THỜI GIAN

Huân tước ARTHUR EDDINGTON

Thuyết tương đối của Einstein, một trong những thần tượng văn hóa bền vững của chúng ta, là lý thuyết mà ai cũng từng nghe qua, nhưng ít ai hiểu được nó.[1] Hình ảnh người phát minh ra nó được toàn thế giới biết và xem như một biểu tượng của trí tuệ và sự thông thái siêu việt mang tính vũ trụ. Trong trí tưởng tượng của dân gian, thuyết tương đối là một thực tại bí ẩn mà chỉ những người được ban tặng những năng khiếu khác thường mới hiểu nổi.

Cái tạp âm huyễn hoặc này vừa thái quá lại vừa không chính xác. Phiên bản nguyên thủy của thuyết tương đối, còn gọi là thuyết tương đối hẹp, thực sự chỉ là một định luật, và là một định luật khá đơn giản, nó hoàn toàn không phải là một phương trình chuyển động, mà chỉ là một đặc tính của phương trình này, một sự đối xứng. Dạng hoàn thiện nhất của thuyết tương đối là một lý thuyết tư biện hậu Newton về hấp dẫn, được phát triển từ định luật này.[2] Chính Einstein là người đã sớm phát hiện ra từ những bước đầu của sự nghiệp của mình rằng công chúng quan tâm đến những khía cạnh huyền bí của thuyết tương đối hơn là những khía cạnh vật lý, nhưng ông lại cổ súy cho sự khuếch trương hình ảnh của mình như một nhà tiên tri, cho dù ông không hề là một nhà tiên tri, mà là một chuyên gia có bộ óc vô cùng sắc bén. Tuy nhiên, những bài viết của Einstein lại đặc biệt chặt chẽ, thẳng thắn, và cởi mở. Ông có thể phạm sai lầm, cũng như bất kỳ ai trong chúng ta, nhưng ông hiếm khi phạm sai lầm trong các vấn đề toán học thâm thúy. Hầu hết các nhà vật lý đều muốn được sáng suốt như Einstein, nhưng ít người được như vậy.

Đối xứng là một ý niệm quan trọng trong vật lý học, cho dù nó thường hay bị lạm dụng.[3] Một ví dụ về đối xứng là sự tròn trịa. Các viên bi-a đều tròn, điều đó khiến người ta có thể dự đoán chuyển động của chúng mà không cần biết chúng được làm bằng vật liệu gì; chẳng hạn, ta biết chúng sẽ lăn ngang qua mặt bàn bi-a theo một đường thẳng khi ta dùng cây ki thúc vào chúng. Nhưng không phải sự tròn trịa là nguyên nhân khiến chúng chuyển động. Những định luật chuyển động cơ bản mới là nguyên do. Sự tròn trịa chỉ là một tính chất đặc biệt khiến những viên bi-a nom khác so với những vật thể rắn bất kỳ nào, được phát hiện ra vì sự đơn giản và đều đặn trong chuyển động của chúng. Tính đối xứng rất có ích trong những trường hợp khi người ta không nắm bắt được những phương trình chuyển động căn bản, và tìm cách ráp nối những phương trình đó lại với nhau trên cơ sở những thực kiện thí nghiệm không hoàn chỉnh. Ví dụ, nếu bạn biết chắc tất cả các viên bi-a đều tròn và tìm cách phỏng đoán những phương trình chuyển động của chúng, bạn có thể loại bỏ bớt một số suy đoán nhất định nào đó dựa trên cơ sở biết rằng những vật có dạng hình cầu không thể chuyển động kiểu đó. Những tình huống thuộc loại này được xem là quy tắc hơn là ngoại lệ trong vật lý học hạ hạt nhân. Vì lý do đó nên trong vật lý người ta có truyền thống gán cho những đối xứng tầm quan trọng cao nhất, mặc dù thực ra chúng chỉ là hệ quả hay tính chất của các phương trình chuyển động.

