Vũ trụ trong một vỏ hạt

Vũ trụ vỏ hạt Tác giả: Stephen Hawking Người dịch: Dạ Trạch CHƯƠNG LƯỢC SỬ VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI Eistein thiết lập hai lý thuyết kỷ hai mươi: Lý thuyết tương đối rộng lý thuyết lượng tử Albert Einstein, cha đẻ thuyết tương đối hẹp thuyết tương đối rộng sinh Ulm, Đức vào năm 1879 Một năm sau gia đình ông chuyển đến Munich, đó, cha ông – Herman cậu ông – Jacob khởi kinh doanh đồ điện không thành công Einstein thần đồng có người cho ông học sinh cá biệt phổ thông lại cường điệu Năm 1894 công việc làm ăn cha ông bị đổ bể nên gia đình chuyển đến Milan Gia đình định ông nên lại để hoàn thành bậc học phổ thông, ông không thích chủ nghĩa độc đoán trường học nên sau tháng ông đoàn tụ với gia đình Ý Sau ông tốt nghiệp phổ thông Zurich tốt nghiệp đại học trường Bách khoa liên bang vào năm 1900 Bản tính hay tranh luận và ác cảm với quyền lực không mang cho ông chân giáo sư trường Bách khoa liên bang không giáo sư trường mời ông làm trợ giảng, mà thời đường bình thường để theo đuổi nghiệp khoa học Cuối hai năm sau ông xoay sở việc Văn phòng sáng chế Bern Ông làm việc thời gian ông viết ba báo, hai đưa ông trở thành nhà khoa học hàng đầu giới bắt đầu hai cách mạng tư tưởng làm thay đổi hiểu biết không gian, thời gian thân thực vào năm 1905 Gần cuối kỷ thứ 19, nhà khoa học tin họ gần mô tả vũ trụ cách toàn vẹn Họ cho không gian lấp đầy loại vật chất liên tục gọi Ê-te Ánh sáng tín hiệu vô tuyến sóng lan truyền ê-te giống sóng âm lan truyền không khí Và tất điều cần làm cho lý thuyết hoàn thiện phép đo xác để xác định tính đàn hồi ête Thực phép đo xây dựng hoàn chỉnh phòng thí nghiệm Jefferson trường đại học Harvard mà không dùng đến đinh sắt để tránh làm nhiễu phép đo từ trường yếu Tuy người xây dựng hệ đo quên viên gạch nâu đỏ xây nên phòng thí nghiệm phần lớn tòa nhà Harvard chứa lượng lớn sắt Ngày tòa nhà sử dụng, họ không đinh sắt sàn thư viện trường nâng đỡ sức nặng Vào cuối kỷ 19, ý tưởng trái ngược có mặt ê-te bắt đầu xuất Người ta tin ánh sáng chuyển động với tốc độ xác định so với ê-te bạn chuyển động hướng với ánh sáng ê-te bạn thấy ánh sáng chuyển động chậm hơn, bạn chuyển động ngược hướng với ánh sáng bạn thấy ánh sáng di chuyển nhanh Và loạt thí nghiệm để chứng minh điều thất bại Albert Michelson Edward Morley trường khoa học ứng dụng Cleveland, bang Ohio thực thí nghiệm cẩn thận xác vào năm 1887 Họ so sánh tốc độ ánh sáng hai chùm sáng vuông góc với Vì trái đất tự quay quanh quay quanh mặt trời nên dụng cụ thí nghiệm di chuyển ête với tốc độ hướng thay đổi Nhưng Michelson Morley cho thấy khác biệt hai chùm sáng Hình ánh sáng truyền với tốc độ người quan sát, không phụ thuộc vào tốc độ hướng người chuyển động Dựa thí nghiệm Michelson-Morley, nhà vật lý người Ai-len tên George Fitzgerald nhà vật lý người Hà Lan tên Hendrik Lorentz giả thiết vật thể chuyển động ê-te co lại thời gian bị chậm Sự co chậm lại đồng hồ làm cho tất người đo tốc độ ánh sáng không phụ thuộc vào việc họ chuyển động ê-te (George Fitzgerald Hendrik Lorentz coi ê-te loại vật chất có thực) Tuy vậy, năm 1905, Eistein viết báo người ta biết người ta chuyển động không gian hay không khái niệm ê-te không cần thiết Thay vào đó, ông bắt đầu giả thuyết định luật khoa học xuất tất người quan sát chuyển động tự Đặc biệt họ đo tốc độ ánh sánh không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động họ Tốc độ ánh sáng độc lập với chuyển động người quan sát theo tất hướng Ý tưởng đòi hỏi phải từ bỏ ý nghĩ cho tồn đại lượng phổ quát gọi thời gian đo tất đồng hồ Thay vào đó, người có thời gian riêng họ Thời gian hai người giống hai người đứng yên tương nhau, thời gian khác hai người chuyển động tương Giả thuyết khẳng định nhiều thí nghiệm, có thí nghiệm gồm hai đồng hồ xác bay theo hướng ngược vòng quanh trái đất quay lại cho thấy thời gian có sai lệch chút Giả thuyết gợi ý muốn sống lâu người nên bay hướng đông tốc độ trái đất bổ sung vào tốc độ máy bay Tuy bữa ăn máy bay rút ngắn sống bạn nhiều nhiều lần phần nhỏ giây mà bạn có Giả thuyết Einstein cho định luật khoa học xuất tất người quan sát chuyển động tự sở thuyết tương đối Gọi ngụ ý có chuyển động tương đối quan trọng Vẻ đẹp đơn giản giả thuyết thuyết phục nhiều nhà tư tưởng, nhiên, có nhiều ý kiến trái ngược Einstein vứt bỏ hai khái niệm tuyệt đối khoa học kỷ 19: đứng yên tuyệt đối – đại diện ê-te thời gian tuyệt đối phổ quát mà tất đồng hồ đo Rất nhiều người thấy khái niệm không bình thường Họ hỏi, giả thuyết ngụ ý tất thứ tương đối, tiêu chuẩn đạo đức tuyệt đối? Sự bứt rứt tiếp diễn suốt năm 20 30 kỷ 20 Khi Einstein trao giải Nobel vào năm 1921 công trình quan trọng ông cho đời vào năm 1905 Lúc đó, thuyết tương đối không nhắc đến gây nhiều tranh cãi (đến nhận vài ba thư hàng tuần nói Einstein sai) Tuy vậy, nay, nhà vật lý hoàn toàn chấp nhận thuyết tương đối, tiên đoán kiểm chứng ứng dụng Một hệ quan trọng thuyết tương đối hệ thức khối lượng lượng Giả thiết Einstein tốc độ ánh sáng tất người quan sát ngụ ý chuyển động nhanh ánh sáng Nếu ta dùng lượng để gia tốc vật đó, dù hạt hay tàu vũ trụ, khối lượng vật gia tăng với tốc độ khó gia tốc thêm Ta gia tốc hạt đến tốc độ ánh sáng ta cần lượng lớn vô để làm điều Khối lượng lượng tương đương điều tổng kết phương trình tiếng E = mc2 Có lẽ phương trình vật lý mà nhìn thấy viết đường phố Một số hệ phương trình hạt nhân nguyên tử Uranium phân ră thành hạt nhân nhỏ có tổng khối lượng nhỏ khối lượng hạt nhân ban đầu, việc giải tỏa lượng vô lớn Vào năm 1939, mà khả chiến tranh giới lờ mờ xuất hiện, nhóm nhà khoa học nhận tầm quan trọng thuyết phục Einstein vượt qua lưỡng lự thân để điền tên ông vào thư gửi Tổng thống Roosevelt nhằm thúc giục Hoa Kỳ khởi động chương trình nghiên cứu hạt nhân Việc dẫn đến dự án Manhattan kết quả bom nguyên tử ném xuống Hiroshima Nagasaki vào năm 1945 Một số người đổ tội cho Einstein bom nguyên tử ông khám phá mối liên hệ khối lượng lượng; điều giống đổ tội cho Newton gây vụ tai nạn máy bay phát định luật hấp dẫn Sau báo gây chấn động vào năm 1905, Einstein trở lên tiến giới Nhưng đến tận năm 1909 ông mời vào làm việc trường đại học Zurich đó, ông từ bỏ công việc văn phòng sáng chế Thụy Sỹ Hai năm sau ông chuyển sang đại học Đức Prague, ông quay trở lại Zurich vào năm 1912, lần ông trường Bách khoa liên bang Mặc dù chủ nghĩa chống Do thái (anti-semitism) phổ biến châu Âu, trường đại học, ông tài sản quý trường đại học Có nhiều đề nghị làm việc đến từ Vienna Utrecht, ông chấp nhận vị trí Viện hàn lâm khoa học Prussian Berlin ông đảm nhiệm công việc giảng dạy Ông chuyển đến Berlin vào tháng năm 1914 sau lâu vợ hai ông chuyển đến với ông Cuộc hôn nhân ông gặp nhiều sóng gió, vậy, vợ ông nhanh chóng trở lại Zurich Mặc dầu ông trở lại thăm họ cuối hôn nhân họ tan vỡ Sau Einstein lấy người em họ tên Elsa sống Berlin Trong năm chiến tranh ông sống độc thân ràng buộc gia đình, có lẽ thời kỳ thăng hoa ông mặt khoa học Mặc dầu thuyết tương đối phù hợp với định luật điện từ lại không tích hợp với định luật hấp dẫn Newton Định luật Newton nói lượng vật chất vùng không gian bị thay đổi trường hấp dẫn mà tạo toàn vũ trụ thay đổi Điều có nghĩa người ta gửi tín hiệu nhanh ánh sáng (mâu thuẫn với thuyết tương đối); để hiểu tức thời có nghĩa gì, người ta lại cần đến khái niệm thời gian tuyệt đối phổ quát, điều lại loại bỏ thời gian cá nhân Năm 1907, Einstein nhận khó khăn ông làm việc văn phòng sáng chế Bern, phải đến ông Prague vào năm 1911 ông suy nghĩ vấn đề cách nghiêm túc Ông nhận có mối liên hệ mật thiết gia tốc trường hấp dẫn Một người hộp