Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 61)

Những vũ trụ song song

Nếu bạn chưa sẵn sàng duyệt qua những nghịch lí du hành thời gian bên dưới tấm thảm thêu hoa, thì còn có một khả năng khác trong đó cả nghịch lí không có sự lựa chọn lẫn nghịch lí hiện hữu từ hư vô đều không cần xuất hiện. Tuy nhiên, cái giá phải trả có thể quá cao để bạn chấp nhận, mặc dù cảm giác tê tái không thể tránh khỏi mà bạn phải trải qua hướng đến một số điều vô lí mà bạn đã gặp trong quyển sách này. Cái tôi sắp mô tả nghe có vẻ ngu xuẩn hơn bất cứ cái gì mà bạn đã gặp cho đến đây, nhưng nó dựa trên sự giải thích đúng đắn, nếu không nói là độc đáo, của những hệ quả kì lạ của cơ học lượng tử.

Tôi đã đề cập ngắn gọn lúc mở đầu Chương 4, khi mô tả bản chất của ánh sáng, rằng cơ học lượng tử có thứ hạng còn cao hơn cả thuyết tương đối với tầm quan trọng của nó là một khám phá khoa học ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Vấn đề là ở chỗ không ai thật sự hiểu nó cho chúng ta biết điều gì về thế giới của cái rất nhỏ mà nó mô tả chính xác như thế. Tất nhiên, điều này nghe có chút hơi lạ. Làm thế nào một lí thuyết chúng ta không hiểu rõ lại thành công như vậy? Câu trả lời là vì nó tiên đoán hành trạng của những viên gạch cấu trúc rất cơ bản của vật chất – không chỉ các nguyên tử, mà cả những hạt cấu tạo nên nguyên tử (electron, proton, neutron) cũng như các photon ánh sáng và mỗi hạt hạ nguyên tử khác mà bạn biết tên (và có nhiều hạt như vậy) – với độ chính xác khó tin nổi. Cơ học lượng tử đã đưa chúng ta đến với sự hiểu biết rất chính xác hiện nay của chúng ta về cách thức những hạt “lượng tử” này tương tác với nhau và kết nối để tạo nên thế giới xung quanh chúng ta. Nhưng đồng thời cơ học lượng tử buộc chúng ta phải nhìn nhận thế giới hạ nguyên tử hoàn toàn trái ngược với ý nghĩa thông thường của chúng ta. Ngày nay, các nhà vật lí đã có ba phần tư thế kỉ để nhận thức những khái niệm này và đi tới một số cách giải thích khả dĩ của cái phải đang diễn ra ở cấp bậc lượng tử. Nhưng vẫn chưa có sự nhất trí chung cách lí giải nào là đúng, nếu như chỉ có duy nhất một cách lí giải.

Cách lí giải được ưa chuộng rộng rãi trong phần lớn thế kỉ 20 được gọi là trường phái Copenhagen (vì nó có xuất xứ từ một viện nghiên cứu ở Copenhagen, nơi một trong những người cha đẻ của cơ học lượng tử, Niels Bohr, làm việc). Những người ủng hộ nó chọn một quan điểm rất thực dụng của toàn bộ vấn đề bởi sự khẳng định rằng chúng ta không nên lo cố gắng tìm hiểu cái đang xảy ra ở cấp bậc nguyên tử mà cho đến nay vốn tách biệt với thế giới hàng ngày của chúng ta. Chẳng hạn, chúng ta không có quyền đòi hỏi một photon ánh sáng phải hành xử theo kiểu có ý nghĩa đối với chúng ta. Nếu ánh sáng xuất hiện một phút để có tính chất của một dòng hạt và phút tiếp theo đó có tính chất sóng thì nó là như vậy. Toàn bộ vấn đề, theo trường phái Copenhagen, là cơ học lượng tử phát huy tác dụng. Cơ sở toán học phù hợp tuyệt vời với cái chúng ta nhìn thấy xung quanh mình trong thế giới thực, vậy thì tại sao chúng ta lại tự đạp đổ nó đi?

