MỤC LỤC Lời giới thiệu của nhà xuất bản Bantam Books.................................................................. 3 Giới thiệu cuốn sách Lược sử thời gian........................................................................... 5 Phần 1.................................................................................................................................. 7 Phần 2................................................................................................................................ 12 Phần 3................................................................................................................................ 16 Phần 4................................................................................................................................ 20 Phần 5................................................................................................................................ 25 Phần 6................................................................................................................................ 29 Phần 7................................................................................................................................ 33 Phần 8................................................................................................................................ 38 Phần 9................................................................................................................................ 42 Phần 10.............................................................................................................................. 46 Phần 11.............................................................................................................................. 51 Phần 12.............................................................................................................................. 55 Phần 13.............................................................................................................................. 61 Phần 14.............................................................................................................................. 64 Phần 15.............................................................................................................................. 68 Phần 16.............................................................................................................................. 73 Phần 17.............................................................................................................................. 78 Phần 18.............................................................................................................................. 83 Phần 19.............................................................................................................................. 89 Phần 20.............................................................................................................................. 93 Phần 21.............................................................................................................................. 99 Phần 22............................................................................................................................ 104 Phần 23............................................................................................................................ 109 Phần 24............................................................................................................................ 114 Phần 25............................................................................................................................ 118 Phần 26............................................................................................................................ 122 Phần 27............................................................................................................................ 126 Phần 28............................................................................................................................ 130 Phần 29............................................................................................................................ 135 Phần 30............................................................................................................................ 139 Phần 31............................................................................................................................ 141Stephen Hawking 2 http:ebooks.vdcmedia.com Phần 32............................................................................................................................ 144 Phần 33............................................................................................................................ 148 Phần 34............................................................................................................................ 152 Phần 35............................................................................................................................ 156 Phần 36............................................................................................................................ 158 Phần 37............................................................................................................................ 160 Phần 38............................................................................................................................ 162 Phần 39............................................................................................................................ 168 Phần 40............................................................................................................................ 173 Phần 41............................................................................................................................ 177 Phần 42............................................................................................................................ 180 Phần 43............................................................................................................................ 183 Phần 44............................................................................................................................ 186 Phần 45............................................................................................................................ 189 Phần 46............................................................................................................................ 193 Phần 47............................................................................................................................ 197 Phần 48............................................................................................................................ 201 Phần 49............................................................................................................................ 205 Phần 50............................................................................................................................ 209 Phần 51............................................................................................................................ 213 Phần 52............................................................................................................................ 217 Phần cuối......................................................................................................................... 224LƯỢC SỬ THỜI GIAN 3 http:ebooks.vdcmedia.com Lời giới thiệu của nhà xuất bản Bantam Books ... Chúng ta đang sống cuộc sống hàng ngày của chúng ta mà hầu như không hiểu được thế giới xung quanh. ... Ngoại trừ trẻ em (vì chúng còn biết quá ít để không ngần ngại đặt ra những câu hỏi quan trọng), còn ít ai trong chúng ta tốn thời gian để băn khoăn, tại sao tự nhiên lại như thế này mà không như thế khác, vũ trụ ra đời từ đâu, ... Chúng ta đang sống cuộc sống hàng ngày của chúng ta mà hầu như không hiểu được thế giới xung quanh. Chúng ta cũng ít khi suy ngẫm về cơ chế đã tạo ra ánh sáng mặt trời một yếu tố quan trọng góp phần tạo nên sự sống, về hấp dẫn cái chất keo đã kết dính chúng ta vào trái đất, mà nếu khác đi chúng ta sẽ xoay tít và trôi dạt vào không gian vũ trụ, về những nguyên tử đã cấu tạo nên tất cả chúng ta mà chúng ta hoàn toàn lệ thuộc vào sự bền vững của chúng. Chỉ trừ có trẻ em (vì chúng còn biết quá ít để không ngần ngại đặt ra những câu hỏi quan trọng) còn ít ai trong chúng ta tốn thời gian để băn khoăn tại sao tự nhiên lại như thế này mà không như thế khác, vũ trụ ra đời từ đâu, hoặc nó có mãi mãi như thế này không, liệu có một ngày nào đó thời gian sẽ trôi giật lùi, hậu quả có trước nguyên nhân hay không; hoặc có giới hạn cuối cùng cho sự hiểu biết của con người hay không? Thậm chí có những đứa trẻ con, mà tôi có gặp một số, muốn biết lỗ đen là cái gì; cái gì là hạt vật chất nhỏ bé nhất, tại sao chúng ta chỉ nhớ quá khứ mà không nhớ tương lai; và nếu lúc bắt đầu là hỗn loạn thì làm thế nào có sự trật tự như ta thấy hôm nay, và tại sao lại có vũ trụ. Trong xã hội của chúng ta, các bậc phụ huynh cũng như các thầy giáo vẫn còn thói quen trả lời những câu hỏi đó bằng cách nhún vai hoặc viện đến các giáo lý mơ hồ. Một số giáo lý ấy lại hoàn toàn không thích hợp với những vấn đề vừa nêu ở trên, bởi vì chúng phơi bày quá rõ những hạn chế của sự hiểu biết của con người. Nhưng rất nhiều môn triết học và khoa học lại ra đời từ những câu lục vấn như vậy. Ngày càng có nhiều người lớn cũng muốn đặt những câu hỏi thuộc loại đó và thi thoảng họ đã nhận được những câu trả lời khá lạ lùng. Nằm trung gian giữa các nguyên tử và các vì sao, chúng ta đang mở rộng chân trời khám phá của chúng ta, nhằm bao quát cả những cái rất nhỏ lẫn những cái rất lớn.Stephen Hawking 4 http:ebooks.vdcmedia.com Mùa xuân năm 1974, khoảng 2 năm trước khi con tàu vũ trụ Viking hạ cánh xuống sao Hỏa, tôi có tham dự một cuộc họp tổ chức ở Anh, do Hội Hoàng gia London tài trợ, bàn về vấn đề làm thế nào tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất. Vào giờ giải lao, tôi thấy một cuộc họp lớn hơn nhiều được tổ chức ở phòng bên cạnh và vì tò mò tôi bước vào xem. Thì ra tôi đang chứng kiến một nghi lễ cổ kính, lễ kết nạp hội viên mới của Hội Hoàng gia London, một trong những tổ chức học thuật lâu đời nhất của hành tinh chúng ta. Ở hàng trên cùng, một thanh niên ngồi trong xe đẩy đang rất chậm rãi ký tên mình vào cuốn sổ mà ở những trang đầu tiên của nó còn giữ được chữ ký của Isaac Newton. Khi Stephen Hawking, cuối cùng đã ký xong tên mình, những tràng hoan hô như sấm nổi lên, ngay từ lúc đó ông đã là cả một huyền thoại. Hiện nay, Hawking là giáo sư toán học của trường Đại học Cambridge, với cương vị mà trước đây Newton, rồi sau này P.A.M Dirac hai nhà nghiên cứu nổi tiếng về những cái cực lớn và những cái cực nhỏ đảm nhiệm. Hawking là người kế tục hết sức xứng đáng của họ. Cuốn sách đầu tiên của Hawking dành cho những người không phải là chuyên gia này có thể xem là một phần thưởng về nhiều mặt cho công chúng không chuyên. Cuốn sách hấp dẫn vừa bởi nội dung phong phú của nó, vừa bởi nó cho chúng ta một cái nhìn khái quát qua những công trình của chính tác giả. Cuốn sách chứa đụng những khám phá trên những ranh giới của vật lý học, thiên văn học, vũ trụ học và của cả lòng dũng cảm nữa. Đây cũng là cuốn sách về Thượng đế... hay đúng hơn là về sự khôngcó mặtcủaThượngđế. Chữ Thượng đế xuất hiện trên nhiều trang của cuốn sách này. Hawking đã dấn thân đi tìm câu trả lời cho câu hỏi nổi tiếng của Einstein: Liệu Thượng đế có sự lựa chọn nào trong việc tạo ra vũ trụ này hay không? Hawking đã nhiều lần tuyên bố một cách công khai rằng ông có ý định tìm hiểu ý nghĩa của Thượng đế. Và từ nỗ lực đó, ông đã rút ra kết luận bất ngờ nhất, ít nhất là cho đến hiện nay, đó là vũ trụ không có biên trong không gian, không có bắt đầu và kết thúc trong thời gian và chẳng có việc gì cho Đấng sáng thế phải làm ở đây cả. Peter GuzzardiLƯỢC SỬ THỜI GIAN 5 http:ebooks.vdcmedia.com Giới thiệu cuốn sách Lược sử thời gian Cuốn sách mà chúng tôi giới thiệu với các bạn sau đây có tên là Lược sử thời gian (A Brief History of Time), một cuốn sách tuyệt diệu, được viết bởi một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất của thời đại chúng ta: nhà toán học và vật lý lý thuyết người Anh Stephen Hawking. S.W. Hawking sinh năm 1942. Trong cuộc sống cá nhân, ông gặp nhiều bất hạnh. Năm 1985, ông bị sưng phổi và sau khi phẫu thuật mở khí quản, Hawking mất khả năng phát âm. Trước đó, một căn bệnh tê liệt thần kinh (bệnh ALS) đã gắn chặt ông vào chiếc xe đẩy. Hawking chỉ còn cách làm việc và giao tiếp với mọi người bằng một máy vi tính và một máy tổng hợp tiếng nói lắp liền với ghế. Tuy nhiên, tất cả những bất hạnh này không quật ngã được ý chí của nhà vật lý thiên tài. Hiện nay ông là giáo sư tại Đại học Cambridge (Anh), ở chức vụ mà ngày xưa Newton, rồi sau đó là P.A.M. Dirac, đảm nhiệm. Ông chuyên nghiên cứu về lý thuyết tương đối rộng. Những kết quả thu được cùng với George Ellis, Roger Penrose,... và nhất là sự phát hiện khả năng bức xạ của các các lỗ đen đã đưa Hawking lên hàng những nhà vật lý nổi tiếng nhất thế giới. Cuốn Lược sử thời gian được viết xong năm 1987. Ngay từ khi ra đời, nó đã trở thành một trong những cuốn sách bán chạy nhất thế giới. Lược sử thời gian đứng trong danh mục sách bán chạy nhất của New York Times trong 53 tuần, và tại nước Anh, 205 tuần liền nó có tên trong mục sách bán chạy nhất của Sunday Times. Chính Stephen Hawking cũng phải kinh ngạc. Từ trước đến nay, chưa có một cuốn sách khoa học nào được công chúng đón nhận nồng nhiệt như vậy (tuy rằng nhiều người nói, họ mua nó chỉ để bày ở tủ sách chứ không thực sự đọc. Về điểm này, cuốn sách của Hawking cũng có số phận tương tự như Kinh Thánh hoặc các vở kịch của Shakespeare). Bằng một lối trình bày sáng sủa, giọng văn hài hước, hơi nhuốm màu bi quan, Stephen Hawking đã dẫn dắt người đọc phiêu lưu suốt lịch sử vũ trụ, từ khi nó còn là một điểm kỳ dị với năng lượng vô cùng lớn, cho tới ngày nay. Cuộc tìm kiếm của Hawking giúp người đọc khám phá hết bí mật này đến bí mật khác. Đôi khi ông dụ độc giả vào những ngộ nhận tưởng như rất có lý, rồi lại bất ngờ chỉ ra sự phi lý trong cách nghĩ, để rồi phá vỡ mọi ngộ nhận. Cuốn sách đề cập đến những vấn đề nghiêm trọng và hóc búa nhất củaStephen Hawking 6 http:ebooks.vdcmedia.com vật lý lý thuyết, như vụ nổ lớn, lỗ đen, không thời gian, thuyết tương đối, nguyên lý bất định... mà không hề làm bạn đọc bị rối. Bản tiếng Việt mà chúng tôi giới thiệu với các bạn sau đây được dịch bởi Cao Chi và Phạm Văn Thiều, nhà xuất bản Văn hóa Thông tin, Hà Nội, 2000. Minh HyLƯỢC SỬ THỜI GIAN 7 http:ebooks.vdcmedia.com Phần 1 ... Bản chất của thời gian là gì? Nó có điểm tận cùng không? Những đột phá mới đây trong vật lý học một phần nhờ những công nghệ mới tuyệt xảo đã đưa ra câu trả lời cho một số câu hỏi tồn tại dai dẳng từ xa xưa vừa nêu ở trên. ... Chương 1: Bức tranh của chúng ta về vũ trụ Một nhà khoa học nổi tiếng (hình như là Bertrand Russell) một lần đọc trước công chúng một bài giảng về Thiên văn học. Ông đã mô tả trái đất quay quanh mặt trời như thế nào và đến lượt mình, mặt trời lại quay quanh tâm của một quần thể khổng lồ các vì sao mà người ta gọi là thiên hà ra sao. Khi bài giảng kết thúc, một bà già nhỏ bé ngồi ở cuối phòng đứng dậy và nói: “Anh nói với chúng tôi chuyện nhảm nhí gì vậy? Thế giới thực tế chỉ là một cái đĩa phẳng tựa trên lưng một con rùa khổng lồ mà thôi”. Nhà khoa học mỉm một nụ cười hạ cố trước khi trả lời: “Thế con rùa ấy tựa lên cái gì?”. “Anh thông minh lắm, anh bạn trẻ ạ, anh rất thông minh”, bà già nói, “nhưng những con rùa cứ xếp chồng lên nhau mãi xuống dưới, chứ còn sao nữa”. Nhiều người chắc thấy rằng bức tranh về vũ trụ của chúng ta như một cái thang vô tận gồm những con rùa chồng lên nhau là chuyện khá nực cười, nhưng tại sao chúng ta lại nghĩ rằng chúng ta hiểu biết hơn bà già nhỏ bé kia? Chúng ta đã biết gì về vũ trụ và bằng cách nào chúng ta biết về nó? Vũ trụ tới từ đâu và nó sẽ đi về đâu? Vũ trụ có điểm bắt đầu không và nếu có thì điều gì xảy ra trước đó? Bản chất của thời gian là gì? Nó có điểm tận cùng không? Những đột phá mới đây trong vật lý học một phần nhờ những công nghệ mới tuyệt xảo đã đưa ra câu trả lời cho một số câu hỏi tồn tại dai dẳng từ xa xưa vừa nêu ở trên. Một ngày nào đó, rất có thể những câu trả lời này sẽ trở nên hiển nhiên đối với chúng ta như chuyện trái đất quay xung quanh mặt trời hoặc cũng có thể trở nên nực cười như chuyện tháp những con rùa. Chỉ có thời gian (dù cho có thế nào đi nữa) mới có thể phán quyết. Từ rất xa xưa, khoảng năm 340 trước công nguyên, nhà triết học Hy Lạp Aristotle, trong cuốn sách của ông nhan đề “Về Bầu trời”, đã đưa ra hai luận chứng sáng giá chứng minh rằng trái đất có hình cầu chứ không phải là cái đĩa phẳng. Thứ nhất, ông thấy rằng hiện tượng nguyệt thực là do trái đất xen vào giữa mặt trời và mặt trăng. Mà bóng của trái đấtStephen Hawking 8 http:ebooks.vdcmedia.com lên mặt trăng luôn luôn là tròn, điều này chỉ đúng nếu trái đất có dạng cầu. Nếu trái đất là một cái đĩa phẳng thì bóng của nó phải dẹt như hình elip, nếu trong thời gian có nguyệt thực mặt trời không luôn luôn ở ngay dưới tâm của cái đĩa đó. Thứ hai, từ những chuyến du hành của mình, người Hy Lạp biết rằng sao Bắc đẩu nhìn ở phương nam dường như thấp hơn khi nhìn ở những vùng phương bắc (Bởi vì sao Bắc đẩu nằm ngay trên cực bắc, nên nó dường như ở ngay trên đầu người quan sát ở Bắc cực, trong khi đó đối với người quan sát ở xích đạo, nó dường như nằm ngay trên đường chân trời). Từ sự sai khác về vị trí biểu kiến của sao Bắc đẩu ở Ai Cập so với ở Hy Lạp, Aristotle thậm chí còn đưa ra một đánh giá về chiều dài con đường vòng quanh trái đất là 400.000 stadia. Hiện nay ta không biết chính xác 1 stadia dài bao nhiêu, nhưng rất có thể nó bằng khoảng 200 thước Anh (1 thước Anh bằng 0,914 mét). Như vậy, ước lượng của Aristotle lớn gần gấp 2 lần con số được chấp nhận hiện nay. Những người Hy Lạp thậm chí còn đưa ra một luận chứng thứ 3 chứng tỏ rằng trái đất tròn bởi vì nếu không thì tại sao khi nhìn ra biển, cái đầu tiên mà người ta nhìn thấy là cột buồm và chỉ sau đó mới nhìn thấy