đóng kín thang máy chẳng hạn nhận biết hộp đứng yên trường hấp dẫn trái đất hay bị gia tốc tên lửa không gian (tất nhiên lúc trước kỷ nguyên Star Trek, Einstein nghĩ người đứng thang máy tàu vũ trụ) Nhưng người ta gia tốc rơi tự lâu thang máy trước tai nạn xảy ra! Nếu trái đất phẳng ta nói táo rơi xuống đầu Newton hấp dẫn Newton bề mặt trái đất bị gia tốc lên trên, hai cách nói tương đương Sự tương ứng gia tốc hấp dẫn không trái đất hình cầu, vậy- người mặt trái đất bị gia tốc theo chiều ngược lại đứng khoảng cách không đổi với Nhưng ông quay lại Zurich vào năm 1912, ông có bước đột phá nhận tương ứng hình dáng không thời gian bị bẻ cong không thẳng người ta nghĩ thời điểm Ý tưởng ông khối lượng lượng làm cong không thời gian theo cách xác định Các vật thể táo hành tinh cố gắng chuyển động thẳng không thời gian, quỹ đạo chúng bị bẻ cong trường hấp dẫn không thời gian bị cong Với giúp đỡ Marcel Grossmann, Einstein nghiên cứu lý thuyết không gian mặt phẳng cong Georg Friedrich Riemann phát triển trước Tuy vậy, Riemann nghĩ có không gian bị bẻ cong Điều làm cho Einstein nghĩ không thời gian bị bẻ cong Einstein Grossmann viết chung báo vào năm 1913, họ đẩy ý tưởng mà nghĩ lực hấp dẫn biểu cong không thời gian Tuy vậy, sai lầm Einstein gây (Einstein người nhầm lẫn), họ tìm phương trình liên hệ độ cong không gian với khối lượng lượng Einstein tiếp tục nghiên cứu vấn đề Berlin, không bị ảnh hưởng vấn đề gia đình chủ yếu không bị ảnh hưởng chiến tranh, ông tìm thấy phương trình vào tháng 11 năm 1915 Ông trao đổi ý tưởng ông với nhà toán học David Hilbert chuyến thăm trường đại học Gottingen vào mùa hè năm 1915, Hilbert tìm phương trình tương tự cách độc lập trước Einstein vài ngày Tuy nhiên, thân Hilbert thừa nhận, tác quyền lý thuyết thuộc Einstein Ý tưởng liên hệ hấp dẫn với độ cong không thời gian ông Đây lời khen cho nước Đức vào thời điểm trao đổi thảo luận khoa học diễn mà không bị ảnh hưởng chiến tranh Điều hoàn toàn trái ngược với kỷ nguyên Đức quốc xã (Nazi) 20 năm sau Lý thuyết cong không thời gian gọi thuyết tương đối rộng để phân biệt với lý thuyết ban đầu lực hấp dẫn người biết đến với tên thuyết tương đối hẹp Lý thuyết khẳng định thí nghiệm ấn tượng vào năm 1919, thám hiểm nhà khoa học người Anh phía Tây châu Phi quan sát độ lệch nhỏ ánh sáng đến từ gần mặt trời trình nhật thực Đây chứng trực tiếp cho thấy không thời gian bị bẻ cong, khích lệ thay đổi lớn người nhận thức vũ trụ mà sống từ Euclid viết sách Hình học sở vào khoảng 300 năm trước Công nguyên Thuyết tương đối rộng Einstein biến không thời gian từ vai trò khung thụ động tượng xảy trở thành tác nhân chủ động chuyển động vũ trụ Điều dẫn tới toán lớn mối quan tâm hàng đầu vật lý kỷ 20 Vũ trụ tràn đầy vật chất vật chất bẻ cong không thời gian theo cách làm cho vật thể rơi vào Einstein thấy phương trình ông nghiệm mô tả vũ trũ tĩnh không thay đổi theo thời gian Thay việc từ bỏ vũ trụ vĩnh cửu mà ông phần lớn người khác tin, ông thêm vào số hạng gọi số vũ trụ cách khiên cưỡng Hằng số làm cong không thời gian theo hướng ngược lại, vật thể chuyển động xa Hiệu ứng đẩy số vũ trụ cân với hiệu ứng hút vật chất, cho phép ông thu vũ trụ tĩnh Đây may bị đáng tiếc vật lý thuyết Nếu Einstein dừng lại phương trình ban đầu ông, ông tiên đoán vũ trụ giãn nở co lại Khả vũ trụ thay đổi theo thời gian xem xét cách nghiêm túc có quan sát thu từ kính thiên văn 2,5 m đặt đỉnh Wilson vào năm 1920 Những quan sát cho thấy thiên hà xa chuyển động xa nhanh Vũ trụ giãn nở với khoảng cách thiên hà tăng dần theo thời gian Phát loại bỏ có mặt số vũ trụ để có vũ trụ tĩnh Sau Einstein nói số vũ trụ sai lầm lớn đời ông Tuy vậy, ngày nay, người ta thấy số vũ trụ hoàn toàn sai lầm: quan sát gần mô tả chương gợi ý thực có số vũ trụ nhỏ Thuyết tương đối rộng thay đổi hoàn toàn việc bàn luận nguồn gốc số phận vũ trụ Một vũ trụ tĩnh tồn mãi tạo với hình dạng thời điểm khứ Tuy vậy, thiên hà rời xa nhau, điều có nghĩa khứ chúng gần Khoảng 15 tỷ năm trước đây, chúng chập lại với mật độ lớn Trạng thái linh mục Công giáo tên Georges Lemaitre, người nghiên cứu nguồn gốc vụ trụ gọi “nguyên tử nguyên thủy” mà ngày gọi vụ nổ lớn Dường Einstein chưa nghiên cứu vụ nổ lớn cách nghiêm túc Rõ ràng ông nghĩ mô hình đơn giản vũ trụ giãn nở đồng không người ta theo dõi chuyển động thiên hà khứ vận tốc biên thiên hà làm cho chúng không chạm vào Ông nghĩ trước vũ trụ pha co lại trượt qua để chuyển sang pha dãn nở với mật độ trung bình Tuy vậy, biết phản ứng hạt nhân vũ trụ ban đầu tạo lượng lớn nguyên tố nhẹ mà quan sát xung quanh, mật độ cần phải lớn 0.64 tấn/cm3 nhiệt độ phải tỷ độ Hơn quan sát phông vi sóng mật độ đạt đến 10 26 tấn/cm3 Ngày biết thuyết tương đối rộng cua Eistein không cho phép vũ trụ trượt qua để đến pha dãn nở Như thảo luận chương 2, Roger Pensose thuyết tương đối rộng tiên đoán vũ trụ bắt đầu vụ nổ lớn Do đó, lý thuyết Einstein tiên đoán thời gian, có khởi đầu ông không thích ý tưởng cho Thậm chí Einstein miễn cưỡng thừa nhận thuyết tương đối rộng tiên đoán thời gian kết thúc nặng chúng giai đoạn cuối đời chúng không đủ nhiệt lượng để cân với lực hấp dẫn thân chúng Lực hấp dẫn cố làm chúng nhỏ Einstein nghĩ rằng, kết thúc đời trạng thái cuối cùng, ngày biết trạng thái cuối cho có khối lượng lớn hai lần khối lượng mặt trời Các tiếp tục co lại chúng trở thành hố đen, vùng mà không thời gian bị bẻ cong ánh sáng thoát khỏi Penrose cho thấy thuyết tương đối rộng tiên đoán thời gian kết thúc hố đen, thân nhà du hành vũ trụ không may bị rơi vào Nhưng điểm khởi đầu kết thúc thời gian nơi mà phương trình thuyết tương đối rộng xác định Do lý thuyết không tiên đoán tham gia vụ nổ lớn Một số người thấy biểu cho tự Chúa sáng tạo giới theo bất lỳ cách mà ngài muốn, người khác (trong có tôi) cảm thấy khởi đầu vũ trụ điều khiển định luật khoa học mà điều khiển vũ trụ thời điểm sau vũ trụ hình thành Chúng ta đạt số tiến vấn đề này, mô tả chương 3, chưa hiểu hoàn toàn nguồn gốc vũ trụ Lý mà thuyết tương đối không thời điểm vụ nổ lớn thuyết tương đối không tích hợp với lý thuyết lượng tử, cách mạng khác tư tưởng vào thời điểm đầu kỷ 20 Bước đầu tiến tới thuyết lượng tử thực vào năm 1900, Max Plank Berlin khám phá xạ phát từ vật thể nóng đỏ giải thích ánh sáng phát bị hấp thụ theo lượng rời rạc gọi lượng tử (quanta) Một số báo cách mạng ông viết năm 1905, ông làm việc văn phòng sáng chế, Einstein chứng minh giả thuyết lượng tử Plank giải thích hiệu ứng gọi hiệu ứng quang điện, hiệu ứng này, kim loại phát điện tử bị ánh sáng chiếu vào Hiệu ứng là sở đầu thu ánh sáng vô tuyến, nhờ công trình Einstein trao giải Nobel vật lý Einstein tiếp tục nghiên cứu lý thuyết lượng tử năm 1920, ông băn khoăn công trình Heisenberg Copenhagen, Paul Dirac Cambridge Erwin Schrodinger Zurich, người phát triển tranh thực gọi học lượng tử Những hạt tí hon vị trí tốc độ xác Thay vào đó, người ta xác định vị trí hạt xác người ta khó xác định vận tốc nhiêu ngược lại Einstein khó chịu yếu tố ngẫu nhiên, bất định định luật ông chưa chấp nhận hoàn toàn học lượng tử Suy nghĩ ông thể câu châm ngôn “chúa không chơi trò xúc sắc” Tuy vậy, phần lớn nhà khoa học chấp nhận tính đắn lý thuyết lượng tử chúng giải thích loạt tượng khó hiểu trước phù hợp với quan sát Các quy luật lượng tử sở cho phát triển hóa học, sinh học phân tử, điện tử đại sở cho công nghệ thay đổi giới 50 năm qua Tháng 12 năm 1932, nhận thấy Đức quốc xã Hitler lên nắm quyền, Eistein rời nước Đức tháng sau ông từ bỏ quyền công dân để giành trọn 20 năm đời lại cho Viện nghiên cứu cấp cao Princeton, bang New Jersey Ở Đức, đảng quốc xã tiến