Tính đối xứng của thuyết tương đối liên quan đến chuyển động.[4] Einstein và những nhân vật lỗi lạc khác đầu thế kỷ hai mươi đã tình cờ đến với đối xứng này thông qua việc suy nghĩ về điện và từ, mà những phương trình của chúng đã được James Maxwell xây dựng và từ đó nhanh chóng phát minh ra sóng vô tuyến. Tính đối xứng quay đòi hỏi hành trạng của những viên bi-a trên mặt một bàn tròn phải thể hiện hệt như nhau về mặt phẩm tính bất kể người ta đứng ở phía nào của mép bàn. Tính đối xứng của thuyết tương đối đòi hỏi chuyển động của chúng phải thể hiện hệt như nhau bất kể người ta đang chuyển động như thế nào. Ý tưởng này được nắm bắt một cách xuất sắc bởi thí nghiệm tưởng tượng của Einstein về một người quan sát trên một đoàn tàu đang nhìn một đoàn tàu khác đi qua. Einstein đề xuất rằng trong giới hạn lý tưởng - hai đoàn tàu chuyển động ngược chiều trong chân không - thì không một phép đo nào có thể xác định được đoàn tàu nào đang chuyển động còn đoàn tàu nào đang đứng yên. Trong trường hợp đó, các phương trình điện và từ phải hoàn toàn hệt như nhau trên cả hai đoàn tàu, và do đó tốc độ ánh sáng cũng sẽ phải hệt như nhau. Như thế là người ta buộc phải đối mặt với một mâu thuẫn logic, ngoại trừ trường hợp một số ý niệm chung về tính đồng thời và về phép đo trên hai đoàn tàu trên là sai. Tất cả những sự mù mờ này và những hệ quả logic của chúng, bao gồm cả việc khối lượng tăng lên khi vật thể chuyển động ở vận tốc lớn, và sự tương đương giữa khối lượng với năng lượng, nay đã được kiểm chứng thường xuyên trong các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới, và đã được lịch sử ghi nhận như những sự thực hiển nhiên.

Câu chuyện về chiến công vẻ vang của Einstein lãng mạn tới mức người ta dễ dàng quên rằng thuyết tương đối là một khám phá chứ không phải một phát minh. Nó đã tiềm ẩn một cách tinh vi trong một số quan sát thực nghiệm về điện rất sớm, và phải bạo phổi lắm mới dám tổng hợp những quan sát đó lại thành một tổng thể mạch lạc. Ngày nay thì chẳng cần phải bạo phổi kiểu ấy. Một nhà thực nghiệm tự tin được trang bị một cỗ máy gia tốc hiện đại hoàn toàn có thể bắt gặp những hiệu ứng của thuyết tương đối ngay ngày làm việc đầu tiên, và bằng kinh nghiệm sẽ hoàn toàn có thể tính toán ra toàn bộ mọi thứ trong vòng một tháng. Thuyết tương đối thực ra chẳng gây sốc chút nào. Cái thế giới quan bề ngoài có vẻ như hiển nhiên mà thuyết tương đối đã bác bỏ và thế chỗ thực ra dựa trên những quan sát không hoàn chỉnh và không chính xác. Giả dụ các thực tế đều được biết hết cả rồi thì có lẽ đã chẳng phải tranh luận, và do đó cũng sẽ chẳng còn gì cho Einstein chứng minh. Cách nhìn thuyết tương đối của công chúng xem nó như một sự sáng tạo của đầu óc con người là một cách nhìn thật cao sang, nhưng suy cho cùng thì không chính xác. Những luận cứ của Einstein đẹp thật, nhưng ngày nay ta tin vào thuyết tương đối không vì nó buộc phải đúng, mà vì nó được đo thấy là đúng.