Cho đến thập niên cuối của thế kỉ hai mươi, một quan điểm như thế là quan điểm chủ đạo. Đa số các nhà vật lí thực nghiệm đều hài lòng (vâng, có lẽ hài lòng là từ dùng chưa chính xác lắm) sử dụng các công cụ của cơ học lượng tử - những kí hiệu trừu tượng và những kĩ thuật toán học thay vì cờ lê và tua vít mà bạn hiểu. Họ đã sẵn sàng vứt bỏ sự cân nhắc và chiêm nghiệm về ý nghĩa sâu xa của nó như các nhà triết học hay làm.

Sự khác biệt giữa những cách giải thích đó là cách thức chúng ta mô tả cái “đang xảy ra” với một hạt lượng tử, ví dụ một hạt electron, khi chúng ta để cho nó tự làm cái mà các electron muốn làm khi còn lại một mình. Nếu chúng ta đo một tính chất nhất định của một electron, ví dụ như vị trí, tốc độ hay năng lượng của nó tại một thời điểm nhất định, thì cơ học lượng tử sẽ cho chúng ta biết chúng ta có khả năng tìm thấy cái gì. Tuy nhiên, nó chẳng cho ta biết gì về cái electron đang thực hiện khi nó không đang được quan sát. Đây sẽ không phải là vấn đề nếu chúng ta có thể tin tưởng các electron (và mọi hạt lượng tử khác) hành xử một cách hợp lí, nhưng chúng không như vậy. Chúng sẽ biến mất khỏi nơi chúng được nhìn thấy lần cuối và tự phát xuất hiện trở lại ở đâu đó khó tiếp cận đối với chúng. Chúng tồn tại ở hai nơi cùng một lúc, chúng chui hầm qua những hàng rào không thể xuyên qua, chuyển động theo hai hướng khác nhau đồng thời và thậm chí cùng lúc có một số tính chất mâu thuẫn nhau. Nhưng thời điểm bạn nhìn để thấy cái đang diễn ra, electron sẽ bất ngờ bắt đầu tự hành xử trở lại và không có cái gì khác lạ nữa. Tuy nhiên, những kết luận không thể tránh khỏi chúng ta phải rút ra từ những kết quả quan sát của mình là electron đó có khả năng nhất là đang thực hiện cái gì đó thật sự rất lạ khi chúng ta không nhìn vào. Thật vậy, mọi hạt lượng tử đều hành xử theo những kiểu rất không có khả năng nếu chúng tuân theo những quy tắc giống như những vật hàng ngày mà chúng ta quen thuộc.

Vì cơ học lượng tử chỉ cho chúng ta biết cái nên trông đợi từ kết quả của những quan sát của chúng ta nên chúng ta phải đòi hỏi cái gì đó khác nữa nếu chúng ta cứ ngoan cố đi tìm hiểu cái đang diễn ra khi chúng ta không đang nhìn vào. Đây là cái tôi muốn nói bằng những cách lí giải khác nhau. Cho đến đây, tôi chỉ mới đề cập tới cách giải thích Copenhagen, cách lí giải mà nhiều người xem là lí giải chuẩn. Đó là cách giải thích mà hầu như mọi sách giáo khoa cơ học lượng tử đều dùng và mọi sinh viên vật lí đều được học. Nhưng có một sự nhất trí đang tăng dần rằng thời đại của nó sắp lụi tàn. Những người ủng hộ nó có lẽ vẫn cho rằng cách giải thích mà chúng ta chọn thuần túy là vấn đề hương vị triết lí thôi nhưng sự thật là ngày càng có nhiều nhà vật lí (nhưng chưa phải là số đông) đang đi tìm cái gì đó còn sâu sắc hơn.

