhiê n khô ng dieE n ra theo nhịp gậ y chı̉ huy củ a mộ t nhạ c trưởng, theo mộ t nhịp độ : moE i quá trı̀nh khiê u vũ độ c lậ p với cá c lá ng gie; ng củ a nó , với nhịp điệ u riê ng củ a nó . Sự trô i qua củ a thời gian là nộ i tạ i củ a the4 giới, được sinh ra trong chı́nh the4 giới đó theo mo4 i liê n hệ giữa cá c sự kiệ n lượng tử tạ o nê n the4 giới và tự chú ng là nguo; n go4 c củ a thời gian.

The4 giới mô tả bởi lı́ thuye4 t trê n khá c xa với the4 giới mà chú ng ta quen thuộ c. Khô ng cò n khô ng gian ‘chứa’ the4 giới, và khô ng cò n thời gian ‘trong đó ’ cá c sự kiệ n xả y ra. Chı̉ có cá c quá trı̀nh sơ ca4 p trong đó cá c lượng tử củ a khô ng gian và vậ t cha4 t liê n tụ c tương tá c với nhau. Ag o giá c về khô ng gian và thời gian liê n tụ c xung quanh chú ng ta là mộ t cá i nhı̀n lu mờ củ a nhung nhú c những quá trı̀nh sơ ca4 p nà y, gio4 ng như ho; Alpine tı̃nh lặ ng, trong veo chứa trong thực tạ i củ a những vũ điệ u cuo; ng nhiệ t củ a vô so4 phâ n tử nước nhỏ bé .

Nhı̀n cực kı̀ cậ n cả nh qua mộ t kı́nh lú p cực khủ ng, thı̀ hı̀nh ả nh cuo4 i cù ng trong bà i họ c thứ nă m củ a chú ng ta sẽ cho tha4 y ca4 u trú c dạ ng hạ t củ a khô ng gian:

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

28

Liệ u ta có theA xá c nhậ n lı́ thuye4 t nà y baT ng thực nghiệ m khô ng? Chú ng ta đang suy nghı̃, đang co4 gah ng, nhưng cho đe4 n nay chưa có xá c nhậ n thực nghiệ m nà o. Tuy nhiê n, có mộ t so4 noE lực khá c.

Mộ t trong so4 nà y có xua4 t xứ từ nghiê n cứu loE đen. Trê n ba; u trời ngà y nay chú ng ta có theA quan sá t cá c loE đen được hı̀nh thà nh bởi cá c ngô i sao suy sụ p.

Bị né n é p bởi sức nặ ng củ a riê ng nó , vậ t cha4 t củ a những ngô i sao nà y tự é p lê n chı́nh nó và bie4 n ma4 t khỏ i ta; m nhı̀n củ a chú ng ta. Nhưng nó bie4 n đi đâ u? Ne4 u lı́ thuye4 t lực ha4 p daE n lượng tử vò ng là đú ng, thı̀ vậ t cha4 t thậ t sự khô ng theA co sụ p đe4 n mộ t đieA m nhỏ vô hạ n, bởi vı̀ cá c đieA m nhỏ vô hạ n thậ t sự khô ng he; to; n tạ i – mà chı̉ có những lá t khô ng gian hữu hạ n thô i. Co sụ p dưới sức nặ ng riê ng củ a nó , vậ t cha4 t phả i trở nê n đặ c da; n, cho đe4 n mức tạ i đó cơ họ c lượng tử phả i tá c dụ ng mộ t á p sua4 t ngược lạ i, là m câ n baT ng.

Giai đoạ n giả thuye4 t cuo4 i cù ng nà y trong cuộ c đời củ a mộ t ngô i sao, trong đó cá c thă ng giá ng lượng tử củ a khô ng-thời gian câ n baT ng với sức nặ ng củ a vậ t cha4 t, là cá i được gọ i là ‘sao Planck’. Ne4 u mặ t trời ngừng chá y sá ng và tạ o thà nh mộ t loE đen thı̀ nó sẽ có đường kı́nh chừng 1,5 kilo-mé t. Bê n trong loE đen nà y, vậ t cha4 t củ a mặ t trời sẽ tie4 p tụ c co lạ i, cuo4 i cù ng trở thà nh mộ t sao Planck như the4 . Cá c chie; u kı́ch củ a nó khi a4 y sẽ tương tự cá c chie; u kı́ch củ a mộ t nguyê n tử.

Toà n bộ vậ t cha4 t củ a mặ t trời cô đặ c lạ i và o khô ng gian củ a mộ t nguyê n tử: moE i sao Planck được ca4 u thà nh bởi trạ ng thá i cực độ nà y củ a vậ t cha4 t.

Sao Planck khô ng be; n: mộ t khi bị né n to4 i đa nó bậ t ra và bah t đa; u dã n nở trở lạ i. Đie; u nà y đưa đe4 n sự noA củ a loE đen. Quá trı̀nh nà y, khi nhı̀n bởi mộ t nhà quan sá t giả định ngo; i trong loE đen trê n sao Planck, sẽ là mộ t cú bậ t xả y ra ở to4 c độ cao. Nhưng thời gian trô i qua đo4 i với cô ta khá c với thời gian đo4 i với những ai ở ngoà i loE đen, gio4 ng như thời gian trê n nú i cao trô i qua nhanh hơn thời gian ở mực nước bieA n. Ngoạ i trừ là đo4 i với cô ta, do cá c đie; u kiệ n cực đoan, sự chê nh lệ ch trong dò ng chả y thời gian là ra4 t lớn, và đo4 i với nhà quan sá t ở trê n ngô i sao cá i trô ng như mộ t cú bậ t cực nhanh, thı̀ nhı̀n từ bê n ngoà i, nó xả y ra trong mộ t thời gian ra4 t dà i. Đâ y là lı́ do chú ng ta quan sá t tha4 y cá c loE đen vaE n như cũ trong

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

29

những khoả ng thời gian dà i: moE i loE đen là mộ t ngô i sao đang ho; i phụ c nhı̀n trong chuyeA n độ ng cực chậ m.

Có khả nă ng là trong lò luyệ n củ a những thời khah c đa; u tiê n củ a vũ trụ , cá c loE đen đã ra đời, và mộ t so4 trong so4 nà y hiệ n nay đang noA . Ne4 u đú ng như vậ y, thı̀ có lẽ chú ng ta có theA quan sá t cá c tı́n hiệ u mà chú ng phá t ra khi noA , ở dạ ng cá c tia vũ trụ nă ng lượng cao đe4 n từ ba; u trời, nhờ đó cho phé p chú ng ta quan sá t và đo mộ t tá c dụ ng trực tie4 p củ a mộ t hiệ n tượng bị chi pho4 i bởi lực ha4 p daE n lượng tử. Đó là mộ t ý tưởng tá o bạ o – nó có theA khô ng hoạ t độ ng, chac ng hạ n, ne4 u trong vũ trụ nguyê n thủ y khô ng có đủ loE đen ra đời đeA cho phé p chú ng ta ngà y nay phá t hiệ n sự noA củ a chú ng. Nhưng việ c tı̀m kie4 m cá c tı́n hiệ u như the4 đã bah t đa; u. Ro; i chú ng ta sẽ tha4 y.

Mộ t hệ quả khá c củ a lı́ thuye4 t trê n, và là mộ t trong những hệ quả đẹ p mah t nha4 t, là ve; nguo; n go4 c củ a vũ trụ . Chú ng ta bie4 t là m the4 nà o tá i dựng lịch sử củ a hà nh tinh chú ng ta ngược đe4 n thời kı̀ ban đa; u khi nó có kı́ch cỡ nhỏ xı́u. Nhưng cò n trước đó thı̀ sao? Vâ ng, cá c phương trı̀nh củ a lı́ thuye4 t vò ng cho phé p chú ng ta tie4 n ngược dò ng xa hơn trong việ c tá i dựng lịch sử đó .

Cá i chú ng ta tı̀m tha4 y là khi vũ trụ cực kı̀ né n đặ c thı̀ thuye4 t lượng tử tạ o ra mộ t lực đaA y, với ke4 t quả là vụ noA lớn hay ‘Big Bang’ thậ t ra có theA là ‘Vụ Co Lớn’. The4 giới củ a chú ng ta thậ t sự có khả nă ng đã ra đời từ mộ t vũ trụ trước đó đã co lạ i dưới sức nặ ng củ a riê ng nó cho đe4 n khi nó né n và o mộ t khô ng gian nhỏ xı́u ro; i ‘bậ t ra’ và bah t đa; u dã n nở trở lạ i, từ đó trở thà nh vũ trụ dã n nở mà chú ng ta quan sá t tha4 y xung quanh mı̀nh.

Thời khah c bậ t ra nà y, khi vũ trụ co lạ i thà nh mộ t vỏ hạ t, là vương quo4 c thậ t sự củ a lực ha4 p daE n lượng tử: thời gian và khô ng gian cù ng nhau bie4 n ma4 t, và the4 giới hò a tan thà nh mộ t đá m mâ y xá c sua4 t mà tuy vậ y cá c phương trı̀nh vaE n có theA mô tả . Và hı̀nh ả nh cuo4 i cù ng củ a bà i họ c thứ nă m bie4 n thà nh như sau:

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

30

Vũ trụ củ a chú ng ta có lẽ đã ra đời từ mộ t sự bậ t lạ i trong mộ t pha trước đó , trả i qua mộ t pha trung gian trong đó khô ng có khô ng gian chac ng có thời gian.