Ngược lại, lý thuyết hấp dẫn của Einstein là một phát minh, là một thứ gì đó không phải đã suýt được tình cờ phát hiện thấy trong phòng thí nghiệm. Nó vẫn tiếp tục gây tranh cãi và hầu như vẫn nằm ngoài tầm với của thí nghiệm.[5] Tiên đoán quan trọng nhất của nó là tiên đoán cho rằng bản thân không gian là động. Những phương trình mà Einstein đề xuất nhằm mô tả hấp dẫn tương tự với những phương trình dùng để mô tả một môi trường đàn hồi, chẳng hạn như một tấm cao su. Những hiệu ứng hấp dẫn thông thường xảy ra khi môi trường này bị một khối lượng lớn, chẳng hạn như một ngôi sao, làm biến dạng dưới dạng tĩnh. Khi nguồn dao động rất nhanh, ví dụ như khi hai ngôi sao quay quanh nhau trên một quỹ đạo hẹp, thì kiểu gì cũng xảy ra một hiệu ứng mới: sóng hấp dẫn được truyền ra phía ngoài. Như vậy lực hấp dẫn thông thường có thể được hình dung giống như những gợn sóng lăn tăn dưới chân con chim bói cá, và bức xạ hấp dẫn thì giống như những nhiễu tạp mà con bói cá tạo ra khi nó bay vụt đi. Có rất nhiều bằng chứng gián tiếp chứng tỏ rằng lời tiên đoán về bức xạ hấp dẫn là đúng, trong đó bằng chứng thuyết phục nhất là sự giảm chu kỳ quỹ đạo một cách đều dặn của một pulsa đôi nổi tiếng do Joseph Taylor và Russell Hulse phát hiện ra vào năm 1975.[6] Tuy nhiên bằng chứng trực tiếp thì vẫn chưa có. Việc đo trực tiếp bức xạ hấp dẫn là một trong những mục tiêu cơ bản của vật lý thực nghiệm hiện đại,[7] nhưng phần lớn các nhà vật lý đều đã bị thuyết phục từ các bằng chứng khác rằng lý thuyết hấp dẫn của Einstein khó mà sai.

Điều trớ trêu ở đây là, công trình sáng tạo bậc nhất của Einstein là thuyết tương đối tổng quát về hấp dẫn lại phải quy về việc quan niệm lại không gian, xem nó như một môi trường, trong khi tiền đề ban đầu của ông đưa ra lại cho rằng không tồn tại một thứ môi trường nào như vậy. Ý niệm cho rằng không gian biết đâu cũng là một kiểu vật chất gì đó thực ra đã có từ xa xưa, từ thời các nhà Khắc kỷ Hy Lạp, và được đặt tên là ête (ether). Chất ête hằn sâu trong tâm trí của Maxwell khi ông phát minh ra cách mô tả các hiện tượng điện từ mà ta đang sử dụng. Ông hình dung điện trường và từ trường là những dịch chuyển và các dòng ête, rồi ông vay mượn bộ máy toán học từ lý thuyết chất lỏng để mô tả chúng. Einstein thì ngược lại, ông dứt khoát vứt bỏ ý niệm về chất ête, và từ việc nó không tồn tại suy ra rằng các phương trình của thuyết điện từ phải mang tính tương đối. Nhưng cũng chính cái quá trình tư duy ấy cuối cùng lại dẫn đến chính cái chất ête mà ông đã vứt bỏ lúc ban đầu, mặc dù là một thứ chất có những tính chất đặc biệt mà vật chất đàn hồi thông thường không có.

Từ “ête” có những hàm nghĩa hết sức tiêu cực trong vật lý lý thuyết chỉ vì sự gắn kết trong quá khứ của nó với sự đối lập lại thuyết tương đối mà thôi. Đây là điều không may, bởi vì tước bỏ hết những hàm nghĩa đó, thì nó lại bao hàm cách mà hầu hết các nhà vật lý đang thực sự nghĩ về chân không. Trong những ngày thuyết tương đối mới ra đời, niềm xác tín cho rằng ánh sáng phải là sóng của một thứ gì đó đã là một niềm tin quá sâu sắc đến nỗi Einstein đã bị phản đối khắp nơi.[8] Thậm chí ngay cả khi Michelson và Morley đã chứng minh được rằng chuyển động của trái đất trên quỹ đạo xuyên qua chất ête là không thể phát hiện được, thì những người phản đối vẫn cãi lại rằng trái đất có lẽ phải kéo lê theo nó một vỏ bọc ête, vì thuyết tương đối là một cái gì đó huyễn hoặc, và không thể nào đúng được. Sự chống đối quyết liệt này dẫn đến hậu quả tai tiếng là thuyết tương đối đã không nhận được giải Nobel (dù Einstein vẫn nhận được, nhưng cho một công trình khác). Thuyết tương đối thực ra không đề cập gì đến sự tồn tại hay không tồn tại của một thứ vật chất nào đó tràn ngập trong vũ trụ, mà chỉ cho rằng bất cứ một loại vật chất nào như vậy cũng phải có tính đối xứng theo kiểu của thuyết tương đối.

