Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn – Stephen Hawking (Phần 7)

Một lĩnh vực còn lại mà tôn giáo ngày nay có thể quả quyết đó là nguồn gốc của vũ trụ, nhưng thậm chí ở đây khoa học cũng đang có bước tiến bộ và sẽ sớm giải đáp dứt khoát vũ trụ đã ra đời như thế nào. Tôi từng xuất bản một quyển sách hỏi rằng Chúa có tạo ra vũ trụ hay không, và nó đã gây náo nhiệt. Người ta bực bội rằng một nhà khoa học thì biết gì mà nói về vấn đề tôn giáo kia chứ. Tôi đâu có ý muốn bảo ai tin vào cái gì, nhưng đối với tôi việc hỏi rằng Chúa có tồn tại không là một câu hỏi giá trị cho khoa học. Xét cho cùng, thật khó mà nghĩ tới một bí mật nào quan trọng hơn, hay cơ bản hơn, cái gì, hay ai, đã tạo ra và kiểm soát vũ trụ.

Tôi nghĩ vũ trụ được sinh ra tự phát từ hư vô, theo các định luật của tự nhiên. Giả thuyết cơ bản của khoa học là sự tất định khoa học. Các định luật khoa học định đoạt sự tiến hóa của vũ trụ, xác định trạng thái của nó tại mỗi thời điểm. Các định luật này có thể, hoặc không thể, do Chúa ban hành, nhưng ngài không thể can thiệp để phá vỡ các định luật, nếu không chúng sẽ không phải là các định luật nữa. Như thế cho Chúa quyền tự do lựa chọn trạng thái ban đầu của vũ trụ, nhưng ngay cả ở đây vẫn có thể có các định luật chi phối. Vậy nên Chúa sẽ không có quyền tự do gì hết.

Bất chấp sự phức tạp và đa dạng của vũ trụ, nhưng hóa ra để làm ra bạn chỉ cần ba thành phần là đủ. Hãy tưởng tượng chúng ta có thể liệt kê chúng ra theo kiểu một cuốn sách dạy nấu món vũ trụ. Vậy thì ba thành phần chúng ta cần để nấu món vũ trụ là gì? Thứ nhất là vật chất – chất liệu có khối lượng. Vật chất hiện hữu khắp nơi xung quanh chúng ta, trong đất dưới chân chúng ta và ở ngoài không gian. Bụi, đá, băng, các chất lỏng. Những đám mây khí mênh mông, những xoắn ốc sao đồ sộ, mỗi xoắn ốc chứa hàng tỉ mặt trời, trải ra trên những khoảng cách vô cùng tận.

Cái thứ hai bạn cần là năng lượng. Dù bạn chưa từng nghĩ về nó đi nữa, nhưng mọi người chúng ta đều biết năng lượng là gì. Thứ gì đó chúng ta bắt gặp mỗi ngày. Hãy ngước nhìn Mặt Trời và bạn có thể cảm thấy nó trên gương mặt mình: năng lượng được ra bởi một ngôi sao ở xa chín mươi ba triệu dặm. Năng lượng ngập tràn vũ trụ, chi phối các quá trình khiến vũ trụ là một nơi linh động, không ngừng biến dịch.

Như vậy chúng ta có vật chất và chúng ta có năng lượng. Cái thứ ba chúng ta cần để xây dựng vũ trụ là không gian. Rất nhiều không gian. Bạn có thể gọi vũ trụ ra sao cũng được – kinh hoàng, đẹp đẽ, dữ dội – nhưng bạn không thể gọi nó là tù túng được. Dù nhìn đi đâu chúng ta cũng thấy không gian, nhiều không gian hơn và nhiều không gian mãi. Trải ra theo mọi hướng. Đủ cho bạn xoay đầu nhìn thoải mái. Thế thì toàn bộ vật chất, năng lượng và không gian này từ đâu mà có? Chúng ta chẳng biết mô tê gì mãi cho đến thế kỉ hai mươi.

Lời giải đáp đến từ cái nhìn sâu sắc của một con người, có lẽ là nhà vật lí sáng giá nhất từng giáng thế. Tên của ông là Albert Einstein. Thật buồn, tôi chưa từng gặp ông, vì khi ông qua đời tôi mới mười ba tuổi. Einstein đã nhận ra cái gì đó khá đặc biệt: rằng hai trong những thành phần chính cần thiết để làm nên vũ trụ – khối lượng và năng lượng – về cơ bản là cùng một thứ, là hai mặt của một đồng xu nếu bạn thích nói thế. Phương trình nổi tiếng của ông E = mc2 có ý nghĩa đơn giản rằng khối lượng có thể được xem là năng lượng, và ngược lại. Cho nên thay vì ba thành phần, bây giờ chúng ta có thể nói rằng vũ trụ chỉ có hai thành phần: năng lượng và không gian. Vậy toàn bộ năng lượng và không gian này từ đâu mà có? Câu trả lời được tìm thấy sau hàng thập kỉ nghiên cứu của các nhà khoa học: không gian và năng lượng được phát minh tự phát trong một sự kiện ngày nay chúng ta gọi là Vụ Nổ Lớn (Big Bang).