Vậ t lı́ họ c mở ra những cá nh cửa đeA chú ng ta nhı̀n xa trô ng rộ ng. Cá i chú ng ta nhı̀n tha4 y khô ng lú c nà o khie4 n chú ng ta he4 t ba4 t ngờ. Chú ng ta nhậ n ra raT ng chú ng ta quá thiê n kie4 n và hı̀nh ả nh trực giá c củ a chú ng ta ve; the4 giới là cụ c bộ , thieA n cậ n, khô ng thỏ a đá ng. Trá i đa4 t khô ng phac ng, nó khô ng tı̃nh tạ i. The4 giới liê n tụ c thay đoA i trước mah t chú ng ta khi chú ng ta da; n da; n nhı̀n nó mộ t cá ch bao quá t hơn và rõ rà ng hơn. Ne4 u chú ng ta co4 gom lạ i toà n bộ những cá i chú ng ta đã bie4 t trong the4 kı̉ hai mươi ve; the4 giới vậ t cha4 t, thı̀ cá c manh mo4 i hướng đe4 n cá i gı̀ đó khá c hac n với nhậ n thức bả n nă ng củ a chú ng ta ve; vậ t cha4 t, khô ng gian và thời gian. Lực ha4 p daE n lượng tử vò ng là mộ t noE lực giả i mã những manh mo4 i nà y, và nhı̀n xa hơn chú t nữa và o cá i khô n cù ng.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

31

BAä I HỌ C THƯå SAå U

XÁC SUẤT, THỜI GIAN VÀ NHIỆT CỦA LỖ ĐEN

Cù ng với những lı́ thuye4 t chı́nh mà tô i vừa trı̀nh bà y và những lı́ thuye4 t mô tả cá c thà nh pha; n sơ ca4 p củ a the4 giới, cò n có mộ t phá o đà i đo; sộ củ a vậ t lı́ họ c hơi khá c với cá c lı́ thuye4 t khá c. Mộ t câ u hỏ i đặ t ra ba4 t ngờ cho nó là : ‘Nhiệ t là gı̀?’

Cho đe4 n giữa the4 kı̉ mười chı́n, cá c nhà vậ t lı́ đã co4 gah ng tı̀m hieA u nhiệ t baT ng cá ch nghı̃ nó là mộ t loạ i cha4 t lỏ ng, gọ i là ‘cha4 t nhiệ t’; hoặ c hai cha4 t lỏ ng, mộ t nó ng và mộ t lạ nh. Quan niệ m đó hó a ra là sai. Cuo4 i cù ng James Maxwell và nhà vậ t lı́ người Aå o Ludwig Boltzmann hieA u ra va4 n đe; . Và cá i họ hieA u ra4 t đẹ p, lạ laE m và noA i bậ t – nó đưa chú ng ta và o những vù ng đa4 t mà pha; n lớn vaE n chưa được khai phá .

Cá i họ hieA u ra là mộ t cha4 t nó ng khô ng phả i là cha4 t chứa cha4 t lỏ ng nhiệ t.

Cha4 t nó ng là cha4 t trong đó cá c nguyê n tử chuyeA n độ ng nhanh hơn. Cá c nguyê n tử và phâ n tử, những đá m nhỏ nguyê n tử liê n ke4 t với nhau, luô n luô n chuyeA n độ ng khô ng ngừng. Chú ng chạ y, dao độ ng, dộ i ngược và vâ n vâ n. Khô ng khı́ lạ nh là khô ng khı́ trong đó cá c nguyê n tử, hay đú ng hơn là cá c phâ n tử, chuyeA n độ ng chậ m hơn. Khô ng khı́ nó ng là khô ng khı́ trong đó cá c phâ n tử chuyeA n độ ng nhanh hơn. Thậ t đơn giả n mà đẹ p. Nhưng va4 n đe; chưa dừng lạ i ở đó .

Nhiệ t, như chú ng ta bie4 t, luô n truye; n từ vậ t nó ng sang vậ t lạ nh. Mộ t cá i thı̀a lạ nh đặ t trong tá ch trà nó ng cũ ng trở nê n nó ng. Ne4 u ta khô ng ă n mặ c hợp lı́ và o mộ t ngà y giá lạ nh, ta sẽ nhanh chó ng ma4 t nhiệ t cơ theA và trở nê n run raA y.

Tạ i sao nhiệ t truye; n từ vậ t nó ng sang vậ t lạ nh chứ khô ng truye; n ngược lạ i? Đó là mộ t câ u hỏ i trọ ng ye4 u, vı̀ nó liê n hệ với bả n cha4 t củ a thời gian.

Trong moE i trường hợp trong đó sự trao đoA i nhiệ t khô ng xả y ra, hoặ c khi nhiệ t trao đoA i là khô ng đá ng keA , chú ng ta tha4 y tương lai hà nh xử y hệ t như quá khứ.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

32

Chac ng hạ n, đo4 i với chuyeA n độ ng củ a cá c hà nh tinh thuộ c hệ mặ t trời thı̀ nhiệ t ha; u như khô ng liê n quan, và thậ t vậ y chuyeA n độ ng nà y có theA xả y ra theo chie; u ngược lạ i mà khô ng có định luậ t vậ t lı́ nà o bị vi phạ m. Tuy nhiê n, heE khi có nhiệ t thı̀ tương lai khá c với quá khứ. Trong khi khô ng có ma sá t, chac ng hạ n, thı̀ mộ t con lah c có theA dao độ ng mã i mã i. Ne4 u ta quay phim nó và cho chie4 u phim ngược ta sẽ tha4 y chuyeA n độ ng như the4 hoà n toà n là có theA . Nhưng ne4 u có ma sá t thı̀ con lah c từ từ là m nó ng cá c bộ phậ n treo củ a nó , tiê u hao nă ng lượng và chuyeA n độ ng chậ m da; n. Ma sá t sinh ra nhiệ t. Và lậ p tức ta có theA phâ n biệ t tương lai (phı́a con lah c chuyeA n độ ng chậ m) với quá khứ. Ta chưa từng tha4 y mộ t con lah c bah t đa; u đong đưa từ mộ t vị trı́ đứng yê n, với chuyeA n độ ng củ a nó được kı́ch thı́ch bởi nă ng lượng thu nhậ n baT ng cá ch ha4 p thụ nhiệ t từ cá c đieA m treo củ a nó .

Sự khá c biệ t giữa quá khứ và tương lai chı̉ to; n tạ i khi có nhiệ t. Hiệ n tượng cơ bả n phâ n biệ t tương lai với quá khứ là thực te4 nhiệ t truye; n từ vậ t nó ng hơn sang vậ t lạ nh hơn.

Vı̀ vậ y, mộ t la; n nữa, tạ i sao, khi thời gian trô i qua, nhiệ t truye; n từ vậ t nó ng sang vậ t lạ nh chứ khô ng truye; n theo cá ch nà o khá c?

Nguyê n nhâ n được khá m phá bởi Boltzmann, và đơn giả n đe4 n ba4 t ngờ: đó là tı̀nh cờ.

Yå tưởng củ a Boltzmann khô ng deE mô tả , và nó dù ng đe4 n khá i niệ m xá c sua4 t. Nhiệ t khô ng truye; n từ vậ t nó ng sang vậ t lạ nh do mộ t định luậ t tuyệ t đo4 i: nó chı̉ là m the4 với mộ t xá c sua4 t lớn mà thô i. Nguyê n nhâ n là vı̀ ve; mặ t tho4 ng kê khả nă ng mộ t nguyê n tử chuyeA n độ ng nhanh củ a cha4 t nó ng va chạ m với mộ t nguyê n tử lạ nh đeA truye; n sang nó mộ t ı́t nă ng lượng thı̀ cao hơn ngược lạ i. Nă ng lượng được bả o toà n trong cá c va chạ m, nhưng có xu hướng được phâ n bo4 thà nh những pha; n ı́t nhie; u ngang nhau khi có nhie; u va chạ m. BaT ng cá ch nà y, nhiệ t độ củ a cá c vậ t tie4 p xú c với nhau có xu hướng baT ng nhau. Khô ng phả i khô ng có khả nă ng cho mộ t vậ t nó ng trở nê n nó ng hơn qua việ c tie4 p xú c với mộ t vậ t lạ nh hơn: nhưng khả nă ng đó là cực kı̀ nhỏ .

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

33

Việ c đưa xá c sua4 t và o trá i tim vậ t lı́ họ c, và sử dụ ng nó đeA giả i thı́ch cá c ne; n tả ng độ ng lực họ c củ a nhiệ t, ban đa; u bị xem là lo4 bịch. Như chuyệ n thường xả y ra, chac ng ai xem Boltzmann là nghiê m tú c. Và o ngà y 5 thá ng 9 nă m 1906, ở Duino ga; n Trieste, ô ng đã treo coA tự vaE n mà chưa từng chứng kie4 n sự cô ng nhậ n rộ ng rã i sau đó về tı́nh giá trị củ a những ý tưởng củ a ô ng. Ơg bà i họ c thứ hai, tô i đã liê n hệ là m the4 nà o cơ họ c lượng tử dự đoá n chuyeA n độ ng củ a moE i thứ nhỏ bé xả y ra do tı̀nh cờ. Lı́ thuye4 t nà y cũ ng đưa xá c sua4 t và o cuộ c chơi. Nhưng xá c sua4 t mà Boltzmann xé t, xá c sua4 t tạ i go4 c reE củ a nhiệ t, có mộ t bả n cha4 t khá c, và độ c lậ p với cơ họ c lượng tử. Xá c sua4 t có mặ t trong nhiệ t họ c theo mộ t nghı̃a nha4 t định rà ng buộ c với sự hieA u bie4 t khô ng trọ n vẹ n củ a chú ng ta.