hành chiến dịch chống lại “khoa học Do thái” nhiều nhà khoa học Đức người Do thái, nên nguyên nhân làm cho người Đức không chế tạo bom nguyên tử Einstein thuyết tương đối ông đối tượng chiến dịch Khi hỏi sách xuất với tiêu đề 100 tác giả chống lại Einstein ông trả lời: “Tại lại trăm? Nếu sai đủ” Sau chiến hai, ông thúc giục nước đồng minh thiết lập tổ chức quốc tế kiểm soát bom nguyên tử Năm 1948, ông mời làm tổng thống nhà nước Israel non trẻ ông từ chối Một lần ông nói: “chính trị thời, có phương trình vĩnh cửu” Các phương trình thuyết tương đối Einstein bia ghi nhận công lao ông Chúng tồn mãi vũ trụ Trong vài trăm năm qua, giới thay đổi nhiều kỷ trước Nguyên nhân thành tựu kinh tế hay trị mà phát triển vượt bậc công nghệ xây dựng khoa học Vậy xứng đáng biểu tượng cho tiến Einstein? CHƯƠNG HÌNH DÁNG CỦA THỜI GIAN Thuyết tương đối rộng Einstein cho thời gian hình dáng Nó tích hợp với thuyết lượng tử nào? Thời gian gì? Một thánh ca nói: thời gian luồng chảy vô tận theo bao mơ ước Nó có phải tuyến đường ray xe lửa hay không? Có thể thời gian có vòng lặp phân nhánh nhờ tới lại quay lại ga trước đường ray Một tác giả kỷ 19 tên Charles Lamb viết: “không có làm bối rối thời gian không gian, chưa nghĩ nó” Hầu hết người chẳng bận tâm thời gian không gian, chúng được, đôi lúc tất tự hỏi thời gian gì, bắt đầu dẫn đâu Theo tôi, lý thuyết mang tính khoa học thời gian khái niệm khác dựa triết lý khoa học hiệu nhất: phương pháp thực chứng (positivism) nhà triết học Karl Popper cộng đưa Theo phương pháp tư lý thuyết khoa học mô hình toán học mô tả giải mã quan sát mà thu Một lý thuyết tốt mô tả nhiều tượng dựa số giả thiết tiên đoán tượng kiểm chứng Nếu tiên đoán phù hợp với thực nghiệm lý thuyết vượt qua đợt kiểm chứng người ta không chứng minh lý thuyết xác Mặt khác, lý thuyết không phù hợp với tiên đoán cần loại bỏ sửa đổi lý thuyết (ít điều cần xảy Trên thực tế, người ta thường đặt câu hỏi độ xác quan sát khía cạnh đạo đức người thực quan sát đó) Nếu người ta đứng quan điểm thực chứng giống người ta không nói thực thời gian Tất việc mà người ta mô tả kiện tìm phù hợp tốt với mô hình toán học thời gian tiên đoán kiện Isaac Newton cho mô hình toán học thời gian không gian Các nguyên lý toán học (Principia Mathematica), xuất năm 1687 Newton giữ ghế giáo sư Lucasian trường đại học Cambridge, vị trí mà giữ nay, mặc dù, lúc ghế Newton không điều khiển điện tôi! Trong mô hình Newton, thời gian không gian khung cho kiện xảy không gian thời gian không làm ảnh hưởng đến kiện xảy Thời gian tách biệt khỏi không gian coi đơn tuyến, coi đường ray tàu hỏa dài vô tận theo hai hướng Bản thân thời gian xem vĩnh cửu theo nghĩa tồn tại, tồn mãi Nhưng ngược lại, phần lớn người nghĩ vũ trụ với trạng thái gần giống sáng tạo cách vài ngàn năm Điều làm nhà triết học ví Immanuel Kant, nhà tư tưởng người Đức, trăn trở Nếu thực vũ trụ sáng tạo thời điểm lại phải đợi khoảng thời gian vô tận trước đó? Mặt khác, vũ trụ tồn mãi kiện xảy tương lai lại không xảy khứ, ngụ ý lịch sử kết thúc? Đặc biệt là, vũ trụ lại không đạt đến trạng thái cân nhiệt vật có nhiệt độ? Kant gọi vấn đề “sự tự mâu thuẫn lý tính túy” (antinomy of pure reason), dường mâu thuẫn lô-gíc; lời giải Nhưng mâu thuẫn bối cảnh mô hình toán học Newton, thời gian đường thẳng, độc lập với kiện xảy vũ trụ Tuy nhiên, thấy chương 1, Einstein đề xuất mô hình toán học hoàn toàn mới: thuyết tương đối rộng Kể từ báo Einstein đời, bổ sung vài sửa đổi mô hình không gian thời gian dựa mô hình mà Einstein đề xuất Chương chương sau mô tả tư tưởng phát triển kể từ báo cách mạng Einstein Đó câu chuyện thành công nhiều người, tự hào đóng góp phần nhỏ công sức vào câu chuyện Thuyết tương đối rộng kết hợp chiều thời gian với ba chiều không gian để tạo thành gọi không thời gian (spacetime) Lý thuyết giải thích hiệu ứng hấp dẫn phân bố vật chất lượng vũ trụ làm cong biến dạng không thời gian, không thời gian không phẳng Các vật thể không thời gian cố gắng chuyển động theo đường thẳng, không thời gian bị cong nên quĩ đạo chúng bị cong theo Các vật thể chuyển động thể chúng bị ảnh hưởng trường hấp dẫn Một cách hình dung thô thiển, không thời gian giống cao su Khi ta đặt viên bi lớn tượng trưng cho mặt trời lên cao su Trọng lượng viên bi kéo cao su làm cho bị cong gần mặt trời Nếu ta lăn viên bi nhỏ lên cao su chúng không lăn thẳng qua chỗ viên bi lớn mà thay vào chúng di chuyển xung quanh nó, giống hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời Sự hình dung không hoàn toàn phần hai chiều không gian bị bẻ cong, thời gian không bị biến đổi giống lý thuyết Newton Trong thuyết tương đối rộng, lý thuyết phù phợp với nhiều thực nghiệm, thời gian không gian gắn liền với Người ta làm cong không gian mà không làm biến đổi thời gian Do thời gian có hình dáng Bằng cách làm cong không gian thời gian, thuyết tương đối biến chúng từ khung thụ động mà kiện xảy thành tác nhân động tham gia vào kiện Trong lý thuyết Newton thời gian tồn độc lập với tất vật khác, ta hỏi: Chúa làm trước sáng tạo vũ trụ? Như thánh Augustin trả lời rằng, ta không nên nói đùa điều đó, có trót hỏi ông trả lời “Ngài chuẩn bị địa ngục cho kẻ tò mò” Đó câu hỏi nghiêm túc mà người suy nghĩ nhiều kỷ Theo thánh Augustin, trước Chúa tạo thiên đường trái đất, Ngài không làm Thực ý tưởng gần với tư tưởng đại Trong thuyết tương đối rộng, không thời gian vũ trụ không tồn độc lập với Chúng định phép đo vũ trụ số dao động tinh thể thạnh anh đồng hồ chiều dài thước Trong vũ trụ thời gian định nghĩa điều dễ hiểu, cần có giá trị bé lớn – hay nói cách khác, có khởi đầu kết thúc Việc hỏi xảy trước thời gian bắt đầu xảy sau thời gian kết thúc vô nghĩa lúc không xác định Việc xác định mô hình toán học thuyết tương đối rộng tiên đoán vũ trụ thân thời gian có bắt đầu hay kết thúc hay không hiển nhiên vấn đề quan trọng Định kiến cho thời gian vô tận theo hai hướng phổ biến nhà vật lý lý thuyết có Einstein Mặt khác, có nhiều câu hỏi rắc rối sáng thế, câu hỏi nằm phạm vi nghiên cứu khoa học Trong nghiệm phương trình Einstein, thời gian có bắt đầu có kết thúc, tất nghiệm đặc biệt, có nhiều phép đối xứng Người ta cho rằng, vật thể suy sụp lực hấp dẫn thân nó, áp lực vận tốc biên (sideway) tránh cho vật chất không rơi vào điểm mà mật độ vật chất trở nên vô hạn Tương tự thế, người ta theo dõi dãn nở vũ trụ khứ, người ta thấy vật chất vũ trụ không xuất phát từ điểm có mật độ vô hạn Một điểm có mật độ vô hạn gọi điểm kỳ dị điểm khởi đầu kết thúc thời gian Năm 1963, hai nhà khoa học người Nga Evgenii Lifshitz and Isaac Khalatnikov khẳng định chứng minh tất nghiệm phương trình Einstein cho thấy vật chất vận tốc xếp cách đặc biệt Xác xuất để vũ trụ xắp xếp đặc biệt gần không Hầu hết tất nghiệm biểu diễn trạng thái vũ trụ tránh điểm kỳ dị với mật độ vô hạn: trước pha giãn nở, vũ trụ cần phải có pha co lại vật chất bị kéo vào không va chạm với sau rời pha giãn nở Nếu thời gian liên tục mãi từ vô tận khứ tới vô tận tương lai Luận Lifshitz Khalatnikov không thuyết phục tất người Thay vào đó, Roger Penrose chấp nhận cách tiếp cận khác không dựa nghiên cứu chi tiết nghiệm phương trình Einstein mà dựa cấu trúc bao trùm không thời gian Trong thuyết tương đối, không thời gian không bị cong khối lượng vật thể mà bị cong lượng Năng lượng luôn dương, không thời gian bị uốn cong bẻ cong hướng tia sáng lại gần Bây xem xét nón ánh sáng khứ, đường không thời gian mà tia sáng từ thiên hà xa xôi đến hôm Trong giản đồ thể nón sáng, thời gian biểu diễn phương thẳng đứng không gian biểu diễn phương nằm ngang, vị trí đỉnh nón sáng Khi khứ, tức từ đỉnh xuống phía