Hóa ra là có tồn tại loại vật chất như vậy. Lúc thuyết tương đối bắt đầu được công nhận, những nghiên cứu về phóng xạ cho thấy chân không của không gian cũng có cấu trúc phổ giống như cấu trúc của các chất rắn và các chất lỏng lượng tử thông thường. Những nghiên cứu tiếp đó được tiến hành với các loại máy gia tốc hạt lớn cho phép chúng ta biết thêm rằng không gian giống như một ô kính cửa sổ chứ không hẳn là sự trống rỗng lý tưởng của Newton. Nó chứa đầy một thứ “chất liệu” mà bình thường thì nhìn xuyên qua được, nhưng có thể làm cho nó hiển thị bằng cách va thật mạnh vào nó cho văng ra một mảnh. Theo quan niệm hiện đại về chân không, được khẳng định bởi các thí nghiệm diễn ra hằng ngày, thì đó là một chất ête tương đối tính. Nhưng ta sẽ không gọi nó như thế, vì đó là một tên húy.

Làm thế nào mà Einstein đi đến kết luận rằng không gian là một môi trường là cả một câu chuyện đầy hấp dẫn. Xuất phát điểm của ông là nguyên lý tương đương, tức là việc quan sát thấy rằng khi bị lực hút hấp dẫn tác dụng, mọi vật đều rơi với cùng một gia tốc, bất kể khối lượng của chúng là bao nhiêu. Đó là hiệu ứng khiến các phi công vũ trụ khi ở trên quỹ đạo gần trái đất phải trải nghiệm tình trạng không trọng lượng. Lực hút hấp dẫn trên quỹ đạo thấp không nhỏ hơn mấy so với ở trên mặt đất, nhưng tác dụng của lực hấp dẫn này lại khiến các phi công và tàu vũ trụ của họ cùng nhau quay quanh trái đất. Từ hiệu ứng này (hay đúng hơn là từ những phiên bản của hiệu ứng ấy mà ông đã hình dung ra vào năm 1905, khi chưa hề có các nhà du hành vũ trụ), Einstein đã suy ra rằng lực hấp dẫn chỉ là cái được người ta hư cấu lên một cách thiếu mạch lạc, vì nó hoàn toàn có thể biến mất bằng cách cho phép người quan sát và những thứ liền cạnh người đó cùng rơi tự do. Tác động quan trọng của vùng gần sát một vật có khối lượng lớn như trái đất không phải là tạo ra các lực hấp dẫn, mà là làm hội tụ các hướng rơi tự do. Các nhà du hành vũ trụ nếu rơi thẳng xuống trái đất (một thí nghiệm bất hạnh) có lẽ ban đầu nghĩ rằng họ đang ở đâu đó sâu tít trong không gian, nhưng sau một hồi, hẳn sẽ nhận thấy rằng các vật thể du hành cùng với họ dần xích lại gần nhau. Đó là vì tất cả các phương rơi tự do gần trái đất đều hướng thẳng tới tâm trái đất và cuối cùng sẽ gặp nhau tại đó. Einstein kinh ngạc bởi sự tương tự giữa hiệu ứng này và sự hội tụ của các đường kinh tuyến ở cực bắc và cực nam trái đất. Trong trường hợp sau, một số đường thẳng có xu hướng hội tụ lại là do độ cong của trái đất - một môi trường được tạo ra từ các vật chất thông thường. Tiếp đó, trong một lóe chớp của tuệ giác còn khiến ta kinh ngạc đến tận hôm nay, ông đã phỏng đoán rằng những đường rơi tự do thực tế là những đường kinh tuyến nằm trên một mặt phẳng đa chiều, và rằng lực hấp dẫn xuất hiện bởi vì có những khối lượng lớn kéo dãn mặt phẳng đó khiến nó biến thành một mặt cong. Sau rồi ông còn đưa ra một phỏng đoán uyên thâm thứ hai về mối quan hệ đặc biệt giữa khối lượng và độ cong mà nay ta biết dưới cái tên là các phương trình trường Einstein. Những phương trình này tuân theo thuyết tương đối nên chúng hàm chứa cả những nghịch lý về tính đồng thời giống hệt như trong phiên bản ban đầu của thuyết này. Vì lý do đó mà chúng được miêu tả một cách chính xác hơn xem như một mối liên hệ giữa năng lượng ứng suất và độ cong của không - thời gian bốn chiều. Sự tiên đoán của các phương trình này cho rằng không gian có thể bị làm cho gợn sóng kèm với việc bị kéo dãn chính là một hệ quả của việc chúng tuân theo tính tương đối, một đối xứng của chuyển động. Điều đó nhất quán với trực giác vật lý của chúng ta, vì về cơ bản nó cũng giống như sự lan tỏa sóng địa chấn trên bề mặt trái đất phát sinh bởi động đất.