Tô i khô ng theA bie4 t cá i gı̀ đó chah c chah n, nhưng tô i vaE n có theA gá n mộ t mức xá c sua4 t lớn hay nhỏ cho mộ t cá i gı̀ đó . Chac ng hạ n, tô i khô ng bie4 t liệ u ngà y mai ở Marseilles đâ y trời có mưa hay khô ng, hay là trời nah ng hay sẽ có tuye4 t rơi, nhưng xá c sua4 t đeA ngà y mai có tuye4 t rơi ở đâ y – ở Marseilles, thá ng tá m – là tha4 p. Tương tự đo4 i với đa so4 cá c đo4 i tượng vậ t cha4 t: chú ng ta bie4 t đô i đie; u chứ khô ng bie4 t he4 t ve; trạ ng thá i củ a chú ng, và ta chı̉ có theA đưa ra cá c dự đoá n dựa trê n xá c sua4 t. Hã y nghı̃ tới mộ t quả bó ng chứa đa; y khô ng khı́. Tô i có theA đo nó : đo hı̀nh dạ ng củ a nó , theA tı́ch củ a nó , á p sua4 t củ a nó , nhiệ t độ củ a nó ... Nhưng cá c phâ n tử khô ng khı́ bê n trong quả bó ng đang chuyeA n độ ng nhanh bê n trong nó , và tô i khô ng theA bie4 t vị trı́ chı́nh xá c củ a moE i phâ n tử. Đie; u nà y ngă n tô i dự đoá n chı́nh xá c quả bó ng sẽ hà nh xử như the4 nà o. Chac ng hạ n, ne4 u tô i mở nú t dâ y bịt kı́n nó và buô ng nó ra thı̀ nó sẽ xı̀ hơi a; m ı̃, tưng choE nà y đậ p choE kia theo mộ t kieA u mà tô i khô ng theA dự đoá n được. Khô ng theA , bởi vı̀ tô i chı̉ bie4 t hı̀nh dạ ng, theA tı́ch, á p sua4 t và nhiệ t độ củ a nó . ChuyeA n độ ng nhả y tưng choE nà y choE kia củ a quả bó ng phụ thuộ c và o chi tie4 t vị trı́ củ a cá c phâ n tử bê n trong nó , cá i tô i khô ng bie4 t. Nhưng cho dù tô i khô ng theA dự đoá n mọ i thứ mộ t cá ch chı́nh xá c, tô i vaE n có theA dự đoá n xá c sua4 t đeA chuyệ n nà y chuyệ n kia sẽ xả y ra. Vı́ dụ , sẽ ra4 t khô ng có khả nă ng đeA quả bó ng bay ra khỏ i cửa soA , lượn trò n quanh ngọ n hả i đă ng ở xa ngoà i kia ro; i bay ve; đá p lê n tay tô i, tạ i đieA m nó được buô ng ra.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

34

Mộ t hà nh trạ ng nà o đó có khả nă ng cao hơn, cò n hà nh trạ ng kia thı̀ ı́t có khả nă ng hơn.

Theo ngữ nghı̃a nà y, người ta có theA tı́nh xá c sua4 t đeA khi cá c phâ n tử va chạ m nhiệ t truye; n từ vậ t nó ng hơn sang vậ t lạ nh hơn, và ke4 t quả hó a ra lớn hơn nhie; u so với xá c sua4 t đeA nhiệ t truye; n sang vậ t nó ng hơn.

Ngà nh khoa họ c là m sá ng tỏ những đie; u nà y được gọ i là vậ t lı́ tho4 ng kê , và mộ t trong những thà nh tựu củ a nó , bah t đa; u với Boltzmann, là hieA u được bả n cha4 t xá c sua4 t củ a nhiệ t độ , tức là nó i nhiệ t độ ng lực họ c.

Thoạ t đa; u, quan đieA m cho raT ng sự thie4 u hieA u bie4 t củ a chú ng ta hà m ý cá i gı̀ đó ve; hà nh trạ ng củ a the4 giới trô ng như phi lı́: cá i thı̀a lạ nh nó ng lê n trong tá ch trà và quả bó ng bay lò ng vò ng khi được thả ra ba4 t cha4 p cá i tô i bie4 t hay khô ng bie4 t. Cá i ta bie4 t hay khô ng bie4 t phả i là m gı̀ với cá c định luậ t chi pho4 i the4 giới? Câ u trả lời trê n là chı́nh đá ng; câ u trả lời cho nó là tinh te4 .

Cá i thı̀a và quả bó ng hà nh xử vı̀ chú ng phả i như the4 , tuâ n theo cá c định luậ t vậ t lı́ trong sự độ c lậ p hoà n toà n với cá i chú ng ta bie4 t hay khô ng bie4 t ve; chú ng. Khả nă ng dự đoá n hay ba4 t dự đoá n hà nh trạ ng củ a chú ng khô ng gah n lie; n với đie; u kiệ n chı́nh xá c củ a chú ng; nó gah n lie; n với tậ p hợp giới hạ n cá c tı́nh cha4 t củ a chú ng mà chú ng ta tương tá c. Tậ p hợp nà y củ a cá c tı́nh cha4 t phụ thuộ c và o cá ch riê ng củ a chú ng ta tương tá c với cá i thı̀a hay quả bó ng. Xá c sua4 t khô ng á m chı̉ sự dieE n tie4 n củ a vậ t cha4 t tự nó . Nó liê n hệ với sự dieE n tie4 n củ a những đạ i lượng riê ng mà chú ng ta tương tá c. Mộ t la; n nữa, xua4 t hiệ n bả n cha4 t liê n hệ tha4 y rõ củ a cá c khá i niệ m mà chú ng ta sử dụ ng đeA toA chức the4 giới.

Cá i thı̀a lạ nh nó ng lê n trong trà nó ng bởi vı̀ trà và thı̀a tương tá c với chú ng ta thô ng qua mộ t so4 hạ n che4 bie4 n so4 trong vô so4 bie4 n so4 đặ c trưng cho trạ ng thá i vi mô củ a chú ng. Giá trị củ a những bie4 n nà y khô ng đủ đeA dự đoá n hà nh trạ ng tương lai mộ t cá ch chı́nh xá c (nhı̀n tậ n mah t quả bó ng), nhưng đủ đeA dự đoá n với xá c sua4 t to4 i ưu cá i thı̀a sẽ nó ng lê n.

Tô i hi vọ ng khô ng đá nh ma4 t sự chú ý củ a quý độ c giả với những phâ n biệ t tinh vi nà y...

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

35

Lú c nà y, trong hà nh trı̀nh củ a the4 kı̉ hai mươi, nhiệ t độ ng lực họ c (tức là nhiệ t họ c) và cơ họ c tho4 ng kê (tức là khoa họ c xá c sua4 t củ a cá c chuyeA n độ ng) đã được mở rộ ng sang cá c hiệ n tượng điệ n từ và cá c hiệ n tượng lượng tử. Tuy nhiê n, sự mở rộ ng đeA bao gộ p trường ha4 p daE n tỏ ra he4 t sức khó khă n. Trường ha4 p daE n hà nh xử như the4 nà o khi nó nó ng lê n vaE n là mộ t bà i toá n chưa có lời giả i.

Chú ng ta bie4 t cá i xả y ra với mộ t trường điệ n từ nó ng lê n: trong lò vi só ng, chac ng hạ n, có bức xạ điệ n từ nó ng là m chı́n bá nh nướng, và chú ng ta bie4 t cá ch mô tả hiệ n tượng nà y. Só ng điệ n từ dao độ ng, nă ng lượng chia sẻ ngaE u nhiê n, và chú ng ta có theA tưởng tượng toA ng theA như mộ t khı́ photon chuyeA n độ ng gio4 ng cá c phâ n tử trong mộ t quả bó ng nó ng. Nhưng cò n mộ t trường ha4 p daE n nó ng thı̀ sao?

Trường ha4 p daE n, như ta đã tha4 y ở bà i họ c thứ nha4 t, là bả n thâ n khô ng gian, nó i chung là khô ng-thời gian. Do đó , khi nhiệ t khue4 ch tá n và o trường ha4 p daE n, thı̀ bả n thâ n thời gian và khô ng gian phả i dao độ ng... Nhưng chú ng ta vaE n chưa bie4 t là m the4 nà o mô tả hiệ n tượng nà y cho to4 t. Chú ng ta khô ng có cá c phương trı̀nh mô tả cá c dao độ ng nhiệ t củ a mộ t khô ng-thời gian nó ng. The4 nà o là mộ t thời gian đang dao độ ng?

Những va4 n đe; như the4 đưa chú ng ta đe4 n tâ m đieA m củ a va4 n đe; thời gian: chı́nh xá c thı̀ dò ng thời gian là gı̀?

Va4 n đe; trê n đã có mặ t trong vậ t lı́ coA đieA n, và đã được cá c nhà trie4 t họ c nê u bậ t và o cá c the4 kı̉ mười chı́n và hai mươi – nhưng nó trở nê n sah c sả o hơn ra4 t nhie; u trong vậ t lı́ hiệ n đạ i. Vậ t lı́ mô tả the4 giới baT ng phương tiệ n cô ng thức cho bie4 t các thứ bie4 n đoA i như the4 nà o theo mộ t hà m củ a ‘thời gian’. Nhưng chú ng ta có theA vie4 t cá c cô ng thức cho chú ng ta bie4 t các thứ bie4 n đoA i như the4 nà o trong liê n hệ với ‘vị trı́’ củ a chú ng, hay mù i vị mó n risotto bie4 n đoA i như the4 nà o theo mộ t hà m củ a ‘bie4 n so4 lượng bơ’. Thời gian có vẻ ‘trô i’, trong khi lượng bơ hay vị trı́ trong khô ng gian thı̀ khô ng ‘trô i’. Vậ y sự khá c biệ t là do đâ u?

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

36

Mộ t cá ch đặ t va4 n đe; khá c là tự hỏ i: ‘hiệ n tạ i’ là gı̀? Chú ng ta nó i duy chı̉ có những thứ củ a hiệ n tạ i là to; n tạ i: quá khứ khô ng cò n to; n tạ i và tương lai thı̀ chưa to; n tạ i. Nhưng trong vậ t lı́ họ c khô ng có cá i gı̀ tương ứng với khá i niệ m ‘hiệ n tạ i’. Hã y so sá nh ‘hiệ n tạ i’ với ‘ở đâ y’. ‘Ơg đâ y’ dù ng đeA chı̉ choE mà người nó i đang ở: với hai người khá c nhau thı̀ ‘ở đâ y’ á m chı̉ hai nơi khá c nhau. Như vậ y, ‘ở đâ y’ là mộ t từ có ý nghı̃a tù y thuộ c và o nơi nó được phá t bieA u. Thuậ t ngữ chuyê n mô n cho loạ i phá t bieA u nà y là ‘chı̉ mụ c’. ‘Hiệ n tạ i’ cũ ng hướng đe4 n thời khah c mà từ được nê u ra, và cũ ng được liệ t và o nhó m ‘chı̉ mụ c’. Nhưng chac ng ai naT m mơ mà nó i cá c thứ ‘ở đâ y’ to; n tạ i, cò n cá c thứ khô ng ‘ở đâ y’ thı̀ khô ng to; n tạ i. Vậ y thı̀ tạ i sao chú ng ta nó i cá c thứ ‘hiệ n tạ i’ to; n tạ i và mọ i thứ khá c thı̀ khô ng? Phả i chă ng hiệ n tạ i là cá i gı̀ đó khá ch quan trong the4 giới, nó ‘trô i’ và là m cho cá c thứ ‘to; n tạ i’ no4 i tie4 p nhau, hay nó chı̉ mang tı́nh chủ quan, gio4 ng như ‘ở đâ y’?

