The incredible truth about time
→ “Các lý thuyết
khoa học đã phớt lờ thời gian... cho đến bây giờ. Ý tưởng này tiết lộ cách thời
gian tạo ra Vũ trụ — và cả chính bạn,” -Robert Matthews
Việt dịch:
Quảng Cơ
Biên tập: Tuệ Uyển
***
Thời gian: nó chi phối cuộc sống của chúng ta, và ai cũng
ước mình có nhiều thời gian hơn. Các doanh nghiệp kiếm tiền từ nó, còn các nhà
khoa học có thể đo lường nó với độ chính xác đáng kinh ngạc. Năm 2013, các nhà
nghiên cứu Mỹ đã công bố một đồng hồ nguyên tử có độ chính xác sai lệch chưa tới
một giây kể từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang) cách đây 14 tỷ năm.
Nhưng chính xác thì thời gian
là gì? Dù vô cùng quen thuộc, bản chất khó diễn tả của nó đã thách thức ngay cả
những bộ óc vĩ đại nhất. Hơn 1.600 năm trước, nhà triết học Augustine
of Hippo đã thừa nhận
sự bất lực bằng những lời vẫn còn vang vọng đến ngày nay: ‘Nếu không ai hỏi
tôi, tôi biết nó là gì. Nhưng nếu tôi muốn giải thích cho người hỏi, thì tôi lại
không biết.’
Tuy nhiên, theo nhà vật lý lý thuyết Lee Smolin, đã đến
lúc phải đối mặt với câu đố cổ xưa này: ‘Hiểu được bản chất của thời gian là vấn
đề quan trọng nhất mà khoa học đang phải đối mặt,’ ông nói.”
→ “Là một trong
những người sáng lập → Viện Vật lý Lý thuyết Perimeter (the Perimeter
Institute for Theoretical Physics) —
viện nghiên cứu chuyên giải quyết các câu hỏi nền tảng của vật lý tại Ontario,
Canada — Giáo sư Lee Smolin đã dành nhiều thời gian suy ngẫm về những câu hỏi
sâu xa hơn hầu hết mọi người. Vậy tại sao ông cho rằng bản chất của thời gian lại
quan trọng đến thế? Bởi vì, theo Smolin, nó giữ vai trò trung tâm trong mọi nỗ
lực nhằm hiểu chính thực tại.”
Với hầu hết mọi người, điều này
có thể nghe hơi cường điệu. Vì mọi dạng của thực tại — từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang)
cho đến bữa thịt nướng ngày Chủ nhật — đều phụ thuộc vào thời gian, chẳng phải
hiển nhiên là chúng ta nên xem trọng thời gian sao? Và chẳng phải các nhà khoa
học đã giải quyết những bí ẩn của nó từ nhiều thế kỷ trước rồi hay sao?”
→ Vật Lý Không-Thời Gian
Hãy chuẩn bị cho một cú sốc.
Các nhà khoa học thật sự đã giải quyết bí ẩn về thời gian và đi đến một kết luận
gây kinh ngạc. Họ khẳng định rằng những lý thuyết thành công nhất trong vật lý
chứng minh rằng thời gian không tồn tại.
Nhưng giờ đây Lee Smolin có một thông điệp dành cho các
nhà khoa học này. Ông cho rằng họ đã bị dẫn đến việc phủ nhận tính hiện thực của
thời gian bởi sự kết hợp giữa những niềm tin ăn sâu và các phép toán học mang
tính huyền bí, khó tiếp cận. Trong cuốn sách gây tranh cãi Thời Gian Tái Sanh (Time Reborn), ông nêu ra những nguy cơ của việc tiếp
tục theo đuổi quan điểm sai lầm này, đồng thời nhấn mạnh tiềm năng của việc thừa
nhận tầm quan trọng nền tảng của thời gian. Nếu ông đúng, điều đó có nghĩa là
thay vì không quan trọng, thời gian lại giữ vai trò thiết yếu trong việc giải
thích cách vũ trụ vận hành — và thậm chí còn liên quan trực tiếp đến chính sự tồn
tại của chúng ta.
