The grand design docx

1 2 NỘI DUNG 1. BÍ ẨN CỦA TỒN TẠI 2. QUY TẮC CỦA ĐỊNH LUẬT 3. THỰC TẠI LÀ GÌ ? 4. CÁC LỊCH SỬ THAY THẾ 5. LÝ THUYẾT CHO MỌI THỨ 6. PHÉP CHỌN VŨ TRỤ CỦA CHÚNG TA 7. PHÉP MÀU HIỂN HIỆN 8. THIẾT KẾ VĨ ĐẠI thienminh.npn@gmail.com 3 4 I Mỗi chúng ta tồn tại, nhƣng chỉ trong một khoảng thời gian ngắn ngủi. Và trong chốc lát ấy khám phá chỉ một mẩu nhỏ của toàn bộ vũ trụ. Thế nhƣng con ngƣời là một giống loài biết tò mò. Ta băn khoăn, ta tìm câu trả lời. Sống trong một vũ trụ mênh mông cứ lần lƣợt tử tế rồi tàn nhẫn, ngắm nhìn thƣợng giới thăm thẳm bên trên, ngƣời ta vẫn thƣờng luôn băn khoăn với một tập hợp những câu hỏi kiểu nhƣ: Làm sao ta hiểu đƣợc thế giới ta đang sống trong đó? Vũ trụ hành xử nhƣ thế nào? Đâu là bản chất của thực tại? Tất cả đến từ đâu? Vũ trụ có cần một đấng sáng tạo? Phần lớn chúng ta không bỏ tất cả thời gian bận tâm tới những câu hỏi này, nhƣng hầu hết chúng ta đều bận tâm tới chúng vào một lúc nào đó trong khoảnh thời gian của mình. Theo truyền thống thì tuýp những câu hỏi này là dành cho triết học, nhƣng triết học đã chết từ lâu. Nó không theo kịp sự phát triển của khoa học, đặc biệt là vật lý. Các nhà khoa học đã trở thành những ngƣời mang ngọn đuốc khám phá cho sứ mệnh đi tìm tri thức. Mục đích của quyển sách này là đƣa ra những câu trả lời đƣợc đề xuất từ những khám phá và tiến triển trong các lý thuyết gần đây. Chúng dẫn ta tới một bức tranh vũ trụ mới rất khác biệt về vũ trụ và chỗ của chúng ta trong đó so với vũ trụ truyền thống mà chúng ta vẫn biết, và bức tranh đó thậm chí còn khác biệt ngay với những gì chúng ta đã vẽ nên chỉ một hai thập kỉ trƣớc đó. Tuy nhiên, những đƣờng phác họa cho khái niệm mới này có thể lần ngƣợc lại từ trƣớc đó gần một thế kỉ. Theo khái niệm truyền thống về vũ trụ, mọi đối tƣợng chuyển động theo những quỹ đạo xác định cụ thể và có một lịch sử xác định. Chúng ta có thể xác định vị trí chính xác của chúng tại mỗi thời điểm. Dù cho lối miêu tả này rất thành công cho các mục đích thƣờng ngày, vào thập niên 1920 ngƣời ta phát hiện rằng nó không thể miêu tả chính xác các hành vi có vẻ kì quặc quan sát đƣợc trên các thực thể ở phạm vi nguyên tử và dƣới nguyên tử. Thay vào đó là sự cần thiết phải tiếp nhận một cơ cấu vật lý mới, gọi là vật lý lƣợng tử. Các lý thuyết lƣợng tử hóa ra vừa chính xác một cách đáng ngạc nhiên khi đƣợc dùng để dự đoán các hiện tƣợng ở phạm vi này, đồng thời có thể tái tạo ra những dự đoán của các lý thuyết cổ điển khi áp dụng cho thế giới vĩ mô trong cuộc sống thƣờng ngày. Dù vậy, lý thuyết lƣợng tử và cổ điển lại dựa trên những khái niệm rất khác nhau về thực tại vật lý. 5 Thuyết lƣợng tử có thể đƣợc trình bày theo nhiều cách khác nhau, nhƣng cách mô tả gần với trực giác nhất đã đƣợc đề ra bởi Richard (Dick) Feynman, một nhân vật muôn màu muôn vẻ làm việc tại Viện Công nghệ California (California Institution of Technology – Caltech - lnd) và chơi trống vỗ tại một con ngõ nối ra phố. Theo Feynman, một hệ không chỉ có một lịch sử mà là mọi lịch sử khả dĩ. Trong khi đi tìm các câu trả lời, chúng ta sẽ giải thích chi tiết cách tiếp cận của Feynman, và áp dụng nó để khám phá ý tƣởng về một vũ trụ mà bản thân nó không có một lịch sử duy nhất, hay thậm chí cũng không có một sự tồn tại độc lập. Đó dƣờng nhƣ là một ý tƣởng khác biệt từ căn bản, thậm chí đối với nhiều nhà vật lý. Quả thật, giống nhƣ nhiều ý tƣởng trong khoa học ngày nay, nó có vẻ vi phạm trực giác chung. Nhƣng trực giác chung lại dựa trên kinh nghiệm hằng ngày của chúng ta, không dựa trên bản thân vũ trụ nhƣ nó đƣợc phô bày qua các kì quan công nghệ có thể cho phép chúng ta nhìn sâu vào các nguyên tử hoặc ngoảnh ngƣợc về vũ trụ thuở xa xƣa. Trƣớc thời của vật lý hiện đại ngƣời ta vẫn có một niềm tin tổng quát là tất cả kiến thức của thế giới có thể đạt đƣợc từ những quan sát trực tiếp, mọi vật tồn tại theo cách chúng hiện ra, và đƣợc nhận thức thông qua các giác quan của chúng ta. Tuy nhiên thành công ngoạn mục của vật lý hiện đại, dựa trên những khái niệm giống nhƣ của Feynman vốn xung đột với kinh nghiệm hằng ngày, đã cho thấy chuyện đó không thành vấn đề. Cái nhìn ngờ nghệch về thực tại từ đó không thể tƣơng thích với vật lý hiện đại. Để đƣơng đầu với những nghịch lý ấy chúng ta sẽ tiếp thu một lối tiếp cận gọi là thực tại phụ thuộc mô hình luận. Nó dựa trên ý tƣởng rằng bộ não chúng ta diễn dịch tín hiệu vào từ các cơ quan cảm nhận bằng cách tạo ra một mô hình của thế giới. Một khi mô hình đó giải thích thành công các hiện tƣợng, chúng ta có xu hƣớng gán cho nó, cũng nhƣ các yếu tố và khái niệm tạo nên nó, phẩm chất của thực tại hay còn gọi là chân lý tuyệt đối. Nhƣng có những cách khác nhau để mô hình hóa cùng một tình huống vật lý, mỗi cách áp dụng những yếu tố và khái niệm cơ bản khác nhau. “…Và đây triết lý của tôi” 6 Nếu hai lý thuyết vật lý hay mô hình dự đoán chính xác cùng một sự kiện, không ai có thể nói cái nào thực hơn cái nào; thay vào đó, chúng ta tự do chọn bất kì mô hình nào là thuận tiện nhất. Suốt lịch sử khoa học, chúng ta đã phát hiện ra một chuỗi các lý thuyết hay mô hình càng về sau càng tốt hơn cái có trƣớc nó, từ Plato tới thuyết cổ điển của Newton cho tới lý thuyết lƣợng tử hiện đại. Rất tự nhiên khi xuất hiện câu hỏi: Liệu tiến trình này có cuối cùng chạm tới điểm kết thúc, một lý thuyết tối hậu cho vũ trụ có thể bao gộp tất cả các lực và tiên đoán mọi quan sát chúng ta có thể thấy, hay chúng ta sẽ mãi mãi tiếp tục tìm ra những lý thuyết tốt hơn, nhƣng không bao giờ chạm tới đƣợc một lý thuyết không thể cải tiến thêm đƣợc nữa? Chúng