Câ u hỏ i nà y trô ng như mộ t va4 n đe; trı́ tuệ thâ m sâ u. Nhưng vậ t lı́ hiệ n đạ i đã bie4 n nó thà nh mộ t va4 n đe; nó ng bỏ ng, bởi vı̀ thuye4 t tương đo4 i hẹ p đã chứng minh raT ng khá i niệ m ‘hiệ n tạ i’ cũ ng mang tı́nh chủ quan. Cá c nhà vậ t lı́ và nhà trie4 t họ c đã đi đe4 n ke4 t luậ n raT ng ý tưởng hiệ n tạ i là cá i chung cho toà n vũ trụ là mộ t ả o giá c, và raT ng ‘sự trô i’ phoA quá t củ a thời gian là mộ t sự khá i quá t hó a khô ng hoạ t độ ng. Khi ô ng bạ n người Yå Michele Besso qua đời, Einstein đã vie4 t mộ t lá thư chia buo; n gửi đe4 n em gá i củ a Michele: ‘Michele đã từ giã the4 giới nà y trước tô i mộ t chú t. Đie; u nà y chac ng sao cả . Những người gio4 ng như chú ng tô i, những kẻ tin tưởng và o vậ t lı́ họ c, đe; u bie4 t raT ng sự phâ n biệ t giữa quá khứ, hiệ n tạ i và tương lai chac ng gı̀ hơn là mộ t thứ ả o giá c co4 hữu, khó chữa.’

Dù có là ả o giá c hay khô ng, cá i gı̀ giả i thı́ch được thực te4 với chú ng ta là thời gian ‘chả y’, ‘trô i’, ‘đi qua’? Sự trô i qua củ a thời gian là rõ rà ng với ta4 t cả chú ng ta: suy nghı̃ củ a chú ng ta và lời nó i củ a chú ng ta to; n tạ i trong thời gian; ca4 u trú c tinh vi củ a ngô n ngữ củ a chú ng ta đò i hỏ i thời gian – mộ t thứ ‘là ’ hay ‘đã là ’ hay ‘sẽ là ’. Người ta có theA tưởng tượng mộ t the4 giới khô ng có mà u sah c, khô ng có vậ t cha4 t, thậ m chı́ khô ng có khô ng gian, nhưng khó mà tưởng tưởng mộ t the4 giới khô ng có thời gian. Trie4 t gia người Đức Martin Heidegger nha4 n 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

37

mạ nh ‘sự trú ngụ củ a chú ng ta trong thời gian’. Liệ u có khả nă ng raT ng sự trô i chả y củ a thời gian mà Heidegger xem là cá i co4 t lõ i lạ i khô ng có mặ t trong cá c mô tả về the4 giới?

Mộ t so4 nhà trie4 t họ c, nha4 t là những người theo phe Heidegger, ke4 t luậ n raT ng vậ t lı́ họ c khô ng có khả nă ng mô tả cá c phương diệ n că n bả n nha4 t củ a thực tạ i, và xem nó là mộ t dạ ng sai la; m củ a kie4 n thức. Nhưng trong quá khứ nhie; u la; n ta đã nhậ n tha4 y raT ng cá c trực giá c trước mah t củ a chú ng ta là khô ng chı́nh xá c: ne4 u ta vaE n giữ những trực giá c nà y thı̀ ta vaE n sẽ tin raT ng Trá i đa4 t là phac ng và mặ t trời quay xung quanh nó . Trực giá c củ a chú ng ta phá t trieA n trê n cơ sở trả i nghiệ m hạ n che4 củ a chú ng ta. Khi ta nhı̀n xa hơn mộ t chú t ve; phı́a trước ta phá t hiệ n tha4 y the4 giới khô ng phả i như nó xua4 t hiệ n trước mah t chú ng ta: Trá i đa4 t trò n, và ở Cape Town châ n người ta ở trê n cò n đa; u người ta ở dưới. Tin và o trực giá c trước mah t hơn là khả o sá t tậ p theA mộ t cá ch lı́ trı́, thậ n trọ ng và thô ng minh, thı̀ khô ng phả i khô n ngoan: đó là suy đoá n củ a mộ t già là ng khô ng muo4 n tin và o the4 giới to lớn bê n ngoà i ngô i là ng củ a ô ng có chú t khá c biệ t nà o với ngô i là ng mà ô ng luô n bie4 t tường tậ n.

Sinh độ ng xua4 t hiệ n trước mah t chú ng ta, kinh nghiệ m củ a chú ng ta ve; sự trô i qua củ a thời gian khô ng ca; n phả n á nh mộ t phương diệ n cơ bả n củ a thực tạ i. Nhưng ne4 u nó khô ng phả i cơ bả n, thı̀ nó xua4 t xứ từ đâ u, cá i kinh nghiệ m so4 ng độ ng củ a chú ng ta ve; sự trô i qua củ a thời gian a4 y?

Tô i nghı̃ câ u trả lời naT m ở mo4 i liê n hệ mậ t thie4 t giữa thời gian và nhiệ t.

Sự khá c biệ t có theA phá t hiệ n được giữa quá khứ và tương lai chı̉ có mặ t khi có dò ng chả y củ a nhiệ t. Nhiệ t liê n hệ với xá c sua4 t; và đe4 n lượt xá c sua4 t liê n hệ với thực te4 là cá c tương tá c củ a chú ng ta với pha; n cò n lạ i củ a the4 giới khô ng bieA u lộ cá c chi tie4 t tinh te4 củ a thực tạ i. Do vậ y, dò ng chả y củ a thời gian xua4 t hiệ n từ vậ t lı́, chứ khô ng xua4 t hiệ n trong khuô n khoA mô tả chı́nh xá c cá c thứ như chú ng vo4 n như the4 . Thay vậ y, nó xua4 t hiệ n trong khuô n khoA tho4 ng kê và nhiệ t độ ng lực họ c. Đâ y có theA là hò m chı̀a khó a đeA giả i câ u đo4 thời gian. ‘Hiệ n tạ i’ khô ng to; n tạ i theo nghı̃a khá ch quan hơn chú t nà o so với ‘ở đâ y’ to; n tạ i khá ch quan, nhưng cá c tương tá c vi mô bê n trong the4 giới thú c đaA y sự xua4 t hiệ n củ a những hiệ n 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

38

tượng tạ m thời bê n trong mộ t hệ (chac ng hạ n, bả n thâ n chú ng ta) chı̉ tương tá c qua mô i trường củ a vô so4 bie4 n.

Trı́ nhớ và ý thức củ a chú ng ta được xâ y dựng trê n những hiệ n tượng tho4 ng kê nà y. Đo4 i với mộ t sinh vậ t siê u giá c quan như giả thuye4 t sẽ khô ng có ‘dò ng chả y’ củ a thời gian: vũ trụ sẽ chı̉ là mộ t thớ quá khứ, hiệ n tạ i và tương lai.

Nhưng do cá c hạ n che4 về nhậ n thức củ a chú ng ta, chú ng ta chı̉ cả m nhậ n mộ t hı̀nh ả nh lờ mờ về the4 giới, và so4 ng trong thời gian. Mượn lời củ a biê n tậ p viê n người Italia củ a tô i, ‘cá i khô ng hieA n hiệ n thı̀ mê nh mô ng hơn nhie; u so với cá i hieA n hiệ n’. Từ gó c nhı̀n hạ n che4 , lờ mờ nà y mà chú ng ta có được sự cả m nhậ n sự trô i qua củ a thời gian. Cả m nhậ n đó có rõ rà ng khô ng? Khô ng, khô ng he; . VaE n có quá nhie; u thứ đeA hieA u.

Thời gian naT m tạ i trung tâ m củ a mớ lộ n xộ n phá t sinh bởi sự đan xen củ a lực ha4 p daE n, cơ họ c lượng tử và nhiệ t độ ng lực họ c. Mộ t mớ lộ n xộ n trong đó chú ng ta vaE n ở trong bó ng to4 i. Ne4 u có cá i gı̀ đó mà có lẽ chú ng ta bah t đa; u hieA u được ve; lực ha4 p daE n lượng tử, lı́ thuye4 t ke4 t hợp hai trong ba mả nh củ a câ u đo4 trê n, thı̀ chú ng ta vaE n chưa có mộ t lı́ thuye4 t có khả nă ng ke4 t hợp toà n bộ ba mả nh kie4 n thức cơ bả n củ a chú ng ta ve; the4 giới.

Mộ t manh mo4 i nhỏ hướng đe4 n lời giả i đá p có từ mộ t phé p tı́nh được hoà n ta4 t bởi Stephen Hawking, nhà vậ t lı́ noA i tie4 ng vı̀ liê n tụ c có những thà nh tựu vậ t lı́ xua4 t sah c ba4 t cha4 p tı̀nh trạ ng sức khỏ e khie4 n ô ng bị dı́nh chặ t với chie4 c xe đaA y và khô ng nó i chuyệ n được ne4 u khô ng có má y trợ nó i.

Sử dụ ng cơ họ c lượng tử, Hawking đã chứng minh thà nh cô ng raT ng cá c loE đen luô n luô n ‘nó ng’. Chú ng phá t ra nhiệ t gio4 ng như lò sưởi.

