The Grand Design

Thiết Kế Vĩ Đại

Stephen Hawking & Leonard Mlodinow

Chương I: Bí Mật của Hiện Hữu (The Mystery of Being)

Lương Tấn Lực – Master, Computer Science

Mỗi chúng ta chĩ hiện hữu một thời gian ngắn, và trong khoảng thời gian đó chĩ thám hiểm được một phần nhỏ của toàn thể vũ trụ.  Nhưng con người là một chủng loại hiếu kỳ.  Chúng ta thắc mắc, chúng ta tìm câu trả lời. Khi sống trong thế giới bao la nầy khi hiền khi dữ, và nhìn lên bầu trời mênh mông trên đầu, con người luôn luôn đưa ra muôn vàn câu hỏi:  làm thế nào chúng ta có thể hiểu được thế giới trong đó chúng ta đang sống?  Vũ trụ hành xử như thế nào? Bản chất của thực tại là gì?  Tất cả những thứ nầy từ đâu đến?  Liệu vũ trụ có một đấng tạo hóa hay không?  Hầu hết chúng ta không dành phần lớn thời gian  để bận tâm về những câu hỏi đó, nhưng hầu hết chúng ta đều bận tâm về chúng một thời gian nào đó.

Theo truyền thống, đây là những câu hỏi triết học, nhưng triết học đã chết.  Triết học đã không theo kịp với tiến tiển khoa học hiện đại. Các khoa học gia đã trở thành những người cầm đuốc khám phá trong tiến trình đi tìm kiến thức.  Mục tiêu của cuốn sách này là đưa ra những câu trả lời đưa đến từ những khám phá  mới đây và những tiến bộ lý thuyết.   Những khám phá và tiến bộ nầy đưa chúng ta đến một bức tranh mới về vũ trụ và về vị trí của chúng ta trong vĩ trụ đó; bức tranh đó khác hẵn với bức tranh cổ truyền, và khác ngay cả với bức trang mà chúng ta có thể đã vẽ một hay hai thập niên trước đây.  Tuy nhiên, những nét của quan niệm mới có thể được truy nguyên ngược về gần như cả thế kỷ.

Theo quan niệm cổ truyền về  vũ trụ, vật thể di chuyển trên một lộ trình được xác định rõ ràng và có những lịch sử nhất định.  Chúng ta xác định  vị trí chính xác của chúng tại mỗi thời điểm.  Mặc dù phương pháp đó tạm thành công đối với những mục tiêu hằng ngày, vào năm 1902 người ta thấy rằng bức tranh cổ điển đó không thể giải thích được hành xử có vẽ kỳ quặc được quan sát trên thang hiện hữu nguyên tử và thứ nguyên tử (atomic and subatomic scales of existence).  Thay vì thế, chúng ta cần phải chọn một khuôn khổ khác, mệnh danh là vật lý quantum.  Những lý thuyết  quantum hóa ra rất ư chính xác trong việc tiên đoán những biến cố xảy ra trên khung thang đó, trong khi vẫn thực hiện được những tiên đoán của những lý thuyết cổ điển cũ khi áp dụng cho thế giới vĩ mô của đời sống hằng ngày.  Nhưng quantum và vật lý cổ điển được dựa trên những quan niệm rất khác nhau về thực tại vật lý.

Những lý thuyết quantum có thể công thức hóa bằng nhiều cách, nhưng phương thức mô tả có lẽ trực giác nhất là của Richard Feynman, một gả màu mè làm việc tại Viện kỹ thuật California Institute of Technology và chơi trống bongo cho một họp đêm khỏa thân cuối đường.  Theo Feynman, một hệ thống không phải chĩ có một lịch sử nhưng có đủ mọi lịch sử có thể có.  Trong khi đi tìm những câu trả lợi, chúng tôi sẽ giải thích phương án của Feynman một cách chi tiết, và xử dụng nó để tìm hiểu quan niệm cho rằng vũ trụ không có một lịch sử duy nhất,  hay ngay cả một hiện hữu độc lập. Đó dường như một tư tưởng cực đoan, ngay cả đối với nhiều vật lý gia.  Thực vậy, giống như nhiều khái niệm trong khoa học ngày nay, nó có vẻ vi phạm trực cảm (common sense).  Nhưng trực cảm lại được dựa trên kinh nghiệm hằng ngày, không phải tên vũ trụ  như được nhìn thấy qua những kỳ công của kỹ thuật như những kỳ công cho phép chúng ta nhìn sâu vào nguyên tử hay nhìn ngược về vũ trụ sơ khai.