ta chƣa có câu trả lời nhất định cho câu hỏi này, nhƣng hiện giờ ta đang có một ứng viên cho lý thuyết tối thƣợng về mọi thứ, nếu có, gọi là thuyết M. Thuyết M là mô hình duy nhất có tất cả các đặc tính mà chúng ta nghĩ lý thuyết cuối cùng phải có, và nó sẽ là lý thuyết mà phần lớn thảo luận sau này của chúng ta sẽ dựa trên nó. Thuyết M không phải là lý thuyết theo lối nghĩ thông thƣờng. Nó là cả một gia đình các lý thuyết khác nhau, mỗi cái là một cách mô tả tốt cho riêng những quan sát trong một phạm vi các tình huống vật lý. Nó từa tựa nhƣ bản đồ. Nhƣ vẫn thƣờng biết, ngƣời ta không thể vẽ toàn bộ bề mật trái đất trên một bản đồ đơn lẻ. Phép chiếu Mercator thông dụng dùng cho các bản đồ thế giới luôn khiến các khu vực phình rộng dần ra về phía bắc và nam mà lại không thể che phủ cả cực Bắc cũng nhƣ cực Nam. Để vẽ đƣợc trọn vẹn trái đất, ngƣời ta phải dùng một bộ các bản đồ. Mỗi cái che phủ một khu vực có giới hạn. Khi hai bản đồ chồng lấn lên nhau, chúng sẽ chỉ tới cùng một khu vực. Thuyết M cũng tƣơng tự. Các lý thuyết khác nhau trong gia đình thuyết M có thể trông rất khác nhau, nhƣng chúng đều có thể coi nhƣ những khía cạnh của một lý thuyết cơ sở. Tất cả chúng đều là các phiên bản của thuyết M và chỉ áp dụng đƣợc trong một số phạm vi có giới hạn – ví dụ, khi các đại lƣợng cụ thể giống nhƣ năng lƣợng vẫn còn bé. Giống nhƣ những bản đồ lấn lên nhau trong phép chiếu Mercator, khi phạm vi của các phiên bản khác nhau này chồng lấn, chúng sẽ dự đoán cùng một hiện tƣợng. Nhƣng cũng nhƣ việc không có bản đồ phẳng nào đủ tốt để đại diện cho toàn bộ bề mặt trái đất, không có một lý thuyết đơn lẻ nào có thể là đại diện tốt cho mọi quan sát trong mọi tình huống. 7 Chúng ta sẽ mô tả làm cách nào thuyết M có thể sẽ đƣa ra câu trả lời cho tạo hóa. Theo thuyết M, vũ trụ của chúng ta không phải là vũ trụ duy nhất. Ngƣợc lại, thuyết M dự đoán vô vàn các vũ trụ đƣợc tạo ra từ hƣ không. Sự kiến tạo của chúng không đòi hỏi sự can thiệp của một đấng siêu nhiên hay còn gọi là Chúa. Thay vào đó, vô vàn các vũ trụ này ló dạng một cách tự nhiên từ các định luật vật lý. Chúng là các dự đoán của khoa học. Mỗi vũ trụ đó có nhiều lịch sử khả dĩ và nhiều trạng thái có thể có vào những thời điểm về sau, ví dụ nhƣ vào những lúc nhƣ hiện tại, rất lâu sau sự bắt đầu của chúng. Phần lớn những trạng thái này là hoàn toàn khác biệt với vũ trụ chúng ta quan sát đƣợc và hoàn toàn không thích hợp cho bất kì dạng sống nào. Chỉ một số rất ít cho phép những sinh vật nhƣ chúng ta tồn tại. Nên chính sự hiện diện của chúng ta đã chọn ra từ mênh mông trong số này này chỉ những vũ trụ tƣơng thích với sự tồn tại của chúng ta. Mặc dù chúng ta bé mọn và không đáng kể so với tầm vóc vũ trụ, điều này khiến ta thấy mình trong vai chúa tể của tạo hóa. Để