Nó là chı̉ da4 u cụ theA đa; u tiê n ve; bả n cha4 t củ a ‘khô ng gian nó ng’. Chưa ai từng quan sá t tha4 y nhiệ t nà y bởi vı̀ nó ye4 u ở những loE đen thực te4 đã được quan sá t từ trước đe4 n nay – nhưng tı́nh toá n củ a Hawking có sức thuye4 t phụ c, nó đã được lặ p lạ i theo nhie; u cá ch khá c, và thực te4 nhiệ t củ a loE đen được cha4 p nhậ n rộ ng rã i.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

39

Nhiệ t củ a loE đen là mộ t hiệ u ứng lượng tử trê n mộ t vậ t, loE đen, có bả n cha4 t ha4 p daE n. Nó là từng lượng tử củ a khô ng gian, những hạ t ma; m sơ ca4 p củ a khô ng gian, ‘cá c phâ n tử’ dao độ ng là m nó ng be; mặ t củ a loE đen và phá t ra nhiệ t loE đen. Hiệ n tượng nà y bao hà m cả ba mặ t củ a va4 n đe; trê n: cơ họ c lượng tử, thuye4 t tương đo4 i toA ng quá t và nhiệ t họ c. Nhiệ t củ a loE đen tựa như Hòn đá Rosetta củ a vậ t lı́ họ c, được vie4 t ở mộ t dạ ng ke4 t hợp củ a ba ngô n ngữ – Lượng tử, Ha4 p daE n và Nhiệ t độ ng lực họ c – vaE n đang chờ giả i mã đeA là m sá ng tỏ bả n cha4 t đı́ch thực củ a thời gian.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

40

KHEå P LẠ I

VỀ CHÚNG TA

Sau chặ ng hà nh trı̀nh cho đe4 n nay, từ ca4 u trú c củ a khô ng gian sâ u thac m cho đe4 n đường ranh củ a vũ trụ đã bie4 t, trước khi khé p lạ i loạ t bà i họ c nà y, tô i muo4 n trở lạ i với chủ đe; chú ng ta.

Chú ng ta có vai trò gı̀ với tư cá ch loà i người bie4 t cả m nhậ n, bie4 t đưa ra quye4 t định, bie4 t cười và bie4 t khó c, trong bức bı́ch họ a vı̃ đạ i nà y củ a the4 giới như vậ t lı́ họ c đương đạ i mô tả ? Ne4 u the4 giới là mộ t đá m nhung nhú c cá c lượng tử phù du củ a khô ng gian và vậ t cha4 t, mộ t trò chơi ghé p hı̀nh vı̃ đạ i củ a khô ng gian và cá c hạ t sơ ca4 p, thı̀ chú ng ta là gı̀? Có phả i chú ng ta cũ ng bao go; m cá c lượng tử và cá c hạ t hay khô ng? Ne4 u vậ y thı̀ từ đâ u mà ta có được cả m nhậ n sự to; n tạ i cá nhâ n và bả n ngã vô song mà he4 t thả y chú ng ta đe; u có theA chứng thực?

Và ro; i giá trị củ a chú ng ta là gı̀, cá c gia4 c mơ củ a chú ng ta, cả m xú c củ a chú ng ta, kie4 n thức riê ng củ a chú ng ta thı̀ sao? Chú ng ta là gı̀, trong cá i the4 giới rực rỡ và khô ng biê n giới nà y?

Tô i thậ m chı́ khô ng theA tưởng tượng việ c co4 gah ng trả lời thậ t sự mộ t câ u hỏ i như the4 trong những trang đơn giả n nà y. Nó là mộ t câ u hỏ i dai dac ng. Trong bức tranh to lớn củ a khoa họ c đương đạ i, có nhie; u thứ chú ng ta chưa hieA u, và mộ t trong những thứ mà chú ng ta hieA u ı́t nha4 t là ve; bả n thâ n chú ng ta. Nhưng việ c trá nh né câ u hỏ i nà y hoặ c phớt lờ nó , theo tô i, là khô ng nhậ n tha4 y cá i cơ bả n thie4 t ye4 u. Tô i đã trı̀nh bà y the4 giới trô ng như the4 nà o dưới á nh sá ng khoa họ c, và chú ng ta cũ ng là mộ t bộ phậ n củ a the4 giới đó .

‘Chú ng ta’, loà i người, là chủ theA đa; u tiê n và trê n he4 t thậ t sự quan sá t the4 giới nà y; những người thợ tậ p theA củ a bức ả nh thực tạ i mà tô i đã co4 gah ng phá c họ a. Chú ng ta là cá c nú t mạ ng trong mộ t mạ ng lưới trao đoA i (quyeA n sá ch hiệ n

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

41

tạ i nà y là mộ t vı́ dụ ) thô ng qua đó chú ng ta truye; n đi hı̀nh ả nh, cô ng cụ , thô ng tin và kie4 n thức.

Nhưng chú ng ta cũ ng là mộ t bộ phậ n khô ng theA thie4 u củ a the4 giới mà chú ng ta cả m nhậ n; chú ng ta khô ng phả i là những nhà quan sá t từ bê n ngoà i.

Chú ng ta ở và o tı̀nh the4 bê n trong nó . Cá i nhı̀n củ a chú ng ta ve; the4 giới là nhı̀n từ bê n trong. Chú ng ta được là m baT ng cá c nguyê n tử và cá c tı́n hiệ u á nh sá ng gio4 ng như cá i trao đoA i giữa cá c câ y thô ng trê n ngọ n nú i và cá c ngô i sao trong thiê n hà .

Khi kie4 n thức củ a chú ng ta phá t trieA n, chú ng ta bie4 t được raT ng gio4 ng loà i củ a chú ng ta chı̉ là mộ t bộ phậ n củ a vũ trụ , và là mộ t bộ phậ n nhỏ mà thô i.

Va4 n đe; nà y ngà y cà ng rõ da; n qua cá c the4 kı̉, nhưng đặ c biệ t là trong the4 kı̉ vừa qua. Chú ng ta từng tin raT ng chú ng ta ở trê n mộ t hà nh tinh naT m tạ i trung tâ m củ a vũ trụ , và ro; i chú ng ta khô ng cò n tin như the4 . Chú ng ta từng nghı̃ raT ng chú ng ta là gio4 ng loà i độ c tô n, mộ t loà i khá c với họ hà ng độ ng vậ t và thực vậ t, và ro; i chú ng ta phá t hiệ n raT ng chú ng ta là hậ u duệ củ a những toA tiê n chung với mọ i sinh vậ t sinh so4 ng xung quanh ta. Chú ng ta có toA tiê n chung với con bướm và câ y thô ng. Chú ng ta gio4 ng như những đứa trẻ trưởng thà nh nhậ n tha4 y the4 giới khô ng cò n quay xung quanh chú ng nữa, như chú ng từng nghı̃ khi cò n nhỏ .

Chú ng phả i họ c cá ch trở thà nh mộ t người trong muô n người. Được soi rọ i bởi những người khá c, và bởi những thứ khá c, chú ng ta bie4 t được chú ng ta là ai.

Và o thời kı̀ hoà ng kim củ a chủ nghı̃a lı́ tưởng Đức, Schelling có theA đã nghı̃ raT ng loà i người đạ i diệ n cho chó p đı̉nh củ a tự nhiê n, đieA m cao nha4 t, nơi thực tạ i trở thà nh ý thức củ a tự nó . Ngà y nay, từ gó c nhı̀n được cung ca4 p bởi kie4 n thức hiệ n nay củ a chú ng ta ve; the4 giới tự nhiê n, quan đieA m nà y khie4 n người ta buo; n cười. Ne4 u chú ng ta là đặ c biệ t, chú ng ta chı̉ đặ c biệ t ở choE là moE i người cả m nhậ n được bả n thâ n mı̀nh ra sao, như moE i người mẹ bie4 t mı̀nh là mẹ củ a bọ n trẻ . Chah c chah n đie; u đó khô ng đú ng với pha; n cò n lạ i củ a tự nhiê n.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

42

Trong đạ i dương mê nh mô ng củ a cá c thiê n hà và cá c sao, chú ng ta so4 ng ở mộ t gó c khua4 t xa xô i; giữa cá c đường né t vô hạ n củ a cá c dạ ng thức ca4 u tạ o nê n thực tạ i, chú ng ta chı̉ là mộ t né t trong vô và n né t như the4 mà thô i.

Hı̀nh ả nh mà chú ng ta xâ y dựng về vũ trụ to; n tạ i bê n trong chú ng ta, trong khô ng gian tư duy củ a chú ng ta. Giữa những hı̀nh ả nh nà y – giữa cá i chú ng ta tá i dựng và tı̀m hieA u với cá c phương tiệ n hạ n che4 củ a chú ng ta – và thực tạ i mà chú ng ta là mộ t bộ phậ n trong đó , to; n tạ i vô so4 bộ lọ c: sự thie4 u hieA u bie4 t củ a chú ng ta, cá c hạ n che4 củ a cá c giá c quan củ a chú ng ta và củ a trı́ thô ng minh củ a chú ng ta. Tự nhiê n xung quanh chú ng ta cũ ng là đo4 i tượng củ a những đie; u kiệ n nà y, và là cá c đo4 i tượng đặ c biệ t, chịu á p đặ t trê n kinh nghiệ m.

Tuy nhiê n, những đie; u kiệ n nà y khô ng phả i là phoA quá t, như Kant từng hı̀nh dung – suy luậ n từ đâ y (với sai só t tha4 y rõ ) thı̀ bả n cha4 t củ a khô ng gian Euclid và thậ m chı́ củ a cơ họ c Newton, do đó , phả i là mộ t tie; n to4 đı́ch thực.