Sự đụng độ giữa triết học của thuyết tương đối rộng và những gì lý thuyết đó thực sự trình bày trên thực tế chưa bao giờ được các nhà vật lý dàn xếp và thỉnh thoảng lại thêm nếm cho chủ đề này một mùi vị kiểu Kafka. Một mặt, chúng ta có cái nhìn dựa vào sự thành công của thuyết tương đối cho rằng không gian là một cái gì đó khác một cách căn bản với vật chất di chuyển trong nó, và như vậy thì không thể hiểu được bằng sự tương tự với những thứ ta thường gặp. Mặt khác, chúng ta có những sự giống nhau rõ ràng giữa tính hấp dẫn kiểu Einstein và việc làm cong một cách động lực những mặt phẳng thực, điều đã dẫn chúng ta đến chỗ mô tả không - thời gian như một cấu trúc. Những sinh viên trẻ tuổi sáng dạ thể nào cũng vớ lấy chuyện này và chất vấn giáo sư của họ xem cái gì là chuyển động khi bức xạ hấp dẫn truyền đi. Họ nhận được câu trả lời là chính bản thân không - thời gian chuyển động, điều khiến họ cụt hứng. Trả lời như vậy cũng giống như nói mặt biển gợn sóng vì nó là một mặt phẳng lượn sóng.[9] Những sinh viên khôn ngoan sẽ không hỏi câu hỏi này lần thứ hai nữa.

Sự tò mò của họ, dù vậy, không hề ấu trĩ cũng không hề không quan yếu. Thuyết tương đối rộng có chứa một bộ xương nhìn sởn gai ốc gọi là hằng số vũ trụ. Đây là một sự hiệu chỉnh đối với các phương trình trường Einstein sao cho chúng tương hợp với thuyết tương đối, và ý nghĩa vật lý của hằng số này là mật độ khối lượng của ête tương đối tính. Ban đầu Einstein cho hằng số này bằng không dựa trên những cở sở cho rằng không thấy có tồn tại một hiệu ứng nào như vậy. Chân không, như người ta vẫn hiểu, hoàn toàn trống rỗng. Sau rồi ông gán cho nó một giá trị khác không rất nhỏ để phù hợp với những quan sát vũ trụ học và dường như cho ra một kết luận trái ngược, để sau đó lại bỏ đi khi các quan sát được cải tiến thêm. Đến khi có một kỹ thuật mới được phát triển nhằm đo các khoảng cách vật lý thiên văn sử dụng những sao siêu mới thì giá trị khác không lại trở thành thời thượng.[10] Tuy nhiên, không có một sự điều chỉnh nào giải quyết được bài toán bí ẩn hơn. Cứ cho là ta biết rõ về năng lực phóng xạ và về bức xạ vũ trụ đi, thì cũng chẳng có lý do gì để ai đó có thể nghĩ rằng tại sao hằng số vũ trụ lại không thể là cực kỳ lớn - lớn hơn mật độ của vật chất thông thường nhiều bậc. Việc hằng số này nhỏ đến như thế cho ta thấy rằng lực hấp dẫn và vật chất tương đối tính hiện đang tràn ngập khắp vũ trụ liên quan với nhau một cách rất bí hiểm mà vẫn chưa ai nắm hiểu được, bởi vì một lựa chọn khác đi lại đòi hỏi một phép màu còn lớn hơn.

Cách nhìn nhận không - thời gian như một thứ phi thực thể với những đặc tính giống thực thể là cách nhìn nhận không hợp logic mà cũng không nhất quán với các thực kiện. Thế nhưng cách nhìn ấy lại xuất phát từ một hệ ý niệm sinh ra từ những cuộc tranh luận đã lâu về sự đúng đắn của thuyết tương đối. Cốt lõi của nó là niềm tin cho rằng đối xứng của tính tương đối khác với tất cả các loại đối xứng khác ở chỗ nó mang tính tuyệt đối. Nó không thể bị phá vỡ bởi bất kỳ lý do nào ở bất kỳ thang chiều dài nào, dù nhỏ đến đâu, thậm chí cả ở những vùng mà các phương trình cơ bản chưa bao giờ được xác định. Niềm tin này có thể là đúng, nhưng là một bước đi hết sức võ đoán. Người ta có thể hình dung rằng người cung trăng cũng áp dụng thứ lý luận giống hệt như vậy để khiển trách những sinh viên xuất sắc của họ vì tội đã hỏi về cấu tạo trái đất dựa trên cơ sở coi tính tròn trịa của nó cần được xét lại. Rõ ràng điều này rất bất công, vì trái đất không tuyệt đối tròn, mà chỉ gần tròn thôi. Ở những thang chiều dài nhỏ hơn những gì mắt thường có thể phân biệt được từ mặt trăng, có những chi tiết nhỏ gây phiền phức như thung lũng Grand Canyon, như dãy Pamir, như ngọn Aconcagua và núi Kilimanjaro. Những tiến bộ về công nghệ quan trắc hẳn cuối cùng sẽ minh oan cho đám sinh viên, ít nhất là cho những sinh viên vẫn chưa tâm phục khẩu phục. Họ hẳn sẽ khám phá thấy rằng trái đất không tuyệt đối tròn, và hơn thế chỉ là gần tròn, vì một lý do là, đất đá cấu tạo nên trái đất bị nhão đi do áp suất cao trong lòng của nó, khiến các vật thể lớn trên bề mặt tụt dần xuống.

Mặc dù đã được đưa sâu vào khuôn khổ của bộ môn nghiên cứu, nhưng ý niệm về tính đối xứng tuyệt đối không có mấy ý nghĩa. Đối xứng là kết quả, chứ không phải là nguyên nhân. Nếu tính tương đối luôn luôn đúng, thì phải có một nguyên do nào đó nằm sau nó. Những nỗ lực nhằm lẩn tránh bài toán này cuối cùng không tránh khỏi dẫn đến mâu thuẫn. Do đó, nếu ta thử cố viết ra những phương trình tương đối tính để mô tả quang phổ của chân không, ta sẽ phát hiện ra rằng những phương trình ấy là vô nghĩa về mặt toán học, ngoại trừ hoặc là tính tương đối hoặc là bất biến chuẩn, một đối xứng khác cũng hết sức quan trọng, được mặc định là sai ở những khoảng cách cực kỳ ngắn. Cho đến nay chưa ai khám phá được cách nào để giải quyết ổn thỏa vấn đề này. Lý thuyết dây, ban đầu được phát triển để làm việc đó đã tỏ ra không thành công. Ngoài sự ham chuộng mang tính huyền thoại đối với số chiều cao hơn của không gian ra, lý thuyết dây còn có những bài toán ở những thang chiều dài ngắn cần giải quyết, mặc dù ở mức tinh vi hơn, và lý thuyết này chưa bao giờ được phát triển thành mô hình chuẩn ở những thang chiều dài lớn, như được đòi hỏi để tương thích với thực nghiệm.