nón, thấy thiên hà thời điểm sớm vũ trụ Vì vũ trụ giãn nở tất thứ gần nhau, nên nhìn xa khứ nhìn lại vùng không gian có mật độ vật chất lớn Chúng ta quan sát thấy phông xạ vi sóng (microwave background) lan tới dọc theo nón ánh sáng khứ từ thời điểm xa xưa mà vũ trụ đặc, nóng Bằng cách điều khiển máy đo tần số vi sóng khác nhau, đo phổ xạ (sự phân bố lượng theo tần số) Chúng ta tìm thấy phổ đặc trưng cho xạ từ vật thể với nhiệt độ 2,7 độ K Bức xạ vi sóng không đủ mạnh để làm nóng bánh piza, phổ phù hợp cách xác với phổ xạ từ vật có nhiệt độ 2,7 độ K, điều 10 đến từ câu chuyện viễn tưởng khoa học, khái niệm toán học định nghĩa rõ ràng: thời gian đo số mà ta gọi số ảo Ta nghĩ số thực bình thường số 1, 2, -3,5, v v tương ứng với vị trí đường thẳng kéo dài từ trái sang phải: điểm giữa, số thực dương nằm bên phải số thực âm nằm bên trái Các số ảo biểu diễn vị trí nằm đường thẳng vuông góc: điểm nằm giữa, số ảo dương nằm phía số ảo âm vẽ phía Do đó, số ảo coi loại số nằm vuông góc với số thực bình thường Vì chúng thành phần toán học nên chúng không cần phải tương ứng với thực vật lý nào; có số ảo cam hóa đơn điện thoại ảo Người ta nghĩ điều ngụ ý số ảo trò chơi toán học mà chẳng có liên quan đến thực Tuy vậy, quan điểm triết học thực chứng, người ta định nghĩa thực Tất điều mà người ta làm tìm mô hình toán học mô hình mô tả vũ trụ mà sống Hóa mô hình toán học có chứa thời gian ảo không tiên đoán hiệu ứng mà quan sát mà tiên đoán hiệu ứng mà chưa thể đo Tuy chưa đo lý khác mà tin vào hiệu ứng Vậy thực ảo ảnh gì? Liệu khác biệt chúng có đầu óc hay không? Lý thuyết tương đối rộng cổ điển (tức tính lượng tử) Einstein kết hợp thời gian thực ba chiều khác không gian thành không thời gian bốn chiều Nhưng chiều thời gian thực khác biệt với ba chiều không gian Vũ trụ tuyến (world line) hay lịch sử người quan sát tăng theo thời gian thực (tức thời gian chuyển động từ khứ đến tương lai), vũ trụ tuyến lại tăng giảm theo chiều không gian Nói cách khác, người ta quay ngược lại không gian quay ngược lại thời gian Mặt khác, thời gian ảo vuông góc với thời gian thực, nên thời gian hành xử trục không gian thứ tư Do vậy, thời gian có nhiều kiện xảy đường ray xe lửa thời gian thực (thời gian thực có điểm khởi đầu kết thúc thành đường vòng) Với ý nghĩa ảo này, thời gian có hình dáng Để thấy kiện xảy ra, coi không thời gian ảo cầu, giống bề mặt trái đất Giả thiết thời gian ảo độ đường vĩ tuyến Khi lịch sử vũ trụ thời gian ảo bắt đầu Nam Cực Câu hỏi “Cái xảy trước vũ trụ hình thành?” trở nên vô nghĩa Đơn giản thời gian trước vũ trụ hình thành không định nghĩa, giống điểm nằm phía nam Nam Cực Nam Cực điểm hoàn toàn bình thường bề mặt trái đất, định luật khoa học Nam Cực giống điểm khác trái đất Điều gợi ý khởi đầu vũ trụ thời gian ảo điểm bình thường không thời gian, gợi ý định luật khoa học điểm khởi đầu 16 thời gian giống thời điểm khác vũ trụ (nguồn gốc lượng tử tiến hóa vũ trụ thảo luận chương sau) Ta thấy kiện khác xảy coi thời gian ảo độ đường kinh tuyến trái đất Tất đường kinh tuyến gặp Bắc Cực Nam Cực Do đó, cực, thời gian dừng ta coi thời gian ảo trôi tương tự độ kinh tuyến tăng lên Hình dung người đứng hai cực hướng đông hướng tây (theo hướng kinh tuyến tăng) tự quay quanh đứng yên chỗ Điều tương tự cách mà thời gian thực dừng lại chân trời hố đen Chúng ta cần nhận thấy dừng lại thời gian thực ảo (hoặc thời gian thực ảo dừng, thời gian dừng) có nghĩa không thời gian có nhiệt độ, giống phát điều cho hố đen Hố đen nhiệt độ mà hành xử có đại lượng gọi entropy Entropy đo số trạng thái nội (số cách mà bên hố đen định hình) mà hố đen có Một người quan sát bên không nhận thấy có khác biệt số trạng thái nội hố đen Người quan sát quan sát khối lượng, quay điện tích hố đen mà Entropy hố đen cho công thức đơn giản mà dã tìm vào năm 1974 Nó tỷ lệ với diện tích chân trời hố đen: có chút thông tin trạng thái nội hố đen đơn vị diện tích chân trời Điều cho thấy có mối quan hệ sâu sắc hấp dẫn lượng tử nhiệt động học – môn khoa học nhiệt (môn có nghiên cứu entropy) Nó gợi ý hấp dẫn lượng tử cho biết mà người ta gọi phương pháp chụp ảnh ba chiều (holography) Vì lý mà thông tin trạng thái lượng tử vùng không thời gian mã hóa biên vùng không thời gian Số chiều biên không thời gian hai chiều so với vùng bên Điều giống việc chụp ảnh ba chiều mặt phẳng hai chiều Nếu hấp dẫn lượng tử kết hợp chẽ với nguyên lý chụp ảnh ba chiều điều cho phép ta theo dõi kiện bên hố đen Việc tiên đoán xạ thoát khỏi hố đen hay không điều quan trọng Nếu ta không làm điều tiên đoán tương lai cách đầy đủ nghĩ Vấn đề thảo luận chương Kỹ thuật chụp ảnh ba chiều bàn luận lại chương Dường sống một màng-3 chiều (3-brane) – mặt bốn chiều (ba chiều không gian chiều thời gian) Mặt bốn chiều lại biên vùng năm chiều với chiều lại bị cuộn lại nhỏ Trạng thái vũ trụ màng giải mã kiện xảy vùng năm chiều CHƯƠNG VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT Vũ trụ có nhiều lịch sử, lịch sử xác định hạt tí hon Có thể bị giam vỏ hạt Và tự coi chúa tể khoảng không vô tận - Shakespeare, Hamlet, hồi 2, cảnh 17 (nguyên văn: I could be bounded in a nutshell And count myself a king of infinitive space ) Hamlet muốn nói rằng, mặt vật lý, loài người bị giới hạn, trí óc tự khám phá toàn vũ trụ táo bạo đến nơi mà Star Trek sợ không dám đặt chân – nơi mà phép đến ác mộng Vũ trụ vô tận lớn? Và vũ trụ vĩnh cửu trường thọ? Làm mà trí óc hữu hạn hiểu vũ trụ vô hạn? Có phải liều lĩnh thử trả lời câu hỏi đó? Chúng ta không may giống Prometheus, người lấy cắp lửa thần Zeus cho người sử dụng bị trừng phạt liều lĩnh sợi dây xích trói vào núi đá để đại bàng ăn gan mình, hay không? Mặc dù có câu chuyện cảnh báo trên, tin nên cố gắng hiểu vũ trụ Loài người có bước tiến đáng kể việc nhận thức vũ trụ, đặc biệt vài năm qua Chúng ta chưa có tranh hoàn chỉnh, tiến gần đến Điều rõ ràng không gian chúng liên tục liên tục Điều khẳng định dụng cụ đại kính thiên văn Hubble, cho phép thăm dò nơi sâu thẳm không gian Những điều mà nhìn thấy hàng tỷ tỷ thiên hà với hình dạng kích thước khác nhau, thiên hà gồm nhiều tỷ sao, đó, nhiều có hành tinh quay xung quanh Chúng ta sống hành tinh quay xung quanh nằm cánh tay bên dải Ngân hà hình xoắn ốc Bụi cánh tay xoắn ốc giới hạn tầm nhìn vào vùng vũ trụ nằm mặt phẳng thiên hà Nhưng nhìn rõ vùng không gian nằm mặt nón có trục vuông góc với mặt phẳng Và ta vẽ sơ đồ vị trí thiên hà xa xôi Ta thấy thiên hà phân bố tương đối đồng không gian với số nơi có mật độ dày đặc khoảng không trống rỗng Mật độ thiên hà giảm khoảng cách lớn, ta thấy chúng thiên hà xa yếu nhận chúng Với tầm quan sát người bây giờ, ta nói vũ trụ vô tận không gian Mặc dù vị trí không gian, vũ trụ không thay đổi, chắn thay đổi theo thời gian Điều biết vào năm đầu kỷ 20 Trước đó, người ta cho vũ trụ không thay đổi theo thời gian Vũ trụ tồn thời gian vô hạn, điều dẫn đến kết luận vô lý Nếu xạ thời gian vô tận chúng nung nóng vũ trụ nhiệt độ chúng Thậm chí ban đêm, toàn bầu trời sáng mặt trời đường ngắm đến hay đám mây bụi bị nung nóng nhiệt độ 18 Việc thấy ban đêm bầu trời tối quan trọng Điều cho thấy vũ trụ tồn mãi trạng thái mà thấy ngày hôm Phải có xảy khứ để tỏa sáng thời gian hữu hạn trước Điều nói ánh sáng từ xa xôi chưa kịp đến chỗ Nó giải thích bầu trời ban đêm không sáng theo tất hướng Nếu từ trước đến vị trí cách vài tỷ năm chúng lại tỏa sáng? Đồng hồ nói với chúng đến lúc cần chiếu sáng? Như thấy, điều làm nhà triết học Immanuel Kant, người tin vũ trụ tồn mãi, bối rối Nhưng với phần đông người, ý tưởng cho vũ trụ sáng tạo giống ngày cách vài ngàn năm hợp lý Tuy vậy, vào