thân con tàu? Aristotle nghĩ rằng trái đất đứng yên còn mặt trời, mặt trăng, các hành tinh và những ngôi sao chuyển động xung quanh nó theo những quỹ đạo tròn. Ông tin vào điều đó bởi vì ông cảm thấy do những nguyên nhân bí ẩn nào đó rằng trái đất là trung tâm của vũ trụ, rằng chuyển động tròn là chuyển động hoàn thiện nhất. Ý tưởng này đã được Ptolemy phát triển thành một mô hình vũ trụ hoàn chỉnh vào thế kỷ thứ 2 sau Công nguyên. Theo mô hình này thì trái đất đứng ở tâm và bao quanh nó là 8 mặt cầu tương ứng mang mặt trăng, mặt trời, các ngôi sao và 5 hành tinh đã biết vào thời gian đó: sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa, sao Mộc và sao Thổ (Hình 1.1). Chính các hành tinh lại phải chuyển động trên những vòng tròn nhỏ hơn gắn với các mặt cầu tương ứng của chúng để phù hợp với đường đi quan sát được tương đối phức tạp của chúng trên bầu trời. Mặt cầu ngoài cùng mang các thiên thể được gọi là các ngôi sao cố định, chúng luôn luôn ở những vị trí cố định đối với nhau, nhưng lại cùng nhau quay ngang qua bầu trời. Bên ngoài mặt cầu cuối cùng đó là cái gì thì mô hình đó không bao giờ nói một cách rõ ràng, nhưng chắc chắn nó Hình 1.1: Mô hình vũ trụ của Aristotle Ptolemy coi trái đất là trung tâm của vũ trụ.LƯỢC SỬ THỜI GIAN 9 http:ebooks.vdcmedia.com cho rằng đó là phần của vũ trụ mà con người không thể quan sát được. Mô hình của Ptolemy đã tạo ra được một hệ thống tương đối chính xác để tiên đoán vị trí của các thiên thể trên bầu trời. Nhưng để tiên đoán những vị trí đó một cách hoàn toàn chính xác, Ptolemy đã phải đưa ra giả thuyết rằng mặt trăng chuyển động theo một quỹ đạo đôi khi đưa nó tới gần trái đất tới 2 lần nhỏ hơn so với ở những thời điểm khác. Ptolemy đành phải chấp nhận điểm yếu đó, nhưng dẫu sao về đại thể, là có thể chấp nhận được. Mô hình này đã được nhà thờ Thiên chúa giáo chuẩn y như một bức tranh về vũ trụ phù hợp với Kinh Thánh, bởi vì nó có một ưu điểm rất lớn là để dành khá nhiều chỗ ở ngoài mặt cầu cuối cùng của các ngôi sao cố định cho thiên đường và địa ngục. Tuy nhiên, một mô hình đơn giản hơn đã được một mục sư người Ba Lan, tên là Nicholas Copernicus đề xuất vào năm 1554. (Thoạt đầu, có lẽ vì sợ nhà thờ quy là dị giáo, Copernicus đã cho lưu hành mô hình của mình như một tác phẩm khuyết danh). Ý tưởng của ông là mặt trời đứng yên, còn trái đất và những hành tinh chuyển động theo những quỹ đạo tròn xung quanh mặt trời. Phải mất gần một thế kỷ, ý tưởng này mới được chấp nhận một cách thực sự. Hai nhà thiên văn một người Đức tên là Johannes Kepler và một người Italy tên là Galileo Galilei đã bắt đầu công khai ủng hộ học thuyết Copernicus, mặc dù những quỹ đạo mà nó tiên đoán chưa ăn khớp hoàn toàn với những quỹ đạo quan sát được. Và vào năm 1609 một đòn chí mạng đã giáng xuống học thuyết Aristotle Ptolemy. Vào năm đó, Galileo bắt đầu quan sát bầu trời bằng chiếc kính thiên văn của ông vừa phát minh ra. Khi quan sát sao Mộc, Galileo thấy rằng kèm theo nó còn có một số vệ tinh hay nói cách khác là những mặt trăng quay xung quanh nó. Điều này ngụ ý rằng không phải mọi thiên hà đều nhất thiết phải trực tiếp quay xung quanh trái đất, như Aristotle và Ptolemy đã nghĩ. (Tất nhiên vẫn có thể tin rằng trái đất đứng yên ở trung tâm của vũ trụ và các mặt trăng của sao Mộc chuyển động theo những quỹ đạo cực kỳ phức tạp khiến ta có cảm tưởng như nó quay quanh sao Mộc. Tuy nhiên học thuyết của Copernicus đơn giản hơn nhiều). Cùng thời gian đó, Kepler đã cải tiến học thuyết của Copernicus bằng cách đưa ra giả thuyết rằng các hành tinh không chuyển động theo đường tròn mà theo đường elip. Và những tiên đoán bấy giờ hoàn toàn ăn khớp với quan sát. Đối với Kepler, các quỹ đạo elip đơn giản chỉ là một giả thuyết tiện lợi và chính thế nó càng khó chấp nhận bởi vì các elip rõ ràng là kém hoàn thiện hơn các vòng tròn. Khi phát hiện thấy gần như một cách ngẫu nhiên rằng cácStephen Hawking 10 http:ebooks.vdcmedia.com quỹ đạo elip rất ăn khớp với quan sát, Kepler không sao dung hòa được nó với ý tưởng của ông cho rằng các hành tinh quay quanh mặt trời là do các lực từ. Điều này phải mãi tới sau này, vào năm 1867, mới giải thích được, khi Isaac Newton công bố tác phẩm Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên) của ông. Có lẽ đây là công trình vật lý học quan trọng bậc nhất đã được xuất bản từ trước đến nay. Trong công trình này, Newton không chỉ đưa ra một lý thuyết mô tả sự chuyển động của các vật trong không gian và thời gian, mà ông còn phát triển một công cụ toán học phức tạp dùng để phân tích các chuyển động đó. Hơn thế nữa, Newton còn đưa ra một định luật về hấp dẫn vũ trụ mà theo đó mỗi một vật trong vũ trụ đều được hút bởi một vật khác bằng một lực càng mạnh nếu hai vật càng nặng và càng ở gần nhau. Chính lực này đã buộc các vật phải rơi xuống đất.(Câu chuyện kể rằng, do có quả táo rơi trúng đầu mà Newton đã cảm hứng phát minh ra định luật hấp dẫn vũ trụ chắc chắn chỉ là chuyện thêu dệt. Tất cả những điều mà Newton nói ra chỉ là: ý tưởng về hấp dẫn đến với ông khi đang ngồi ở “trạng thái chiêm nghiệm” và “được nảy sinh bởi sự rơi của quả táo”). Newton đã chỉ ra rằng theo định luật của ông, lực hấp dẫn sẽ làm cho mặt trăng chuyển động theo quỹ đạo elip xung quanh trái đất và các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo elip xung quanh mặt trời. Mô hình Copernicus đã vứt bỏ những thiên cầu của Ptolemy và cùng với chúng vứt bỏ luôn ý tưởng cho rằng vũ trụ có một biên giới tự nhiên. Vì “những ngôi sao cố định” dường như không thay đổi vị trí của chúng trừ sự quay xung quanh bầu trời do trái đất quay xung quanh trục của nó, nên sẽ là hoàn toàn tự nhiên nếu giả thiết rằng các ngôi sao cố định là những thiên thể giống như mặt trời của chúng ta, nhưng ở xa hơn rất nhiều. Căn cứ vào lý thuyết hấp dẫn của mình, Newton thấy rằng do các ngôi sao hút nhau nên về căn bản chúng không thể là đứng yên được. Vậy liệu chúng có cùng rơi vào một điểm nào đó không? Trong bức thư viết năm 1691 gửi Richard Bentley, cũng là một nhà tư tưởng lỗi lạc thời đó, Newton đã chứng tỏ rằng điều đó thực tế có thể xảy ra nếu chỉ có một số hữu hạn các ngôi sao được phân bố trong một vùng hữu hạn của không gian. Nhưng mặt khác, ông cũng chỉ ra rằng nếu có một số vô hạn các ngôi sao được phân bố tương đối đồng đều trong không gian vô tận thì điều đó không thể xảy ra được, bởi vì khi đó sẽ không có điểm nào là trung tâm để cho chúng rơi vào. Luận chứng này là một ví dụ về những cái bẫy mà ta có thể gặp khi nói về sự vô hạn. Trong vũ trụ vô hạn, mỗi một điểm đều có thể được xem là một tâm, bởi mỗi một điểm đều có một số vô hạn các ngôi sao ở mỗi phía của nó. Cách tiếp cận đúng đắn mà điều này phải mãi sau này mới có phải là xem xét một tìnhLƯỢC SỬ THỜI GIAN 11 http:ebooks.vdcmedia.com trạng hữu hạn trong đó tất cả các ngôi sao sẽ rơi vào nhau và sau đó đặt câu hỏi tình hình sẽ thay đổi như thế nào nếu ta thêm vào một số ngôi sao nữa được phân bố gần như đồng đều ở ngoài vùng đang xét. Theo định luật của Newton thì về trung bình, những ngôi sao mới thêm vào này cũng hoàn toàn không làm được điều gì khác với những ngôi sao ban đầu, tức là chúng cũng rơi nhanh như vậy. Chúng ta có thể thêm vào bao nhiêu ngôi sao tùy ý, nhưng chúng cũng sẽ rơi sập vào nhau. Bây giờ thì chúng ta hiểu rằng không thể có một mô hình tĩnh vô hạn của vũ trụ trong đó hấp dẫn luôn là lực hút. Đây là sự phản ánh lý thú về bầu không khí tư tưởng chung của một giai đoạn trước thế kỷ hai mươi, trong đó không một ai nghĩ rằng vũ trụ đang giãn nở hoặc đang co lại. Mọi người đều thừa nhận rằng hoặc vũ trụ tồn tại vĩnh cửu trong trạng thái không thay đổi, hoặc nó được tạo ra ở một thời điểm hữu hạn trong quá khứ đã gần giống chúng ta quan sát thấy hiện nay. Điều này có thể một phần là do thiên hướng của con người muốn tin vào những sự thật vĩnh cửu cũng như sự tiện lợi mà họ tìm thấy trong ý nghĩ rằng vũ trụ là vĩnh cửu và không thay đổi, mặc dù ngay bản thân họ cũng có thể già đi và chết.Stephen Hawking 12 http:ebooks.vdcmedia.com Phần 2 ... Những vấn đề: vũ trụ có điểm bắt đầu trong thời gian và có bị giới hạn trong không gian hay không sau này đã được nhà triết học Immannuel Kant xem xét một cách bao quát trong cuốn Phê phán sự suy lý thuần tuý, một công trình vĩ đại (và rất tối nghĩa) của ông, được xuất bản năm 1781. ... Thậm chí ngay cả những người thấy rằng lý thuyết hấp dẫn của Newton chứng tỏ vũ trụ không thể là tĩnh, cũng không nghĩ tới chuyện cho rằng nó có thể đang giãn nở. Thay vì thế, họ lại có ý định cải biến lý thuyết này bằng cách làm cho lực hấp dẫn trở thành lực đẩy ở những khoảng cách rất lớn. Điều này không ảnh hưởng đáng kể đến những tiên đoán của họ về chuyển động của các hành tinh, nhưng lại cho phép một sự dàn trải vô hạn của các ngôi sao còn ở trạng thái cân bằng: những lực hút của các ngôi sao ở gần nhau sẽ được cân bằng bởi lực đẩy từ các ngôi sao ở rất xa. Tuy nhiên, ngày nay chúng ta biết chắc chắn rằng, sự cân bằng đó là không bền: nếu những ngôi sao ở một vùng nào đó chỉ cần xích lại gần nhau một chút là lực hút giữa chúng sẽ mạnh hơn và lấn át lực đẩy, và thế là các ngôi sao sẽ tiếp tục co lại vào nhau. Mặt khác, nếu những ngôi