Chú ng là mộ t hậ u to4 cho sự tie4 n hó a trı́ tuệ củ a gio4 ng loà i củ a chú ng ta, và chú ng naT m trong sự tie4 n hó a liê n tụ c. Chú ng ta khô ng những họ c được, mà cò n họ c cá ch thay đoA i da; n khuô n khoA nhậ n thức củ a chú ng ta và là m thı́ch nghi nó với cá i chú ng ta họ c được. Và cá i chú ng ta đang họ c cá ch cô ng nhậ n, dù có chậ m và khô ng quye4 t liệ t lah m, là bả n cha4 t củ a the4 giới thực te4 mà chú ng ta là mộ t bộ phậ n trong đó . Những hı̀nh ả nh mà chú ng ta xâ y dựng về vũ trụ có theA naT m bê n trong chú ng ta, trong khô ng gian nhậ n thức; nhưng chú ng cũ ng mô tả đú ng ı́t nhie; u ve; the4 giới thực te4 mà chú ng ta thuộ c ve; . Chú ng ta đi theo cá c chı̉ daE n đeA mô tả to4 t hơn the4 giới nà y.

Khi ta nó i ve; Big Bang hay ke4 t ca4 u củ a vũ trụ , cá i ta đang là m khô ng phả i là sự ke4 tụ c củ a những câ u chuyệ n phù phie4 m và kı̀ diệ u mà con người đã keA nhau nghe hằng đê m quanh cá c đo4 ng lửa trong hà ng tră m nghı̀n nă m trời. Nó là sự ke4 tụ c củ a mộ t cá i khá c: củ a cá i nhı̀n củ a nhâ n loạ i thời xa xưa và o ve4 t tı́ch đeA lạ i củ a đà n linh dương trong bụ i mờ củ a hoang mạ c – rà soá t và suy luậ n từ cá c chi tie4 t củ a thực tạ i đeA theo đuoA i cá i chú ng ta khô ng theA nhı̀n tha4 y trực tie4 p mà chı̉ có theA la; n theo ve4 t tı́ch củ a chú ng. Trong nhậ n thức raT ng chú ng ta luô n luô n có theA sai, và do đó moE i thời khah c luô n saò n sà ng đoA i hướng đi ne4 u mộ t ve4 t 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

43

tı́ch mới xua4 t hiệ n; nhưng việ c bie4 t chú ng ta có đủ to4 t hay khô ng chú ng ta sẽ sửa cho đú ng và sẽ tı̀m tha4 y cá i chú ng ta đang tı̀m kie4 m. Đó là bả n cha4 t củ a khoa họ c.

Sự nhậ p nhaT ng giữa hai hoạ t độ ng khá c biệ t nà y củ a con người – phá t minh ra cá c câ u chuyệ n và la; n theo cá c ve4 t tı́ch đeA tı̀m kie4 m cá i gı̀ đó – là nguo; n go4 c củ a sự thie4 u hieA u bie4 t và thie4 u tin cậ y khoa họ c theA hiệ n bởi mộ t bộ phậ n đá ng keA thuộ c ne; n vă n hó a đương đạ i củ a chú ng ta. Sự phâ n biệ t là khá tinh vi: con linh dương să n được và o lú c bı̀nh minh khô ng khá c biệ t gı̀ ma4 y với tha; n linh dương trong câ u chuyệ n keA lú c ve; đê m. Đường biê n giới a4 y có nhie; u loE thủ ng. Tha; n thoạ i nuô i dưỡng khoa họ c, và khoa họ c nuô i dưỡng tha; n thoạ i. Nhưng giá trị củ a kie4 n thức thı̀ được lưu truye; n. Ne4 u ta tı̀m tha4 y con linh dương a4 y thı̀ ta có cá i đeA ă n.

Như vậ y, kie4 n thức củ a chú ng ta phả n á nh the4 giới. Nó là m việ c nà y ı́t nhie; u to4 t, nhưng nó phả n á nh the4 giới mà ta trú ngụ . Sự giao tie4 p nà y giữa chú ng ta và the4 giới khô ng phả i là cá i phâ n biệ t chú ng ta với pha; n cò n lạ i củ a tự nhiê n.

Mọ i vậ t liê n tụ c tương tá c với nhau, và trong khi a4 y moE i vậ t tạ o ra cá c ve4 t tı́ch củ a cá i mà nó đã tương tá c: và hieA u theo nghı̃a nà y thı̀ vạ n vậ t liê n tụ c trao đoA i thô ng tin với nhau.

Thô ng tin mà mộ t hệ vậ t lı́ có ve; mộ t hệ khá c chac ng có gı̀ tâ m linh hay chủ quan ve; nó : nó chı̉ là liê n hệ mà vậ t lı́ xá c định giữa trạ ng thá i củ a mộ t cá i gı̀ đó và trạ ng thá i củ a mộ t cá i khá c. Mộ t giọ t nước mưa chứa thô ng tin ve; sự có mặ t củ a mộ t đá m mâ y trê n ba; u trời; mộ t tia sá ng chứa thô ng tin ve; mà u sah c củ a cha4 t từ nơi nó đe4 n; mộ t cá i đo; ng ho; có thô ng tin ve; thời gian trong ngà y; gió mang thô ng tin ve; cơn bã o đang ậ p đe4 n; mộ t con virus lạ nh lẽ o có thô ng tin ve; tı́nh deE toA n thương củ a chiếc mũ i của tô i; ADN trong cá c te4 bà o củ a chú ng ta chứa toà n bộ thô ng tin ve; mã di truye; n củ a chú ng ta (nhờ đó mà tô i gio4 ng bo4 mẹ tô i); và nã o tô i trà n ngậ p thô ng tin tı́ch lũ y từ kinh nghiệ m củ a tô i. Cha4 t liệ u că n bả n củ a tư duy củ a chú ng ta là sự thu thậ p cực kı̀ phong phú cá c thô ng tin đã tı́ch lũ y, trao đoA i và liê n tụ c trau do; i.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

44

Thậ m chı́ bộ đie; u nhiệ t trong hệ tho4 ng sưởi củ a nhà tô i cũ ng ‘cả m nhậ n’ và ‘bie4 t’ nhiệ t độ xung quanh trong nhà tô i, có thô ng tin ve; nó và tự tah t khi đủ a4 m. Vậ y thı̀ đâ u là sự khá c biệ t giữa ‘sự cả m nhậ n’ và ‘sự bie4 t’ củ a bộ đie; u nhiệ t và củ a tô i raT ng trời a4 m và quye4 t định có tah t lò sưởi hay khô ng – và ‘bie4 t’ raT ng tô i to; n tạ i? Là m the4 nà o sự trao đoA i thô ng tin liê n tụ c trong tự nhiê n tạ o ra chú ng ta, và tư duy củ a chú ng ta?

Va4 n đe; là nhı̀n cho thoá ng, với vô so4 đá p so4 hiệ n đang được thả o luậ n.

Tô i tin đâ y là mộ t trong những tie; n tuye4 n ha4 p daE n nha4 t củ a khoa họ c, nơi sự tie4 n bộ chı́nh sah p xả y ra. Ngà y nay, cá c cô ng cụ mới cho phé p chú ng ta quan sá t hoạ t độ ng củ a bộ nã o đang là m việ c, và lậ p bả n đo; mạ ng lưới he4 t sức tinh vi củ a nó với độ chı́nh xá c a4 n tượng. Và mới nă m 2014 đâ y tin tức loan bá o người ta đã lậ p được bả n đo; chi tie4 t hoà n chı̉nh (ta; ng giữa) đa; u tiê n củ a ca4 u trú c nã o củ a mộ t độ ng vậ t có vú . Cá c ý tưởng đặ c biệ t ve; dạ ng thức toá n họ c củ a cá c ca4 u trú c có theA tương ứng như the4 nà o với sự trả i nghiệ m chủ quan củ a ý thức hiệ n đang được thả o luậ n, khô ng chı̉ riê ng bởi cá c nhà trie4 t họ c mà cò n bởi cá c nhà tha; n kinh họ c.

Chac ng hạ n, mộ t ý tưởng noA i bậ t là lı́ thuye4 t toá n họ c được phá t trieA n bởi Giulio Tononi – mộ t nhà khoa họ c người Italia là m việ c ở Mı̃. Nó được gọ i là ‘lı́ thuye4 t thô ng tin tı́ch hợp’, và là mộ t noE lực nhaT m mô tả đặ c trưng định lượng ca4 u trú c mà mộ t hệ phả i có đeA có ý thức: chac ng hạ n, mộ t cá ch mô tả cá i thậ t sự bie4 n đoA i trê n mặ t vậ t cha4 t giữa khi chú ng ta tı̉nh tá o (có ý thức) và khi chú ng ta ngủ mà khô ng mơ (vô thức). Nó vaE n đang ở giai đoạ n phá t trieA n. Chú ng ta vaE n chưa bị thuye4 t phụ c và đưa ra được lời giả i đá p cho va4 n đe; ý thức củ a chú ng ta được hı̀nh thà nh như the4 nà o. Nhưng đo4 i với tô i là n sương mờ đang bah t đa; u tan da; n.

Có mộ t va4 n đe; đặ c biệ t ve; chı́nh chú ng ta thường khie4 n chú ng ta bo4 i ro4 i: việ c tư duy đưa ra quye4 t định củ a chú ng ta có ý nghı̃a gı̀ ne4 u như hà nh trạ ng củ a chú ng ta thậ t sự chac ng là gı̀ ngoà i việ c tuâ n theo cá c định luậ t ta4 t định củ a tự nhiê n? Có hay khô ng mộ t sự mâ u thuaE n có lẽ giữa cả m giá c tự do củ a chú ng ta và sự khah c nghiệ t, như chú ng ta hieA u ve; nó , mà với nó cá c vậ t hoạ t độ ng trong 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

45

the4 giới? Phả i chă ng có lẽ có cá i gı̀ đó trong chú ng ta thoá t khỏ i sự quy cũ củ a tự nhiê n, và cho phé p chú ng ta trá nh né và đi lệ ch khỏ i nó thô ng qua sức mạ nh củ a việ c chú ng ta tự do suy nghı̃?