hiểu đƣợc vũ trụ ớ mức độ sâu sắc nhất, chúng ta không chỉ cần biết cách mà nó hành xử, mà còn phải vì sao nó hành xử. Vì sao có thứ gì đó hơn là hư không? Vì sao chúng ta tồn tại? Tại sao là bộ các định luật này mà không phải một tập hợp nào khác? Đây là Câu hỏi Tối Hậu của Sự Sống, Vũ Trụ và của Mọi thứ. Chúng ta sẽ nỗ lực trả lời những câu hỏi đó trong quyển sách này. Câu trả lời của chúng ta sẽ không giống nhƣ trong “Cẩm nang cho người quá giang tới Ngân Hà”, đơn giản là “42”. Bản đồ thế giới Thực tế có thể đòi hỏi một chuỗi các thuyết chồng lấn lên nhau để đại diện cho vũ trụ, cũng nhƣ ta cần các bản đồ gối chồng lên nhau để đại diện cho trái đất 8 9 II Skoll chú sói sống trong rừng Woe Cứ bay ra là lại dọa chị Hằng Mặt Trời kia sao cứ mãi trốn chạy Sói Hati dòng dõi của Hridvinir Trong thần thoại Viking, Skoll và Hati rƣợt đuổi mặt trăng và mặt trời. Khi hai con sói chộp đƣợc một trong hai, thiên thực sẽ xuất hiện. Khi điều đó xảy ra, con ngƣời trên mặt đất lại nháo nhào đi giải cứu mặt trăng, mặt trời bằng cách gây ra càng nhiều tiếng động càng tốt nhằm dọa bọn sói. Cũng có những thần thoại tƣơng tự vậy trong các nền văn hóa khác. Nhƣng sau một thời gian ngƣời ta phải nhận ra là mặt trời hay mặt trăng rồi cũng ló dạng khỏi thiên thực bất chấp việc họ có chạy lòng vòng vừa la hét vừa gõ vào đồ vật hay không. Thêm một thời gian nữa ngƣời ta nhận ra là thiên thực không xảy ra ngẫu nhiên: chúng xảy ra theo những kiểu mẫu thƣờng xuyên lặp lại chính chúng. Trình tự này dễ thấy nhất đối với mặt trăng và đã cho phép ngƣời Babylon cổ đại dự đoán khá chính xác các lần nguyệt thực dù họ không nhận ra rằng đó là do trái đất đã ngăn cản ánh sáng từ mặt trời. Nhật thực vốn khó dự đoán hơn nhiều bởi vì nó chỉ có thể thấy đƣợc trong một vệt hẹp rộng khoảng 30 dặm trên trái đất. Tuy nhiên, một khi đã nắm bắt đƣợc, các kiểu mẫu ấy chứng tỏ rằng thiên thực chẳng phải dựa trên những cơn hứng tùy tiện của các đấng siêu nhiên, mà thực ra đều bị chi phối bởi các định luật. 10 Mặc cho những thành công trong dự đoán chuyển động của các thiên thể, phần lớn sự kiện trong tự nhiên trông không thề đoán trƣớc đối với tổ tiên của chúng ta. Núi lửa, động đất, bão tố, dịch hại và cả cái móng chân mọc vẹo đều có vẻ nhƣ xảy ra không có lý do rõ ràng hay không theo quy cách nào. Vào thời cổ đại thật là hiển nhiên khi đổ cho một phe phái những thần thể ma mãnh hay quái ác là nguyên nhân cho những vận động bạo lực của tự nhiên. Tai họa thƣờng đƣợc giáng xuống nhƣ là dấu hiệu cho thấy ai đó đã xúc phạm các vị thần. Ví dụ, vào khoảng năm 5600 TCN ngọn núi lửa Mazama ở Oregon bùng nổ, mƣa đất đá và tro bụi cháy rực hàng năm trời, và sau nhiều năm mƣa rơi nƣớc dâng đầy miệng hố mà ngày nay gọi là Hồ Lõm. Ngƣời da đỏ Klamath ở vùng Oregon có một