sao dịch ra xa nhau một chút là lực đẩy sẽ lại lấn át, và các ngôi sao sẽ chuyển động ra xa nhau. Một phản bác nữa đối với mô hình vũ trụ tĩnh vô hạn thường được xem là của nhà triết học người Đức Heinrich Olbers, người viết về lý thuyết này vào năm 1823. Thực tế thì rất nhiều người đương thời của Newton đã nêu ra vấn đề này, và bài báo của Olbers thậm chí cũng không phải là bài đầu tiên chứa đựng những lý lẽ hợp lý chống lại nó. Tuy nhiên, đây là bài báo đầu tiên được nhiều người chú ý. Khó khăn là ở chỗ trong một vũ trụ tĩnh vô hạn thì gần như mỗi một đường ngắm đều kết thúc trên bề mặt của một ngôi sao. Như thế thì toàn bộ bầu trời sẽ phải sáng chói như mặt trời, thậm chí cả ban đêm. Lý lẽ phản bác của Olbers cho rằng ánh sáng từ các ngôi sao xa sẽ bị mờ nhạt đi do sự hấp thụ của vật chất xen giữa các ngôi sao. Tuy nhiên, dù cho điều đó có xảy ra đi nữa thì vật chất xen giữa cuối cùng sẽ nóng lên, cho đến khi nó cũng phát sáng như những ngôi sao. Con đường duy nhất tránh được kết luận cho rằng toàn bộ bầu trời đêm cũng sáng chói như bề mặt của mặt trời là phải giả thiết rằng, các ngôi sao không phát sáng vĩnh viễn, mà chỉ bật sáng ở một thời điểm hữu hạn nào đó trong quá khứ. Trong trường hợp hợp đó, vật chất hấp thụ còn chưa thể đủ nóng, hay ánh sáng từ các ngôiLƯỢC SỬ THỜI GIAN 13 http:ebooks.vdcmedia.com sao xa chưa kịp tới chúng ta. Và điều này lại đặt ra cho chúng ta một câu hỏi: cái gì đã làm cho các ngôi sao bật sáng đầu tiên? Sự bắt đầu của vũ trụ, tất nhiên, đã được người ta thảo luận từ trước đó rất lâu. Theo một số lý thuyết về vũ trụ có từ xa xưa, và theo truyền thống của người Do Thái giáo Thiên Chúa giáo Hồi giáo, thì vũ trụ bắt đầu có từ một thời điểm hữu hạn nhưng chưa thật quá xa trong quá khứ. Một lý lẽ chứng tỏ có sự bắt đầu đó là cảm giác cần phải có cái “nguyên nhân đầu tiên” để giải thích sự tồn tại của vũ trụ. (Trong vũ trụ, bạn luôn luôn giải thích một sự kiện như là được gây ra bởi một sự kiện khác xảy ra trước đó, nhưng sự tồn tại của chính bản thân vũ trụ chỉ có thể được giải thích bằng cách đó, nếu nó có sự bắt đầu). Một lý lẽ nữa do St. Augustine đưa ra trong cuốn sách của ông nhan đề Thành phố của Chúa. Ông chỉ ra rằng, nền văn minh còn đang tiến bộ, và chúng ta nhớ được ai là người đã thực hiện kỳ công này hoặc ai đã phát triển kỹ thuật kia. Như vậy, con người và có lẽ cả vũ trụ nữa đều chưa thể được trải nghiệm được quá lâu dài. Và đã thừa nhận ngày ra đời của vũ trụ vào khoảng 5.000 năm trước Công nguyên, phù hợp với sách Chúa sáng tạo ra thế giới (phần Sáng thế ký của Kinh Cựu ước). (Điều lý thú là thời điểm đó không quá xa thời điểm kết thúc của thời kỳ băng hà cuối cùng, khoảng 10.000 năm trước Công nguyên, thời điểm mà các nhà khảo cổ nói với chúng ta rằng nền văn minh mới thực bắt đầu). Mặt khác, Aristotle và các triết gia Hy Lạp khác lại không thích ý tưởng về sự Sáng thế vì nó dính líu quá nhiều tới sự can thiệp của thần thánh. Do đó họ tin rằng loài người và thế giới xung quanh đã tồn tại và sẽ còn tồn tại mãi mãi. Những người cổ đại đã xem xét lý lẽ nêu ở trên về sự tiến bộ và họ giải đáp như sau: đã có nhiều nạn hồng thuỷ hoặc các tai họa khác xảy ra một cách định kỳ đưa loài người tụt lại điểm bắt đầu của nền văn minh. Những vấn đề: vũ trụ có điểm bắt đầu trong thời gian và có bị giới hạn trong không gian hay không sau này đã được nhà triết học Immannuel Kant xem xét một cách bao quát trong cuốn Phê phán sự suy lý thuần tuý, một công trình vĩ đại (và rất tối nghĩa) của ông, được xuất bản năm 1781. Ông gọi những câu hỏi đó là sự mâu thuẫn của suy lý thuần tuý, bởi vì ông cảm thấy có những lý lẽ với sức thuyết phục như nhau để tin vào luận đề cho rằng vũ trụ có điểm bắt đầu, cũng như vào phản đề cho rằng vũ trụ đã tồn tại mãi mãi. Lý lẽ của ông bênh vực luận đề là: nếu vũ trụ không có điểm bắt đầu thì trước bất kỳ một sự kiện nào cũng có một khoảng thời gian vô hạn, điều này ông cho là vô lý Lý lẽ của ông bảo vệ phản đề là: nếu vũ trụ có điểm bắt đầu, thì sẽ có một khoảng thời gian vô hạn trước nó, vậy thì tạiStephen Hawking 14 http:ebooks.vdcmedia.com sao vũ trụ lại bắt đầu ở một thời điểm nào đó? Sự thật thì những trường hợp ông đưa ra cho cả luận đề và phản đề đều chỉ là một lý lẽ mà thôi. Cả hai đều dựa trên một giả thiết không nói rõ ra cho rằng thời gian lùi vô tận về phía sau bất kể vũ trụ có tồn tại mãi mãi hay không. Như chúng ta sẽ thấy sau này, khái niệm thời gian mất ý nghĩa trước thời điểm bắt đầu của vũ trụ. St. Augustine là người đầu tiên đã chỉ ra điều đó. Khi được hỏi: Chúa đã làm gì trước khi Người sáng tạo ra thế giới? Ông không đáp: Người đang tạo ra Địa ngục cho những kẻ đặt những câu hỏi như vậy. Thay vì thế, ông nói rằng thời gian là một tính chất của vũ trụ mà Chúa đã tạo ra và thời gian không tồn tại trước khi vũ trụ bắt đầu. Khi mà số đông tin rằng vũ trụ về căn bản là tĩnh và không thay đổi thì câu hỏi nó có điểm bắt đầu hay không thực tế chỉ là một câu hỏi của siêu hình học hoặc thần học. Người ta có thể viện lẽ rằng những điều quan sát được đều phù hợp tốt như nhau với lý thuyết cho rằng nó bắt đầu vận động ở một thời điểm hữu hạn nào đó, theo cách sao cho dường như là nó đã tồn tại mãi mãi. Nhưng vào năm 1929, Edwin Hubble đã thực hiện một quan sát có tính chất là một cột mốc cho thấy dù bạn nhìn ở đâu thì những thiên hà xa xôi cũng đang chuyển động rất nhanh ra xa chúng ta. Nói một cách khác, vũ trụ đang giãn nở ra. Điều này có nghĩa là, ở những thời gian trước kia các vật gần nhau hơn. Thực tế, dường như là có một thời, mười hoặc hai mươi ngàn triệu năm về trước, tất cả chúng đều chính xác ở cùng một chỗ và do đó mật độ của vũ trụ khi đó là vô hạn. Phát minh này cuối cùng đã đưa câu hỏi về sự bắt đầu vũ trụ vào địa hạt của khoa học. Những quan sát của Hubble đã gợi ý rằng có một thời điểm, được gọi là vụ nổ lớn, tại đó vũ trụ vô cùng nhỏ và vô cùng đặc (mật độ vô hạn). Dưới những điều kiện như vậy, tất cả các định luật khoa học và do đó mọi khả năng tiên đoán tương lai đều không dùng được. Nếu có những sự kiện ở trước điểm đó thì chúng không thể ảnh hưởng tới những cái đang xảy ra trong hiện tại. Do đó, sự tồn tại của chúng có thể bỏ qua bởi vì nó không có những hậu quả quan sát được. Người ta có thể nói rằng thời gian có điểm bắt đầu ở vụ nổ lớn, theo nghĩa là những thời điểm trước đó không thể xác định được. Cũng cần nhấn mạnh rằng sự bắt đầu này của thời gian rất khác với những sự bắt đầu đã được xem xét trước đó. Trong vũ trụ tĩnh không thay đổi, sự bắt đầu của thời gian là cái gì đó được áp đặt bởi một Đấng ở ngoài vũ trụ, chứ không có một yếu tố nào cho sự bắt đầu đó cả. Người ta có thể tưởng tượng Chúa tạo ra thế giới
LƯỢC SỬ THỜI GIAN MỤC LỤC Lời giới thiệu nhà xuất Bantam Books Giới thiệu sách "Lược sử thời gian" Phần Phần 12 Phần 16 Phần 20 Phần 25 Phần 29 Phần 33 Phần 38 Phần 42 Phần 10 46 Phần 11 51 Phần 12 55 Phần 13 61 Phần 14 64 Phần 15 68 Phần 16 73 Phần 17 78 Phần 18 83 Phần 19 89 Phần 20 93 Phần 21 99 Phần 22 104 Phần 23 109 Phần 24 114 Phần 25 118 Phần 26 122 Phần 27 126 Phần 28 130 Phần 29 135 Phần 30 139 Phần 31 141 http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking Phần 32 144 Phần 33 148 Phần 34 152 Phần 35 156 Phần 36 158 Phần 37 160 Phần 38 162 Phần 39 168 Phần 40 173 Phần 41 177 Phần 42 180 Phần 43 183 Phần 44 186 Phần 45 189 Phần 46 193 Phần 47 197 Phần 48 201 Phần 49 205 Phần 50 209 Phần 51 213 Phần 52 217 Phần cuối 224 http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN Lời giới thiệu nhà xuất Bantam Books [ ] Chúng ta sống sống hàng ngày mà không hiểu giới xung quanh [ ] Ngoại trừ trẻ em (vì chúng cịn biết q để không ngần ngại đặt câu hỏi quan trọng), cịn tốn thời gian để băn khoăn, tự nhiên lại mà không khác, vũ trụ đời từ đâu, [ ] Chúng ta sống sống hàng ngày mà không hiểu giới xung quanh Chúng ta suy ngẫm chế tạo ánh sáng mặt trời - yếu tố quan trọng góp phần tạo nên sống, hấp dẫn - chất keo kết dính vào trái đất, mà khác xoay tít trôi dạt vào không gian vũ trụ, nguyên tử cấu tạo nên tất - mà hoàn toàn lệ thuộc vào bền vững chúng Chỉ trừ có trẻ em (vì chúng cịn biết q để khơng ngần ngại đặt câu hỏi quan trọng) cịn tốn thời gian để băn khoăn tự nhiên lại mà không khác, vũ trụ đời từ đâu, có mãi khơng, liệu có ngày thời gian trơi giật lùi, hậu có trước ngun nhân hay khơng; có giới hạn cuối cho hiểu biết người hay không? Thậm chí có đứa trẻ con, mà tơi có gặp số, muốn biết lỗ đen gì; hạt vật chất nhỏ bé nhất, nhớ khứ mà không nhớ tương lai; lúc bắt đầu hỗn loạn làm có trật tự ta thấy hơm nay, lại có vũ trụ Trong xã hội chúng ta, bậc phụ huynh thầy giáo cịn thói quen trả lời câu hỏi cách nhún vai viện đến giáo lý mơ hồ Một số giáo lý lại hồn tồn khơng thích hợp với vấn đề vừa nêu trên, chúng phơi bày rõ hạn chế hiểu biết người Nhưng nhiều môn triết học khoa học lại đời từ câu lục vấn Ngày có nhiều người lớn muốn đặt câu hỏi thuộc loại họ nhận câu trả lời Nằm trung gian nguyên tử sao, mở rộng chân trời khám phá chúng ta, nhằm bao quát nhỏ lẫn lớn http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking Mùa xuân năm 1974, khoảng năm trước tàu vũ trụ Viking hạ cánh xuống Hỏa, tơi có tham dự họp tổ chức