Aä , khô ng, chac ng có gı̀ ve; chú ng ta có theA thoá t khỏ i cá c quy tah c củ a tự nhiê n. Ne4 u cá i gı̀ đó trong chú ng ta có theA vi phạ m cá c định luậ t củ a tự nhiê n thı̀ lú c nà y chú ng ta đã phá t hiệ n ra nó ro; i. Chac ng có gı̀ trong chú ng ta vi phạ m hà nh trạ ng tự nhiê n củ a vạ n vậ t. Toà n bộ khoa họ c hiệ n đạ i – từ vậ t lı́ họ c đe4 n hó a họ c, và từ sinh họ c đe4 n tha; n kinh họ c – chac ng là m gı̀ ngoà i việ c xá c nhậ n quan sá t nà y. Đá p so4 cho sự nhậ p nhaT ng trê n naT m ở nơi khá c. Khi chú ng ta nó i chú ng ta tự do, và đú ng là chú ng ta có theA tự do, đie; u nà y nghı̃a là cá ch chú ng ta hà nh xử được xá c định bởi cá i xả y ra bê n trong chú ng ta, bê n trong bộ nã o, và khô ng phả i bởi cá c ye4 u to4 bê n ngoà i. ĐeA tự do khô ng có nghı̃a là hà nh trạ ng củ a chú ng ta khô ng được xá c định bởi cá c định luậ t củ a tự nhiê n. Nó có nghı̃a là nó được xá c định bởi cá c định luậ t củ a tự nhiê n dieE n ra trong nã o củ a chú ng ta.

Cá c quye4 t định tự do củ a chú ng ta được xá c định tự do bởi ke4 t quả củ a cá c tương tá c phong phú và phù du giữa hà ng tı̉ neuron trong nã o củ a chú ng ta: chú ng tự do trong chừng mực mà sự tương tá c củ a những neuron nà y cho phé p và xá c định. Phả i chă ng đie; u nà y có nghı̃a là khi tô i đưa ra mộ t quye4 t định thı̀ ‘tô i’ là người quye4 t định? Vâ ng, ta4 t nhiê n, bởi vı̀ sẽ thậ t vô lı́ ne4 u hỏ i liệ u ‘tô i’ có theA là m gı̀ khá c với cá i mà toà n bộ phức hợp neuron củ a tô i đã quye4 t định: hai thứ, như nhà trie4 t họ c Hà Lan Baruch Spinoza đã hieA u he4 t sức rõ rà ng ho; i the4 kı̉ mười bả y, là như nhau.

Khô ng có ‘tô i’ và ‘cá c neuron trong nã o củ a tô i’. Chú ng là cù ng mộ t thứ.

MoE i cá nhâ n là mộ t quá trı̀nh: phức tạ p, tı́ch hợp sı́t sao.

Khi chú ng ta nó i hà nh trạ ng con người là khô ng theA dự đoá n trước, chú ng ta đú ng, bởi vı̀ nó quá phức tạ p đeA mà dự đoá n, đặ c biệ t bởi chı́nh chú ng ta. Sự cả m nhậ n mạ nh mẽ củ a sự tự do nộ i tạ i củ a chú ng ta, như Spinoza đã nhı̀n tha4 y sâ u sah c, xua4 t phá t từ thực te4 là cá c ý tưởng và cá c hı̀nh ả nh mà chú ng ta có ve;

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

46

chı́nh chú ng ta là thô sơ hơn và sơ sà i hơn so với sự phức tạ p chi li củ a cá i đang xả y ra bê n trong chú ng ta. Chú ng ta là nguo; n go4 c củ a sự kinh ngạ c trong mah t củ a chú ng ta.

Chú ng ta có hà ng tră m tı̉ neuron trong nã o bộ củ a chú ng ta, nhie; u như so4 ngô i sao trong mộ t thiê n hà , với so4 lượng cò n nhie; u hơn nữa củ a cá c liê n ke4 t và cá c ke4 t hợp có khả nă ng mà qua đó chú ng có theA tương tá c. Chú ng ta khô ng ý thức được toà n bộ chuyệ n nà y. ‘Chú ng ta’ là quá trı̀nh được hı̀nh thà nh bởi toà n bộ sự phức tạ p nà y, chứ khô ng chı̉ bởi mộ t ı́t củ a nó mà chú ng ta ý thức.

‘Tô i’ người quye4 t định cũ ng là ‘tô i’ được hı̀nh thà nh (theo mộ t kieA u chah c chah n vaE n chưa rõ rà ng lah m, nhưng chú ng ta đã bah t đa; u thoá ng tha4 y) từ những phả n á nh trê n tự nó ; thô ng qua cá c tự theA hiệ n trong the4 giới; từ việ c hieA u tự nó là mộ t gó c nhı̀n có giá trị đặ t trong ngữ cả nh the4 giới; từ đó ca4 u trú c a4 n tượng trê n xử lı́ thô ng tin và xâ y dựng cá c theA hiệ n là nã o bộ củ a chú ng ta. Khi chú ng ta có cả m giá c raT ng ‘đó là tô i’ người quye4 t định thı̀ chú ng ta khô ng theA chı́nh xá c hơn được. Cò n có ai khá c chứ?

Theo quan đieA m Spinoza, tô i là cơ theA củ a tô i và cá i xả y ra trong nã o bộ và trá i tim củ a tô i, cù ng với sự phức tạ p khô n cù ng và nan giả i củ a chú ng – đo4 i với tô i.

Bức tranh khoa họ c củ a the4 giới mà tô i vừa liê n hệ ở những trang nà y chac ng he; xung độ t với sự cả m nhậ n bả n ngã củ a chú ng ta. Nó khô ng xung độ t với suy nghı̃ củ a chú ng ta theo ngô n ngữ tinh tha; n và tâ m lı́, hoặ c với những xú c cả m và cả m nhậ n củ a chú ng ta. The4 giới thậ t phức tạ p, và chú ng ta thu nhậ n nó với những ngô n ngữ khá c nhau, moE i ngô n ngữ thı́ch hợp cho quá trı̀nh mà chú ng ta đang mô tả . MoE i quá trı̀nh phức tạ p có theA được xử lı́ và được hieA u theo những ngô n ngữ khá c nhau và ở những mức độ khá c nhau. Cá c ngô n ngữ đa dạ ng nà y giao thoa, hò a quyệ n và tă ng cường tương hoE cho nhau, gio4 ng như bả n thâ n cá c quá trı̀nh. Nghiê n cứu tâ m lı́ họ c củ a chú ng ta trở nê n phức tạ p hơn thô ng qua việ c chú ng ta hieA u rõ cơ che4 hó a sinh củ a bộ nã o. Nghiê n cứu vậ t lı́ lı́

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

47

thuye4 t được a4 p ủ bởi những đam mê và xú c cả m tạ o sinh khı́ cho cuộ c so4 ng củ a chú ng ta.

Cá c giá trị đạ o đức củ a chú ng ta, cả m xú c củ a chú ng ta, tı̀nh yê u củ a chú ng ta khô ng he; ké m thực te4 vı̀ là mộ t bộ phậ n củ a tự nhiê n, vı̀ được chia sẻ với the4 giới độ ng vậ t, hoặ c vı̀ được xá c định bởi sự tie4 n hó a mà gio4 ng loà i củ a chú ng ta đã trả i qua trong hà ng triệ u nă m trời. Thay vậ y, chú ng có giá trị hơn vı̀ là ke4 t quả củ a đie; u nà y: chú ng là có thậ t. Chú ng là thực tạ i phức tạ p củ a cá i là m nê n chú ng ta. Thực tạ i củ a chú ng ta là nước mah t và tie4 ng cười, sự bie4 t ơn và vị tha, trung thà nh và phả n bộ i, là quá khứ á m ả nh chú ng ta và sự thanh thả n. Thực tạ i củ a chú ng ta được là m bởi xã hộ i củ a chú ng ta, bởi sự xú c cả m được â m nhạ c truye; n cả m hứng, củ a những mạ ng lưới hò a quyệ n phong phú củ a kie4 n thức chung mà chú ng ta đã xâ y dựng cù ng nhau. Toà n bộ là bộ phậ n củ a ‘tự nhiê n’ y hệ t mà chú ng ta đang mô tả . Chú ng ta là mộ t bộ phậ n nộ i tạ i củ a tự nhiê n; chú ng ta là tự nhiê n, ở mộ t trong vô so4 bieA u hiệ n vô cù ng có giá trị củ a nó . Đâ y là cá i chú ng ta họ c được từ kie4 n thức ngà y cà ng nhie; u thê m củ a chú ng ta ve; vạ n vậ t trong the4 giới nà y.

Cá i là m cho loà i người chú ng ta đặ c biệ t khô ng có nghı̃a là sự tá ch biệ t củ a chú ng ta với tự nhiê n; nó là mộ t bộ phậ n củ a tự nhiê n y hệ t đó . Nó là mộ t dạ ng mà tự nhiê n đã chọ n trê n hà nh tinh chú ng ta đâ y, trong trò chơi vô tậ n củ a những ke4 t hợp củ a nó , thô ng qua sự ả nh hưởng tương hoE và trao đoA i cá c tương quan và thô ng tin giữa cá c bộ phậ n củ a nó . Ai mà bie4 t có bao nhiê u cá i phức tạ p to; n tạ i và đâ u là những cá i phức tạ p đặ c biệ t, ở những dạ ng có lẽ khô ng theA cho chú ng ta tưởng tượng, trong khô ng gian vô tậ n củ a vũ trụ ... Khô ng gian ngoà i kia mê nh mô ng đe4 n mức sẽ thậ t trẻ con ne4 u nghı̃ raT ng tạ i gó c rı̀a củ a mộ t thiê n hà bı̀nh thường lạ i có cá i gı̀ đó he4 t sức đặ c biệ t. Sự so4 ng trê n Trá i đa4 t chı̉ đem lạ i mộ t hương vị nhỏ củ a cá i có theA xả y ra trong vũ trụ . Linh ho; n bé bỏ ng củ a chú ng ta chı̉ là mộ t cá i nho nhỏ như the4 .