truyền thuyết khá ăn khớp với các chi tiết địa kiến tạo của sự kiện nhƣng họ cho thêm một chút kịch tính bằng cách mô tả một con ngƣời nhƣ nguồn căn của thảm họa này. Năng lực tội lỗi của con ngƣời thật lớn đến nỗi họ luôn luôn tìm ra cách nào đó để kết tội mình. Theo nhƣ truyền thuyết, Llao, tù trƣởng của Âm Giới phải lòng cô con gái xinh đẹp của vị tù trƣởng Klamath. Cô khƣớc từ ông ta, và để trả thù Llao tìm cách hủy diệt Klamath trong lửa. May mắn thay, theo truyền thuyết, Skell, tù trƣởng của Thƣợng Giới đã rủ lòng thƣơng con ngƣời và giao chiến với địch thủ âm giới của ông. Tới cuối cùng Llao, trọng thƣơng, rút về bên trong ngọn Mazana, để lại một cái lỗ khổng lồ, chính là hố lõm chứa đầy nƣớc sau này. Thiên thực Ngƣời cổ đại chẳng biết đƣợc điều thật sự gây ra thiên thực, nhƣng họ hẳn đã phải chú ý tới quy cách xảy ra của chúng. [...]... điểm xác định nào đó (Một ngƣời có thể sử dụng các định luật để lần theo một hệ ngƣợc về trƣớc đó theo thời gian.) Cùng với niềm tin vừa hồi sinh về các định luật của tự nhiên các nỗ lực mới để dàn xếp các định luật này với ý niệm về Chúa cũng bắt đầu xuất hiện Theo Descartes, Chúa có thể tự ý hoán đổi chân lý hay phi lý của các tuyên bố theo luân thƣờng hay các định lý toán học, tự nhiên không làm việc... sự nhận thức logic Dựa trên niềm tin của mình về nguồn gốc của các định luật tự nhiên theo logic, Aristotle và những ngƣời đi theo ông cảm giác rằng ngƣời ta có thể “suy ra” các định luật đó không cần chú ý nhiều tới việc tự nhiên thực sự hành xử nhƣ thế nào Điều đó, cùng sự tập trung vào vì sao các đối tƣợng tuân theo các quy tắc hơn là thực sự các quy tắc này là gì, chủ yếu toàn dẫn ông tới những... nghiên cứu có giá trị hơn nhiều so với các hiện tƣợng tự nhiên Còn thực ra, năm 1277 Giám mục Tempier của Paris, theo chỉ dụ của giáo hoàng John XXI, đã xuất bản một danh sách 219 sai phạm hay còn gọi là những điều dị giáo mà sẽ bị kết tội Trong số các điều dị giáo có tƣ tƣởng về một tự nhiên tuân theo các định luật, vì điều này xung đột với sự toàn năng của Chúa Điều thú vị là Giáo Hoàng John đã bị mất... 2600 năm về trƣớc, mọi thứ bắt đầu thay đổi Tƣ tƣởng tin rằng tự nhiên tuân theo những nguyên tắc phi mâu thuẫn vốn có thể giải mã đƣợc đã nổi lên Và rồi bắt đầu cho một quá trình lâu dài nhằm thay thế cho niềm tin vào sự cai trị của các vị thần bằng khái niệm về một vũ trụ chi phối bởi các định luật tự nhiên, và đƣợc tạo ra theo một bản thảo mà ngày nào đó ta có thể học đƣợc cách đọc nó Xét trên chiều... Chúa phải có khả năng trì hoãn các định luật để thi triển phép màu Ngay cả Newton cũng tin vào phép màu theo một kiểu Ông nghĩ rằng quỹ đạo của các hành tinh phải không ổn định bởi vì hấp dẫn trọng trƣờng của một hành tinh lên hành tinh khác sẽ gây ra xáo trộn tới