Tại thời khắc Big Bang, toàn bộ vũ trụ đi vào hiện hữu, và cùng với nó là không gian. Nó căng phồng lên, y hệt một quả bong bóng được bơm lên. Vậy toàn bộ năng lượng và không gian này từ đâu mà có? Làm thế nào mà toàn bộ vũ trụ ngập tràn năng lượng, sự mênh mông khôn cùng của không gian và vạn vật bên trong nó, cứ đơn giản hiện ra từ hư không như thế ư?

Đối với một số người, đây là nơi Chúa xuất hiện trở lại trong bức tranh. Chính Chúa đã tạo ra năng lượng và không gian. Big Bang là thời khắc sáng thế. Song khoa học kể một câu chuyện khác hẳn. Với nguy cơ khiến bản thân tôi gặp rắc rối, tôi nghĩ chúng ta hiểu nhiều hơn về các hiện tượng thiên nhiên đã khiến người Viking khiếp sợ. Chúng ta còn đi vượt quá sự đối xứng đẹp đẽ của năng lượng và vật chất mà Einstein khám phá. Chúng ta có thể sử dụng các định luật của tự nhiên để giải quyết nguồn gốc căn nguyên của vũ trụ, và khám phá xem liệu sự tồn tại của Chúa có là cách lí giải duy nhất cho nó không.

Khi tôi lớn lên ở Anh hậu Thế chiến Thứ hai, đó là quãng thời gian khắc khổ. Người ta bảo chúng tôi rằng không ai cho không bạn cái gì cả. Nhưng nay, sau cả quãng đời làm nghiên cứu, tôi nghĩ thật ra bạn có thể nhận được toàn bộ vũ trụ, miễn phí.

Bí ẩn to lớn ngự tại tâm điểm Big Bang là giải thích làm thế nào toàn bộ vũ trụ, mênh mông đến khôn cùng, gồm không gian và năng lượng, có thể hiện hữu từ hư không. Bí mật nằm ở một trong những sự thật kì lạ nhất về vũ trụ của chúng ta. Các định luật vật lí đòi hỏi sự tồn tại của cái gọi là “năng lượng âm”.

Để giúp bạn thẩm thấu khái niệm lạ nhưng tối quan trọng này, hãy để tôi vạch ra một ví dụ tương tự đơn giản. Hãy tưởng tượng một người muốn xây một ngọn đồi trên một mảnh đất bằng phẳng. Ngọn đồi ấy sẽ đại diện cho vũ trụ. Để làm ngọn đồi này, anh ta phải đào một cái hố xuống đất và dùng đất ấy đắp đồi. Song tất nhiên không phải anh ta chỉ đang xây đồi – anh ta cũng đang đào hố, nói chung đó là một phiên bản âm của ngọn đồi. Chất liệu ở trong cái hố bây giờ trở thành ngọn đồi, thế nên nó hoàn toàn cân bằng nhau. Đây là nguyên lí ẩn sau cái xảy ra lúc khởi tạo vũ trụ.

Khi Big Bang tạo ra lượng năng lượng dương vô cùng lớn, nó đồng thời tạo ra lượng năng lượng âm bằng như vậy. Bằng cách này, năng lượng dương và âm cộng lại bằng không, luôn luôn thế. Đó là một định luật nữa về tự nhiên.

Vậy toàn bộ năng lượng âm này nằm ở đâu ngày nay? Nó nằm trong thành phần thứ ba của quyển sách dạy nấu món vũ trụ của chúng ta: nó ở trong không gian. Điều này nghe có vẻ lạ, nhưng theo các định luật của tự nhiên về lực hấp dẫn và chuyển động – các định luật thuộc vào hàng xưa cũ nhất trong khoa học – bản thân không gian là một kho bãi mênh mông của năng lượng âm. Đủ để đảm bảo rằng mọi thứ cộng lại bằng không.

Tôi thừa nhận rằng, trừ khi bạn sử dụng toán học, điều này khó nắm bắt được, song nó đúng. Mạng lưới vô cùng tận bao gồm hàng tỉ hàng tỉ thiên hà, mỗi thiên hà hút lẫn nhau bởi lực hấp dẫn, tác dụng như một dụng cụ lưu trữ khổng lồ. Vũ trụ tựa như một cục pin khổng lồ lưu trữ năng lượng âm. Phía dương của vạn vật – vật chất và năng lượng mà chúng ta thấy ngày nay – tựa như ngọn đồi. Cái hố tương ứng, hay phía âm của vạn vật, phân tán khắp vũ trụ.