thập niên 20 kỷ 20, ý tưởng khác đến từ quan sát Vesto Slipher Edwin Hubble bắt đầu xuất Năm 1923, Hubble phát thực nhiều vùng sáng gọi tinh vân (nebulae) thiên hà, tập hợp khổng lồ mặt trời khoảng cách xa Để chúng xuất nhỏ yếu khoảng cách cần phải lớn ánh sáng từ phải hàng triệu chí hàng tỷ năm đến Điều điểm bắt đầu vũ trụ vài ngàn năm trước Nhưng điều thứ hai mà Hubble quan sát quan trọng Bằng việc phân tích ánh sáng từ thiên hà khác, nhà thiên văn biết thiên hà tiến lại gần hay xa Họ ngạc nhiên phát gần hầu hết thiên hà xa Chính Hubble nhận thấy hàm ý đầy kịch tính phát này: khoảng cách lớn, thiên hà điều chuyển động xa khỏi thiên hà khác Vũ trụ giãn nở Phát giãn nở vũ trụ cách mạng trí tuệ vĩ đại kỷ 20 Tất người hoàn nhiên phát thay đổi hoàn toàn tranh cãi nguồn gốc vũ trụ Nếu thiên hà chuyển động xa khứ chúng cần phải gần Từ tốc độ giãn nở thời, ước đoán thiên hà cần phải gần mười đến mười lăm tỷ năm Như nói chương trước, Roger Penrose chứng minh thuyết tương đối rộng Einstein ngụ ý vũ trụ thân thời gian sinh vụ nổ dội Đó lời giải thích cho câu hỏi ban đêm bầu trời lại tối: không phát sáng lâu mười đến mười lăm tỷ năm, khoảng thời gian tính từ vụ nổ lớn Chúng ta quen thuộc với quan niệm cho kiện hệ kiện trước đó, đến lượt kiện trước lại hệ kiện trước Có chuỗi nhân kéo dài khứ Nhưng giả sử chuỗi nhân có điểm khởi đầu Hãy giả sử có kiện Cái gây nó? Đây câu hỏi mà nhiều nhà khoa học muốn đề cập Họ cố gắng tránh câu hỏi cách cho vũ trụ 19 điểm khởi đầu người Xô Viết níu kéo nguồn gốc vũ trụ không nằm địa hạt khoa học mà thuộc siêu hình học (metaphysics) tôn giáo Theo tôi, nhà khoa học chân không làm Nếu định luật khoa học không thời điểm bắt đầu vũ trụ chúng không thời điểm khác hay không? Một định luật không định luật Chúng ta cần phải cố gắng hiểu điểm khởi đầu vũ trụ dựa sở khoa học Có thể vượt qua khả chúng ta, nên cố gắng thử làm điều Mặc dù định lý Penrose chứng minh cho thấy vũ trụ phải có điểm bắt đầu, chúng không cho biết nhiều thông tin chất khởi đầu Chúng vũ trụ bắt đầu vụ nổ lớn, điểm mà toàn vũ trụ tất thứ bị nén vào điểm có mật độ vô hạn Tại điểm này, thuyết tương đối rộng Einstein không đúng, đó, dùng để tiên đoán vũ trụ bắt đầu Con người chưa hiểu nguồn gốc vũ trụ hiển nhiên nằm phạm vi khoa học Các nhà khoa học không hài lòng với kết luận Như chương chương rõ, lý thuyết tương đối không gần vụ nổ lớn không tích hợp với nguyên lý bất định, yếu tố ngẫu nhiên thuyết lượng tử mà Einstein phản đối dựa Chúa không chơi trò xúc xắc Tuy tất chứng cho thấy Chúa tay chơi bạc Người ta nghĩ vũ trụ sòng bạc khổng lồ với xúc xắc gieo vòng số quay có dịp Bạn nghĩ điều khiển sòng bạc vụ làm ăn may rủi bạn có khả hết tiền xúc xắc gieo hay vòng số quay Nhưng với số lớn vụ đánh cược, số lần thắng thua trung bình đoán được, kết lần cụ thể không đoán trước Những chủ sòng bạc biết tỷ lệ trung bình có lợi cho họ Điều giải thích chủ sòng bạc giàu Cơ hội để bạn thắng họ đặc cược tất số tiền bạn vào số lần gieo xúc xắc quay số Vũ trụ giống Khi vũ trụ lớn ngày nay, có số lớn lần gieo xúc xắc, kết trung bình đoán trước Vì định luật cổ điển hệ lớn Nhưng vũ trụ nhỏ, giống gần thời điểm vụ nổ lớn, có số lần gieo xúc xắc, nguyên lý bất định trở lên quan trọng Vì vũ trụ gieo xúc xắc hoài để xem xảy nên vũ trụ lịch sử người ta nghĩ Thay vào đó, vũ trụ có tất lịch sử khả dĩ, lịch sử có xác xuất riêng Phải có lịch sử vũ trụ Belize đạt huy chương vàng kỳ Olympic xác xuất vũ trụ thấp Ý tưởng vĩ trụ có nhiều lịch sử nghe chuyện khoa học viễn tưởng, ngày khoa học chấp nhận Ý tưởng nhà vật lý vĩ đại, người đầy cá tính Richard Feynman đề xuất Bây kết hợp thuyết tương đối rộng Einstein ý tưởng vũ trụ có nhiều lịch sử Feynman thành lý thuyết thống hoàn toàn mô tả 20 thứ xảy vũ trụ Lý thuyết thống cho phép ta tính vũ trụ phát triển ta biết lịch sử bắt đầu Nhưng thân lý thuyết không nói cho biết vũ trụ bắt đầu hay trạng thái ban đầu vũ trụ Để biết điều cần gọi điều kiện, quy tắc biên Các điều kiện biên nói cho biết xảy rìa vũ trụ, biên không thời gian Nếu rìa vũ trụ điểm bình thường không thời gian, qua tuyên bố lãnh thổ bên rìa vũ trụ phần vũ trụ Mặt khác, biên vũ trụ nằm đường lởm chởm không thời gian mà không thời gian bị cuộn lại mật độ lớn vô khó xác định điều kiện biên có ý nghĩa Tuy vậy, đồng nghiệp Jim Hartle nhận có khả thứ ba Vũ trụ biên không thời gian Thoạt nhìn, điều mâu thuẫn trực tiếp với định lý mà Perose chứng minh, chúng cho thấy vũ trụ cần phải có điểm khởi đầu, biên thời gian Tuy vậy, giải thích chương 2, có loại thời gian gọi thời gian ảo vuông góc với thời gian thực bình thường mà trải nghiệm Lịch sử vũ trụ theo thời gian thực xác định lịch sử theo thời gian ảo ngược lại, hai loại lịch sử khác Đặc biệt vũ trụ cần có khởi đầu kết thúc thời gian ảo Thời gian ảo hành xử giống hệt trục khác không gian Cho nên lịch sử vũ trụ thời gian ảo coi mặt cong giống bóng, mặt phẳng, hình yên ngựa có bốn chiều thay hai chiều Nếu lịch sử vũ trụ tiến đến vô hạn giống hình yên ngựa hay mặt phẳng người ta gặp vấn đề việc rõ điều kiện biên vô hạn Nhưng người ta tránh phải không cần điều kiện biên lịch sử vũ trụ nằm thời gian ảo mặt đóng, giống bề mặt trái đất Bề mặt trái đất biên rìa Không có báo cáo đáng tin việc người bị rơi khỏi trái đất! Nếu lịch sử vũ trụ thời gian ảo thực mặt đóng Hartle đề xuất điều có ý nghĩa quan trọng triết học hình dung nơi sinh Vũ trụ hoàn toàn tự thân (self-contained); không cần bên lên giây cót cho đồng hồ vũ trụ làm cho hoạt động Thay vào đó, tất thứ vũ trụ xác định định luật khoa học lần gieo xúc xắc vũ trụ Điều nghe xa xỉ điều mà nhiều nhà khoa học khác tin Hơn nữa, vũ trụ điều kiện biên vũ trụ lịch sử Vũ trụ có nhiều lịch sử Feynman đề xuất Sẽ có lịch sử thời gian ảo tương ứng với mặt đóng khả dĩ, lịch sử thời gian ảo xác định lịch sử thời gian thực Vậy nên có nhiều trạng thái cho vũ trụ Cái chọn vũ trụ đặc biệt mà sống khỏi khỏi tập hợp tất vũ trụ khả dĩ? Một điểm mà cần ý nhiều lịch sử vũ trụ không trải qua chuỗi kiện hình thành thiên hà sao, chuỗi 21 kiện lại quan trọng phát triển riêng Trong sinh vật có trí tuệ khó tiến hóa thiên hà việc tồn sinh vật có khả đặt câu hỏi “Tại vũ trụ lại ngày nay?” giới hạn lịch sử Điều ngụ ý vũ trụ thiểu số lịch sử bao gồm thiên hà Đây ví dụ nguyên lý gọi nguyên lý vị nhân (anthropic principle) Nguyên lý vị nhân nói vũ trụ cần phải gần giống thấy vũ trụ khác để quan sát Rất nhiều nhà khoa học không thích nguyên lý vị nhân mơ hồ nhiều khả tiên đoán Nhưng nguyên lý vị nhân rút từ công thức xác dường quan trọng giải vấn đề nguồn gốc vũ trụ Như nói chương 2, thuyết-M cho phép số lớn lịch sử vũ trụ Phần lớn số không phù hợp cho phát triển đời sống trí tuệ; chúng trống rỗng, tồn thời gian ngắn bị uốn cong nhiều không ổn số khía cạnh Đúng theo ý tưởng Feynman vũ trụ có nhiều lịch sử, xác suất lịch sử diện sinh vật trí tuệ cao Thực việc có lịch sử mà có mặt sinh vật có trí tuệ không quan trọng Chúng ta quan tâm đến nhóm lịch sử có sống có trí tuệ phát triển Cuộc sống trí tuệ không thiết phải có giống người Chúng sinh vật lạ màu xanh nhỏ bé Thực chúng thông minh người Loài người sinh vật trí tuệ vũ trụ Một ví dụ sức mạnh nguyên lý vị nhân xét số chiều không gian Kinh nghiệm chung cho thấy không gian ba chiều Điều muốn nói biểu diễn vị trí điểm không gian ba số, ví dụ, vĩ độ, kinh độ độ cao mực nước biển Nhưng lại không gian ba chiều? Tại hai chiều, bốn chiều hay số chiều khác khoa học viễn tưởng? Trong thuyết-M, không gian có chín mười chiều, người ta cho có sáu bảy chiều bị cuộn lại nhỏ, lại ba chiều lớn gần phẳng mà Tại không sống lịch sử tám chiều bị cuộn nhỏ lại để lại hai chiều lớn cho nhận biết? Một sinh vật hai chiều khó tiêu hóa thức ăn Nếu có ruột chạy suốt thể chúng ruột chia sinh vật làm đôi hai mảnh rời khỏi Do đó, hai chiều phẳng không đủ cho sinh vật phức tạp sống có trí tuệ Mặt khác số chiều gần phẳng nhiều ba lực hấp dẫn hai vật thể tăng nhanh chúng tiến đến gần Điều có nghĩa hành tinh quĩ đạo bền vững quanh mặt trời Các hành tinh rơi vào mặt trời, thoát vào khoảng không tối tăm lạnh lẽo Tương tự vậy, quĩ đạo điện tử không bền, vật chất biết không tồn Vậy nên, ý tưởng vũ trụ có nhiều lịch sử cho phép số chiều gần phẳng, có lịch sử với ba chiều phẳng có sinh vật có trí tuệ Chỉ có lịch sử câu hỏi “Tại không gian có ba chiều?” đặt 22 Lịch sử đơn giản vũ trụ thời gian ảo hình cầu, giống bề mặt trái đất, có nhiều hai chiều Nó xác định lịch sử vũ trụ thời gian thực mà trải nghiệm, vũ trụ theo điểm không gian giãn nở theo thời gian Theo khía cạnh này, giống vũ trụ sống Nhưng tốc độ giãn nở nhanh, giãn nở nhanh Việc gia tốc giãn nở gọi lạm phát (inflation), giống việc giá leo thang với tốc độ chưa thấy Nói chung lạm phát giá bị coi không tốt, trường hợp vũ trụ lạm phát lại có lợi Lạm phát làm trơn chỗ trồi sụt xuất thời gian đầu vũ trụ Vì vũ trụ giãn nở, nên vũ trụ vay mượn lượng từ trường hấp dẫn để tạo thêm vật chất Năng lượng vật chất dương cân cách xác với lượng hấp dẫn âm, đó, lượng toàn phần không Khi kích thước vũ trụ tăng gấp đôi, lượng vật chất lượng hấp dẫn tăng gấp đôi – hai lần không không Giá mà giới ngân hàng đơn giản nhỉ! Nếu lịch sử vũ trụ thời gian ảo hình cầu hoàn hảo lịch sử tương ứng thời gian thực vũ trụ tiếp tục giãn nở mãi theo kiểu lạm phát Khi vũ trụ lạm phát vật chất rơi vào để hình thành thiên hà sao, sống, chưa nói đến sống trí tuệ chúng ta, phát triển Do đó, giả thiết vũ trụ có nhiều lịch sử dẫn đến lịch sử vũ trụ thời gian ảo hình cầu hoàn hảo, thú vị Tuy nhiên, lịch sử thời gian ảo hình cầu có cực nam bẹt thích đáng Trong trường hợp này, lịch sử tương ứng thời gian thực giãn nở trước tiên theo kiểu gia tốc lạm phát Nhưng sau trình giãn nở chậm dần thiên hà hình thành Để sống trí tuệ phát triển độ bẹt cực nam phải nhỏ Điều nói ban đầu vũ trụ giãn nở nhanh Mức kỷ lục lạm phát tiền tệ xuất Đức hai đại chiến giới, giá tăng đến hàng tỷ lần – mức độ lạm phát xuất vũ trụ tỷ tỷ tỷ lần Do nguyên lý bất định nên lịch sử vũ trụ có sống có trí tuệ Thay vào đó, lịch sử thời gian ảo họ gồm hình cầu biến dạng, hình cầu tương ứng với lịch sử thời gian thực mà đó, vũ trụ lạm phát thời gian dài vô hạn Chúng ta hỏi lịch sử lịch sử có khả lịch sử phép Hóa lịch sử có khả hoàn toàn không trơn tru mà có nơi trồi sụt Sự gợn sóng lịch sử có khả nhỏ, so với lịch sử trơn tru, gợn sóng vài phần trăm ngàn Tuy chúng nhỏ đo chúng Chúng thăng giáng nhỏ miền vi sóng tới từ hướng không gian Vệ tinh thăm dò phông vũ trụ (Cosmic Background Explorer) – COBE phóng vào năm 1989 lập đồ xạ vi sóng vũ trụ 23 Trên đồ vi sóng vũ trụ, màu khác cho biết nhiệt khác nhau, toàn dải nhiệt độ từ màu đỏ đến màu xanh có giá trị phần vạn độ K Cuối thay đổi vùng khác vũ trụ sơ khai đủ để lực hút hấp dẫn bổ sung vùng vũ trụ đặc làm cho vùng ngừng giãn nở suy sập lực hấp dẫn thân chúng để hình thành thiên hà Do đó, nguyên lý, đồ xạ vi sóng vũ trụ có màu xanh cho toàn cấu trúc vũ trụ Tính chất lịch sử vũ trụ mà thích hợp cho xuất sinh vật có trí tuệ nào? Xem có nhiều khả phụ thuộc vào lượng vật chất vũ trụ Nếu vật chất vũ trụ lớn lượng tới hạn lực hút hấp dẫn thiên hà làm chậm thiên hà chí dừng không cho chúng bay xa Sau thiên hà bắt đầu rơi vào tất tới vụ co lớn (big crunch) Vụ co lớn kết thúc lịch sử vũ trụ thời gian thực Nếu mật độ vũ trụ thấp giá trị tới hạn, lực hấp dẫn yếu để ngăn cản thiên hà rời xa mãi Tất đốt cháy hết nhiên liệu, vũ trụ trở lên loãng lạnh Cho nên, lần nữa, đến hồi kết theo cách kịch tính Nhưng dù kết cục vũ trụ tồn thêm vài tỷ năm Vũ trụ có thứ giống vật chất gọi “năng lượng chân không” (vacuum energy), lượng chân không diện không gian trống rỗng Từ phương trình tiếng Einstein, E=mc 2, lượng chân không có khối lượng Điều nói lượng chân không gây hiệu ứng hấp dẫn lên giãn nở vũ trụ Nhưng điều đáng nói hiệu ứng hấp dẫn lượng chân không gây lại ngược lại với hiệu ứng hấp dẫn vật chất gây Vật chất làm trình giãn nở chậm lại làm dừng đảo ngược trình Ngược lại, lượng chân không lại gia tốc trình giãn nở giống giai đoạn lạm phát Thực ra, lượng chân tác động số vũ trụ nhắc đến chương mà Einstein bổ sung vào phương trình ông vào năm 1917 ông nhận thấy phương trình không đưa đến nghiệm biểu diễn cho vũ trụ tĩnh Sau Hubble phát vũ trụ giãn nở, người ta không thấy cần phải đưa số vũ trụ vào phương trình nữa, Einstein cho số vũ trụ sai lầm Tuy vậy, số vũ trụ lại hoàn toàn sai lầm Như nói chương 2, ngày nhận thấy lý thuyết lượng tử nói không thời gian lấp đầy thăng giáng lượng tử Trong lý thuyết siêu đối xứng, lượng dương âm vô hạn thăng giáng trạng thái triệt tiêu hạt có spin khác Nhưng không trông đợi lượng âm dương triệt tiêu hoàn toàn không sót lại lượng chân không nhỏ bé, hữu hạn nào, vũ trụ không nằm trạng thái siêu đối xứng Điều ngạc nhiên lượng chân không nhỏ cách lâu người ta nhận Có thể ví dụ nguyên lý vị nhân Một lịch sử có lượng chân không lớn không hình thành thiên hà, đó, sinh vật hỏi câu 24 hỏi “Tại lượng chân không lại có giá trị giá trị mà thấy?” Chúng ta cố gắng thử xác định lượng vật chất lượng chân không vũ trụ từ quan sát khác Ta biểu diễn kết giản đồ có trục hoành mật độ lượng trục tung lượng chân không Đường chấm biên giới vùng mà sinh vật trí tuệ phát triển Mỗi quan sát siêu mới, đám thiên hà phông xạ vi sóng vạch giới hạn giản đồ May mắn thay, ba vùng có khu vực giao Nếu mật độ vật chất lượng chân không nằm khu vực giao trình giãn nở vũ trụ ban đầu nhanh sau chậm dần Hình lạm phát qui luật tự nhiên Trong chương này, thấy trình tìm hiểu tính chất vũ trụ rộng lớn khái niệm lịch sử vũ trụ thời gian ảo diễn Cái vũ trụ thời gian ảo hình cầu nhỏ bé bẹt, giống vỏ hạt Hamlet, nhiên, hạt lại giải mã tất thứ xảy thời gian thực Do vậy, Hamlet hoàn toàn Chúng ta bị giới hạn vỏ hạt coi chúa tể khoảng không vô tận CHƯƠNG TIÊN ĐOÁN TƯƠNG LAI Sự biến thông tin hố đen làm giảm khả tiên đoán tương lai Nhân loại mong muốn điều khiển tương lai, đoán trước điều xảy Đó lý ngành chiêm tinh học lại phổ biến đến Chiêm tinh học cho kiện xảy trái đất liên quan đến chuyển động hành tinh bầu trời Đây giả thiết kiểm chứng cách khoa học, không, giả thiết kiểm chứng cách khoa học nhà chiêm tinh dám mạo hiểm nói dự đoán chắn mà kiểm tra Tuy nhiên, họ đủ thông minh để nói dự đoán mơ hồ với kết Những phát biểu kiểu “Các mối quan hệ cá nhân trở lên mãnh liệt hơn” “Bạn có may tài chính” không bị chứng minh sai Nhưng lý mà phần đông nhà khoa học không tin vào chiêm tinh học chứng phi khoa học thiếu chứng khoa học mà không phù hợp với lý thuyết khác kiểm chứng thực nghiệm Khi Copernicus Galileo phát hành tinh quay quanh mặt trời quay quanh trái đất, Newton tìm định luật hấp dẫn điều khiển chuyển động hành tinh chiêm tinh học trở lên đáng ngờ Tại vị trí hành tinh khác trời chúng nhìn từ trái đất lại có mối tương quan với đại phân tử tự gọi sinh vật có trí tuệ sống tiểu hành tinh? Chiêm tinh học phải làm cho tin vào tương quan Các lý thuyết trình bày sách không chiêm tinh học chỗ thêm 25 chứng thực nghiệm để củng cố lý thuyết đó, ta tin lý thuyết phù hợp với lý thuyết kiểm chứng Sự thành công định luật Newton lý thuyết vật lý khác dẫn đến ý tưởng định luận khoa học (scientific determinism) Ý tưởng nhà khoa học người Pháp tên Marquis