các quỹ đạo và sự xáo trộn sẽ tích lũy theo thời gian dẫn đến kết quả là các hành tinh hoặc sẽ rơi vào mặt trời hoặc sẽ bị quăng khỏi thái dƣơng... thuyết của họ không đƣợc phát triển nhằm mục đích tìm kiếm sự xác minh từ thực nghiệm Do thế nếu một học giả tuyên bố một nguyên tử di chuyển theo một đƣờng thẳng cho tới khi nó va phải một nguyên tử thứ hai và một học giả khác tuyên bố một nguyên tử di chuyển theo đƣờng thẳng cho tới khi nó đâm vào một quái vật ba mắt, thì cũng chẳng có cách nào khách quan đề dàn xếp cuộc tranh luận Cùng với đó, không... trái đất nên ở 25 trung tâm của vũ trụ Trong mô hình của Ptolemy trái đất đứng yên ở trung tâm và các hành tinh và ngôi sao di chuyển chung quanh nó theo những quỹ đạo phức tạp liên quan tới những tạp luân, nhƣ những vòng xoay trên những vòng xoay Vũ trụ theo Ptolemy Trong cái nhìn của Ptolemy, chúng ta sống ở trung tâm vũ trụ Mô hình này có vẻ tự nhiên vì ta không cảm thấy trái đất dƣới chân mình chuyển... trên niềm tin rằng có một thế giới thực tại ở bên ngoài với các đặc tính xác định và độc lập với ngƣời quan sát đang nhận thức nó Theo khoa học cổ điển, các đối tƣợng cụ thể tồn tại và có các đặc tính vật lý, tỉ nhƣ tốc độ và khối lƣợng, vốn có những giá trị xác định cụ thể Theo quan điểm này các giả thuyết của chúng ta là những nỗ lực để mô tả các đối tƣợng đó và đặc tính của chúng, và các đo đạc và... hiện một thiên hà chƣa ai từng thấy.” Theo thực tại phụ thuộc mô hình luận, sẽ là vô ích khi đi hỏi có không một mô hình thực, mà chỉ cần có không việc mô hình đó đồng thuận với quan sát Nếu có cả hai mô hình cùng đồng thuận với quan sát, thì không ai có thể nói cái nào thực hơn cái nào Ngƣời ta có thể dùng bất kì mô hình nào tiện lợi hơn trong từng tình huống theo đánh giá Ví dụ, nếu một ngƣời đang... tử Dẫu các proton và neutron đƣợc nói là tạo thành từ các quark, chúng ta sẽ không bao giờ thấy một quark vì lực liên kết giữa các quark tăng theo sự chia tách, 32 cho nên các quark biệt lập, tự do không thể tồn tại trong tự nhiên Thay vào đó, chúng luôn tồn tại theo những nhóm ba (tạo thành proton hay neutron), hoặc các cặp đôi của một quark và một phản quark (các hạt meson pi), và biểu hiện giống nhƣ . nào đó trong khoảnh thời gian của mình. Theo truyền thống thì tuýp những câu hỏi này là dành cho triết học, nhƣng triết học đã chết từ lâu. Nó không theo kịp sự phát triển của khoa học, đặc. niệm mới này có thể lần ngƣợc lại từ trƣớc đó gần một thế kỉ. Theo khái niệm truyền thống về vũ trụ, mọi đối tƣợng chuyển động theo những quỹ đạo xác định cụ thể và có một lịch sử xác định giả tuyên bố một nguyên tử di chuyển theo một đƣờng thẳng cho tới khi nó va phải một nguyên tử thứ hai và một học giả khác tuyên bố một nguyên tử di chuyển theo đƣờng thẳng cho tới khi nó đâm