Anh, Hội Hoàng gia London tài trợ, bàn vấn đề làm tìm kiếm sống ngồi Trái đất Vào giải lao, thấy họp lớn nhiều tổ chức phòng bên cạnh tị mị tơi bước vào xem Thì tơi chứng kiến nghi lễ cổ kính, lễ kết nạp hội viên Hội Hoàng gia London, tổ chức học thuật lâu đời hành tinh Ở hàng cùng, niên ngồi xe đẩy chậm rãi ký tên vào sổ mà trang cịn giữ chữ ký Isaac Newton Khi Stephen Hawking, cuối ký xong tên mình, tràng hoan hơ sấm lên, từ lúc ơng huyền thoại Hiện nay, Hawking giáo sư toán học trường Đại học Cambridge, với cương vị mà trước Newton, sau P.A.M Dirac - hai nhà nghiên cứu tiếng cực lớn cực nhỏ - đảm nhiệm Hawking người kế tục xứng đáng họ Cuốn sách Hawking dành cho người chuyên gia xem phần thưởng nhiều mặt cho công chúng không chuyên Cuốn sách hấp dẫn vừa nội dung phong phú nó, vừa cho nhìn khái qt qua cơng trình tác giả Cuốn sách chứa đụng khám phá ranh giới vật lý học, thiên văn học, vũ trụ học lòng dũng cảm Đây sách Thượng đế hay khơng-cómặt-của-Thượng-đế Chữ Thượng đế xuất nhiều trang sách Hawking dấn thân tìm câu trả lời cho câu hỏi tiếng Einstein: Liệu Thượng đế có lựa chọn việc tạo vũ trụ hay không? Hawking nhiều lần tuyên bố cách công khai ơng có ý định tìm hiểu ý nghĩa Thượng đế Và từ nỗ lực đó, ơng rút kết luận bất ngờ nhất, nay, vũ trụ khơng có biên khơng gian, khơng có bắt đầu kết thúc thời gian chẳng có việc cho Đấng sáng phải làm Peter Guzzardi http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN Giới thiệu sách "Lược sử thời gian" Cuốn sách mà giới thiệu với bạn sau có tên "Lược sử thời gian" (A Brief History of Time), sách tuyệt diệu, viết nhà khoa học vĩ đại thời đại chúng ta: nhà toán học vật lý lý thuyết người Anh Stephen Hawking S.W Hawking sinh năm 1942 Trong sống cá nhân, ông gặp nhiều bất hạnh Năm 1985, ông bị sưng phổi sau phẫu thuật mở khí quản, Hawking khả phát âm Trước đó, bệnh tê liệt thần kinh (bệnh ALS) gắn chặt ông vào xe đẩy Hawking cách làm việc giao tiếp với người máy vi tính máy tổng hợp tiếng nói lắp liền với ghế Tuy nhiên, tất bất hạnh khơng quật ngã ý chí nhà vật lý thiên tài Hiện ông giáo sư Đại học Cambridge (Anh), chức vụ mà Newton, sau P.A.M Dirac, đảm nhiệm Ơng chun nghiên cứu lý thuyết tương đối rộng Những kết thu với George Ellis, Roger Penrose, phát khả xạ các lỗ đen đưa Hawking lên hàng nhà vật lý tiếng giới Cuốn "Lược sử thời gian" viết xong năm 1987 Ngay từ đời, trở thành sách bán chạy giới "Lược sử thời gian" đứng danh mục sách bán chạy New York Times 53 tuần, nước Anh, 205 tuần liền có tên mục sách bán chạy Sunday Times Chính Stephen Hawking phải kinh ngạc Từ trước đến nay, chưa có sách khoa học cơng chúng đón nhận nồng nhiệt (tuy nhiều người nói, họ mua để bày tủ sách khơng thực đọc Về điểm này, sách Hawking có số phận tương tự Kinh Thánh kịch Shakespeare) Bằng lối trình bày sáng sủa, giọng văn hài hước, nhuốm màu bi quan, Stephen Hawking dẫn dắt người đọc phiêu lưu suốt lịch sử vũ trụ, từ cịn điểm kỳ dị với lượng vô lớn, ngày Cuộc tìm kiếm Hawking giúp người đọc khám phá hết bí mật đến bí mật khác Đôi ông dụ độc giả vào ngộ nhận tưởng có lý, lại bất ngờ phi lý cách nghĩ, để phá vỡ ngộ nhận Cuốn sách đề cập đến vấn đề nghiêm trọng hóc búa http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking vật lý lý thuyết, vụ nổ lớn, lỗ đen, không - thời gian, thuyết tương đối, nguyên lý bất định mà không làm bạn đọc bị rối Bản tiếng Việt mà giới thiệu với bạn sau dịch Cao Chi Phạm Văn Thiều, nhà xuất Văn hóa Thơng tin, Hà Nội, 2000 Minh Hy http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN Phần [ ] Bản chất thời gian gì? Nó có điểm tận không? Những đột phá vật lý học - phần nhờ công nghệ tuyệt xảo - đưa câu trả lời cho số câu hỏi tồn dai dẳng từ xa xưa vừa nêu [ ] Chương 1: Bức tranh vũ trụ Một nhà khoa học tiếng (hình Bertrand Russell) lần đọc trước công chúng giảng Thiên văn học Ông mô tả trái đất quay quanh mặt trời đến lượt mình, mặt trời lại quay quanh tâm quần thể khổng lồ - mà người ta gọi thiên hà - Khi giảng kết thúc, bà già nhỏ bé ngồi cuối phòng đứng dậy nói: “Anh nói với chúng tơi chuyện nhảm nhí vậy? Thế giới thực tế đĩa phẳng tựa lưng rùa khổng lồ mà thôi” Nhà khoa học mỉm nụ cười hạ cố trước trả lời: “Thế rùa tựa lên gì?” “Anh thơng minh lắm, anh bạn trẻ ạ, anh thơng minh”, bà già nói, “nhưng rùa xếp chồng lên xuống dưới, nữa” Nhiều người thấy tranh vũ trụ thang vô tận gồm rùa chồng lên chuyện nực cười, lại nghĩ hiểu biết bà già nhỏ bé kia? Chúng ta biết vũ trụ cách biết nó? Vũ trụ tới từ đâu đâu? Vũ trụ có điểm bắt đầu khơng có điều xảy trước đó? Bản chất thời gian gì? Nó có điểm tận khơng? Những đột phá vật lý học - phần nhờ công nghệ tuyệt xảo - đưa câu trả lời cho số câu hỏi tồn dai dẳng từ xa xưa vừa nêu Một ngày đó, câu trả lời trở nên hiển nhiên chuyện trái đất quay xung quanh mặt trời trở nên nực cười chuyện tháp rùa Chỉ có thời gian (dù cho nữa) phán Từ xa xưa, khoảng năm 340 trước công nguyên, nhà triết học Hy Lạp Aristotle, sách ông nhan đề “Về Bầu trời”, đưa hai luận chứng sáng giá chứng minh trái đất có hình cầu khơng phải đĩa phẳng Thứ nhất, ông thấy tượng nguyệt thực trái đất xen vào mặt trời mặt trăng Mà bóng trái đất http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking lên mặt trăng ln ln trịn, điều trái đất có dạng cầu Nếu trái đất đĩa phẳng bóng phải dẹt hình elip, thời gian có nguyệt thực mặt trời không luôn tâm đĩa Thứ hai, từ chuyến du hành mình, người Hy Lạp biết Bắc đẩu nhìn phương nam dường thấp nhìn vùng phương bắc! (Bởi Bắc đẩu nằm cực bắc, nên dường đầu người quan sát Bắc cực, người quan sát xích đạo, dường nằm đường chân trời) Từ sai khác vị trí biểu kiến Bắc đẩu Ai Cập so với Hy Lạp, Aristotle chí cịn đưa đánh giá chiều dài đường vòng quanh trái đất 400.000 stadia Hiện ta khơng biết xác stadia dài bao nhiêu, khoảng 200 thước Anh (1 thước Anh 0,914 mét) Như vậy, ước lượng Aristotle lớn gần gấp lần số chấp nhận Những người Hy Lạp chí cịn đưa luận chứng thứ chứng tỏ trái đất tròn khơng nhìn biển, mà người ta nhìn thấy cột buồm sau nhìn thấy thân tàu? Aristotle nghĩ trái đất đứng yên mặt trời, mặt trăng, hành tinh chuyển động xung quanh theo quỹ đạo trịn Ơng tin vào điều ơng cảm thấy - ngun nhân bí ẩn - trái đất trung tâm vũ trụ, chuyển động trịn chuyển động hồn thiện Ý tưởng Ptolemy phát triển thành mô hình vũ trụ hồn chỉnh vào kỷ thứ sau Cơng ngun Theo mơ hình trái đất đứng tâm bao quanh mặt cầu tương ứng mang mặt trăng, mặt trời, hành tinh biết vào thời gian đó: Thủy, Hình 1.1: Mơ hình vũ trụ Aristotle - Ptolemy coi trái đất trung tâm vũ trụ http://ebooks.vdcmedia.com Kim, Hỏa, Mộc Thổ (Hình 1.1) Chính hành tinh lại phải chuyển động vòng tròn nhỏ gắn với mặt cầu tương ứng chúng để phù hợp với đường quan sát tương đối phức tạp chúng bầu trời Mặt cầu mang thiên thể gọi cố định, chúng ln ln vị trí cố định nhau, lại quay ngang qua bầu trời Bên ngồi mặt cầu cuối mơ hình khơng nói cách rõ ràng, chắn LƯỢC SỬ THỜI GIAN cho phần vũ trụ mà người quan sát Mô hình Ptolemy tạo hệ thống tương đối xác để tiên đốn vị trí thiên thể bầu trời Nhưng để tiên đoán vị trí cách hồn tồn xác, Ptolemy phải đưa giả thuyết mặt trăng chuyển động theo quỹ đạo đơi đưa tới gần trái đất tới lần nhỏ so với thời điểm khác Ptolemy đành phải chấp nhận điểm yếu đó, đại thể, chấp nhận Mơ hình nhà thờ Thiên chúa giáo chuẩn y tranh vũ trụ phù hợp với Kinh Thánh, có ưu điểm lớn để dành nhiều chỗ mặt cầu cuối cố định cho thiên đường địa ngục Tuy nhiên, mơ hình đơn giản mục sư người Ba Lan, tên Nicholas Copernicus đề xuất vào năm 1554 (Thoạt đầu, có lẽ sợ nhà thờ quy dị giáo, Copernicus cho lưu hành mơ hình tác phẩm khuyết danh) Ý tưởng ông mặt trời đứng yên, trái đất hành tinh chuyển động theo quỹ đạo tròn xung quanh mặt trời Phải gần kỷ, ý tưởng chấp nhận cách thực Hai nhà thiên văn - người Đức tên Johannes Kepler người Italy tên Galileo Galilei - bắt đầu công khai ủng hộ học thuyết Copernicus, quỹ đạo mà tiên đốn chưa ăn khớp hoàn toàn với quỹ đạo quan sát Và vào năm 1609 địn chí mạng giáng xuống học thuyết Aristotle - Ptolemy Vào năm đó, Galileo bắt đầu quan sát bầu trời kính thiên văn ông vừa phát minh Khi quan sát Mộc, Galileo thấy kèm theo cịn có số vệ tinh hay nói cách khác mặt trăng quay xung quanh Điều ngụ ý thiên hà thiết phải trực tiếp quay xung quanh trái đất, Aristotle Ptolemy nghĩ (Tất nhiên tin trái đất đứng yên trung tâm vũ trụ mặt trăng Mộc chuyển động theo quỹ đạo phức tạp khiến ta có cảm tưởng quay quanh Mộc Tuy nhiên học thuyết Copernicus đơn giản nhiều) Cùng thời gian đó, Kepler cải tiến học thuyết Copernicus cách đưa giả thuyết hành tinh khơng chuyển động theo đường trịn mà theo đường elip Và tiên đốn hồn tồn ăn khớp với quan sát Đối với Kepler, quỹ đạo elip đơn giản giả thuyết tiện lợi khó chấp nhận elip rõ ràng hoàn thiện vòng tròn Khi phát thấy gần cách ngẫu nhiên http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 10 quỹ đạo elip ăn khớp với quan sát, Kepler không dung hịa với ý tưởng ơng cho hành tinh quay quanh mặt trời lực từ Điều phải tới sau này, vào năm 1867, giải thích được, Isaac Newton công bố tác phẩm Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Những nguyên lý tốn học triết học tự nhiên) ơng Có lẽ cơng trình vật lý học quan trọng bậc xuất từ trước đến Trong cơng trình này, Newton khơng đưa lý thuyết mô tả chuyển động vật khơng gian thời gian, mà ơng cịn phát triển cơng cụ tốn học phức tạp dùng để phân tích chuyển động Hơn nữa, Newton đưa định luật hấp dẫn vũ trụ mà theo vật vũ trụ hút vật khác lực mạnh hai vật nặng gần Chính lực buộc vật phải rơi xuống đất.