Một trong những lời giải thích khác ngoài quan điểm Copenhagen, cái được những người hâm mộ du hành thời gian đặc biệt hứng thú, được gọi là cách giải thích đa thế giới. Theo quan điểm này, ngay khi một hạt lượng tử, ở đâu đó trong Vũ trụ, đối mặt trước hai hoặc nhiều sự lựa chọn, thì toàn bộ Vũ trụ tách thành một số vũ trụ song song bằng với số lựa chọn mà hạt đó có. Theo quan điểm này, có một số vô hạn vũ trụ khác với vũ trụ của chúng ta với mức độ phụ thuộc nhiều hơn hoặc ít hơn vào chỗ chúng đã tách khỏi vũ trụ của chúng ta bao lâu rồi, và mỗi vũ trụ là có thật y hệt như vũ trụ của chúng ta. Trong nhiều vũ trụ trong số này, có tồn tại những phiên bản carbon của bạn. Trong một số vũ trụ, bạn là một đại gia giàu có, trong những vũ trụ khác, bạn phải sống nhớp nháp trên đường phố. Trong những vũ trụ khác, hóa ra trông bạn rất giống như bạn trong Vũ trụ của chúng ta, ngoại trừ một số chi tiết thứ yếu. Trong nhiều năm trời, loại sự vật này được xem là chất liệu của truyện khoa học viễn tưởng, và đối với nhiều nhà vật lí nó sẽ vẫn là như thế. Không có bằng chứng thực nghiệm nào rằng những vũ trụ song song có tồn tại vì chúng ta không thể tiếp xúc với bất kì vũ trụ nào khác, mà sự thật là vì nó có những điểm tốt với tư cách là một lí thuyết khoa học và lí giải thành công nhiều hành trạng kì lạ của thế giới lượng tử. Nhưng cái giá phải trả thì sao? Nhà vật lí Paul Davies từng nhận xét rằng các giải thích đa thế giới là rẻ về mặt giả thuyết (một ưu điểm của nó) nhưng lại phung phí vũ trụ.

Nếu lần đầu tiên bạn gặp quan điểm này thì có vẻ như không thể có thêm chỗ nào cho những vũ trụ khác nữa này. Xét cho cùng, có lẽ bản thân vũ trụ của chúng ta là vô hạn không chừng. Toàn bộ những vũ trụ khác đó có thể ở đâu chứ? Cách hình dung ra là hãy nghĩ Vũ trụ của chúng ta là một tấm phẳng trải rộng vô hạn bằng cách vứt đi hai chiều của nó (hãy nhớ rằng chúng ta phải đi từ không-thời gian bốn chiều xuống một tấm hai chiều). Giờ thì những vũ trụ song song khác có thể xem là những tấm chồng lên bên trên và bên dưới vũ trụ của chúng ta. Có đủ chỗ cho tất cả với đủ chiều không gian.

Ngoài chỗ phung phí vì đòi hỏi một số vô hạn vũ trụ, một số nhà vật lí khẳng định rằng cách giải thích đa thế giới cũng thật sự vứt bỏ ý thức. Nó hoạt động như sau: Mỗi khi bạn đối diện trước bất kì sự lựa chọn nào, ví dụ như chạm vào chóp mũi của bạn hoặc không chạm vào chóp mũi của bạn, và bạn chọn (bạn tự do suy nghĩ) không chạm vào nó, cái sẽ xảy ra là Vũ trụ chia tách làm đôi và lúc này sẽ có một vũ trụ song song trong đó bạn chạm tay vào mũi của mình. Bạn biết rõ việc mình chọn một trong hai khả năng, nhưng sẽ có một phiên bản khác của bạn trong một vũ trụ song song biết rằng “hắn” đã có một lựa chọn khác.

Cách giải thích đa thế giới của cơ học lượng tử được đề xuất bởi một nhà vật lí người Mĩ có tên gọi là Hugh Everett III hồi thập niên 1950 và, mặc dù lúc ấy không được hưởng ứng, trong thời gian gần đây nhận được sự ưa chuộng ngày một tăng của các nhà vũ trụ học cảm thấy rằng nó là cách giải thích duy nhất hợp lí khi áp dụng cơ học lượng tử để mô tả toàn bộ Vũ trụ.

Đồng thời, khái niệm vũ trụ song song còn được khai thác bởi các nhà văn khoa học viễn tưởng, họ nhận ra rằng nó cứu vớt họ ra khỏi những nghịch lí du hành thời gian. Mới đây hơn, nhà vật lí Oxford David Deutsch đã phát triển phiên bản lí thuyết của riêng ông và trình bày rằng nếu chúng ta muốn xét khả năng du hành thời gian về quá khứ một cách nghiêm túc thì chúng ta buộc phải xét cách giải thích đa thế giới một cách nghiêm túc. Tôi nên giải thích rằng Deutsch là một người rất ủng hộ quan điểm đa thế giới, cái ông xem là cách lí giải đa vũ trụ (thuật ngữ “đa vũ trụ” hàm ý có vô số vũ trụ, cái tổng thể của thực tại). Tôi không bị thuyết phục bởi quan điểm này, nhưng tôi không thể bác bỏ nó. Dù gì đi nữa, cách hiểu cơ học lượng tử yêu thích của tôi là cách lí giải của nhà vật lí David Bohm đòi hỏi chỉ một vũ trụ mà bạn trân trọng rất nhiều.

Vậy làm thế nào khái niệm đa thế giới đương đầu với các nghịch lí du hành thời gian? Như tôi đã nói ở lựa chọn thứ ba khi cố gắng lí giải những khả năng thay thế khác cho John Connor trong nghịch lí Terminator, một nhà du hành thời gian sẽ không đi vào quá khứ của vũ trụ của riêng anh ta hoặc cô ta – không có gì bất ngờ vì biết rằng có một số vô hạn quá khứ để mà lựa chọn – mà đi vào quá khứ của một vũ trụ song song.

Theo Deutsch, người đã xét khái niệm vũ trụ hình khối một cách nghiêm túc trong quyển sách của ông, Cơ cấu của Thực tại, Vũ trụ không chia thành nhiều bản sao của chính nó tại thời điểm chúng ta đối mặt với một sự lựa chọn. Thay vậy, có một số vô hạn vũ trụ song song ở ngoài kia. Tại thời điểm chọn lựa, chúng ta chỉ đi theo một lộ trình nhất định, giống như một đoàn tàu đi qua một giao lộ phức tạp. Điều này có nghĩa là tương lai là mở vì có nhiều lựa chọn sẵn có với chúng ta, nhưng quá khứ cũng thế. Không thời gian của riêng chúng ta chỉ là một trong vô số quá khứ tương lai. Du hành vào quá khứ trong đa vũ trụ của Deutsch không khác với cách bình thường chúng ta được mang vào tương lai. Chúng ta chỉ đơn giản đi theo một vòng lặp thời gian vào một quá khứ có khả năng nào đó.

Cách tiếp cận của Deutsch chỉ là một trong một số phiên bản của cách giải thích đa thế giới. Tôi sẽ xét lại các nghịch lí du hành thời gian của chúng ta trong khuôn khổ phiên bản thường nhật hơn của lí thuyết đa thế giới – nếu bạn có thể gọi một số vô hạn vũ trụ là thường nhật. Nghịch lí không có sự lựa chọn không còn áp dụng nữa vì chúng ta tự do làm thay đổi quá khứ như chúng ta muốn vì nó sẽ không phải là quá khứ của chúng ta. Những sự kiện trong vũ trụ song song mà chúng ta đi tới không nhất thiết diễn ra theo kiểu như chúng đã diễn ra trong vũ trụ của riêng chúng ta. John Connor lúc này có thể giết mẹ của anh ta và ngăn anh ta ra đời trong vũ trụ đó, trong khi người mẹ trong vũ trụ của riêng anh ta thì sống sót. Tất nhiên, nếu anh ta xuống tay không thành công thì anh ta sẽ ra đời. Lúc này sẽ có một vũ trụ (sớm sinh sôi do tất cả những lựa chọn lượng tử khác đang diễn ra) trong đó John Connor trưởng thành, nhảy vào một cỗ máy thời gian và rồi biến mất mãi mãi. Cũng sẽ có một vũ trụ khác nữa trong đó hoặc có một, hoặc có hai “John Connor”, phụ thuộc vào việc anh ta có bắn hạ mẹ của mình được hay không. Nếu ta không giết bà thì sẽ có hai John Connor đồng thời tồn tại nhưng tuổi tác cách biệt nhau vì anh ta đã đi ngược thời gian. Tuy nhiên, một điều nên nhớ là xác suất để John tìm thấy đường về vũ trụ của riêng anh ta, hoặc một vũ trụ rất giống với nó, thật sự là rất nhỏ. Đơn giản là có quá nhiều khả năng để lựa chọn.

Nghịch lí hiện hữu từ hư vô cũng có thể giải thích rõ ràng. Bức tranh Mona Lot tất nhiên được gửi đến từ tương lai của một vũ trụ song song và được vẽ bởi Leonardo trong vũ trụ đó. Leonardo thậm chí không cần phải gửi bức tranh đó về quá khứ tại thời điểm giao hàng. Ông có thể cất giữ nó. Xét cho cùng, cho dù ông có thật sự gửi nó về quá khứ, thì một Leonardo thứ ba sẽ tìm thấy nó trong cỗ máy thời gian của ông ta.

Tuy nhiên, vấn đề tạo ra nhiều bản sao của chúng ta bằng cách lặp vòng trong thời gian đã được giải quyết. Nếu cuối cùng có tới 100 bản sao của bạn trong một vũ trụ thì điều này chỉ có nghĩa là có 99 vũ trụ khác từ đó bạn đã biến mất. Sự bảo toàn khối lượng và năng lượng không còn áp dụng cho mỗi vũ trụ rời rạc mà áp dụng cho toàn bộ vũ trụ xem như một tổng thể.

Một trong những ưu điểm của phiên bản gốc của cách giải thích đa thế giới, trong đó Vũ trụ chỉ phân tách khi bạn đối mặt trước một sự lựa chọn, là nó mang lại cho chúng ta một mũi tên thời gian hướng theo chiều tăng số lượng vũ trụ. Luôn luôn có nhiều vũ trụ trong tương lai hơn trong quá khứ. Nhưng chắc chắn, bạn có thể nghĩ, quy tắc này có bị vi phạm không khi chúng ta cho phép du hành thời gian ngược về quá khứ? Nếu tôi đi từ hôm nay về ngày hôm qua của một vũ trụ song song, tôi làm cho nó bắt đầu phân chia theo những lựa chọn mà tôi có thể quyết định lúc tôi có mặt ở đó. Nhưng làm thế nào vũ trụ song song đó có thể bắt đầu phân chia vào hôm qua trước khi tôi đưa ra quyết định đi ngược thời gian? Đây có phải là một dạng khác của nghịch lí không có sự lựa chọn hay không? Có vẻ như vũ trụ song song mà tôi sắp đi vào phải biết trước rằng tôi sẽ đi tới và đưa ra những lựa chọn nhất định, từ đó buộc tôi phải đi ngược vào vũ trụ đó, và đưa ra những lựa chọn như thế.

Một lần nữa, cách giải thích đa thế giới mang lại một lối thoát. Thuyết tương đối tổng quát cho phép một phương pháp kết nối Vũ trụ của chúng ta với một vũ trụ song song có lẽ không nhất thiết phải du hành thời gian về quá khứ, như chúng ta sẽ thấy trong chương tiếp theo khi tôi giới thiệu lỗ sâu đục. Một cỗ máy thời gian tất nhiên là một phương pháp thực hiện kết nối này. Cái sai ở đoạn trước là nghĩ rằng kết nối này được tạo ra tại thời khắc chúng ta du hành ngược thời gian. Không phải như vậy. Nó được tạo ra tại thời khắc cỗ máy thời gian ra đời (hay bắt đầu hoạt động) cho phép khả năng du hành thời gian đến bất kì vũ trụ nào tách vũ trụ của chúng ta sau đó với thời khắc khi cỗ máy thời gian khởi động. Tại thời khắc khởi động, sẽ có những vũ trụ trong đó các phiên bản của chúng ta bắt đầu xuất hiện. Đây là vì, cho dù chúng ta quyết định không sử dụng cỗ máy thời gian mà phá hủy nó, thì đã quá muộn rồi. Đã đối mặt với lựa chọn này, Vũ trụ của chúng ta phân tách và có một vũ trụ khác trong đó chúng ta không phá hủy cỗ máy thời gian mà lại sử dụng nó. Trong một số vũ trụ, chúng ta đi ngược về đến thời khắc sớm nhất có thể có (ngay sau khi cỗ máy thời gian khởi động). Trong những vũ trụ khác, chúng ta đi ngược về đến một thời điểm muộn hơn. Ngay cả khi bạn vẫn đang giam mình trong cỗ máy thời gian, thì Vũ trụ đã phân chia, do tất cả những lựa chọn khác mà nó đang tạo ra ở mọi nơi khác trong không gian, và do đó sẽ có một số vô hạn “bạn” đi ngược dòng thời gian! Tôi nghĩ tôi nên dừng lại ở đây và đi nằm nghỉ một chút mới được.

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian

Jim Al-Khalili
Bản dịch của TVVL
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Phát hiện sao siêu mới chết đi chết lại nhiều lần
12/11/2017
Nó vừa mới nổ thôi. Hồi tháng Chín 2014, các nhà khoa học phát hiện một ngôi sao đang qua đời  ở giai đoạn nổ lưng
Tìm thấy khoảng trống lớn bên trong Đại Kim tự tháp Giza
11/11/2017
Một khoảng trống lớn vừa được tìm thấy bên trong Đại Kim tự tháp Giza, nhờ tia vũ trụ. Nếu không gian rộng lớn trên
Bom quark giải phóng năng lượng gấp tám lần bom khinh khí
08/11/2017
Hai nhà khoa học vừa công bố cho biết họ đã khám phá một sự kiện hạ nguyên tử mạnh đến mức các nhà nghiên cứu e ngại
Đôi điều về câu chuyện dò tìm sóng hấp dẫn
28/10/2017
Như lí thuyết tương đối rộng của Albert Einstein đã dự đoán vào năm 1916, một vật thể khối lượng lớn như Trái đất làm
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 6)
17/10/2017
hadron (hadros + on) Người đặt tên: Lev Okun, 1962 Thuật ngữ “hadron” được đặt ra tại Hội nghị Quốc tế về Vật lí Năng
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 5)
17/10/2017
boson W (weak + boson) Người đặt tên: Lý Chính Đạo và Dương Chấn Ninh, 1960 Là hạt mang lực yếu có mặt trong các tương tác
Chúng ta đã tìm thấy một nửa vũ trụ
15/10/2017
Một nửa lượng vật chất bình thường trong vũ trụ trước đây vắng mặt trong các quan sát mà không ai lí giải được, nay
Giải Nobel Vật Lý 2017 được trao cho việc dò tìm sóng hấp dẫn
09/10/2017
Rainner Weiss, Barry Barish và Kip Thorne chia nhau giải thưởng cho đóng góp của họ ở LIGO. DIVIDE CASTELVECCHI - Nature Ba nhà vật
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com