Trướ khi vật lý cận đại xuất hiện, thông thường người ta vẫn nghĩ rằng tất cả kiến thức về thế giới có thể đạt được qua quan sát trực tiếp, mọi vật đúng như chúng hiện ra, được tri giác qua những giác quan của chúng ta.  Nhưng sự thành công lẫy lừng của vật lý hiện đại, căn cứ trên những quan niệm như của Feynman mâu thuẩn với kinh nghiệm hằng ngày, đã cho thấy rằng sự thực không phải là thế.  Do đó quan niệm ngây thơ về thực tại  không tương hợp với vật lý hiện đại.  Để giải quyết những nghịch lý như thế, chúng tôi sẽ chọn một phương án mà chúng tôi gọi là thuyết thực tại theo mô hình (model-dependent realism).  Thuyết nầy dựa trên ý niệm cho rằng nảo bộ của chúng ta diển đạt nguồn vào (input) từ giác quan bằng cách xây dựng một mô hình của thế giới.  Khi một mô hình như thế thành công trong việc giải thích những biến cố, chúng ta có xu hướng gán cho nó , và cho những yếu tố và quan niệm tạo nên nó, đặc tính của thực tại hay chân lý tuyệt đối.  Nhưng có thể có những cách khác theo đó người ta có thể lập mô hình cho cùng một hoàn cảnh vật lý, mỗi cách dùng những yếu tố và quan niệm căn bản khác nhau.  Nếu hai lý thuyết hay mô hình như thế tiên đoán chính xác những biến cố giống nhau, thì lý thuyết nầy không thể được coi là thực hơn lý thuyết kia; đúng hơn, chúng ta được tự do xử dụng mô hình nào thuận tiện nhất.

Trong lịch sử khoa học chúng ta đã khám phá một chuổi những lý thuyết hay mô hình càng ngày càng tốt hơn, từ Platon đến lý thuyết Newton cổ điển, đến những lý thuyết quantum hiện đại.  Đương nhiên người ta có thể thắc mắc: Liệu chuổi nầy cuối cùng sẽ đạt được một điểm đến, một lý thuyết của vũ trụ, một lý thuyết tối hậu về vũ trụ, sẽ bao gồm tất cả những lực và tiên đoán mọi quan sát mà chúng ta có thể thực hiện, hay chúng ta sẽ tiếp tục mãi mãi đi tìm những lý thuyết tốt hơn, nhưng không bao giờ có một lý thuyết mà không một lý thuyết nào mới có thể tốt hơn? Chúng ta vẫn chưa có được câu trả lời dứt khoát về câu hỏi nầy, nhưng bây giờ chúng ta có một ứng viên (candidate) cho thuyết tối hậu về mọi hiện tượng, nếu quả thật là có một lý thuyết tối hậu như thế; ứng viên đó là thuyết M-theory.  Thuyết M-theory là mô hình duy nhất có được tất cả những thuộc tính mà lý thuyết tối hậu phải có, và đó là lý thuyết căn bản cho những gì được trình bày ở các phần sau.

Thuyết M-theory không phải là một lý thuyết theo nghĩa thông thường.  Đó là cả một tập hợp của những lý thuyết khác nhau,, mỗi lý thuyết là một mô tả tốt về những quan sát được giới hạn trong một phạm vi nào đó của những hoàn cảnh vật lý.  Đó hơi giống như một bản đò.  Như chúng ta biết, người ta không thể cho thấy toàn bộ mặt trái đất trên một bản đồ duy nhất.  Kỹ thuật phóng ảnh Mercator thông thường xử dụng cho bản đồ thế giới làm cho các khu vực hiện ra càng lúc càng lớn hơn xa về  hướng bắc và nam và không cho thấy Bắc Cực và Nam Cực.  Muốn vẽ trung thực toàn bộ trái đất, người ta phải dùng một loạt nhiều bản đồ, mỗi bản đồ bao quản một vùng hạn chế.  Những bản đồ trùng lắp lên nhau, và tại những nơi trùng lắp, chúng cho thấy một địa hình như nhau. Thuyết M-theory  cũng tương tự như thế.  Những lý thuyết khác nhau trong tập hợp M-theory có thể trông rất khác nhau , nhưng tất cả chúng có thể được nhìn như những phương diện của cùng một lý thuyết căn bản.  Chúng là những phiên bản của lý thuyết  chĩ được áp dụng trong những phạm vi giới hạn – ví dụ, khi một số đại lượng nào đó như năng lượng mang trị số nhỏ chẳng hạn.  Cũng như những bản đồ trùng lắp trong phóng ảnh Mercator, nơi nào các phiên bản khác nhau trùng lắp nhau, thì ở đó chúng tiên đoán hiện tượng giống nhau.  Nhưng cũng y hệt như không có bản đồ phẳng nào biểu thị đúng toàn bộ bề mặt của trái đất, không có lý thuyết đơn thuần nào biểu thị đúng những quan sát trong mọi hoàn cảnh. 