(Câu chuyện kể rằng, có táo rơi trúng đầu mà Newton cảm hứng phát minh định luật hấp dẫn vũ trụ chắn chuyện thêu dệt Tất điều mà Newton nói là: ý tưởng hấp dẫn đến với ông ngồi “trạng thái chiêm nghiệm” “được nảy sinh rơi táo”) Newton theo định luật ông, lực hấp dẫn làm cho mặt trăng chuyển động theo quỹ đạo elip xung quanh trái đất hành tinh chuyển động theo quỹ đạo elip xung quanh mặt trời Mơ hình Copernicus vứt bỏ thiên cầu Ptolemy với chúng vứt bỏ ln ý tưởng cho vũ trụ có biên giới tự nhiên Vì “những ngơi cố định” dường khơng thay đổi vị trí chúng trừ quay xung quanh bầu trời trái đất quay xung quanh trục nó, nên hồn tồn tự nhiên giả thiết cố định thiên thể giống mặt trời chúng ta, xa nhiều Căn vào lý thuyết hấp dẫn mình, Newton thấy hút nên chúng khơng thể đứng n Vậy liệu chúng có rơi vào điểm khơng? Trong thư viết năm 1691 gửi Richard Bentley, nhà tư tưởng lỗi lạc thời đó, Newton chứng tỏ điều thực tế xảy có số hữu hạn ngơi phân bố vùng hữu hạn không gian Nhưng mặt khác, ông có số vơ hạn ngơi phân bố tương đối đồng không gian vô tận điều khơng thể xảy được, khơng có điểm trung tâm chúng rơi vào Luận chứng ví dụ bẫy mà ta gặp nói vơ hạn Trong vũ trụ vơ hạn, điểm xem tâm, điểm có số vơ hạn ngơi phía Cách tiếp cận đắn - mà điều phải sau có - phải xem xét tình http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 212 Trong giới khoa học, Darwin ủng hộ nồng nhiệt, chống đối khơng phải Đại diện cho phái bảo thủ cực đoan có Owen Anh Agassiz Hoa Kỳ Cả hai ông lớn tiếng cho thuyết Darwin ngụy khoa học ngày bị chìm quên lãng Nhà thiên văn học John Herschel gọi thuyết Darwin “định luật loạn xạ” (higgledy - piggdedy) Giáo cũ Darwin địa chất học Cambridge, Sedgwick coi thuyết Darwin “hồn tồn sai lầm có hại” viết thư gửi cho Darwin sách Darwin làm cho ông “cười đến vỡ bụng” Sedgwick cho “thuyết Darwin có tính điên khùng đầu xe lửa Giám mục Wilkin đưa lên cung trăng” http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 213 Phần 51 [ ] Mặt khác người ta đem áp dụng học thuyết Darwin lĩnh vực mà cịn sống chắn ơng phản đối kịch liệt Thí dụ chủ nghĩa phát xít viện quy luật đào thải tự nhiên, luật “khôn sống mống chết” để biện giải hành động sát nhân nhằm tiêu diệt số chủng tộc họ [ ] Tuy nhiên Darwin không thiếu người ủng hộ nồng nhiệt Đứng đầu phải kể đến người nhà địa chất học Charles Lyell, nhà sinh vật học Thomas Huxley, nhà thảo mộc học Joseph Hooker, Asa Gray, nhà thảo mộc học tiếng Hoa Kỳ Trong số nhà khoa học này, Darwin trông đợi nhiều Huxley mà ông gọi “cộng tác viên” ông Huxley tự nhận “vệ sĩ Darwin” Vốn người quen tranh luận, bút chiến, Darwin không công khai bênh vực lý thuyết ơng, việc hồn tồn Huxley, người có tài lại vừa hăng hái đảm nhiệm Trong xung đột nảy lửa diễn vào năm 1860 xung quanh học thuyết Darwin, Huxley đóng vai trị quan trọng Sân khấu phiên họp học viện Anh quốc Oxford để thảo luận học thuyết Darwin Cỗ trọng pháo đối phương Giám mục Wiberforce Oxford Trong đoạn kết tham luận mà ông tin đập tan lý thuyết Darwin, Giám mục Wiberforce quay phía Huxley ngồi diễn đàn, nói giọng cách châm biếm: “Tơi muốn hỏi giáo sư Huxley, giịng tổ nội hay tổ ngoại giáo sư thuộc loại khỉ?” Nghe Huxley nói riêng với bạn: “Thượng đế trao số mệnh ông ta vào tay rồi” Nói rồi, theo lời người kể lại, Huxley đứng dậy trả lời giám mục sau: “Chúng ta khơng có lý để xấu hổ nguồn gốc lồi người lồi khỉ Nếu tơi có vị tổ tiên mà nhớ lại phải lấy làm xấu hổ, vị tổ tiên phải hạng trí thức làm việc khơng nghỉ ngơi có q nhiều tài khác ông tham vọng cao Hạng người thấy thành công địa hạt hoạt động chưa đủ lại cịn muốn bén mảng đến địa hạt khoa học mà họ khơng hiểu cả, họ làm cho vấn đề khoa học trở thành tối tăm thêm với lời văn vẻ vơ nghĩa Họ cịn khéo léo cầu viện tới tín điều tơn giáo lời xách mé đao to búa lớn để đánh lạc hướng thính giả” http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 214 Đây trận xung đột đầu tiên, nhiều trận nảy lửa sau nữa, giáo hội giới khoa học xung quanh học thuyết tiến hóa Darwin Đối với vấn đề tơn giáo, quan điểm Darwin có chiều thay đổi già Hồi thiếu thời, ơng nhìn nhận tạo vật sinh cách hoàn toàn theo quy luật Trong Cuộc đời thư từ, Darwin tỏ ý tin tưởng “trong tương lai xa xơi người hồn hảo nhiều” Về già Darwin lại viết: “Có lý lẽ mạnh khiến tin Thượng đế, lý lẽ lý trí khơng phải lý lẽ cảm tính Người ta khó, chí không thể, quan niệm rằng: vũ trụ mênh mơng kỳ diệu này, người với khả nhìn lùi lại khứ hướng tương lai, lại kết ngẫu nhiên mù quáng hay tất yếu Sau suy nghĩ miên man vậy, tự cảm thấy phải tin có cội nguồn khởi thủy có trí thơng minh tương tự người, nghĩa tơi tin có thượng đế Trong thời gian viết Nguồn gốc chủng loại, nhớ tâm trạng Tuy nhiên qua nhiều diễn biến thăng trầm sau, niềm tin tơi khơng cịn trước Đến lại nảy sinh mối hồi nghi: Tơi tự hỏi tin linh hồn người, đầu khơng khác linh hồn lồi vật hạ đẳng nhất, lại suy luận tới kết luận bao la vậy?” Darwin không trả lời câu hỏi kết luận sau: “Tơi khơng có tham vọng rọi sáng vấn đề trừu tượng Chúng ta biết nguồn gốc vạn vật tơi đành cam nhân người theo chủ trương lý trí hữu hạn” Sau sách Nguồn gốc chủng loại xuất bản, Darwin viết tiếp nhiều sách khác đề cập đến vấn đề riêng biệt, ông triển khai lý tuyết tiến hóa sinh vật quy luật đào thải tự nhiên trình bày minh bạch Nguồn gốc chủng loại Trước hết ông viết hai tập đề là: Cơn trùng biến thành chất bón cho giống lan, Nghiên cứu sống giống leo Sau Darwin viết hai tác phẩm quan trọng nhan đề: Những biến thể động vật thực vật ni nhà, Sự sinh sản lồi người vấn đề tình dục đào thải Darwin cịn viết nhiều sách đề cập đến vấn đề so sánh thể cảm xúc loài người lồi vật, sách nói giống ăn sâu bọ, tác dụng việc lai giống, khả di động thực vật, tượng biến thành đất http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 215 Trong sách Nguồn gốc chủng loại, Darwin cố tránh bàn luận nguồn gốc lồi người, ơng sợ dư luận bác bỏ tồn lý thuyết ơng Đến Dịng dõi lồi người, Darwin đưa nhiều kiện để chứng tỏ loài người tiến hóa từ sinh vật thơ sơ mà Nhìn bao quát lại, thấy rằng, địa hạt học thuật, ảnh hưởng Darwin sâu đậm Và ngày nhà sinh vật học, địa chất học, hóa học, vật lý học, nhà nhân chủng học, tâm lý học, nhà giáo dục học, triết học, xã hội học nhà sử học, trị học ngơn ngữ học chấp nhận lý thuyết tiến hóa ơng Charles Ellwood đánh sau: “Khi nghĩ đến ảnh hưởng lớn lao Darwin lĩnh vực tư tưởng, khoa sinh vật học, tâm lý học xã hội học, người ta bắt buộc phải kết luận rằng: Darwin nhà tư tưởng phong phú kỷ 18, nước Anh mà giới Do đó, ơng xứng đáng có vị trí vinh quang cao giới khoa học Và ngày người ta bắt đầu nhận ý nghĩa xã hội học thuyết Darwin” Bình luận sách Nguồn gốc chủng loại West đồng ý rằng: “ảnh hưởng Darwin thật bao la Nêu lên nguyên tắc mẻ đồng thời tiếp tục nghiên cứu học hỏi, Darwin đảo lộn tất ngành khoa học, từ thiên văn học đến sử học, từ cổ sinh vật đến tâm lý học, từ phôi học đến giáo dục học” Mặt khác người ta đem áp dụng học thuyết Darwin lĩnh vực mà cịn sống chắn ơng phản đối kịch liệt Thí dụ chủ nghĩa phát xít viện quy luật đào thải tự nhiên, luật “khôn sống mống chết” để biện giải hành động sát nhân nhằm tiêu diệt số chủng tộc họ Hoặc bọn hiếu chiến biện giải chiến tranh phương tiện để đào thải kẻ yếu bảo tồn kẻ khỏe Thí dụ sở làm ăn, dựa vào định luật đào thải tự nhiên, “khôn sống mống chết”, để tìm cách tiêu diệt cơng ty nhỏ bé Ngày kiến thức khoa học phổ biến rộng rãi, cơng trình Darwin thêm có giá trị bao gồm quan sát vơ tinh tế Cho dù khám phá lạ khoa học đại có biến đổi phần lý thuyết Darwin, lý thuyết tiến hóa đứng vững di truyền học, cổ sinh vật học nhiều môn khoa học khác http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 216 Về địa vị Darwin lịch sử khoa học, khơng viết Julian Huxley, nhà sinh vật học tiếng, cháu nội Thomas Huxley, người cộng tác, người biện hộ bạn Darwin Julian Huxley viết: “Sự nghiệp Darwin đưa giới sinh vật vào phạm vi chi phối định luật thiên nhiên Sau Darwin, người ta khơng cịn nghĩ sinh vật động vật sáng tạo nguyên vẹn từ lúc khởi thủy, khơng cịn nghĩ có trí thơng minh huyền bí trang bị cho sinh vật khí giới kỳ diệu để kiếm ăn hay đương đầu với kẻ thù, khơng cịn nghĩ lồi có sức mạnh huyền bí dẫn dắt tiến hóa mn lồi Nếu thuyết đào thải tự nhiên tin tất động vật, thực vật, kể người, thấy ngày nay, trải qua q trình tiến hóa theo định luật tự nhiên mù qng, khơng khác định luật khiến có núi mọc, khiến đất hành tinh khác chạy thành đường bầu dục chung quanh mặt trời Định luật mù quáng phải chiến đấu để sinh tồn, định luật di truyền mù quáng tất nhiên đưa tới kết đào thải kẻ yếu bảo tồn sống kẻ mạnh, thúc đẩy đà tiến hóa sinh vật ” Julian Huxley viết tiếp: “Sự nghiệp Darwin khiến xác định vị trí người văn minh đại cách xác Con người khơng phải sinh vật hồn tất, khơng tiến hóa thêm Nhìn lại lịch sử dài dằng dặc, người thấy