Lee Smolin hoàn toàn hiểu rõ
ông đang đối mặt với điều gì. Ông nói: ‘Lập luận khoa học cho rằng thời gian chỉ
là ảo tưởng là rất mạnh.’ ‘Trọng tâm của lập luận chống lại thời gian nằm ở
cách chúng ta hiểu một định luật vật lý là gì.’ Ông không nói rằng các định luật
là sai, mà là các nhà khoa học chưa hiểu được nguồn gốc thật sự của chúng.
‘Theo quan điểm tiêu chuẩn, mọi thứ xảy ra trong vũ trụ đều được xác định bởi
các định luật,’ ông nói. ‘Các định luật là tuyệt đối — chúng không thay đổi
theo thời gian.’ Chính đặc tính này khiến các định luật trở nên mạnh mẽ trong
việc dự đoán tương lai: chỉ cần thay vị trí hiện tại của Trái Đất vào định luật
hấp dẫn, ta có thể tính được vị trí khá chính xác của nó một triệu năm sau.
Các định luật cũng dường như tiết lộ bản chất thật của thời
gian: ‘Chúng gợi ý rằng dòng chảy của thời gian chỉ là một ảo tưởng tiện lợi,
có thể được thay thế bằng tính toán,’ Lee Smolin nói. Nói cách khác, thời gian
chỉ là một thủ thuật giúp các phương trình cho ra kết quả đúng.
Được tiếp thêm sức mạnh bởi dường như quyền năng vô hạn của
các định luật và khái niệm thời gian, các nhà vật lý đã tìm cách hiểu bản chất
của mọi thứ — bao gồm cả toàn bộ Vũ trụ trong sự hùng vĩ vô tận của nó. Nhưng hết
lần này đến lần khác, khi họ cố gắng làm điều đó, họ lại gặp phải những vấn đề.
Hơn 300 năm trước, Isaac Newton đã cố gắng áp dụng định
luật vạn vật hấp dẫn của mình cho toàn bộ vũ trụ, nhưng nó đã thất bại khi phải
đối mặt với tính vô hạn của không gian. Một thế kỷ trước, Albert Einstein đã áp
dụng lý thuyết hấp dẫn mạnh mẽ hơn nhiều của mình — Thuyết Tương đối rộng — cho
vũ trụ, nhưng nó cũng bị phá vỡ ở quy mô lớn, khi giải thích về Vụ Nổ Lớn (Big
Bang).
→ Nghịch Lý Lượng Tử
Vào giữa những năm 1960, nhà lý
thuyết người Mỹ John Wheeler và cộng sự của ông là Bryce DeWitt đã quyết định
xem sẽ xuất hiện những hiểu biết gì nếu áp dụng lý thuyết thành công nhất trong
toàn bộ khoa học — cơ học lượng tử — vào vũ trụ. Cơ học lượng tử thường được áp
dụng cho thế giới hạ nguyên tử, nhưng về nguyên tắc, nó có thể được áp dụng cho
mọi thứ, kể cả các hoạt động quy mô lớn của vũ trụ.
John Wheeler và Bryce DeWitt đã thành công trong việc tạo
ra một phương trình cực kỳ phức tạp, mà theo cơ học lượng tử, có thể mô tả bản
chất thật sự của vũ trụ. Nhưng phương trình này đã dẫn đến một phát hiện gây sốc.
Trong tất cả các đại lượng mà nó chứa, có một thứ mà ai cũng mong đợi phải có
nhưng lại biến mất hoàn toàn: ‘t’ — tức thời gian. “Theo phương trình
Wheeler–DeWitt, trạng thái lượng tử của vũ trụ là bất động, bị đóng băng,” Lee
Smolin nói. “Vũ trụ lượng tử là một vũ trụ không có sự thay đổi. Nó đơn giản là
tồn tại.
Sự đối lập với thực tại quan sát được có thể nói là vô
cùng rõ rệt. Các nhà thiên văn học khẳng định rằng vũ trụ bắt đầu từ Vụ Nổ Lớn
(Big Bang) và vẫn đang giãn nở. Các ngôi sao liên tục được sinh ra rồi lại chết
đi — cũng như chính chúng ta. Rõ ràng, có điều gì đó không ổn.