Vậy là quan sát ấu trĩ cho rằng chân không của không gian là trống rỗng không hề ấu trĩ chút nào, mà thay vì thế nó là một chứng cớ mạnh mẽ cho thấy ánh sáng và hấp dẫn có liên quan chặt chẽ với nhau, và có lẽ cả hai, về bản chất, cùng có tính tập thể. Cũng giống với âm thanh cơ học lượng tử thực, ánh sáng thực khác với bản sao đã được lý tưởng hóa của nó trong cơ học Newton ở chỗ nó mang năng lượng, thậm chí ngay cả khi nó lạnh cóng. Theo nguyên lý tương đối, năng lượng này có khả năng sinh ra khối lượng, và đến lượt mình khối lượng lại sinh ra hấp dẫn. Ta không biết vì sao nó không làm thế nên ta đành phải xử lý bài toán như kiểu một chính phủ có lẽ phải làm, tức là đơn giản tuyên bố rằng không gian trống rỗng không có lực hấp dẫn. Nói một cách thô thiển thì việc này có thể coi ngang với việc cơ quan lập pháp bang Indiana ban hành đạo luật buộc phải coi giá trị của số π bằng ba.[11] Nó cũng cho thấy tính nghiêm trọng của vấn đề, vì người ta chưa phải viện đến những biện pháp tuyệt vọng đến như vậy khi còn có những sự lựa chọn loại trừ lẫn nhau hợp lý khác. Mong muốn giải thích triệt để nghịch lý hấp dẫn ở mức vi mô còn là động lực để người ta phát minh ra siêu đối xứng, một cơ cấu toán học nhằm ấn định một đối ứng bổ sung đặc biệt cho mỗi một hạt cơ bản mà ta biết.[12] Nếu đâu đó trong tự nhiên mà ta phát hiện được một siêu đối ứng như thế thì niềm hy vọng đưa ra được một cách giải thích theo quy giản luận đối với sự trống rỗng của không gian sẽ lại được nhen nhóm, nhưng điều đó cho tới nay chưa xảy ra, ít nhất là ở thời điểm hiện tại.

Nếu Einstein còn sống đến ngày nay, ông có lẽ sẽ phải phát hoảng lên với những gì đang diễn ra. Ông có lẽ sẽ quở trách giới chuyên môn về việc họ đã để cho tình trạng lộn xộn này phát triển, và có lẽ sẽ phát điên lên vì người ta đã biến những công trình sáng tạo tuyệt đẹp của ông thành những hệ ý niệm và kết quả là sự sinh sôi nảy nở của những sự thiếu nhất quán về mặt logic. Einstein là một nghệ sĩ và là một học giả, nhưng trước nhất, ông là một nhà cách mạng. Cách tiếp cận vật lý học của ông có thể được tóm gọn lại là, hạn chế tối thiểu việc đưa ra các giả thuyết, không bao giờ đưa ra ý kiến đối lập với thực nghiệm, đòi hỏi sự nhất quán toàn diện về mặt logic, và nghi ngờ những niềm tin không có căn cứ. Niềm tin không có căn cứ vào thời ông chính là chất ête, hay chính xác hơn là phiên bản ấu trĩ của chất ête ra đời trước thuyết tương đối. Niềm tin không có căn cứ thời nay lại chính là tính tương đối. Đúng với tính cách của một người như ông thì nếu còn sống chắc thể nào ông cũng sẽ kiểm tra lại các thực kiện, lật đi lật lại chúng trong đầu và kết luận rằng nguyên lý tương đối hằng được ông cưng chiều chẳng có gì là cơ bản hết trơn, mà nó chỉ là một sự đột sinh - một đặc tính tập thể của vật chất cấu thành không - thời gian, và đặc tính đó trở nên càng ngày càng chính xác ở những thang độ dài lớn, nhưng lại sai ở những thang độ dài nhỏ. Đây là một ý niệm khác hẳn so với ý niệm ban đầu của ông, nhưng lại là một cái gì đó hoàn toàn tương hợp về mặt logic với ý niệm ban đầu này, mà thậm chí còn lý thú hơn, và có nhiều ý nghĩa hơn về mặt tiềm năng. Điều đó hẳn phải có nghĩa là, cấu trúc không - thời gian không chỉ đơn giản là cái sân khấu trên đó cuộc sống đang diễn trò của mình, mà là một hiện tượng mang tính tổ chức, và ẩn sau nó còn là một cái gì đó nữa không biết chừng.

❀ ❀ ❀

[1] Các bài thảo luận hấp dẫn về thuyết tương đối có thể được tìm thấy trong hầu hết các cuốn sách giáo khoa vật lý cho sinh viên đại học. Tài liệu tham khảo gốc là A. Einstein, Ann. d. Physik 17, 891 (1905).

[2] A.S. Eddington, The Mathematical Theory of Relativity (Nxb Cambridge University Press, London, 1965), trang 88.