lịch sử khơng phải xuống mà lên, người cịn có khả biến hóa tương lai Hơn nữa, với hiểu biết tiến hóa sinh vật, biết kiên nhẫn Mấy ngàn năm lịch sử thật khơng có nghĩa lý so sánh với gần triệu năm người có mặt trái đất, số khơng có nghĩa lý so sánh với hàng ngàn triệu năm tiến hóa sinh vật mặt đất Hiểu vậy, có quyền kiên nhẫn sau nhà thiên văn học cho biết cịn có ngàn triệu năm để vượt lên tới đỉnh cao sống” http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 217 Phần 52 [ ] Einstein bắt tin điều khó tin thí dụ như: khơng gian hình cong, đường ngắn nối liền hai điểm khơng phải đường thẳng, vũ trụ có hạn khơng có biên giới, hai đường song song cuối gặp nhau, tia sáng theo đường vòng cung, thời gian có tính chất tương đối nơi phải cách [ ] CHA ĐỠ ĐẦU CỦA KỶ NGUYÊN NGUYÊN TỬ Albert Einstein thuyết tương đối Albert Einstein số nhân vật lịch sử, mà sống trở thành nhân vật huyền thoại Tư tưởng ông bí hiểm, người đời muốn hiểu, tư tưởng chừng tiếng nói ơng từ đỉnh núi Olympia vọng xuống trần gian Bertrand Russel nhận xét đúng: “Ai biết Einstein làm chuyện kỳ lạ, người hiểu chuyện gì” Cứ tạm cho rằng, khơng hẳn, giới có chừng tá người hiểu trọn vẹn lý thuyết Einstein vũ trụ, kiện thách thức hàng ngàn khơng nói hàng triệu người tâm cố tìm hiểu xem nhà tốn học phù thủy nói Einstein khó hiểu phạm vi tư tưởng ông vô rộng lớn phức tạp T.E Bridges nhắc đến nhà khoa học Anh, viết rằng: “Học thuyết Einstein kết hợp kiện vật lý với kiện toán học giải thích tốn học Muốn hiểu học thuyết Einstein khơng thể khơng có trình độ tốn học cao” George W Gray nói tương tự: “Einstein trình bày thuyết Tương đối ngơn ngữ tốn học, khó trình bày thuyết thứ ngơn ngữ khác Nếu trình bày thuyết Tương đối ngơn ngữ thơng thường chẳng khác dùng kèn saxophone để dạo khúc hịa tấu số Beethoven” Tuy nhiên có lẽ có vài nét vũ trụ quan Einstein diễn đạt ngôn ngữ thông thường mà cần đến ngơn ngữ số hệ tốn học Đây thật thứ giới kỳ ảo, làm đảo lộn tư tưởng bắt rễ từ bao http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 218 kỷ nay, “một hổ lốn khó tiêu hóa nhiều người” Einstein bắt tin điều khó tin thí dụ như: khơng gian hình cong, đường ngắn nối liền hai điểm khơng phải đường thẳng, vũ trụ có hạn khơng có biên giới, hai đường song song cuối gặp nhau, tia sáng theo đường vịng cung, thời gian có tính chất tương đối nơi phải cách, phải đo chiều dài tùy theo tốc độ, vũ trụ khơng phải hình cầu mà hình trụ, vật thể chuyển động kích thước co lại, khối lượng lại tăng lên, thời gian chiều thứ tư thêm vào ba chiều cao, dài rộng Những đóng góp Einstein cho khoa học nhiều không kể xiết, trước hết phải kể đến thuyết tương đối mà theo lời Banesh Hoffman “có tính chất vĩ đặt Einstein ngang hàng với nhà khoa học lớn thời đại Isaac Newton Archimède Những nghịch lý mê thành công rực rỡ kích động mãnh liệt trí tưởng tượng người” Cuộc cách mạng Einstein bắt đầu vào năm 1905, tức năm tờ Chuyên san vật lý học Đức Annalen der Physik đăng báo dài chừng 30 trang với nhan đề tầm thường Động điện vật thể chuyển động Năm Einstein 26 tuổi viên chức bình thường quan cấp sáng chế Thụy Sĩ Einstein sinh gia đình Do thái trung lưu Ulm, Bavaria năm 1879 Khi cịn nhỏ khơng có biểu chứng tỏ ông “thần đồng”, ngoại trừ khiếu tốn học Vì hồn cảnh gia đình, nên năm 15 tuổi, Einstein phải tự lập Sau di cư sang Thụy Sĩ, Einstein theo học khoa học trường đại học bách khoa Zurich, thành hôn với bạn sinh viên trở thành công dân Thụy Sĩ Không thực giấc mộng làm giáo sư đại học để kiếm sống, Einstein đành chấp nhận làm cơng chức, có nhiệm vụ thảo báo cáo viết lại đơn từ nhà sáng chế gửi cho quan cấp sáng chế Thời rảnh, Einstein nghiên cứu rộng rãi tác phẩm nhà triết học, khoa học toán học Chẳng sau ông chuẩn bị đầy đủ để tung loạt đóng góp cho khoa học, đóng góp có tiếng vang rộng lớn sau Trong tác phẩm năm 1905, Einstein tung “Thuyết Tương đối đặc biệt” làm rung chuyển quan niệm chung không gian, thời gian, vật chất lượng Toàn thuyết tương đối dựa vào hai giả thuyết cốt yếu Giả thuyết thứ là: chuyển động có tính chất tương đối Để có ý niệm cụ thể nguyên tắc này, người ta thường hay lấy ví dụ người ngồi toa xe hỏa chạy Nếu tất cửa đóng kín, http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 219 tối bưng người ngồi xe khơng có ý thức tốc độ phương hướng, chí có lẽ xe chạy Một người tàu thủy, cửa đóng kín, tình trạng tương tự Chúng ta nhận thức chuyển động qua tương vật khác Ngay trái đất quay không nhận thấy, khơng có tinh cầu khác để so sánh Giả thuyết trụ cột thứ hai Einstein là: Tốc độ ánh sáng không bị lệ thuộc vào chuyển động nguồn sáng Tốc độ tia sáng 186.000 dặm giây đồng hồ (xấp xỉ 300.000km/giây), nơi Tia sáng xuyên qua toa xe hỏa chạy có tốc độ ngang với tốc độ tia sáng chạy ngồi toa xe Khơng có mãnh lực vượt tốc độ ánh sáng, tốc độ hạt điện tử soát với tốc độ ánh sáng Như ánh sáng thực thể độc vũ trụ không biến đổi Cuộc thí nghiệm tiếng hai nhà khoa học Mỹ Michelson Morley thực vào năm 1887 tạo sở cho thuyết Einstein ánh sáng Để đo tốc độ ánh sáng cho cách tuyệt đối, hai nhà khoa học chế hệ thống máy móc sau: Hai đường ống, đường ống dài chừng dặm đặt thẳng góc với Đường ống thứ đặt theo chiều với chiều trái đất quanh chung quanh mặt trời, đường ống thứ hai hướng ngược lại với chiều quay trái đất Ở đầu đường ống đặt gương lúc chiếu vào hai đường ống chùm ánh sáng Thời người ta tin chỗ trống khơng, có khí éther, thuyết tia sáng chạy theo đường ống người ta bơi ngược chiều, tia sáng khác chạy theo đường ống người ta bơi xuôi chiều Nhưng sau thí nghiệm, người ngạc nhiên thấy hai chùm tia sáng dội ngược lại vào lúc Thí nghiệm bị coi thất bại Thuyết Einstein tung năm 1905 để trả lời thắc mắc Michelson, Morley nhà vật lý học khác Trong khoảng trống khơng có khí éther thí nghiệm với hai đường ống đo tốc độ ánh sáng Căn vào thí nghiệm này, Einstein suy điều vô quan trọng tốc độ ánh sáng không thay đổi đo điều kiện nào, chuyển động trái đất quay chung quanh mặt trời khơng ảnh hưởng đến tốc độ ánh sáng http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 220 Trái với Newton, Einstein khẳng định khơng làm có chuyển động tuyệt đối Quan niệm có vật thể chuyển động cách tuyệt đối không gian điều vô lý Sự chuyển động vật thể tương chuyển dộng vật thể khác Trạng thái vật thể chuyển động mặt đất khắp nơi vũ trụ, khơng có vật thể tuyệt đối đứng yên Trong vũ trụ động, từ vật thể nhỏ nguyên tử đến dải thiên hà bao la, chuyển động trạng thái vĩnh Trái đất quay chung quanh mặt trời với tốc độ 20 dặm/giây đồng hồ Trong vũ trụ tất chuyển động, khơng có thứ đứng im chỗ, làm có tiêu chuẩn để đo tốc độ, chiều dài, kích thước, khối lượng thời gian, ngoại trừ đo với chuyển động tương đối Chỉ có ánh sáng tuyệt đối, tốc độ ánh sáng lúc 186.000dặm/giây đồng hồ, nguồn sáng, vị trí quan sát, thí nghiệm Michelson - Morley chứng tỏ [ ] Theo thuyết tương đối Einstein người ta đuổi kịp khứ sinh tương lai người ta có tốc độ vượt tốc độ ánh sáng [ ] Thời gian không gian tách rời Mọi vật luôn chuyển động, theo quan niệm Einstein, sống vũ trụ bốn chiều mà thời gian chiều thứ tư [ ] Trong số quan niệm Einstein vũ trụ, quan niệm tương đối thời gian ngược với quan niệm xưa nay, khó hiểu Einstein chủ trương rằng: biến cố xảy nhiều nơi khác xảy lúc kẻ này, xảy khác lúc kẻ khác vị trí chuyển động tương người trước Thí dụ hai biến cố xảy lúc người quan sát đứng mặt đất, xảy khác lúc người ngồi xe hỏa hay máy bay Thời gian không tuyệt đối, mà tương vị trí tốc độ người quan sát Áp dụng thuyết để nhận định vũ trụ, người ta thấy biến cố, thí dụ vụ nổ xảy khơng lúc người quan sát tinh cầu người quan sát trái đất Một biến cố diễn tinh cầu xa lắc hàng năm chuyển hình ảnh tới mặt đất, ánh sáng chạy với tốc độ 186.000 dặm/giây đồng hồ Vì tinh tú ta quan sát thấy hơm tinh tú năm trước, lúc tinh tú khơng cịn Theo thuyết tương đối Einstein người ta đuổi kịp q khứ sinh tương lai người ta có tốc độ vượt tốc độ ánh sáng Mỗi tinh cầu chuyển động có hệ thống thời gian riêng, khác hẳn hệ thống thời gian tinh cầu khác Một ngày trái đất thời gian đủ để http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 221 trái đất quay vịng trục Sao Mộc nhiều thời trái đất để quay chung quanh mặt trời, năm Mộc dài năm trái đất Tốc độ nhanh, thời gian chậm Chúng ta quen nghĩ vật thể có ba chiều, Einstein chủ trương thời gian chiều không gian Thời gian không gian tách rời Mọi vật luôn chuyển động, theo quan niệm Einstein, sống vũ trụ bốn chiều mà thời gian chiều thứ tư Nói tóm lại, tiền đề thuyết Einstein trình bày lần nửa kỷ trước tính tương đối chuyển động, tính tuyệt đối độc ánh sáng Triển khai nguyên lý tương đối chuyển động, Einstein làm sụp đổ quan niệm khác vốn vững từ xa xưa Từ trước người ta tin chiều dài khối lượng trường hợp quan niệm tuyệt đối thay đổi Bây Einstein khẳng định khối lượng hay trọng lượng chiều dài vật thể thay đổi tùy theo tốc độ vật thể Einstein đưa thí dụ: đồn xe lửa dài ngàn (Bộ: 0,304 mét) chạy với tốc độ bốn phần năm tốc độ ánh sáng Đối với người đứng n chỗ đồn tàu chạy dài 600 bộ, người ngồi đồn tàu dài đủ 1000 Tương tự đồn tàu, vật thể chuyển động khơng gian co ngắn lại tùy theo tốc độ Một gậy dài 100 mã (mã (inch) = 0,025 mét), phóng