Chúng tôi sẽ mô tả làm thế nào thuyết M-theory có thể đưa ra những câu trả lời cho các câu hỏi về tạo hóa.  Theo thuyết M-theory, vũ trụ của chúng ta không phải là vũ trụ duy nhất.  Ngược lại, thuyết M-theory tiên đoán rằng rất nhiều vũ trụ được tạo ra từ khống khứ (nothing).  Sự tạo dựng nầy không đòi hỏi sự can dự của đấng siêu việt hay thần thánh nào cả.  Ngược lại, những vũ trụ đông đảo nầy nẩy sinh một cách tự nhiên từ qui luật vật lý.  Những vũ trụ đó là một tiên đoán của khoa học.  Mỗi vũ trụ có nhiều lịch sử khả thể và nhiều trạng thái khả thể vào những thời kỳ sau nầy, nghĩa là, vào những thời kỳ như hiện tại, lâu sau khi chúng được tạo dựng ra.  Đa số những trạng thái nầy sẽ hoàn toàn không giống những vũ trụ mà chúng ta quan sát và hoàn toàn không thích hợp cho sự sinh tồn của bất kỳ hình thức sống nào.  Chĩ có một số rất ít cho phép những sinh vật như chúng ta sinh tồn mà thôi. Như thế, từ hàng ngủ bao la đó, sự hiện diện của chúng ta chĩ chọn lựa ra những vũ trụ nào thích hợp với sự hiện  hữu của chúng ta mà thôi.  Mặc dù chúng ta bé nhỏ và vô nghĩa trên bình diện vũ trụ, sự chọn đó, theo một nghĩa nào đó, biến chúng ta thành những đấng sáng tạo (lords of creation).

Muốn hiểu được vũ trụ ở trình độ sâu xa nhất, chúng ta cần phải biết không những vũ trụ hành xử ra sao mà còn phải biết tại sao vũ trụ hành xử như thế.

 

Tại sao lại có một cái gì đó thay vì không có gì cả?

Tại sao chúng ta hiện hữu?

Tại sao hệ định luật đặc thù nầy mà không phải một hệ nào khác?

 

Đây là  Câu Hỏi Tối Hậu về Sự Sống, Vũ Trụ, và Tất Cả Mọi Hiện Tượng (The Ultimate Question of Life, the Universe, and Everything).  Chúng ta sẽ thử trả lời nó trong cuốn sách nầy.  Không giống như câu trả lời trong cuốn The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy^(*), câu trả lời của chúng tôi sẽ không đơn thuần là “42^(*).”

 

^(*)”The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy” là nhan đề cuốn sách thứ nhất của sáu cuốn trong trường thiên bộ ba hài kich khoa học giả tưởng năm màn cùng tên. Cuốn truyện nầy là mô phỏng của bốn kỳ phát thanh của Adam mang cùng tựa đề.  Tiểu thuyết được xuất bản lần đầu tiên tại Luân Đôn ngày 12 tháng Mười năm 1979.  Câu chuyện bắt đầu với những nhà thầu đến nhà Arthur Dent để phá nhà nầy nhằm xây một xa lộ.  Người bạn của y tên Ford Prefect đi đến trong khi Arthur nằm ngay trước những xe ủi để cản không cho phá nhà.  Người nầy giải thích cho Arthur biết rằng y thực sự đến từ một hành tinh nằm gần sao Betelgeuse và cho biết trái đất sắp bị phá hủy.  Những người hành tinh Vogons muốn phá hủy trái đất để trống chổ xây một xa lộ không gian. Cả hai trốn thoát bằng cách leo lên một xe ủi của những người Vogon.  Tuy nhiên, điều nầy trái với các điều lệ của Vogon, và khi hai người bị phát hiện, họ bị tra tấn bằng cách phải ngồi đọc thơ Vogon, loại thơ dỡ hàng thứ ba trong vũ trụ, và sau đó bị quẳng vào không gian. Sau khi được con tàu Heart of Gold vớt và đưa đến một hành tinh giả tưởng tên Magratea, Arthur bị tách khỏi những người khác  và được đưa vào bên trong hành tinh.  Arthur được cho biết trái đất thực sự là một máy siêu điện toán (supercomputer) được phép hoạt động và chi trả bởi một chủng loại sinh vật “tối thông minh – hyper-intelligent”, thuộc thế giới “liên chiều – pan-dimensional”.  Những sinh vật nầy trước đó đã chế tạo được một máy siêu điện toán mang tên Deep Thought để tính Câu Trả Lời cho Câu Hỏi Tối Hậu về Sự Sống, Vũ Trụ, và Mọi Thứ (The Answer to The Ultimate Question of Life, the Universe, and Everything). Máy điện toán nầy, sau bảy triệu rưởi năm tính toán, đã công bố rằng Câu Trả Lời thực sự  là 42.  Vì không hài lòng với câu trả lời, bọn họ cố tìm ra Câu Hỏi có thể cho biết nghĩa của  Câu Trả Lời (42), do đó Deep Thought thiết kế ra Trái Đất để tính ra câu trả lời.  Tuy nhiên, mười triệu năm sau, và ngay năm phút trước khi hoàn thành lập trình mà Trái Đất được thế kế để thi hành, những người hành tinh Vogon phá hủy Trái Đất. – Phụ chú của người chuyển ngữ.