[3] Có khá nhiều sách hay bàn về tính đối xứng, vì chủ đề này khá thú vị. Một quyển sách dễ tiếp cận là quyển sách của L.M. Lederman và C.T. Hill, Symmetry and the Beautiful Universe (Nxb Prometheus Books, Amherst, NY 2004). Một quyển sách chuyên môn hay nữa là quyển của J. Rosen, Symmetry Discovered (Nxb Cambridge University Press, London, 1975). Xem thêm S. Coleman, Aspects of Symmetry: Selected Erice Lectures (Nxb Cambridge University Press, London, 1985).

[4] R.P, Feynman et.al., Six Not-So-Easy Pieces, Einstein’s Relativity, Symmetry, and Space-Time (Nxb Perseus, New York, 1997).

[5] Thí nghiệm nổi tiếng nhất về thuyết tương đối tổng quát bao gồm các hiệu chỉnh nhỏ đối với thuyết hấp dẫn của Newton, đáng kể nhất là sự bị bẻ cong của ánh sáng khi nó lướt qua mặt trời, và sự gia tăng điểm cận nhật của Thủy tinh, được chính Einstein là người đầu tiên tính ra. Một thí nghiệm kiểm tra gần đây hơn là hiệu ứng con quay hồi chuyển, được xác định bởi thí nghiệm Gravity-Probe B. Xem R.A. Van Patten và C.W.F. Everitt, Phys, Rev. Lett. 36, 629 (1976).

[6] Sao xung đôi PSR 1913+16, phát hiện bởi R. Hulse và J. Taylor, di chuyển trong một quỹ đạo hẹp đến mức hiệu ứng phát xạ hấp dẫn có thể đo được. Quan sát này mang lại cho Taylor và Hulse giải thưởng Nobel vật lý năm 1993. Sao xung này quay 17 vòng trong một giây, tương đương với chu kỳ 59.10-6 giây, và có chu kỳ quỹ đạo 7,75 giờ. Sự gia tăng điểm cận nhật của nó do phát xạ bức xạ hấp dẫn là 4,20 trong một năm. Nó có bán kính 3 giây ánh sáng, tức là khoảng một triệu km. Xem H. Taylor, L.A. Fowler, và J.M. Weisberg, Nature 277, 437 (1979); J.M Weisberg, J.H. Taylor, và L.A. Fowler, Scientific American 245, 74 (1981).

[7] Các máy dò cơ học nguyên thủy dùng để đo sóng hấp dẫn tỏ ra không đủ nhạy, và từ đó đã bị thay thế tại Hoa Kỳ bởi dự án Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), mà người ta hy vọng là cuối cùng sẽ có thể ghi nhận được sóng hấp dẫn do các nguồn vũ trụ gây ra. Xem http://www.ligo.caltech.edu

[8] Người ta không hiểu các bài báo đầu tiên của Albert Einstein một phần vì chúng được diễn giải rất ngắn gọn. Khi được hỏi ý kiến về các ý tưởng của Einstein, Edison nói rằng ông không hiểu bất kỳ ý tưởng nào, và không thấy chúng có lợi ích gì. Xem http://www. patentlessons.com/ Warp_speed.html

[9] Hoặc là ví dụ nổi tiếng của Moliere rằng thuốc ngủ hiệu nghiệm vì “những đặc tính gây ngủ” của nó.

[10] Xem bản tóm lược rất hay của S. Perlmutter, Supernovae, Dark Energy, and the Accelerating Universe, Physics Today, tháng 4 2004, trang 53. Xem thêm S. Perlmutter et.al, Nature 391, 51 (1998).

[11] Câu chuyện nổi tiếng này thực ra không có thật, không có đạo luật nào như vậy từng được thông qua. Câu chuyện này tập trung quanh dự luật Quốc hội 249 năm 1897, được Edwin J. Goodman, từ Solitude, Indiana đưa ra. Nó không xác lập số π bằng 3, mà đưa ra một vài giá trị, tùy trường hợp. Nó được Hạ viện thông qua, nhưng không được Thượng viện thông qua. Xem U. Dudley, Mathematical Cranks (Math. Assn. Am., Washington, D.C., 1992).

[12] Xem S. Weinberg, Quantum Theory of Field, Vol. 3: Supersymmetry (Nxb Cambridge, University Press, London, 2000).