lên khơng gian với tốc độ 161.000 dặm/giây đồng hồ, co ngắn lại dài nửa mã Trái đất quay trục nên chu vi co rút lại chừng sáu phân mét Khối lượng thay đổi Tốc độ nhanh khối lượng vật thể tăng Nhiều thí nghiệm chứng tỏ vật thể bắn lên không gian với tốc độ lên tới 86% tốc độ ánh sáng, cân nặng gấp đơi so với cịn nằm yên đất Sự kiện có hậu quan trọng công phát triển nguyên tử sau Thuyết tương đối Einstein trình bày năm 1905 coi “Lý thuyết hạn chế tính tương đối” áp dụng riêng chuyển động Tuy nhiên, vũ trụ chúng ta, hành tinh thiên thể chuyển động theo đường thẳng Một lý thuyết phải bao gồm thứ chuyển động, đủ để mô tả vũ trụ Vì lẽ đó, Einstein phải dành http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 222 mười năm để xây dựng “Lý thuyết Tổng qt tính tương đối”, ơng nghiên cứu sức mạnh huyền bí hướng dẫn chuyển động hành tinh, định tinh, chổi, thiên thạch, thiên hà vật thể khác quay cuồng khoảng không vũ trụ bao la Trong “lý thuyết tổng qt tính tương đối” cơng bố năm 1915, Einstein đề quan niệm sức hút, đảo lộn hẳn quan điểm trọng lực ánh sáng người ta chấp nhận từ thời Isaac Newton Newton cho trọng lực lực, khác với Newton, Einstein chứng minh khoảng không gian chung quanh hành tinh hay thiên thể, trường hấp dẫn tương tự từ trường chung quanh đá nam châm Những vật thể lớn mặt trời, tinh tú tỏa chung quanh trường hấp dẫn rộng Trái đất mặt trăng hút Thuyết trường hấp dẫn cịn giải thích chuyển động khơng bình thường Kim, hành tinh gần mặt trời nhất, chuyển động nát óc nhà thiên văn học tờ bao kỷ trường hợp ngoại lệ, không tuân theo định luật sức hút Newton Trường hấp dẫn tinh tú có sức cực mạnh bẻ cong tia sáng Vào năm 1919, tức năm sau thuyết tổng quát tính tương đối tung ra, ảnh chụp vụ nhật thực xác nhận thuyết Einstein đúng: tia sáng theo đường cong đường thẳng, bị tác động trường hấp dẫn mặt trời Từ tiền đề đó, Einstein suy rằng: khơng gian hình cong Chịu ảnh hưởng mặt trời, hành tinh quay theo đường ngắn nhất, tương tự sông chảy biển, tùy theo địa hình mà chảy theo đường tự nhiên nhất, dễ chảy Trong phạm vi trái đất, tàu hay chuyến phi vượt biển, theo đường thẳng mà đường cong nghĩa cung vòng tròn Hiển nhiên đường gần hai điểm đường thẳng mà đường cong Định luật với chuyển động hành tinh hay tia sáng Nếu chấp nhận thuyết không gian có hình cong, phải đương nhiên chấp nhận thuyết khơng gian hữu hạn Ví dụ, tia sáng xuất phát sao, sau hàng triệu năm đi, trở nguồn sáng cũ, chẳng khác nhà du lịch chuyến vòng quanh giới Vũ trụ diễn bất tận khơng gian, mà có giới hạn khơng thể xác định giới hạn http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 223 Trong số khám phá vĩ đại Einstein khoa học, đóng góp ơng cho cơng nghiên cứu ngun tử có tác dụng trực tiếp sâu rộng giới ngày Ít lâu sau tờ chuyên san vật lý học tung thuyết tương đối vào năm 1905, Einstein cho đăng báo báo ngắn có tầm vang dội lớn, nhan đề “Qn tính vật thể có tùy thuộc vào lượng vật thể khơng?” Einstein xác định rằng: lý thuyết lượng nguyên tử sử dụng Sức mạnh khủng khiếp nguyên tử giải tỏa theo phương trình Einstein đề ra: E = mc2, nghĩa là: lượng khối lượng nhân với tốc độ ánh sáng, lại nhân với tốc độ ánh sáng lần Nói cách cụ thể, Einstein cho rằng: nửa cân Anh (cân Anh = 453,592 gam) chất chứa lượng tương đương với sức mạnh bảy triệu thuốc nổ TNT Một nhà bình luận nhận xét: khơng có phương trình Einstein “các nhà khoa học mị mẫm tách ngun tử uranium, khơng nhà khoa học hiểu nguồn lượng khủng khiếp, vật liệu trái bom khủng khiếp” http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 224 Phần cuối [ ] Đối với Albert Einstein, người ta khơng thể khơng nói đến ảnh hưởng Phải gọi lý thuyết ơng cách mạng mở kỷ nguyên nguyên tử Kỷ nguyên đưa nhân loại đến đâu chưa thể biết Hiện biết Einstein nhà khoa học, nhà triết học vĩ đại kỷ [ ] Trong phương trình tiếng E = mc2, Einstein chứng minh lượng khối lượng một, hai trạng thái khác khối lượng lượng đặc lại Barnett nhận định phương trình E = mc2 “đã giải thích nhiều điểm vật lý học, từ điểm bí mật Phương trình giải thích chất quang tuyến phản xạ radium uranium lại liên tiếp hàng triệu năm bắn tia li ti chạy với tốc độ khủng khiếp Phương trình cịn giải thích mặt trời tinh tú lại tn ánh sáng sức nóng hàng tỷ tỷ năm, mặt trời có lửa theo lối thơng thường trái đất phải chết tối tăm u lạnh từ hàng triệu năm Phương trình cịn cho thấy lượng ghê gớm chứa chất nhân nguyên tử tiên đoán cần lượng nhỏ chất uranium đủ tạo trái bom có sức cơng phá thành phố” Cho đến năm 1939 phương trình Einstein cịn lý thuyết Vào năm đó, sau bị Đức quốc xã trục xuất khỏi châu Âu, Einstein sang Mỹ lâu sau ơng nhập quốc tịch Mỹ Einstein tin Đức quốc xã lùng để nhập cảng uranium nghiên cứu bom nguyên tử, ông liền viết cho Tổng thống Roosevelt thư tối mật: “Những công nghiên cứu E Fermi Lzilard mà thảo gửi tới tôi, khiến nghĩ tương lai gần, chất uranium biến thành nguồn lượng mẻ quan trọng Hiện tượng dẫn tới việc chế tạo bom, tin trái bom loại đó, mang tàu cho nổ hải cảng tàn phá tồn thể hải cảng vùng phụ cận” Kết tức khắc thư Einstein gửi cho Roosevelt việc khởi công xây dựng đề án bom nguyên tử Manhattan Năm năm sau, trai bom nguyên tử đưa thử Almagordo Reservation thuộc bang New http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 225 Mexico, lâu sau Mỹ thả bom nguyên tử tàn phá Hiroshima, để sớm kết liễu chiến tranh với Nhật Bản Bom nguyên tử kết thực tế vang dội lý thuyết Einstein Tuy nhiên người ta phải kể đến thực tế khác Năm 1905, năm thuyết tương đối đời, nhà khoa học triển khai định luật điện ảnh học (Photoelectric Law) Einstein, để giải thích tác động điện ảnh huyền bí mở đường cho vơ tuyến truyền hình, phim có tiếng nói, “con mắt thần” áp dụng khác Chính phát minh mà Einstein tặng giải Nobel vật lý năm 1922 Trong năm cuối đời, Einstein không ngừng nỗ lực xây dựng lý thuyết Trường thống (Unfided Field Theory) nhằm chứng minh tính chất hịa hợp đồng tạo vật Theo Einstein, định luật vật lý học chi phối nguyên tử nhỏ bé áp dụng vật thể lớn lao khơng gian Do lý thuyết Trường thống Einstein giải thích tượng vật lý theo khuôn mẫu cố định Lực hút, điện lực, từ lực nguyên tử lực tất lực giải thích lý thuyết Năm 1950, sau gần nửa đời nghiên cứu, Einstein lần trình bày lý thuyết Trường thống ơng trước giới Ơng ngỏ ý tin thuyết nắm giữ chìa khóa vũ trụ, thống quan niệm, từ giới cực nhỏ quay cuồng nguyên tử đến khơng gian mênh mơng thiên thể Vì khó khăn tốn học nên thuyết Einstein chưa kiện vật lý học kiểm chứng toàn Tuy Einstein vững tin lý thuyết Trường thống ơng giải thích “tính chất nguyên tử lượng” chứng minh hữu vũ trụ có đặt trật tự Tư tưởng triết lý gây cảm hứng hướng dẫn Einstein qua năm nỗ lực, phần thưởng cho nỗ lực đó, Einstein trình bày giảng nguồn gốc Lý thuyết tổng quát tương đối trường đại học Glasgow năm 1933 “Kết cuối giản dị, sinh viên thông minh hiểu cách dễ dàng Nhưng hiểu sau trải qua năm âm thầm tìm kiếm thật mà người ta cảm thấy khơng thể nói lên Người ta hiểu điều lòng ham muốn lên đến mức cuồng nhiệt, trải qua giai đoạn tin tưởng nghi ngờ, nghi ngờ tin tưởng lúc đó, bừng hiểu rõ thật sáng sủa” http://ebooks.vdcmedia.com Stephen Hawking 226 Trong dịp khác, Einstein bộc lộ cá tính tinh thần ơng: “Cảm xúc đẹp sâu xa người cảm xúc trước huyền bí Chính cảm xúc khiến cho khoa học chân nảy nở Những khơng cịn có cảm xúc đó, khơng cịn biết ngạc nhiên biết đứng ngẩn người sợ hãi sống chết Cảm thấy điều huyền bí mà người khơng giải thích nổi, biểu lộ mà khả ỏi đáng buồn hiểu hình thức thấp quy luật cao siêu vẻ đẹp rạng rỡ hết Chính biết cảm xúc tảng đích thực tơn giáo” Con số nhà khoa học tán dương Einstein không kể xiết Chúng ta đọc hai tác phẩm viết Einstein, để hiểu địa vị độc ông giới khoa học Paul Oehser viết: “Đối với Albert Einstein, người ta khơng thể khơng nói đến ảnh hưởng Phải gọi lý thuyết ơng cách mạng mở kỷ nguyên nguyên tử Kỷ nguyên đưa nhân loại đến đâu chưa thể biết Hiện biết Einstein nhà khoa học, nhà triết học vĩ đại kỷ Trước mắt chúng ta, Einstein có dáng dấp vị thánh cơng trình ơng khiến thêm tin tưởng vào khả trí tuệ người Ơng cịn hình ảnh bất diệt người ln ln tìm hiểu” Nhà khoa học Banesh Hoffman kết luận sau: “Einstein vĩ đại không hẳn tư tưởng khoa học mà cịn tác dụng tâm lý Trong giai đoạn nghiêm trọng lịch sử khoa học, Einstein chứng minh rằng, tư tưởng xưa không thiêng liêng bất di bất dịch Chính chứng minh mở đường cho trí tưởng tưởng người Bohr Broglie khiến họ thành cơng địa hạt lượng tử Toàn thể khoa vật lý học kỷ 20 mang dấu ấn xóa nhồ thiên tài Einstein” http://ebooks.vdcmedia.com ... khơng gian, khơng có bắt đầu kết thúc thời gian chẳng có việc cho Đấng sáng phải làm Peter Guzzardi http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN Giới thiệu sách "Lược sử thời gian" Cuốn sách mà... Hawking lên hàng nhà vật lý tiếng giới Cuốn "Lược sử thời gian" viết xong năm 1987 Ngay từ đời, trở thành sách bán chạy giới "Lược sử thời gian" đứng danh mục sách bán chạy New York Times 53 tuần,... http://ebooks.vdcmedia.com LƯỢC SỬ THỜI GIAN 25 Phần [ ] Lý thuyết tương đối buộc phải thay đổi cách ý niệm không gian thời gian Chúng ta buộc phải chấp nhận thời gian không hoàn toàn tách rời độc lập với thời gian