Chú ng ta là gio4 ng loà i được phá t trieA n tự nhiê n bởi sự hie4 u kı̀, gio4 ng loà i duy nha4 t cò n só t lạ i củ a mộ t nhó m (họ Homo) go; m khoả ng mộ t tá gio4 ng loà i hie4 u kı̀ khô ng ké m. Cá c gio4 ng loà i khá c trong nhó m đã tuyệ t chủ ng; mộ t so4 , như 7 Bài Học Vật Lí Ngắn

48

người Neanderthals, bie4 n ma4 t ga; n đâ y hơn, chừng ba vạ n nă m trước. Đó là mộ t nhó m loà i tie4 n hó a ở châ u Phi, gio4 ng như loà i tinh tinh vo4 n có tô n ti và deE cá u – và thậ m chı́ cò n gio4 ng hơn với loà i bonobo, loà i tinh tinh nhỏ con, ưa hò a bı̀nh, bı̀nh đac ng và tạ p chủ ng [loà i tinh tinh mặ t đen, lô ng đen, sinh so4 ng ở vù ng rù ng rậ m Congo-ND]. Mộ t nhó m loà i đã la; n lượt đi khỏ i châ u Phi đeA thá m hieA m những the4 giới mới, và đi xa da; n: xa đe4 n tậ n Patagonia – và cuo4 i cù ng, xa đe4 n tậ n mặ t tră ng.

Khô ng phả i cho4 ng loạ i tự nhiê n là hie4 u kı̀: mà là hie4 u kı̀ trong tự nhiê n củ a chú ng ta.

Mộ t tră m nghı̀n nă m trước, gio4 ng loà i củ a chú ng ta đã rời châ u Phi, có lẽ thô i thú c bởi chı́nh sự hie4 u kı̀ nà y, họ c cá ch nhı̀n xa hơn ngoà i đo; ng khô ng. Bay trê n ba; u trời châ u Phi lú c đê m ve; , tô i tự hỏ i liệ u mộ t trong những toA tiê n xa xô i nà y trê n đường tie4 n ve; những khô ng gian rộ ng mở ở phương Bah c có theA ngước mah t ngah m ba; u trời đê m và tưởng tượng mộ t hậ u duệ xa xă m đang bay trê n đa4 y, suy tư ve; bả n cha4 t củ a vạ n vậ t, và vaE n bị chi pho4 i bởi chı́nh sự hie4 u kı̀ a4 y hay khô ng.

Tô i tin raT ng gio4 ng loà i củ a chú ng ta sẽ khô ng to; n tạ i lâ u. Khô ng phả i được là m baT ng loạ i vậ t liệ u đặ c biệ t mà cho phé p loà i rù a, chac ng hạ n, tie4 p tụ c to; n tạ i ı́t nhie; u ba4 t bie4 n trong hà ng tră m triệ u nă m; tức là lâ u hơn hà ng tră m la; n so với gio4 ng loà i chú ng ta to; n tạ i. Chú ng ta thuộ c ve; mộ t chủ ng loà i đoả n thọ . Toà n bộ họ hà ng gio4 ng loà i củ a chú ng ta đã diệ t vong. Ngoà i ra, chú ng ta tà n phá tự nhiê n. Khı́ hậ u khah c nghiệ t và cá c bie4 n đoA i mô i trường do chú ng ta gâ y ra khô ng có khả nă ng dung tha cho chú ng ta. Đo4 i với Trá i đa4 t, chú ng có theA chı̉ là mộ t ve4 t nhỏ chac ng liê n can gı̀, nhưng tô i khô ng nghı̃ chú ng ta sẽ so4 ng lâ u hơn mà vô hạ i – đặ c biệ t vı̀ quan đieA m củ a cô ng chú ng và giới là m chı́nh trị cứ thı́ch phớt lờ cá c hieA m họ a mà chú ng ta đang đương đa; u, thı́ch vù i đa; u và o trong cá t. Có lẽ chú ng ta là gio4 ng loà i duy nha4 t trê n Trá i đa4 t có ý thức ve; sự khô ng theA trá nh khỏ i củ a cá i che4 t củ a từng cá nhâ n chú ng ta. Tô i e raT ng ro; i đâ y chú ng ta sẽ sớm phả i trở thà nh gio4 ng loà i duy nha4 t sẽ chứng kie4 n có chủ ý sự diệ t vong da; n da; n củ a gio4 ng loà i, hay ı́t nha4 t sự diệ t vong củ a ne; n vă n minh củ a chú ng ta.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

49

Khi chú ng ta bie4 t rõ ı́t nhie; u cá ch đương đa; u với cá i che4 t củ a moE i cá nhâ n, chú ng ta cũ ng sẽ bie4 t cá ch đương đa; u với sự sụ p đoA củ a ne; n vă n minh củ a chú ng ta. Nó khô ng khá c gı̀ lah m. Và chah c chah n đó khô ng phả i la; n đa; u tiê n chuyệ n nà y xả y ra. Người Maya và người Cretans, trong so4 nhie; u tộ c người khá c, đã trả i nghiệ m đie; u nà y. Chú ng ta sinh ra và che4 t đi gio4 ng như cá c ngô i sao ra đời và tà n lụ i, vừa cá lẻ vừa tậ p theA . Đâ y là thực tạ i củ a chú ng ta. Sự so4 ng quý giá đo4 i với chú ng ta bởi vı̀ nó sớm nở to4 i tà n. Và như Lucretius đã vie4 t: ‘chú ng ta ham so4 ng như là đó i ă n, chú ng ta thè m so4 ng đe4 n vô độ ’. Nhưng chı̀m trong tự nhiê n nà y, cá i tạ o nê n chú ng ta và daE n lo4 i chú ng ta, chú ng ta khô ng phả i là gio4 ng loà i vô gia cư bị lơ lửng giữa hai the4 giới, những bộ phậ n khô ng chı̉ mộ t pha; n thuộ c ve; tự nhiê n, cù ng với sự ham muốn cá i gı̀ đó . Khô ng: chú ng ta đang ở nhà .

Tự nhiê n là nhà củ a chú ng ta, và trong tự nhiê n chú ng ta đang ở nhà của mình. The4 giới kı̀ lạ , nhie; u mà u sah c và đá ng kinh ngạ c nà y mà chú ng ta thá m hieA m – nơi khô ng gian có dạ ng hạ t, thời gian khô ng to; n tạ i và vạ n vậ t chac ng ở nơi đâ u – khô ng phả i là cá i khie4 n chú ng ta xa lạ với bả n ngã đı́ch thực củ a mı̀nh, vı̀ đâ y là cá i duy nha4 t mà sự hie4 u kı̀ tự nhiê n củ a chú ng ta vé n mà n cho chú ng ta tha4 y ve; vị the4 củ a choE cư ngụ củ a chú ng ta. Ve; vậ t cha4 t mà bả n thâ n chú ng ta được là m nê n. Chú ng ta được là m baT ng bụ i sao gio4 ng như vạ n vậ t được là m nê n, và khi chú ng ta đah m mı̀nh trong đau đớn hoặ c khi chú ng ta trả i nghiệ m thú vui tộ t cù ng, chú ng ta chac ng là cá i gı̀ khá c ngoà i cá i chú ng ta khô ng theA giú p mà là : mộ t bộ phậ n củ a the4 giới củ a chú ng ta.

Lucretius dieE n đạ t đie; u nà y, cực hay: ...chúng ta đều sinh ra từ một hạt mầm thiên thể; toàn thể chúng ta có vị cha chung, từ trái đất, mẹ nuôi dưỡng ta, hứng những giọt nước mưa trong, mọc lên đồng lúa mì xanh mướt và cây cối sum sê, và nhân loại, và các loài thú nuôi,

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

50

cấp thực phẩm nuôi dưỡng mọi cơ thể, đem đến cuộc sống ngọt ngào và sinh con đẻ cái... Đó là mộ t bộ phậ n củ a tự nhiê n củ a chú ng ta đeA mà yê u thương và thà nh thực. Đó là mộ t bộ phậ n củ a tự nhiê n củ a chú ng ta ca; n thời gian dà i đeA hieA u rõ hơn, và đeA tie4 p tụ c tı̀m hieA u. Kie4 n thức củ a chú ng ta ve; the4 giới liê n tụ c phá t trieA n.

Có những tie; n tuye4 n nơi chú ng ta đang tı̀m hieA u và khá t vọ ng kie4 n thức củ a chú ng ta bù ng chá y. Chú ng ở trong ta; m với nhỏ bé nha4 t củ a ke4 t ca4 u khô ng gian, tạ i nguo; n go4 c củ a vũ trụ , trong bả n cha4 t củ a thời gian, trong hiệ n tượng loE đen, và sự vậ n hà nh củ a cá c quá trı̀nh tư duy củ a riê ng chú ng ta. Tạ i đâ y, trê n rı̀a cù ng củ a cá i chú ng ta bie4 t, tie4 p xú c với đạ i dương cá i chưa bie4 t, soi sá ng bı́ aA n và né t đẹ p củ a the4 giới. Và thậ t ngoạ n mụ c.

7 Bài Học Vật Lí Ngắn

51

TÁC GIẢ Carlo Rovelli là nhà vậ t lı́ lı́ thuye0 t đã có những đó ng gó p đá ng ke9 cho lı̃nh vực vậ t lı́ khô ng gian và thời gian. O> ng là m việ c ở Italy và ở Mı̃, và hiệ n đang lã nh đạ o nhó m nghiê n cứu lực ha0 p daE n lượng tử củ a Trung tâ m Vậ t lı́ Lı́ thuye0 t ở Marseille, Phá p.

Bảy Bài học Vật lí Ngắn là mộ t quye9 n sá ch bá n chạ y hà ng đaN u ở Italy và đã được dịch ra hai mươi bo0 n thứ tie0 ng.

Tập sách này được chia sẻ miễn phí tại trang web http://thuvienvatly.com

Bản dịch của Trần Nghiêm.

Tập sách được chia sẻ vì lòng đam mê khoa học thuần túy. Các bạn vui lòng không sử dụng vào các mục đích thương mại.