de Laplace đưa lần vào đầu kỷ thứ mười chín Laplace cho biết vị trí tọa độ tất hạt vũ trụ thời điểm định luật vật lý cho phép đoán trạng thái vũ trụ thời điểm khác khứ tương lai Nói cách khác, định luận khoa học mà đoán trước tương lai không cần đến chiêm tinh học Tất nhiên thực tế đơn giản định luật hấp dẫn Newton dẫn đến phương trình mà giải cách xác cho hệ có nhiều hai hạt Hơn nữa, phương trình thường có tính chất biết hỗn loạn, đó, thay đổi nhỏ vị trí vận tốc thời điểm dẫn đến tính chất hoàn toàn khác thời điểm Những người xem phim Công viên kỷ Jura (Jurassic Park) biết, xáo trộn nhỏ nơi gây thay đổi lớn nơi khác Một bướm vỗ cánh Tokoy gây mưa công viên trung tâm New York Điều phiền phức chuỗi kiện tính lặp lại Lần sau bướm vỗ cánh, loạt kiện khác khác kiện ảnh hưởng đến thời tiết Đó lý dự báo thời tiết không đáng tin cậy Do vậy, nguyên lý định luật điện động lực học lượng tử cho phép tính toán tất thứ hóa học sinh học, nhiều thành công việc đoán trước hành vi người từ phương trình toán học Tuy nhiên, gặp phải khó khăn thực tiễn thế, nguyên tắc, phần lớn nhà khoa học an ủi với ý tưởng cho tương lai dự báo Thoạt nhìn định luận khoa học bị nguyên lý bất định đe dọa Nguyên lý bất định nói đo xác vị trí vận tốc hạt thời điểm Chúng ta đo ví trí xác xác định vận tốc xác nhiêu, ngược lại Lối giải thích định luận khoa học Laplace cho biết vị trí vận tốc hạt thời điểm xác định vị trí vận tốc chúng thời điểm khứ tương lai Nhưng làm mà làm điều từ đầu nguyên lý bất định không cho biết vị trí vận tốc thời điểm? Dù máy tính tốt nữa, cung cấp liệu đầu vào sai nhận dự đoán sai lầm Tuy vậy, định luận khôi phục dạng khác lý thuyết gọi học lượng tử, tương thích với nguyên lý bất định Trong học lượng tử, nói cách gần đúng, ta dự đoán cách xác nửa điều mà ta mong muốn thực quan điểm Laplace cổ điển 26 Trong học lượng tử, hạt vị trí vận tốc xác định trạng thái hạt biểu diễn gọi hàm sóng Tại vị trí không gian, hàm sóng số cho biết xác xuất mà hạt tìm thấy vị trí Tốc độ thay đổi hàm sóng từ điểm đến điểm khác cho biết khả để hạt có vận tốc khác Một số hàm sóng có đỉnh nhọn điểm cụ thể không gian Trong trường hợp này, độ bất định vị trí hạt nhỏ Trên giản đồ ta thấy trường hợp đó, hàm sóng thay đổi nhanh gần đỉnh sóng, hàm sóng tăng nhanh sườn giảm nhanh phía sườn Điều có nghĩa phân bố xác suất vận tốc trải vùng giá trị lớn Hay nói cách khác, độ bất định vận tốc lớn Mặt khác, xem hàm sóng thoai thoải độ bất định vị trí lớn độ bất định vận tốc lại nhỏ Vậy nên, việc mô tả hạt hàm sóng không cho ta vị trí vận tốc xác Giờ ta thấy hàm sóng tất mà ta xác định Thậm chí cho Chúa biết vị trí vận tốc hạt giấu không cho biết Các lý thuyết “biến số ẩn” (hidden variable) không phù hợp với quan sát thực nghiệm Hơn nữa, Chúa bị giới hạn nguyên lý bất định biết vị trí vận tốc hạt; Chúa biết hàm sóng hạt mà Tốc độ thay đổi hàm sóng theo thời gian cho phương trình gọi phương trình Schrodinger Nếu ta biết hàm sóng thời điểm dùng phương trình Schrodinger để tính hàm sóng thời điểm khác khứ tương lai Vậy nên, định luận khoa học lý thuyết lượng tử với mức độ thấp Thay cho khả đoán trước vị trí vận tốc, biết hàm sóng Hàm sóng cho biết xác vị trí vận tốc biết hai Do đó, học lượng tử, khả tiên đoán xác nửa khả tiên đoán giới quan Laplace cổ điển Với ý nghĩa giới hạn này, ta nói định luận khoa học Tuy nhiên, việc dùng phương trình Schrodinger tính hàm sóng theo thời gian (tức dự đoán điều xảy tương lai) hiển nhiên thừa nhận thời gian trôi cách trơn tru mãi khắp điểm không gian Điều rõ ràng vật lý Newton Thời gian cho tuyệt đối, tức kiện lịch sử vũ trụ đánh dấu số gọi thời gian chuỗi số trôi cách trơn tru từ vô hạn khứ đến vô hạn tương lai Đó nói cảm nhận chung thời gian cách nhìn mà phần đông người chí phần đông nhà vật lý tâm niệm Tuy nhiên vào năm 1905, thấy, thuyết tương đối hẹp vứt bỏ khái niệm thời gian tuyệt đối, đó, thời gian tự không đại lượng độc lập thể liên tục bốn chiều gọi không thời gian Trong thuyết tương đối hẹp, nhà quan sát khác chuyển động với vận tốc khác không thời gian theo hướng khác Mỗi nhà quan sát có phép đo thời gian riêng cô ta dọc theo hướng mà anh cô ta chuyển động Và nhà quan sát khác đo khoảng thời gian khác kiện 27 Do đó, thuyết tương đối hẹp, thời gian tuyệt đối để đánh dấu kiện Tuy nhiên không thời gian thuyết tương đối hẹp lại phẳng Điều có nghĩa là, thuyết tương đối hẹp, thời gian đo nhà quan sát chuyển động tự tăng cách trơn tru không thời gian từ âm vô khứ vô đến dương vô tương lai vô Chúng ta dùng phép đo thời gian phương trình Schrodinger để tính phụ thuộc hàm sóng vào thời gian Vậy nên, thuyết tương đối hẹp, có kiểu định luận lượng tử Trong thuyết tương đối rộng tình lại khác không thời gian không phẳng mà bị bẻ cong vật chất lượng Trong hệ mặt trời chúng ta, nấc thang vĩ mô, độ cong không thời gian nhỏ không ảnh hưởng đến quan niệm chung thời gian Trong trường hợp đó, dùng thời gian phương trình Schrodinger để biết phụ thuộc hàm sóng vào thời gian Tuy nhiên, cho phép không thời gian bị cong khả năng, không thời gian có cấu trúc không cho phép thời gian tăng cách trơn tru nhà quan sát trông đợi, xảy Ví dụ, không thời gian giống hình trụ thẳng đứng Chiều cao hình trụ phép đo thời gian, thời gian tăng người quan sát chạy từ âm vô đến dương vô Tuy nhiên, tưởng tượng rằng, thay cho hình trụ hình trụ với quai (hoặc “hố giun” (wormhole)) tách rời khỏi hình trụ sau lại nhập lại Do đó, phép đo thời gian có điểm dừng nơi mà quai nhập vào hình trụ chính: điểm mà thời gian dừng lại Tại điểm thời gian không tăng người quan sát Trong không thời gian dùng phương trình Schrodinger để biết phụ thuộc hàm sóng vào thời gian Hãy cẩn thận với hố giun: bạn chui từ Các hố đen nguyên nhân để nghĩ thời gian không tăng nhà quan sát Thảo luận hố đen xuất vào năm 1783 Một cựu giáo sư đại học Cambridge, John Michell trình bày luận sau đây: bắn hạt, viên đạn đại bác chẳng hạn, thẳng lên trời chuyển động lên bị chậm lại lực hấp dẫn cuối hạt dừng chuyển động lên rơi trở lại Tuy vận tốc bắn ban đầu lớn vận tốc tới hạn gọi vận tốc thoát lực hấp dẫn không đủ mạnh để dừng hạt lại hạt bay Trên trái đất, vận tốc thoát vào khoảng 12 km/giây; mặt trời giá trị vào khoảng 618 km/giây Cả hai vận tốc thoát lớn nhiều vận tốc viên đạn đại bác lại nhỏ vận tốc ánh sáng (vào khoảng 300.000 km/giây) Vậy nên ánh sáng thoát khỏi trái đất mặt trời cách không khó khăn Nhưng Michell lại lý luận có lớn nhiều lần mặt trời có vận tốc thoát lớn vận tốc ánh sáng Chúng ta nhìn thấy tia sáng phóng bị lực hấp dẫn kéo trở lại 28 Ý tưởng tối Michell dựa vật lý Newton, thời gian tuyệt đối thời gian không đếm xỉa đến kiện xảy Vậy nên, tranh vật lý cổ điển Newton, đen không ảnh hưởng đến khả tiên đoán tương lai Nhưng thuyết tương đối rộng, vật thể khổng lồ làm cong không thời gian tình lại khác hẳn Năm 1916, sau thuyết tương đối rộng đưa lần đầu tiên, Karl Schwarzschild (ông sau mắc bệnh mặt trận với Nga đại chiến giới lần thứ nhất) tìm thấy nghiệm phương trình trường thuyết tương đối rộng biểu diễn cho hố đen Trong nhiều năm, người ta không hiểu không nhận tầm quan trọng điều mà Schwarzschild tìm Bản thân Einstein không tin vào hố đen quan điểm ông phần lớn nhà khoa học có uy tín thuyết tương đối chia sẻ Tôi nhớ chuyến Paris để trình bày báo cáo phát cho thuyết lượng tử ngụ ý hố đen không hoàn toàn đen Báo cáo tẻ nhạt vào lúc gần Paris tin vào hố đen Người Pháp cảm thấy tên trou noir mà họ dịch tiếng Pháp có nghĩa tục tĩu nên thay tên astre occlu tức “ngôi ẩn” (hidden star) Tuy vậy, dù ẩn tên khác không nhận nhìn nhận công chúng tên hố đen Đây