Hình 1: Các nhà khoa học từ
lâu đã tìm kiếm một lý thuyết về thời gian phù hợp với Vụ Nổ Lớn (Big Bang).
Nhiều nhà lý thuyết đã cố gắng tìm ra cách để cái mà
chúng ta cảm nhận là thời gian xuất hiện từ Vũ trụ “phi thời gian” được mô tả bởi
phương trình Wheeler–DeWitt. Lee Smolin nói: “Tôi đã suy ngẫm về những cách tiếp
cận này, và tôi vẫn tin rằng không cách nào trong số đó hiệu quả.” Ông tin rằng
chỉ có một sự xem xét lại mang tính nền tảng về thời gian mới có thể giải quyết
được cuộc khủng hoảng này.
Tuy nhiên, không phải ai cũng đồng ý. Một số người khẳng
định rằng phương trình Wheeler–DeWitt hé lộ sự thật về thời gian — dù chúng ta
có thấy điều đó khó chấp nhận đến đâu đi nữa. Người nổi bật nhất trong số họ là
Julian Barbour, Giáo sư thỉnh giảng tại University of Oxford. Ông đã dành hàng
chục năm vật lộn với ý nghĩa của phương trình Wheeler–DeWitt, và nổi tiếng với
tác phẩm đồ sộ xuất bản năm 1999 của mình, Sự Chấm
Dứt của Thời Gian (The
End of Time).
Không giống Lee Smolin, Julian Barbour khẳng định rằng
hàm ý của phương trình Wheeler–DeWitt đối với thời gian không thể bị bác bỏ.
Ông cho rằng Vũ trụ thực chất là một tập hợp khổng lồ, tĩnh tại của những “hiện
tại” (nows), giống như các khung hình trên một cuộn phim vũ trụ. Ở bất kỳ khoảnh
khắc hay “hiện tại” nào, thời gian không cần được đưa vào để giải thích cách Vũ
trụ vận hành. Cảm giác rằng thời gian đang
trôi qua xuất phát từ việc tâm trí chúng ta xử lý từng khung hình đó — hay những
“viên nang thời gian” (time capsules), theo cách Barbour gọi chúng. Tuy nhiên,
bản thân thời gian thì không tồn tại.
Lee Smolin rất ngưỡng mộ những nỗ lực của Julian Barbour:
“Đó là cách tiếp cận được suy nghĩ thấu đáo nhất nhằm lý giải vũ trụ học lượng
tử,” ông nói. Thậm chí, ông còn đưa một số ý tưởng mới nhất của Barbour vào các
lý thuyết của chính mình. Tuy
nhiên, Smolin tin rằng cách tiếp cận này cũng mắc phải những điểm yếu giống như
mọi lý thuyết “phi thời gian” khác về Vũ trụ: chúng gặp khó khăn trong việc đưa
ra các dự đoán có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm, và cũng không thể giải thích
được ngay từ đầu vì sao lại tồn tại những định luật vật lý “phi thời gian” đó.
Tư duy cấp tiến
Lee Smolin tin rằng ông có thể làm được tất cả những điều
đó, và còn hơn thế nữa. Để thực hiện điều này, ông dựa vào các đặc tính của những
vật thể kỳ lạ nhất trong Vũ trụ hiện nay: hố đen (black hole).
Được hình thành từ sự sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ, hố
đen nổi tiếng vì có trường hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không
thể thoát ra khỏi chúng. Chính xác điều gì xảy ra bên trong hố đen thì vẫn chưa
được biết chắc chắn, nhưng có những gợi ý từ lý thuyết lượng tử rằng trung tâm
của các hố đen có thể là nơi khai sinh của những vũ trụ hoàn toàn mới, mỗi vũ
trụ lại có những định luật vật lý khác nhau.
Lee Smolin chỉ ra rằng nếu điều này là đúng, thì một dạng
“chọn lọc tự nhiên” mang tính vũ trụ theo kiểu Charles Darwin có thể được áp dụng.
