Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking

Mời các bạn tải về tập sách Thiết kế vĩ đại của tác giả danh tiếng Stephen Hawking và Leonard Mlodinow. Thư Viện Vật Lý đã hoàn thiện và giới thiệu bản dịch này hồi tháng 9/2011. Tuy nhiên, vì nhiều lí do, bản dịch trước đây còn có nhiều sai sót và lỗi kĩ thuật. Nay chúng tôi đã hiệu chỉnh lại và giới thiệu với các bạn một bản dịch tốt hơn. Tên sách: Thiết kế vĩ đại (The Grand Design)Tác...

STEPHEN HAWKING & LEONARD MLODINOW THI Ế T K Ế VĨ ĐẠI STEPHEN HAWKING & LEONARD MLODINOW TR Ầ N NGHIÊM d ị ch T T H H I I Ế Ế T T   K K Ế Ế   V V Ĩ Ĩ   Đ Đ Ạ Ạ I I   S S t t e e p p h h e e n n   H H a a w w k k i i n n g g   L L e e o o n n a a r r d d   M M l l o o d d i i n n o o w w   7 7 U U ; ; Q Q   1 1 J J K K L L ¬ ¬ P P   G G   F F K K     W W U U D D Q Q Q Q J J K K L L H H P P N N J J # # J J P P D D L L O O   F F R R P P                 T T H H I I Ế Ế T T K K Ế Ế V V Ĩ Ĩ Đ Đ Ạ Ạ I I Stephen Hawking & Leonard Mlodinow Trần Nghiêm dịch  1. Bí ẩn của sự tồn tại 1 2. Vai trò của quy luật 7 3. Thực tại là gì 24 4. Những lịch sử khác 42 5. Lí thuyết của tất cả 60 6. Lựa chọn vũ trụ của chúng ta 87 7. Phép màu hiển hiện 105 8. Thiết kế vĩ đại 120 Chú giải 130 Lời cảm ơn 133        1     1 Bí ẩn của sự tồn tại    2     ỗingườichúngtatồntạinhưngchỉtồntạitrongmộtthờigian ngắn, và trong thời gian đó chúng ta khám phá nhưng chỉ khámphámộtphầnnhỏcủatoànbộvũtrụ.Nhưngconngười vốnlàgiốngloàihiếukì.Chúngtamuốnbiết,vàchúngtađitìmnhữngcâutrả lời.Sốngtrongthếgiớirộnglớnđãphânchiathànhthiệnvàácnày,vàsămsoi vàobầutrờibátngátphíatrênđầu,conngườiluônluônnghivấnbiếtbaonhiêu câuhỏi:Làmthếnàochúngtacóthểtìmhiểuthếgiớimàchúngtatìmthấybản thânmìnhtrongđó?Vũtrụhànhxửnhưthếnào?Bảnchấtcủathựctạilàgì? Tấtcảnhữngcáinàytừđâumàcó?Vũtrụcócầnmộtđấngsángtạokhông?Đa số chúng ta không mất nhiều thời gian trong quãng đời mình để lo ngại về nhữngcâuhỏinày,nhưnghầunhưtấtcảchúngtađềulongạivềchúngvàolúc nàyhaylúckhác. Thường thì đây là những câu hỏi dành cho triết học, nhưng triết học khôngcònsinhsôinữa.Triếthọckhôngđuổikịpcácpháttriểnhiệnđạitrong khoahọc,đặcbiệtlàvậtlíhọc.Cácnhàkhoahọcđãtrởthànhnhữngngười cầmđuốckhámphátrongcôngcuộcđitìmtrithứccủachúngta.Mụcđíchcủa cuốnsáchnàylàđưa ranhững câutrảlời mànhữngkhám phávà tiếnbộlí thuyếtgầnđâyđềxuất.Chúngdẫnchúngtađếnvớimộtbứctranhmớicủavũ trụvàvaitròcủachúngtatrongđórấtkhácvớivaitròtruyềnthốngxưanayvà thậmchícònkhácvớibứctranhmàchúngtađãcóthểvẽracáchđâymộthoặc haithậpkỉtrước.Tuynhiên,nhữngpháchọađầutiêncủaquanđiểmmớiđóvề vũtrụcóthểlầnngượcdònglịchsửvềcáchnaygầnmộtthếkỉtrước. Theoquanniệmtruyềnthốngcủavũtrụ,cácvậtthểchuyểnđộngtrên nhữnglộtrìnhrõràngvàcólịchsửxácđịnh.Chúngtacóthểchỉrõvịtríchính xáccủa chúngtại mỗithờiđiểm trongthờigian.Mặcdùmô tảđóđủthành côngchonhữngmụcđíchhàngngày,nhưngvàothậpniên1920,ngườitanhận rarằngbứctranh“cổđiển”nàykhôngthểnàomôtảchohànhtrạngcóvẻkì quáiquansátthấyởcấpbậcnguyêntửvàhạnguyêntửcủasựtồntại.Thayvào đó,điềucầnthiếtlàthừanhậnmộtkhuônkhổkhác,gọilàvậtlílượngtử.Cáclí thuyết lượngtửhóara hết sức chính xáctrongviệctiênđoán cácsự kiện ở nhữngcấpbậcđó,đồngthờicòntáidựngcáctiênđoáncủacáclíthuyếtcổđiển cũkĩkhiápdụngchothếgiớivĩmôcủacuộcsốnghàngngày.Nhưngvậtlí lượngtửvàvậtlícổđiểnxâydựngtrênnhữngquanniệmrấtkhácnhaucủa thựctạivậtchất. M  3   “ Vàđólàtriếtlícủatôi” Cáclíthuyếtlượngtửcóthểthiếtlậptheonhiềucáchkhácnhau,nhưng cáicólẽlàmôtảtrựcquannhấtmanglạibởiRichard(Dick)Feynman,một nhân vật đa tài làm việc tại Viện Công nghệ California và là một tay trống bongocừkhôi.TheoFeynman,mộthệkhôngchỉcómộtlịchsửmàcómọilịch sửkhảdĩ.Khichúngtađitìmnhữngcâutrảlờicủamình,chúngtasẽgiảithích cáchtiếpcậncủaFeynmanmộtcáchchitiết,vàdùngnóđểkhảosátquanđiểm chorằngvũtrụtựnókhôngcómộtlịchsửđơnnhất,thậmchíkhôngcómộtsự tồntạiđộclập.Điềuđócóvẻnhưmộtýtưởngtriệtđể,thậmchívớinhiềunhà vậtlí.Thậtvậy,giốngnhưnhiềuquanđiểmtrongkhoahọcngàynay,nócóvẻ nhưviphạmgiácquanthôngthường.Nhưnggiácquanthôngthườngdựatrên kinhnghiệmhàngngày,chứkhôngdựatrênvũtrụnhưnóhélộquacácthành tựucủacôngnghệnhưcácthànhtựuchophépchúngtasămsoivàothếgiới nguyêntửhoặcnhìnngượcvềvũtrụsơkhai. Chođếnkhirađờivậtlíhọchiệnđại,ngườitathườngnghĩrằngtoànbộ kiếnthứcvềthếgiớicóthểthuđượcquasựquansáttrựctiếp,rằngmọithứlà cáinhưchúngtrôngnhưvậy,nhưđượccảmnhậnquacácgiácquancủachúng ta.Nhưngsựthànhcôngngoạnmụccủavậtlíhọchiệnđại,nềnkhoahọcxây dựng trên các quan niệm như quan niệm của Feynman xung đột với kinh  4  nghiệmhàngngày,chứngtỏrằngsuynghĩnhưthếlàchưađúng.Cáinhìnchất phácnhưthếcủathựctại,dođó,khôngtươngthíchvớivậtlíhọchiệnđại.Để xửlínhữngnghịchlínhưvậy,chúngtasẽchấpnhậnmộtphươngpháptagọilà thuyếtduythựcphụthuộcmôhình.Nóxâydựngtrênquanniệmchorằngnão củachúngtagiảimãtínhiệuthuvàobởicáccơquancảmgiáccủachúngta bằngcáchtạo ramộtmôhìnhcủathếgiới.Khimộtmôhìnhnhưvậythành côngởviệcgiảithíchcácsựkiện,chúngtacóxuhướnggánchonó,vàchocác bộphậnvà kháiniệmcấuthành nênnó,chấtlượngcủa thựctạihay sựthật tuyệtđối.Nhưngcóthểcónhữngphươngphápkháctrongđóngườitacóthể lậpmôhìnhtìnhhuốngvậtlígiốngnhưvậy,vớimỗimôhìnhsửdụngcácbộ phậnvàkháiniệmcơbảnkhácnhau.Nếuhailíthuyếthayhaimôhìnhvậtlí nhưvậytiênđoánchínhxácnhữngsựkiệnnhưnhau,thìngườitakhôngthểnói môhìnhnàythựctếhơnmôhìnhkia;thayvàođó,chúngtatùyýsửdụngmô hìnhnàotiệnlợinhấtđốivớimình. Trong lịch sử khoa học, chúng ta đã và đang khám phá ra một chuỗi nhữnglíthuyếthaymôhìnhngàymộttốthơn,từPlatođếnlíthuyếtNewtoncổ điểnđếncáclíthuyếtvậtlíhiệnđại.Liệuchuỗikhámphánàycuốicùngcóđạt tớimộtđiểmkết,mộtlíthuyếttốihậucủavũtrụ,líthuyếtsẽbaogồmhếtcác lựcvàtiênđoánmọiquansátmàchúngtacóthểthựchiện,haylàchúngtasẽ tiếptụctìmthấynhữnglíthuyếttốthơnnữamãimãi,vàkhôngbaogiờcómột líthuyếtnàomàkhôngthểnàocảitiếnthêmnữa?Chođếnnay,chúngtachưa cómộtcâutrảlờidứtkhoátchocâuhỏinày,nhưnghiệntạichúngtađãcómột ứngcửviêncholíthuyếttốihậucủamọithứ,nếuthậtsựmộtlíthuyếtnhưvậy cótồntại,gọilàlíthuyếtM.LíthuyếtMlàmôhìnhduynhấtcómọitínhchất màchúngtanghĩlíthuyếttốihậusẽphảicó,vànólàlíthuyếtmàphầnlớnnội dungthảoluậncủachúngtaởphầnsauxâydựngtrênđó. LíthuyếtMkhôngphảilàmộtlíthuyếttheoýnghĩathôngthường.Nólà cảmộthọgồmnhữnglíthuyếtkhácnhau,mỗimộtlíthuyếtđólàmộtmôtảtốt củanhữngquansátchỉtrongmộtchừngmựcnàođócủacáctìnhhuốngvậtlí. Nócóchútgìđógiốngnhưmộttấmbảnđồ.Nhưaicũngbiết,ngườitakhông thểnàothểhiệntoànbộbềmặtcủatráiđấttrênmộttấmbảnđồ.Phépchiếu Mercatorbìnhthườngdùngchobảnđồthếgiớitạoranhữngvùngtrôngmỗi lúcmộtlớnhơnởxavềphíabắcvàphíanam,nhưngkhôngbaoquátCựcBắc vàCựcNam.Đểlậpbảnđồđầyđủcủatoànbộtráiđất,ngườitaphảisửdụng mộttậphợpbản đồ,mỗibảnđồbaoquátmộtkhuvựchạnchế.Cácbảnđồ chồnglênnhau,vàởnơichúngchồnglênnhau,chúngthểhiệndiệnmạogiống nhưnhau.LíthuyếtMtươngtựnhưvậy.Nhữnglíthuyếtkhácnhautronghọ hànglíthuyếtMcóthểtrôngrấtkhácnhau,nhưngchúngđềucóthểxemlà nhữngkhíacạnhcủacùngmộtlíthuyếtcơsở.Chúnglàcácphiênbảncủalí  5  thuyếtchỉcókhảnăngápdụngtrongnhữngngưỡnghạnchế-thídụ,khinhững đạilượngnhấtđịnh,nhưnănglượng,lànhỏ.Giốngnhưcáctấmbảnđồchồng lênnhautrongphépchiếuMercator,nơicácvùngthuộcnhữngphiênbảnkhác nhauchồnglấn,chúngtiênđoáncáchiệntượnggiốngnhưnhau.Nhưnggiống hệtnhưviệckhôngcótấmbảnđồphẳngnàolàđạidiệntốtchotoànbộbềmặt củatráiđất,khôngcómộtlíthuyếtđơnlẻnàolàđạidiệntốtcủacácquansát trongmọitìnhhuống.  Bảnđồthếgiới.Cóthểcầnđếnmộtloạtnhữnglíthuyếtchồnglấnlênnhauđểthểhiệnvũ trụ,giốnghệtnhưviệccầncónhiềutấmbảnđồchồnglênnhauđểthểhiệntoànbộbềmặt tráiđất. ChúngtasẽmôtảlíthuyếtMcóthểmanglạinhữngcâutrảlờinhưthế nàochocâuhỏisángtạo.TheolíthuyếtM,vũtrụcủachúngtakhôngphảilà vũtrụduynhất.Thayvàođó,líthuyếtMtiênđoánrằngcórấtnhiềuvũtrụđã sinhratừtrốngrỗng.Sựsángtạocủachúngkhôngđòihỏisựcanthiệpcủamột thếlựcsiêunhiênhaythầnthánhnàohết.Thayvàođó,cácđavũtrụnàyphát sinhtựnhiêntừquyluậtvậtlí.Chúnglàmộtdựđoáncủakhoahọc.Mỗivũtrụ cónhiềulịchsửkhảdĩvànhiềutrạngtháikhảdĩởnhữngthờiđiểmsaunày, nghĩalàởnhữngthờiđiểmnhưhiệnnay,đãlâusausựsángtạocủachúng.Đa sốnhữngtrạngtháinàysẽcóchútkhônggiốngvớivũtrụmàchúngtaquansát thấyvàkhákhôngthíchhợpchosựtồntạicủabấtkìdạngthứcsốngnào.Chỉ  6  rấtrấtítvũtrụsẽchophépnhữngloàisinhvậtnhưchúngtatồntạimàthôi.Vì thế,sựcómặtcủachúngtachọnratừvôsốnhữngvũtrụnàychỉnhữngvũtrụ cókhảnăngtươngthíchvớisựtồntạicủachúngta.Mặcdùloàingườichúngta nhỏbévàyếuđuốiởcấpbậcvũtrụ,nhưngchínhđiềunàymanglạichochúng tacảmgiácmìnhlànhữngvịvuacủatạohóa. Đểtìmhiểuvũtrụởcấpđộsâusắcnhất,chúngtacầnphảibiếtkhông nhữngvũtrụhànhxửnhưthếnào,màcònphảihiểutạisaonữa. Tạisaolạicócáigìđóchứchẳngphảihưvôcả? Tạisaochúngtatồntại? Tạisaolạilàtậphợpnhữngquyluậtđặcbiệtnàychứchẳngphảinhững quyluậtnàokhác? ĐâylàCâuhỏiTốihậucủaCuộcsống,Vũtrụ,vàMọithứ.Chúngtasẽ cốgắngtrảlờinótrongquyểnsáchnày.Khônggiốngnhưcâutrảlờicótrong cuốnTìmhiểuThiênhàcủaHitchhiker,câutrảlờicủachúngtasẽkhôngđơn giảnlà“42”.    7     2 Vai trò của quy luật   [...]... trở lại ở vị trí cũ khi tôi bước vào, nhưng điều đó sẽ thật gượng gạo, và chuyện gì đã xảy ra khi tôi ở ngoài kia, thí dụ như trần nhà sập xuống chẳng hạn? Làm thế nào, dưới mô hình cái-bàn-biến-mất-khi-tôi-rời-khỏi-phòng, tôi có thể giải thích cho thực tế lần tiếp theo tôi bước vào, cái bàn xuất hiện trở lại đã bị gãy, dưới mảnh vụn của trần nhà? Mô hình trong đó cái bàn vẫn ở chỗ cũ thì đơn giản... nhiên đi theo trật tự đến sự kết thúc của nó” Đến tận thế kỉ thứ 16 sau này, nhà thiên văn vĩ đại người Đức Johannes Kepler (1571 – 1630) còn tin rằng các hành tinh có sự cảm thụ giác quan và tuân thủ có ý thức theo những quy luật chuyển động mà “trí tuệ” của chúng mách bảo Quan điểm rằng các quy luật tự nhiên phải được tuân thủ có ý thức phản ánh tiêu điểm quan tâm của người cổ đại về nguyên do tại sao... triều Một số phương trình do ông sáng tạo ra, và khuôn khổ toán học phức tạp mà chúng ta suy luận ra từ chúng, vẫn được giảng dạy ngày nay, và được sử dụng hễ khi nào một kiến trúc sư thiết kế một tòa nhà, một kĩ sư thiết kế một chiếc xe hơi, hay một nhà vật lí tính toán phương án phóng một tên lửa cho hạ cánh lên sao Hỏa Như nhà thơ Giáo hoàng Alexander từng nói: Tự nhiên và các quy luật tự nhiên ẩn... cái chúng ta biết về vật lí hiện đại gây ra một cái khó để mà ủng hộ Thí dụ, theo các nguyên lí của cơ học lượng tử, đó là mô tả chính xác của tự nhiên, một hạt không có một vị trí xác định cũng không có một vận tốc xác định trừ khi và cho đến khi những đại lượng đó được đo bởi một nhà quan sát Vì thế, sẽ không đúng nếu nói rằng một phép đo cho một kết quả nhất định vì đại lượng đang được đo có giá trị... quần tụ xung quanh những khu vực trồng ngũ cốc (Một số chữ khắc cổ thậm chí nói về khẩu phần bia hàng ngày cho phép đối với từng người dân) Những bản viết tay sớm nhất từ nền văn minh vĩ đại thuộc Hi Lạp cổ đại có niên đại vào thế kỉ thứ 9 tCN, nhưng đỉnh cao của nền văn minh đó, “thời kì cổ điển”, xuất hiện vài trăm năm sau đó, bắt đầu đâu đó trước năm 500 tCN Theo Aristotle (384 tCN – 322 tCN), khoảng... cận như thế, ông bác bỏ quan điểm khoa học xây dựng có nguyên tắc dựa trên sự quan sát Vào thời cổ đại, phép đo chính xác và tính toán toán học trong mọi trường hợp đều là khó Kí hiệu cơ số 10 mà chúng ta thấy tiện lợi trong số học chỉ mới ra đời vào khoảng năm 700 14 khi người Hindu bước những sải chân vĩ đại đầu tiên hướng đến việc biến toán học thành một công cụ đầy năng lực Kí hiệu cho phép cộng và... mái trần tòa lâu đài của ông đổ sập lên người ông 15 “Nếu tôi học được cái gì đó trong triều đại lâu đời của mình, thì đó là nhiệt huyết đã dâng tràn” Quan niệm hiện đại về những quy luật tự nhiên xuất hiện vào thế kỉ 17 Kepler dường như là nhà khoa học đầu tiên hiểu được khái niệm đó theo nghĩa khoa học hiện đại, mặc dù như chúng ta đã nói, ông vẫn giữ quan điểm duy linh về những đối tượng vật chất... mốc son chói lọi trong lịch sử tư tưởng của loài người Cách tiếp cận của họ là duy lí và trong nhiều trường hợp đưa đến những kết luận giống một cách bất ngờ với cái mà các phương pháp phức tạp hơn của chúng ta đưa chúng ta đến chỗ tin tưởng như ngày nay Đó là một sự khởi đầu vĩ đại Nhưng nhiều thế kỉ trôi qua, phần nhiều khoa học Ionia đã bị lãng quên – thỉnh thoảng đâu đó trong lịch sử, nó được khám... lai lẫn quá khứ của nó Điều này sẽ loại trừ khả năng thần kì hay một vai trò tích cực cho Chúa Thuyết quyết định luận khoa học mà Laplace thiết lập là câu trả lời của các nhà khoa học hiện đại cho câu hỏi thứ hai Trên thực tế, nó là cơ sở của mọi ngành khoa học hiện đại, và là một nguyên lí quan trọng trong suốt tập sách này Một định luật khoa học không phải là một định luật khoa học nếu nó chỉ đúng... không, mà đỉnh điểm là những thử nghiệm của Galileo bị quy kết là dị giáo vào năm 1633 vì sự biện hộ cho mô hình Copernicus Ông bị kết án, bị quản thúc tại nhà trong suốt quãng đời còn lại, và bị buộc phải rút lại các phát biểu Ông ta đồn rằng ông vẫn lẩm bẩm nhỏ rằng “Dù sao thì nó vẫn quay” Năm 1992, Giáo hội La Mã cuối cùng đã thừa nhận việc kết án đối với Galileo là không đúng Vậy thì hệ thống nào