Thế điều này có ý nghĩa gì trong cuộc truy tìm của chúng ta xem Chúa có tồn tại không? Nó có nghĩa là nếu vũ trụ cộng gộp lại bằng hư vô, thì bạn chẳng cần Chúa sáng tạo ra nó. Vũ trụ là một bữa trưa miễn phí hoàn toàn.

Vì chúng ta biết năng lượng dương và âm cộng lại bằng không, nên tất cả những gì chúng ta cần làm vào lúc này là tìm hiểu xem cái gì – hoặc tôi dám nói là ai – đã kích hoạt tiến trình ấy lúc ban đầu. Cái gì có thể gây ra sự xuất hiện tự phát của một vũ trụ? Trước tiên, đó có vẻ là một vấn đề gây tranh cãi – xét cho cùng, trong cuộc sống thường ngày của chúng ta mọi thứ đâu phải từ trên trời rơi xuống. Bạn đâu thể cứ ấn đầu ngón tay và lệnh ra một tách cà phê khi bạn cảm thấy muốn uống. Bạn phải làm nó từ một chất liệu khác như hạt cà phê, nước, và có lẽ một ít sữa và đường. Song hãy cứ đi vào tách cà phê này – xuyên qua các hạt sữa, xuống tới cấp nguyên tử và đi tiếp xuống cấp hạ nguyên tử, rồi bạn đi vào một thế giới trong đó việc triệu hồi một thứ gì đó từ hư vô là có thể. Ít ra là trong một tích tắc. Đó là bởi vì, ở cấp độ này, các hạt như proton hành xử theo các định luật của tự nhiên mà ta gọi là cơ học lượng tử. Và chúng thật sự có thể xuất hiện ngẫu nhiên, vướng lại trong phút chốc và rồi biến mất, để rồi xuất hiện lại ở nơi khác.

Vì chúng ta biết bản thân vũ trụ đã từng rất bé nhỏ - có lẽ nhỏ hơn cả một proton – nên điều này có ý nghĩa khá nổi bật. Nó có nghĩa là bản thân vũ trụ, ở mọi sự phức tạp và mênh mông phi thường của nó, có thể cứ đi vào hiện hữu mà không vi phạm các định luật đã biết về tự nhiên. Từ thời khắc đó trở đi, những lượng năng lượng khổng lồ đã được giải phóng khi bản thân không gian giãn nở - một nơi lưu trữ toàn bộ năng lượng âm cần thiết để cân đối các khoản nợ. Song tất nhiên câu hỏi tối quan trọng lại phát sinh: phải chăng Chúa đã sáng tạo ra các định luật lượng tử cho phép Big Bang xảy ra? Tóm lại, phải chăng chúng ta cần đến Chúa để thiết lập sao cho Big Bang có thể bùng nổ? Tôi không muốn đem lại đức tin cho bất kì ai, song tôi nghĩ khoa học có lời giải thích thuyết phục hơn một đấng sáng thế thiêng liêng.

Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn | Stephen Hawking

<< 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
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Tân trang hệ SI (Phần 1)
16/11/2018
Bài của Benjamin Skuse đăng trên Physics World, tháng 11/2018 Ở ngoại ô Paris, sâu tám mét dưới lòng đất, trong một căn hầm có
Đèn hiệu laser megawatt có thể giao tiếp với người ngoài hành tinh
16/11/2018
Một nghiên cứu mới đề xuất rằng chúng ta sớm có thể thông báo sự có mặt của mình cho các nền văn minh ngoài địa cầu
Lược sử các phương pháp đo thời gian (Phần 2)
16/11/2018
Thế hệ tiếp theo Nhỏ gọn hơn và ít tốn kém hơn – mặc dù kém chính xác hơn – các phiên bản đồng hồ nguyên tử caesium
Thời gian là gì? (Phần 1)
15/11/2018
Trong phần này chúng ta tìm hiểu thời gian thuộc về cái bản chất (chưa biết) Chúng ta đã thấy những khái niệm cơ bản như
Lược sử các phương pháp đo thời gian (Phần 1)
15/11/2018
Bài của Helen Margollis đăng trên tạp chí Physics World, tháng 11/2018 Vào ngày 1 tháng Mười Một năm 2018, khi bài báo này được
Giải phẫu bóng đèn LED
14/11/2018
Ngay cả bóng đèn phổ biến cũng biểu hiện các bí ẩn khi chúng ta nhìn vào bên trong. Không giống các bóng đèn nóng sáng truyền
Tạm biệt Kepler, thiết bị săn hành tinh thành công nhất
14/11/2018
Bài của Daniel Cossins trên tạp chí New Scientist ngày 10/11/2018 Đã lâu rồi Kepler nhỉ, và cảm ơn vì mọi thế giới ngoại hành
21 bài học cho thế kỉ 21: Việc làm
14/11/2018
VIỆC LÀM Khi bạn trưởng thành, có thể bạn sẽ thất nghiệp Chúng ta chẳng biết thị trường lao động sẽ như thế nào vào

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

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