Theo đó, những vũ trụ phổ biến nhất sẽ là những vũ trụ phù hợp nhất cho việc tạo
ra hố đen. Và
theo ông, giả thuyết này có thể được kiểm nghiệm trong chính Vũ trụ của chúng
ta. Sau vô số kỷ nguyên tiến hóa vũ trụ, Vũ trụ hiện nay lẽ ra phải được chi phối
bởi các định luật vật lý đặc biệt thích hợp cho việc tạo ra hố đen. Theo Smolin,
các nhà vật lý thiên văn có thể kiểm tra xem điều này có thật sự đúng hay không
— và cho đến nay, các bằng chứng dường như cho thấy là đúng như vậy.
Hình 2: Hình minh họa bằng nghệ thuật về một hố đen. Liệu nó có thể khai sinh ra một Vũ trụ khác hay
không?
Bằng chứng ấn tượng nhất, tuy nhiên, có thể chính là sự tồn
tại của chúng ta. Hố đen
được
hình thành từ cái chết của những ngôi sao khổng lồ trong các vụ nổ siêu tân
tinh. Điều thú vị là chính những ngôi sao này cũng tạo ra carbon, oxy và các
nguyên tố khác cần thiết cho sự sống. Nếu
không có
những ngôi sao khổng lồ, sẽ không có các hố đen có khả năng sinh ra vũ trụ mới,
không có sự tiến hóa của các định luật vật lý — và cũng sẽ không có chúng ta.
Lee Smolin vì vậy đang gợi ý rằng chính sự tồn tại của chúng
ta có thể là bằng chứng cho sự tiến hóa vũ trụ. Và vì tiến hóa chỉ có thể diễn
ra theo thời gian, điều đó lại hàm ý rằng thời gian là có thật. Đây là một lập
luận gây kinh ngạc về tính hiện thực của thời gian — và cũng là điều không thuyết
phục tất cả mọi người. “Về
tôi, những ý tưởng này rất mang tính suy đoán — nói nhẹ nhàng thì là như vậy,”
nhà lý thuyết Claus Kiefer thuộc University of Cologne nói. Ông thậm chí còn
hoài nghi cả điểm khởi đầu trong lập luận của Smolin về tính hiện thực của thời
gian: “Không hề có bằng chứng nào cho thấy các vũ trụ mới được sinh ra bên
trong các hố đen.”
Vấn Đề của Thời Gian
Tuy nhiên, điều mà mọi người đều đồng ý là thời gian chắc
chắn có vẻ như là có thật. Và
không thể phủ nhận sự táo bạo trong các lập luận của Lee Smolin
Nếu ông ấy đúng, thì Vũ trụ của chúng ta chỉ là một mắt
xích mới nhất trong một chuỗi vô tận. Theo thời gian, qua nhiều vũ trụ kế tiếp
nhau, các định luật vật lý đã tiến hóa đến mức tạo ra những điều kiện vừa đủ để
hình thành không chỉ hố đen —
nơi được xem là “nôi sinh” của các vũ trụ mới — mà còn cả những “viên gạch” xây
dựng nên sự sống, bao gồm cả chúng ta. Nói
cách khác, thời gian giải thích cho sự “tình cờ” dường như quá hoàn hảo của Vũ
trụ chúng ta — rằng nó có đúng những điều kiện cần thiết để sự sống của chúng ta tồn
tại.
Vậy Lee Smolin có đúng về tất cả những điều này không —
hay thời gian thật sự chỉ là ảo giác, như đa số các nhà lý thuyết vẫn khẳng định?
Câu trả lời cuối cùng, có lẽ, vẫn phải chờ chính… thời gian trả lời.
Robert Matthews: Nhà vật lý
Sau khi học vật lý tại University of Oxford, Robert
Matthews đã trở thành một nhà viết khoa học. Ông hiện là giáo sư thỉnh giảng về
khoa học tại Aston University
https://www.sciencefocus.com/the-human-body/the-incredible-truth-about-time
BÀI LIÊN HỆ
-Tuyên
ngôn về hố đen vũ trụ và triết lý “Sắc bất dị không...”
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét