Stephen Haking:Ðiều mơ ước của Einstein doc

Stephen Haking:Ðiều mơ ước của Einstein Ðầu thế kỷ XX, hai lý thuyết mới làm thay đổi hoàn toàn cách nhìn của chúng ta về không gian, thời gian và hiện thực. Hơn 75 năm tiếp sau, chúng ta luôn luôn nghiên cứu những vấn đề liên quan đến hai lý thuyết đó để tìm cách tổ hợp chúng thành một lý thuyết thống nhất nhằm mô tả toàn bộ những gì có trong vũ trụ. Hai lýthuyết đó là lýthuyết tương đốitổng quát và cơ học lượngtử. Lý thuyết tương đối tổng quát khảo sát khônggian, thời gian và sự cong đi của chúng ở thang vĩ mô gây bởi vật chất và năng lượng trong vũ trụ. Cơ học lượngtử lại khảo sát ở thangvi mô. Cơ học lượng tử có nguyên lý bất định. Nguyên lý này xác nhậnta khôngthể xác định đồng thờichính xác vị trí và vận tốc của mộthạt: vị trí đo càngchính xác thìvận tốc đo càng khôngchính xác và ngược lại.Luôn luôn tồn tại một yếu tố bất định hoặc ngẫu nhiên vàđiều này tác động cơ bản đến tính cách của vật chất ở thang vi mô. Hầu như một mình Einstein chịu trách nhiệm về lý thuyết tương đối tổng quát và ông đã đóng vaitrò quan trọngtrong sự phát triển của cơ học lượng tử. Ôngđã tóm tắtcảm tưởngcủa mìnhvề cơ học lượng tử bằng câu:"Chúa không chơi trò súc sắc". Nhưng mọi kiểm tra đã chỉ rõ Chúalà người chơi không thayđổi, Người khôngbỏ lỡ cơ hội để ném con súc sắc. Trongnghiêncứu này tôi muốntrình bày nhữngý nghĩ cơ bản về hai lý thuyết trên và chỉ rađiều mà cơ học lượngtử đã làm rầulòng Einstein. Tôi cũngsẽ mô tả một số hiệu quả đáng chú ýxảy rakhi tổ hợp hai lýthuyếttrên.Thời gian hình như được xemlà bắt đầu từ cách đây khoảng 15 tỉ năm về trước và thời gian có thể sẽ kết thúc tại mộtđiểm trong tương lai. Nhưng trong một dạng thời gian khác thì vũ trụ không có biên, vũ trụ khôngđược tạo ra cũngkhôngbị huỷ diệt, nó rất đơn giản. Chúng tabắtđầu bằnglý thuyết tươngđối. Cácluật quốcgia chỉ có giá trị trong một quốc gia nhưng các định luậtvật lý thì giống nhau tại Anh,Mỹ, Nhật. Nó cũng giống nhautrên Sao Hoả và trong thiênhà Andromède. Hơn nữa, chúng giống nhau với bất kỳ vận tốc chuyển động của ta;với người đi trêntàu tốc hành,đi trên máy bayphản lực hay đứng yên trên mặtđất, cácđịnh luậtvậtlý đều giốngnhau. Chắc chắn một người đứng yên trênmặt đất là đangchuyển độngvớivận tốc khoảng 30km trong một giây quanhMặt Trời;Mặt Trời lạiđang chuyển động quanh dải Ngân Hà với vận tốc hàng trăm kilômet trong một giây và cứ tiếp tục như vậy. Nhưng các chuyển động này không làm thayđổi cácđịnh luậtvậtlý, chúng giống nhauvới mọi ngườiquan sát. Galiléeđã phát hiện ratính độc lập đối với vận tốc của hệ,ông thiết lập cáccông thức biểu thị các định luật tác dụng lên chuyển độngcủa các vật như viên đạn đại bác haycác hànhtinh. Nhưng mộtvấn đề nảy sinhkhita áp dụng đối với ánh sáng. Từ thế kỷ XVIII ngườita đã phát hiện ánh sáng không truyền đi tức thời từ nguồn đến người quansát: nótruyền với mộtvận tốc xác địnhkhoảng 300.000kmtrong một giây.Nhưngvận tốcnày sovới gì?Người ta nghĩ rằng cần phải cómột môi trường chứa đầy không gian mà ánhsángtruyền qua. Môi trường đó được gọi là ête. ÝTƯỞNGXEM SÓNG ÁNH SÁNGTRUYỀN vớivận tốc 300.000kmtrong một giây sovới ête có nghĩa là một người quan sát đứng yên so với ête sẽ đo được vận tốc của ánh sáng là 300.000km/s,còn mộtngười quan sátkhác chuyển độngđối với ête sẽ đo được vận tốc của ánhsáng nhỏ hoặc lớn hơn300.000 km/s.Ðặc biệt, vận tốcánhsáng phảithay đổikhi Trái Ðất chuyển động đối với ête theo quỹ đạo quanh Mặt Trời. Nhưng năm 1887, bằng một thí nghiệmrất chính xác, Michelson và Morleyđã chứng tỏ rằng vậntốc của ánh sáng luôn luôn không đổi. Những người quan sátchuyển động khácnhau luôn luônđo được cùng một vận tốcánh sáng bằng 300.000km/s.Sự thật là sao đây? Tại sao những người quansát chuyển độngvới vận tốc khác nhaulại đođược cùng mộtvận tốc của ánh sáng? Câu trả lời là suynghĩ thông thường của chúng ta về không gian và thời giankhông cònthích hợp. Trongmột công trìnhnổitiếng năm1905,Einsteinđã nêu chú ýlà những người quan sátnói trên có thể đo được cùngvậntốc của ánh sáng nếu họ bỏ qua ý tưởng về thời gian chungvũ trụ. Mỗi người có một thời gianriêng đượcđo bằng chiếc đồnghồ riêng củamình. Những thời gianđo được bởi các đồnghồ khác nhau này sẽ gần như bằng nhau nếu chúng chuyển động chậm đối với nhau, nhưngsự khác nhau sẽ đáng kể nếu chúngchuyển động với vận tốc rấtlớn. Hiện tượng này thực tế đã quan sát đượcbằngcáchso sánhhai đồnghồ giống nhau:một đứng yên trên mặt đất, mộttrênmáy bay chuyển động với vận tốc rấtlớn. Cònvới cácvận tốc bìnhthường, sự khác nhauvề thời giancủacác đồng hồ là không đáng kể. Lý thuyết tương đối của Einstein được ôngtrình bày lần đầu tiên trong công trình nổi tiếng năm 1905và ngày nay được gọi là "Lý thuyếttương đối hẹp". Lý thuyết này mô tả sự chuyển động của cácvật thể trongkhônggian và thời gian; nóchứng tỏ rằng thời giankhôngphải làmộtđại lượng chung vũ trụ, thờigian tồn tại tự do khôngphụ thuộc không gian. Tương laivà quá khứ; cao thấp,bênphải, bên trái, phía trước vàphía sau, đều là các chiều của một cái mà ta gọi là không-thời gian. Ngườita chỉ có thể chuyển độngtrong thời gian về hướng tương laitheo một góc xác định đối với trục thời gian. Vì thế thời giancó thể trôiđi theo cácnhịp độ khác nhau. Lý thuyết tương đối hẹpđã tổ hợp không gian và thời gian lại, nhưng chúngvẫn là một cái khung cố định trong đó các sự kiện xảy ra. Tacó thể chọn đi theo cáccon đườngkhác nhautrongkhông- thời gian nhưng mọi cái ta làm không thể thay đổi khung không - thời gian. Từ năm 1915khi Einstein phát biểulý thuyết tươngđối tổng quát thì mọi cái đã thay đổi. Ông đã có một ý tưởng cách mạng là hấp dẫn khôngđơn thuần là mộtlực tácdụng trong khungkhông -thời gian cố định mà sự có mặt của vật chất vànăng lượngđã làm méo không - thờigian. Nhữngvật, những viên đạnđạibác hoặcnhững hành tinhđịnh chuyển độngtheo quỹ đạo thẳngtrong không- thời giannhưngquỹ đạo đó đã bị cong đi vì không - thời gian đã bị cong đi chứ không phẳng nữa.Trái Ðấttìm cáchchuyển động theo một quỹ đạo thẳng trong không - thời gian nhưng khối lượng của Mặt Trời đã làm cong không-thời gian vàbuộc Trái Ðất chuyển động quanhMặt Trời. Cũng như vậy, ánh sáng tìm cách chuyển động theo một đường thẳng nhưng sự cong của không - thời gian ở gần Mặt Trời làmánh sáng phát ra từ các ngôi sao xaxôi bị lệch đường truyền khi tới gần Mặt Trời. Thôngthường không thể phân biệt được những ngôi sao xa nằm trên cùng một hướngvới Mặt Trời. Nhưngkhi có nhật thực,phần lớn ánh sáng từ MặtTrời đếnTrái Ðấtbị Mặt Trăngche chắn,khi đó có thể quan sát được ánhsáng từ các ngôi saođó. Einstein đã thiết lập lý thuyếttương đối tổng quát trong thời gian Thế chiến lần thứ nhất; lúcnày chưa thể tiến hành các quan sátkhoahọc. Ngay sauThế chiến, mộtđoàn khảo sát người Anhquan sát nhật thực năm 1919đã xác nhậntiênđoán của lý thuyết tương đốitổng quát: không - thời gian không phải là phẳng mà bị cong đi tại chỗ có vật chấtvà nănglượng.Ðây làmột thắng lợi vĩ đại của Einstein. Phát minh của ông đã làm thayđổi hoàn toàncách suy nghĩ của chúng ta trước đó về không - thời gian. Không- thời gian không phải là một khung thụ động trongđó có diễnracác sự kiện.Takhôngcòn cóthể nghĩ rằngkhônggian, thời gian trôi đi vĩnh cửu và không chịu biến đổi bởinhững gìxảy ra trong vũ trụ; ngược lại, chúngtrở thành những đại lượng động lực tương tác với những sự kiện xảy ra ở trong đó. Một tínhchấtquantrọng của khối lượng và nănglượng làchúng luôn luôndương. Ðó làlý do vì saolực hấp dẫn giữa các vật luôn luôn là lực hút. Ví dụ lực hấpdẫn của TráiÐất kéo chúngta về phía Trái Ðất dù ta ở bất kỳ đâu trên mặt đất. Lực hấp dẫn củaMặt Trời giữ các vệ tinh của nótrên các quỹ đạo quanh MặtTrờivà ngăn cản khôngđể Trái Ðất biến vào khoảng không tối tăm giữa các vì sao. Nếu khối lượng là âm, không - thời giansẽ bị cong đi theo hướng ngược lại như thể bề mặt của một cái yênngựa. Ðộ cong dương của không - thời gian,biểu hiện lực hấp dẫn là lựchút, đã đặt ra một bài toán lớn cho Einstein.Thông thường người ta nghĩ vũ trụ là tĩnh, nhưng nếu không gianvà đặcbiệt là thời gian bị cuốn gập lại thì tại sao vũ trụ có thể tiếp tục tồn tại vĩnhcửu trong một trạng thái gần như đồng nhất với trạngthái hiện thời của nó ? Ban đầu, các phương trìnhcủa lý thuyết tương đốitổng quát tiên đoán một vũ trụ đang giãn nở hoặc đangco lại. Einsteinđã thêm một số hạng mới - gọi là hằngsố vũ trụ học - vào phương trình liênhệ giữa khối lượng và năng lượng có mặt trong vũ trụ với độ cong của không - thời gian. Hằng số vũ trụ họcnày gây ra một hiệu ứng hấp dẫn đẩy. Như thế lực hútcủa vật chất và năng lượng có thể cân bằng với lực đẩy của hằngsố vũ trụ học.Nói cách khác, độ cong âm của không -thời gian gây bởi hằng số vũ trụ học có thể triệt tiêu độ cong dươnggây bởi khối lượngvà năng lượngtrong vũ trụ. Như vậy sẽ được mộtmô hình vũ trụ tồn tại mãi mãi trong cùng một trạng thái. Nếu Einsteingiữ nguyênnhững phương trìnhbanđầu của mình thì ôngsẽ tiên đoán được vũ trụ hoặc đang giãnnở, hoặc đang colại. Trướcnăm 1929khi Edwin Hubble phát hiện ra cácthiên hà đangchuyển độngra xa chúng ta thì không ai nghĩ rằng vũ trụ biến đổitheo thời gian. Vũ trụ đang giãn nở. Saunày Einstein đã tuyên bố hằngsố vũ trụ học là"sai lầm lớn nhất trong đời tôi". Nhưng dù có hoặc khôngcó hằng số vũ trụ học, việc vật chấtlàm cong không -thời gian vẫn còn là vấn đề nói chung chưa đượchiểu rõ; đặc biệtvật chất có thể uốn cong mộtmiềnthànhmột điểm tách biệt với phần còn lạicủavũ trụ, miềnđó trở thành một "lỗ đen". Cácvật cóthể rơi vào lỗ đen nhưng không thể rakhỏi đó; muốnthoátkhỏi lỗ đen, vật phải chuyển động với vận tốclớn hơnvậntốc ánhsáng, điều này lý thuyết tương đối khôngcho phép.Như thế vật chất sẽ bị cầm tù trong lỗ đen vàtự nén do hấp dẫn tới mộttrạng thái chưa biết vớimật độ vậtchấtrất lớn. Einsteinrất bối rối trước sự suy sậphấp dẫn này, ôngkhông tin vào khả năng của suy sập đó. Nhưng năm 1939,RobertOppenheimer đã chứngminh được rằngmột ngôi saogià cókhối lượnglớnhơnhai lần khối lượng Mặt Trời một khi đã tiêu thụ hết nguồn nhiên liệu hạtnhâncủa mình sẽ không tránh khỏi suy sập hấp dẫn.Rồi Thế chiến lầnthứ hai nổ ra, Oppenheimerbị lôi cuốn vào chương trình bom hạt nhânvà ông đã quên đi sự suy sập hấp dẫn. Các nhà nghiêncứu bận tâmnhiều đến vật lý cóthể nghiên cứu trên Trái Ðất. Họ nghi ngờ nhữngdự đoán về biên giới của vũ trụ vì hìnhnhư không có khả năngđể kiểm tra bằngquan sát.Nhưng trong những năm 60, sự cảithiện kỳ diệu về tầm xa và chất lượngcủacác quan sát thiên văn đã dẫn tớimột sự hứng thú mớivề suy sậphấp dẫnvà vũ trụ thời sơ khai. Những tiên đoán chính xác của lý thuyết tươngđối tổng quát trong tìnhhìnhnày vẫn còn chưa thật sáng sủa cho đến khiRogerPenrosevà tôi chứng minh được một số định lý. Các định lý này chứng tỏ không - thời gianphải bị uốn cong lạivà dẫn tới các kỳ dị là những miền tại đó không - thời gian có một bắt đầu hoặc một kết thúc. Ðiểm bắt đầu là BigBangxảy ra cách đâykhoảng 15 tỉ năm và điểm kết thúcsẽ là ở một ngôisao nạn nhân của một suysập hoặclà với tất cả các vật rơi vào mộtlỗ đen. Tiênđoán về sự tồn tại của các kỳ dị theolý thuyết tương đối tổngquát của Einsteinđã được xác nhận nhưngđã dẫn tới một sự khủnghoảng trong vật lý. Tại một kỳ dị, các phương trìnhcủa lý thuyếttương đối tổng quát liên hệ độ cong của không- thời gianvới sư phân bố khối lượng và năng lượng là khôngxác định.Ðiều này cónghĩa là lý thuyết tương đối tổng quát không thể dự đoán nhữnggì xảy ra tại một kỳ dị.Ðặc biệt,lý thuyết này khôngcó khả năng dự đoán vũ trụ phải được sinh ra như thế nào tạiBig Bang. Như vậy lý thuyết tươngđối tổng quát không phải là một lý thuyết hoàn chỉnh. Nó cần mộtphần bổ sungđể xác định vũ trụ phải được sinhranhư thế nào và những gì phải xảy rakhi vật chất bị suy sậpdo hấp dẫn riêng của nó.Hìnhnhư cơ học lượng tử là phần bổ sung cầnthiết nói trên. Trongnăm 1905,nămmà Einstein đã viết lý thuyết tươngđối hẹp, ông cũngcông bố côngtrình về "hiệuứng quangđiện". Ông quansát thấy khi ánhsáng chiếu vào một số kim loại sẽ làm bắn ra các hạt mangđiện. Ðiều gâybối rốiở đây lànếu giảm cường độ ánh sáng thì số hạt mangđiện bắn ra sẽ giảm nhưng vận tốc củacác hạt đó không giảm. Einstein đã chứng minh rằng điềunày chỉ được giải thích nếu xem ánh sáng chiếutới khôngphải lànhững phần nhỏ biến đổiliên tục như mọi người khi đó vẫn quanniệm mà ánh sáng chỉ là những bó theo mộtchiềuxác định.Ý TƯỞNGXEM ÁNH SÁNGCHỈ TỒN TẠI dưới dạng các bó, gọi là các lượngtử, đã được nhà vật lý người Ðức Max Planck đưa ratrướcđó vài năm. Planck đã dùng khái niệm lượng tử để giải thích tại sao mộtmiếng kimloại bị nungđỏ lại không phátra một nhiệt lượngvô hạn nhưng ông xemcác lượng tử chỉ như một thủ thuật thuần túy lý thuyết mà không có một sự tương ứng trong thực tế vật lý. Trongcông trìnhcủa mình, Einstein đã chứngminhrằng ta có thể trực tiếp quan sát các lượng tử. Mỗi hạt phát ra tương ứngvớimột lượngtử ánh sáng đến đậpvào kimloại. Mọi người nhận ra đây là một đónggóp lớn về lý thuyết lượngtử và công trình nàyđã mang lạicho Einsteingiải Nobelnăm 1922(Lẽ ra ông cần phải đượcnhận giải Nobelvề lý thuyết tương đối tổngquát nhưng ý tưởngvề không gianvà thời gian bị uốn congthời đó được xemlà quátư biện nên Einstein được nhận giải Nobel về công trình hiệuứng quangđiện, một công trình cũngxứngđáng được trao giải). Ngườita chỉ hiểu đầyđủ hiệu ứng quangđiện khi năm 1924WernerHeisenberg lưu ý rằng hiệu ứngtrên có ý nghĩa là không thể đo chính xácvị trí của mộthạt. Ðể nhậnbiết mộthạt, cần chiếu ánh sáng lên hạt. NhưngEinstein đã chứng minhrằng ta không thể dùng một lượng nhỏ tùy ý củaánhsángmà cần phải dùng tối thiểu một bóhay mộtlượng tử. Bó ánhsáng này đến hạtgâynhiễu loạn hạt vàtruyền cho hạtmột vận tốc nào đó. Nếuta càng muốn đochính xác vị trí của hạt, thì năng lượng của bó ánh sáng chiếu tớiphải càng lớn và làmhạt nhiễu loạn càng mạnh. Dù với cách đo hạt như thế nào thì độ bất định về vị trí nhân vớiđộ bất định về vận tốc của hạt vẫn luôn luôn lớn hơnmột lượng nhỏ nào đó. Nguyên lýbất định Heisenberg chứng tỏ ta không thể đo chính xác trạng thái củamột hệ và không thể dự đoán chínhxác tính chất của hệ trong tương lai. Ðiều tốt nhất ta có thể làm là dự đoán về xác suất của các khả năng khác nhausẽ xảy ra. Ðây là mộtyếutố ngẫu nhiênlàm Einstein rất băn khoăn. Ông khôngtin các định luật vật lýlại không có khả năng cho một dự đoán xác định; khôngthể xảy ra sự nhập nhằng nước đôi. Nhưng mọi cáchkiểmtra đã chứng tỏ hiện tượng lượng tử và nguyên lý bất định là khôngthể tránhkhỏivà ta gặp nó trong mọi ngành vật lý. Như vậy lý thuyết tươngđốitổng quát của Einsteinlà một lý thuyết cổ điển, nó chưa được gắnvới nguyên lý bấtđịnh. Cần phải tìm một lý thuyết mới trong đó có sự kết hợp củalý thuyết tươngđối tổng quát với nguyên lý bất định. Trong đa số trường hợp, sự khác nhau giữa lý thuyếtmới với lý thuyết tương đối tổng quátcổ điển làcực kỳ nhỏ vì nguyên lý bất định dự đoán các hiệuứng lượngtử chỉ đóng vai tròđángkể ở nhữngthang nhỏ, trong khi lý thuyết tươngđối tổng quátkhảo sát cấu trúc không - thời gian ở thang rấtlớn. Cácđịnh lý về kỳ dị của Roger Penrosevà tôi đã chứngminhrằng không-thời gian chỉ có thể uốn cong rất mạnh ở những thangrất nhỏ. Các hậuquả của nguyên lý bấtđịnh sẽ trở nên rất quan trọng, các kết quả dự đoán là đáng kể. Một phần khó khăn mà Einstein gặp phải vớicơ học lượngtử và nguyên lý bất định xuất phát từ ý nghĩ thông thường,phù hợp với lương tri, làmột hệ có một lịch sử xác định.Một hạt phải ở hoặc một chỗ này, hoặc một chỗ khác; nó không thể một nửa ở chỗ này, một nửa ở chỗ kia. Cũng như vậy, sự kiện đưa phicôngvũ trụ lên Mặt Trănghoặc là xảy ra, hoặc là không; không thể mỗi khả năng xảy ra một nửa. Một người không thể đang chết một ít hoặc đang trong bụngmẹ một chút. Hoặc là anh đang tồn tại hoặc là không tồn tại. Nhưngnếu như một hệ có một lịch sử duynhất vàxác địnhthì nguyên lý bất định dẫn tới mọi loại nghịch lý như sự có mặtđồng thời ở mọi nơi của một hạt hoặc một phicông vũ trụ một nửa là ở trên MặtTrăng. Nhà vật lý người Mỹ RichardFeynmanđã đề nghị mộtcách tế nhị để tránh những nghịch lý làm Einstein bận tâm.Feynmantrở nên nổi tiếng trong năm 1948bởi các công trình của ông về lýthuyết lượngtử ánh sáng. Ông đượctrao giải Nobelnăm 1965 cùng vớiJulian Schwingerngười Mỹ và Shinchiro Tomonaga người Nhật. Einsteinkhông ưa sự trịnh trọngvà những tranhluận phù phiếm; ôngđã xin từ chức ở Viện Hànlâm Khoahọc Quốc giavì ông thấy ở đó mất quá nhiều thời gian cho những thảo luận về kết nạp các thànhviên mới. Feynmannổi tiếng vì những đónggóp của ông vào vật lý lý thuyết. Ông mất năm 1988. Trongcác đónggóp của ông, phải kể đến các đồ thị mangtên ông - đồ thị Feynman- là cơ sở cho hầu hết các tính toán trong vật lý hạt sơ cấp. Nhưng quan trọng hơn là khái niệm của ông về lấy tổng trêncáclịch sử. ÝTƯỞNGLÀ MỘTHỆ KHÔNG CÓMỘT lịch sử duy nhất trong không - thời gian như đã được thừa nhận bìnhthường trong lý thuyết không lượng tử mà có mọi lịchsử có thể của nó. Ví dụ tại mộtđiểm A ở một thời điểm xác minh cómột hạt. Bìnhthường ta xem hạt đó chuyển động theomộtđườngthẳng xuấtphát từ A. Nhưngtheo cách lấytổng trên các lịchsử thì hạt có thể đi theomọi đườngbất kỳ xuất pháttừ A. Ðiều này xảy ra tương tự như khi ta để rơi một giọt mực lên một tờ giấy thấm. Các hạt mực sẽ trải ra trên tờ giấy thấmtheo mọi con đườngcó thể.Với mỗi con đường haymỗi lịch sử của hạt sẽ liênkết một số phụ thuộcdạng đường.Ta sẽ thuđược xác suất hạtđi từ A đến B bằng cáchcộng tất cả các số liên kết với các đường đitừ A tớiB. Với đasố đường, số liên kết vớimột đườngsẽ triệt tiêu với số liên kết của các đường lân cận và chúng chỉ cho đóng góp rất nhỏ vàoxác suất để hạt đi từ A đến B. Nhưngvới đường thẳng thì số liên kết của nóvới số liên kết củacác đường gần thẳngcạnh nósẽ tăngcường lẫn nhau. Như vậy đónggóp chính là từ các đường thẳng vàgần thẳng. Ðó làlý do tại sao một hạt sơ cấp khi chuyển độngtrong một buồng bọt sẽ để lại một vệt gần thẳng. Nhưng nếu trên đường đi của hạt, ta đặt mộttấm chắn trênđó cóđục một khehẹp thì cácquỹ đạo của hạt sẽ trải rộngraở phíasau khe. Không kể trên đường thẳng đi quakhe, ở chỗ khác khả năngtìm thấy hạt sẽ nhiềuhơn. Năm 1973tôi bắt đầu nghiên cứutác động của nguyên lý bất định đếnhạt trong không- thời gianbị uốn congở gần một lỗ đen. Tôi phát hiện rađiều rất ngạc nhiênlà lỗ đen khôngphải hoàn toàn đen.Nguyên lý bấtđịnh cho phép cáchạt và các bức xạ thường xuyên rời khỏi lỗ đen. Kết quả này làm tôi và mọi người ngạc nhiênvà nó được đón nhận với đầy hoài nghi.Nhưngnhìn về quá khứ, điều đó hầu như hiển nhiên. Một lỗ đen là một miềnkhông gian mà mọivật khôngthể rời khỏi đó trừ khichúngchuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng. Nhưng phép lấy tổngtheo mọi lịch sử củaFeynmannói rằngcác hạt có thể đi theo mọi con đườngcó thể trong không- thời gian.Như vậy một hạt có khả năng chuyển động nhanhhơn ánh sáng. Xác suất để hạt chuyển độngtheo cácquỹ đạo với vận tốc lớn hơnvận tốc ánh sáng là rất nhỏ nhưng đủ để hạt vượt đượckhoảng cách chophép để thoát khỏi sức hút củalỗ đen. Như vậy nguyên lý bấtđịnh cho phép các hạt rời khỏi lỗ đen - mộtnhà tùchắc chắn nhất trongcác nhà tù - Xác suấtđể một hạt rời khỏi mộtlỗ đen có khối lượng bằng khối lượng Mặt Trời sẽ là rất nhỏ vì như vậy hạt phải chuyểnđộng với vận tốc lớn hơn vận tốcánh sáng trên đoạn đường nhiều kilômet.Tuy nhiên, có khả năng tồn tại nhiều lỗ đen nhỏ hơn nhiều; chúngđược tạo ra từ thời gianđầucủa vũ trụ. Cáclỗ đen nguyên thủy này có kích cỡ nhỏ hơn kíchcỡ của hạt nhân nguyên tử nhưng chúng có khối lượng tới một tỉ tấn như núi Phú Sĩ. Các lỗ đen này cóthể phát ra năng lượngbằng nănglượng của một nhà máy điện khổng lồ. Chỉ cần tìm được một trong các lỗ đen đó ta sẽ làm chủ được về mặt năng lượng! Ðáng tiếc hình như không cónhiều lỗ đen đó trong vũ trụ. Việc tiên đoán cáclỗ đen phátxạ là kết quả đầu tiên về sự kết hợp lý thuyết tương đối tổng quát vớicơ học lượng tử. Nó chứng tỏ sự suy sập hấp dẫn không phải là mộtđáy túi tuyệt đối như ta đã nghĩ. Nhữnghạt của một lỗ đen chưahoàn thành đầyđủ lịch sử của nó tại một kỳ dị. Chúng có thể rời khỏi lỗ đen ra bên ngoàiđể tiếp tục lịch sử của mình. Có thể cơ học lượng tử còn có ý nghĩa là nótránh cho các lịch sử có một khởi đầu trong thờigian, mộtđiểm của sự sáng tạo ở Big Bang.Ðâylà một câu hỏi còn khó trả lời hơn vì cần áp dụng cơ học lượngtử cho cấu trúc của thời gian và khônggianchứ không chỉ đối với quỹ đạo các hạt trongmộtmiền đặcbiệt của không- thời gian. Cái cần tìm đó là cách lấy tổng theo các lịch sử không chỉ đối với các hạtmà cả với toàn bộ cái nền của khônggian và thời gian. Ta còn chưa biết cách tính toán như thế nào cho đúngnhưng đã có một số chỉ dẫn về cái cầnthực hiện. Ðầu tiên, việc tính tổngnói trên sẽ dễ dàng nhất nếuta khảo sát các lịch sử trong thời gian ảochứ không phải trong thời gian thựcthôngthường.Thời gian ảo là một khái niệm khó nắm bắt và chắc hẳn nó đã đặt ra nhiều câu hỏi nhất cho các độc giả của cuốn: "Lược sử thờigian"*). ÝTƯỞNGVỀ THỜIGIAN ẢO CỦA TÔIÐÃ nhậnđược những lời phêphánmạnh mẽ của một số nhà triết học.Tại saothời gian ảo lại có mối liên hệ với vũ trụ thực ? Tôi nghĩ rằng các nhà triết học này đã khôngrút được bài học lịch sử. Trước kia người ta đã xem Trái Ðấtlà phẳng và MặtTrời quay quanh Trái Ðất làđiều hiểnnhiên.Từ khi có Copernicvà Galilée, ta phải quenvới ýtưởngTrái Ðấtlà tròn và nóquay quanhMặt Trời. Người ta cũng [...]... nhưng từ khi có lý thuyết tương đối của Einstein, ta buộc phải chấp nhận thời gian trôi đi khác nhau đối với các người quan sát khác nhau Cũng vậy, vũ trụ được xem là có một lịch sử duy nhất nhưng khi có cơ học lượng tử, ta cần phải khảo sát vũ trụ với mọi lịch sử có thể của nó Ðối với tôi, hình như thời gian ảo là một cái gì đó cũng cần được chấp nhận Ðây là một bước nhảy vọt về tri thức ngang bậc... xem là tròn Tôi nghĩ rằng thời gian ảo ngày nay xuất hiện một cách tự nhiên như sự tròn của Trái Ðất trước kia Không còn một con người tiên tiến nào tán thành ý tưởng Trái Ðất phẳng Ta có thể biểu diễn thời gian thực thông thường bằng một đường thẳng hướng từ trái sang phải, nhưng có thể khảo sát một hướng khác của thời gian là từ thấp lên cao Ðó là thời gian ảo, nó vuông góc với thời gian thực Ðưa... thời gian Chiều của thời gian thực sẽ không tránh khỏi dẫn tới các kỳ dị, dẫn tới các miền tại đó không - thời gian chấm hết Tại kỳ dị, các phương trình vật lý không còn xác định nữa, ta không thể dự đoán điều gì sẽ xảy ra Nhưng thời gian ảo vuông góc với thời gian thực Ðiều này có nghĩa là thời gian ảo xử sự một cách giống như ba chiều của chuyển động trong không gian Như thế độ cong của không - thời... như ba chiều của chuyển động trong không gian Như thế độ cong của không - thời gian gây bởi vật chất trong vũ trụ có thể dẫn tới ba chiều của không gian và một chiều của thời gian ảo tạo thành một vòng Chúng cũng tạo thành một mặt kín như bề mặt Trái Ðất Các chiều của không gian và thời gian ảo sẽ tạo thành một không - thời gian đóng kín không có biên, không có bờ, không có điểm có thể gọi là bắt đầu... lịch sử của vũ trụ không thể thực hiện trong thời gian thực nhưng lại thực hiện được trong thời gian ảo; các lịch sử được đóng kín lại vào chính nó như mặt của Trái Ðất Các lịch sử này không có kỳ dị, không có bắt đầu hoặc kết thúc; những gì sẽ xảy ra được xác định hoàn toàn bởi các định luật vật lý Như thế là những gì sẽ xảy ra trong thời gian ảo có thể tính toán được; và nếu biết lịch sử của vũ trụ... thời gian ảo có thể tính toán được; và nếu biết lịch sử của vũ trụ trong thời gian ảo thì có thể tính toán được sự diễn biến của nó trong thời gian thực Như vậy ta có thể hy vọng đi tới một lý thuyết thống nhất hoàn toàn, một lý thuyết cho phép tiên đoán mọi cái trong vũ trụ Einstein đã đi tìm một lý thuyết như vậy trong những năm cuối đời nhưng ông không tìm được vì ông nghi ngờ cơ học lượng tử Ông... ngờ cơ học lượng tử Ông đã không sẵn sàng chấp nhận vũ trụ có thể có nhiều lịch sử xen kẽ như trong phép tổng trên các lịch sử Chúng ta không phải lúc nào cũng biết cách thực hiện tổng trên các lịch sử của vũ trụ, nhưng gần như chắc chắn tổng đó sẽ đi qua thời gian ảo và một không - thời gian khép kín Tôi nghĩ rằng những khái niệm này sẽ đi vào thế hệ tương lai cũng tự nhiên như ý tưởng Trái Ðất là tròn . Stephen Haking:Ðiều mơ ước của Einstein Ðầu thế kỷ XX, hai lý thuyết mới làm thay đổi hoàn toàn cách nhìn của chúng ta về không gian, thời gian và hiện. nhậntiênđoán của lý thuyết tương đốitổng quát: không - thời gian không phải là phẳng mà bị cong đi tại chỗ có vật chấtvà nănglượng.Ðây làmột thắng lợi vĩ đại của Einstein. Phát minh của ông đã. kết thúcsẽ là ở một ngôisao nạn nhân của một suysập hoặclà với tất cả các vật rơi vào mộtlỗ đen. Tiênđoán về sự tồn tại của các kỳ dị theolý thuyết tương đối tổngquát của Einstein ã được xác nhận nhưngđã