tên Archibald Wheeler đưa Ông nhà vật lý Mỹ, người gây nhiều cảm hứng cho công trình lĩnh vực Sự phát quasar vào năm 1963 gây bùng phát nghiên cứu lý thuyết hố đen nỗ lực quan sát để nhìn thấy chúng (hình 4.10) Đây tranh ghép lại Hãy xem xét điều tin lịch sử có khối lượng lớn gấp hai mươi lần khối lượng mặt trời Các hình thành từ đám mây khí tinh vân Orion Khi đám mây khí co lại lực hấp dẫn thân chúng, khí nung nóng chí trở nên đủ nóng để khởi động phản ứng nhiệt hạch biến hydro thành helium Nhiệt tạo trình gây nên áp suất giúp chống trọi lại lực hấp dẫn làm cho không bị co thêm Ngôi trạng thái thời gian dài, đốt cháy hydro xạ ánh sáng vào không gian Trường hấp dẫn ảnh hưởng đến đường truyền chùm sáng phát từ Ta vẽ giản đồ với thời gian trục thẳng đứng, khoảng cách từ tâm trục nằm ngang Trong giản đồ này, bề mặt biểu diễn hai đường thẳng đứng nằm hai bên tâm Ta đo thời gian giây khoảng cách “giây ánh sáng” – khoảng cách mà ánh sáng giây Khi ta dùng đơn vị tốc độ ánh sáng 1; tức là, tốc độ ánh sáng giây ánh sáng giây Giản đồ ngụ rằng, phía xa sao, xa trường hấp dẫn đường truyền tia sáng giản đồ đường thẳng tạo với trục thẳng đứng góc 45 độ Tuy nhiên, gần độ cong không thời gian khối lượng gây làm thay đổi đường truyền tia sáng làm cho chúng tạo với phương thẳng đứng góc hẹp 29 Các nặng đốt cháy hydro thành helium nhanh mặt trời nhiều Điều có nghĩa chúng cạn kiệt hydro thời gian ngắn khoảng vài trăm triệu năm Sau đó, đối mặt với khủng hoảng Chúng đốt helium thành nguyên tố nặng carbon oxygen, phản ứng hạt nhân không giải thoát nhiều lượng, nhiệt áp suất nhiệt giúp chống lại lực hấp dẫn Do trở nên nhỏ Nếu khối lượng chúng lớn hai lần khối lượng mặt trời áp suất không đủ để ngăn chặn trình co lại Chúng suy sụp thành điểm với mật độ vô hạn tạo nên gọi điểm kỳ dị Trong giản đồ thời gian theo khoảng cách từ tâm sao, co lại đường truyền tia sáng từ bề mặt tạo với đường thẳng đứng góc nhỏ nhỏ Khi đạt đến bán kính tới hạn xác định đường truyền tia sáng đường thẳng đứng giản đồ, tức ánh sáng khoảng cố định với tâm mà không thoát Đường truyền tới hạn tia sáng lướt bề mặt gọi chân trời kiện (event horizon) phân cách vùng không thời gian mà ánh sáng thoát khỏi vùng không thời gian mà ánh sáng thoát Bất kỳ tia sáng phát sau qua chân trời kiện bị bẻ cong trở lại độ cong không thời gian Ngôi trở thành đen Michell, ngày nói, hố đen Làm để ghi nhận hố đen không tia sáng thoát khỏi nó? Câu trả lời hố đen tạo lực hút hấp dẫn không đổi lên vật thể lân cận bị suy sụp Nếu mặt trời hố đen trở thành hố đen mà không khối lượng thì hành tinh quay chúng quay Có cách để tìm kiếm hố đen tìm kiếm vật chất quay xung quanh vật thể khổng lồ, đặc không nhìn thấy Người ta quan sát nhiều hệ Có lẽ ấn tượng hố đen khổng lồ xuất tâm thiên hà quasar ýýýýýý 30 [...]... lại là biên của một vùng năm chiều với chiều còn lại bị cuộn lại rất nhỏ Trạng thái của vũ trụ trên một màng sẽ giải mã những sự kiện xảy ra trong một vùng năm chiều CHƯƠNG 3 VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT Vũ trụ có nhiều lịch sử, mỗi một lịch sử được xác định bằng một hạt tí hon Có thể tôi bị giam trong một vỏ hạt Và tự coi mình là chúa tể của khoảng không vô tận - Shakespeare, Hamlet, hồi 2, cảnh 2 17 (nguyên... hồ vũ trụ và làm cho nó hoạt động Thay vào đó, tất cả mọi thứ trong vũ trụ đều được xác định bằng các định luật khoa học và bằng các lần gieo xúc xắc trong vũ trụ Điều này nghe có vẻ xa xỉ nhưng đó là điều mà tôi và nhiều nhà khoa học khác tin Hơn nữa, nếu vũ trụ không có các điều kiện biên như thế thì vũ trụ sẽ không có một lịch sử duy nhất Vũ trụ sẽ có nhiều lịch sử như Feynman đề xuất Sẽ có một. .. lịch sử trong thời gian ảo tương ứng với mỗi mặt đóng khả dĩ, và mỗi lịch sử trong thời gian ảo sẽ xác định một lịch sử trong thời gian thực Vậy nên chúng ta có rất nhiều trạng thái khả dĩ cho vũ trụ Cái gì đã chọn một vũ trụ đặc biệt mà chúng ta đang sống ra khỏi ra khỏi một tập hợp tất cả các vũ trụ khả dĩ? Một điểm mà chúng ta cần chú ý là rất nhiều lịch sử khả dĩ của vũ trụ sẽ không trải qua một chuỗi... ở trong khu vực giao nhau này thì quá trình giãn nở của vũ trụ sẽ ban đầu sẽ rất nhanh và sau đó chậm dần Hình như là lạm phát là một qui luật của tự nhiên Trong chương này, chúng ta đã thấy quá trình tìm hiểu tính chất của vũ trụ rộng lớn bằng khái niệm lịch sử của vũ trụ trong thời gian ảo diễn ra như thế nào Cái vũ trụ trong thời gian ảo đó là một hình cầu nhỏ bé và hơi bẹt, nó giống như cái vỏ hạt. .. như hằng số vũ trụ được nhắc đến ở chương 1 mà Einstein đã bổ sung vào các phương trình của ông vào năm 1917 khi ông nhận thấy các phương trình này không đưa đến một nghiệm biểu diễn cho một vũ trụ tĩnh Sau khi Hubble phát hiện vũ trụ giãn nở, người ta không thấy cần phải đưa hằng số vũ trụ vào các phương trình nữa, và Einstein cũng cho rằng hằng số vũ trụ là một sai lầm Tuy vậy, hằng số vũ trụ lại hoàn... vũ trụ cứ gieo xúc xắc hoài để xem cái gì sẽ xảy ra nên vũ trụ không có một lịch sử duy nhất như người ta có thể nghĩ Thay vào đó, vũ trụ có tất cả các lịch sử khả dĩ, mỗi một lịch sử có một xác xuất của riêng nó Phải có một lịch sử vũ trụ trong đó Belize đạt huy chương vàng tại các kỳ Olympic mặc dù xác xuất của vũ trụ đó thấp Ý tưởng về vĩ trụ có nhiều lịch sử nghe có vẻ như chuyện khoa học viễn... biết vũ trụ bắt đầu thế nào hay trạng thái ban đầu của vũ trụ là gì Để biết được điều đó chúng ta cần một cái gọi là điều kiện, quy tắc biên Các điều kiện biên nói cho chúng ta biết cái gì xảy ra ở rìa của vũ trụ, ở biên của không thời gian Nếu rìa của vũ trụ chỉ là những điểm bình thường của không thời gian, chúng ta có thể đi qua nó và tuyên bố lãnh thổ bên ngoài rìa vũ trụ là một phần của vũ trụ. .. ta cho rằng vũ trụ không thay đổi theo thời gian Vũ trụ có thể đã tồn tại trong một thời gian vô hạn, nhưng điều đó sẽ dẫn đến các kết luận vô lý Nếu các ngôi sao bức xạ trong một thời gian vô tận thì chúng sẽ nung nóng vũ trụ cho đến nhiệt độ của chúng Thậm chí ngay cả ban đêm, toàn bộ bầu trời của chúng ta cũng sẽ sáng như mặt trời bởi vì mỗi một đường ngắm sẽ đi đến một ngôi sao hay một đám mây... tốt, nhưng trong trường hợp của vũ trụ thì lạm phát lại có lợi Lạm phát làm trơn bất kỳ chỗ trồi sụt nào có thể xuất hiện trong thời gian đầu của vũ trụ Vì vũ trụ giãn nở, nên vũ trụ sẽ vay mượn năng lượng từ trường hấp dẫn để tạo thêm vật chất Năng lượng vật chất dương sẽ được cân bằng một cách chính xác với năng lượng hấp dẫn âm, do đó, năng lượng toàn phần bằng không Khi kích thước của vũ trụ tăng... nhỉ! Nếu lịch sử vũ trụ trong thời gian ảo là một hình cầu hoàn hảo thì lịch sử tương ứng trong thời gian thực sẽ là một vũ trụ tiếp tục giãn nở mãi mãi theo kiểu lạm phát Khi vũ trụ đang lạm phát thì vật chất không thể rơi vào nhau để hình thành các thiên hà và các vì sao, và cuộc sống, chứ chưa nói đến cuộc sống trí tuệ như chúng ta, không thể phát triển Do đó, mặc dù giả thiết về vũ trụ có nhiều lịch ... trụ màng giải mã kiện xảy vùng năm chiều CHƯƠNG VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT Vũ trụ có nhiều lịch sử, lịch sử xác định hạt tí hon Có thể bị giam vỏ hạt Và tự coi chúa tể khoảng không vô tận - Shakespeare,... mặt số vũ trụ để có vũ trụ tĩnh Sau Einstein nói số vũ trụ sai lầm lớn đời ông Tuy vậy, ngày nay, người ta thấy số vũ trụ hoàn toàn sai lầm: quan sát gần mô tả chương gợi ý thực có số vũ trụ nhỏ... gian thực Vậy nên có nhiều trạng thái cho vũ trụ Cái chọn vũ trụ đặc biệt mà sống khỏi khỏi tập hợp tất vũ trụ khả dĩ? Một điểm mà cần ý nhiều lịch sử vũ trụ không trải qua chuỗi kiện hình thành