CỦA CƠ CHẾ BẢO VỆ

HERACLITUS

Những ai yếu bóng vía muốn trốn tránh thực tại - mà phần lớn mọi người là như vậy - đều biết đến Tà diện của Thần lực, vốn đã trở thành bất diệt trong bộ phim nhiều tập có tên Chiến tranh giữa các vì sao. Hình mẫu hoang đường vĩ đại này chính là mặt Ác của cái mà các triết gia Khắc kỷ gọi là trật tự tự nhiên, một nguyên lý hay một bản chất bao quát mà họ nghĩ là thấm nhuần toàn bộ vũ trụ. Tà diện luôn lẩn khuất đâu đó để kéo bạn vào vòng sa ngã. Ai vững vàng thì tránh được sức cám dỗ của nó, còn những kẻ yếu đuối như Darth Varder thì bị khuất phục. Cái ác xấu của Tà diện bắt đầu trở thành nghiêm trọng khi Darth và những học giả hắc ám khác ngồi lại với nhau lập mưu tính kế. Một trong số đó là tên Thượng nghị sĩ Palpatine độc ác; y đã thành công trong việc trở thành đệ nhất thiên hà hoàng đế bằng cách tuyển mộ tay chân cho Tà diện và gieo rắc những mối hiểm họa tưởng tượng đối với hòa bình và ổn định mà nếu được hội đồng lập pháp trao cho quyền lực tối cao thì y có thể “ra ân” giải quyết. Lo cho sự an nguy của bản thân và mong được bảo vệ, mọi người đã chấp thuận trao cho thượng nghị sĩ những quyền lực nói trên, hóa ra chỉ để hắn nắm chặt họ trong bàn tay chuyên chính tàn bạo đến nghẹt thở của mình.

Không chỉ có những chính thể và những phiên bản nhiễu nhương trong khu vực tư nhân của nó, như các băng đảng Mafia, mà cả bản thân tự nhiên cũng dự phòng một cơ chế bảo vệ thông qua những định luật vô cảm đối với những ảnh hưởng gây mất cân bằng đến từ bên ngoài.[1] Cơ chế bảo vệ tạo ra tính chính xác và tính đáng tin cậy trong thế giới vật chất cũng như trong thế giới loài người, nhưng những phiên bản vật chất của cơ chế đó lại có cái lợi thế nhờ vào tính ban sơ của chúng, nên người ta có thể không chút nghi ngờ đồng nhất chúng với những hiện tượng bột phát mang tính tự tổ chức không dính dáng chút gì đến trí tuệ, ngoài bản thân nguyên lý tổ chức. Những đặc tính sắp xếp có trật tự mang tính phổ quát của các vật thể rắn, dòng chảy của các chất siêu chảy, và rồi thậm chí cả tính trống rỗng của không gian, tất thảy đều là một số trong rất nhiều những ví dụ cụ thể và có bằng chứng hiển nhiên về hiệu ứng này.[2] Sự vô cảm của tính bền vững vật chất đối với việc một nguyên tử bị lệch ra ngoài vị trí của nó không khác gì sự vô cảm của kết quả bầu cử đối với một quan điểm chính trị cá nhân lệch lạc - mà chẳng hiểu sao quan điểm chính trị của tôi luôn lệch lạc kiểu ấy. Cuối cùng, cơ chế bảo vệ cũng vượt qua được sự thiếu hoàn hảo bằng vào tính bảo thủ của một người mẹ ngắm đoàn diễu hành rồi thốt lên: “Nhìn kìa, bọn trẻ khác đều chuệch choạc cả, chỉ mỗi thằng Johnny con tôi đi đúng hàng”.

Tuy nhiên, cũng giống như những bản sao của chúng trong thế giới loài người, những cơ chế bảo vệ trong tự nhiên cũng có phần tà diện của nó - khuynh hướng che đậy những nguyên nhân tối hậu nhằm hạn chế quan kiến của mọi người. Ví dụ, độ cứng có tính đàn hồi của trạng thái rắn tuy là một định luật mạnh cho phép thiết kế được những cấu trúc đáng tin cậy, nhưng lại hoàn toàn che khuất sự có mặt của các nguyên tử, vì những đặc tính đàn hồi là những hệ quả phổ quát của mọi quá trình sắp xếp có trật tự, và giá như các chất rắn được cấu tạo từ các loại vật liệu nào khác thì chúng vẫn sẽ giữ nguyên. Việc chứng minh sự tồn tại của các nguyên tử là một việc không thể thực hiện được nếu như không có công nghệ đo đạc, như tán xạ tia X, có khả năng né tránh được cơ chế bảo vệ. Việc không cần biết đến nguyên tử cũng chẳng thành vấn đề nếu như ta chỉ quan tâm đến sản xuất ô tô hay các tòa nhà chọc trời, nhưng lại là cả một vấn đề lớn nếu ta muốn sản xuất máy tính hay giàn vô tuyến. Có thể lập luận rằng bản tính bừa bãi của tiến bộ công nghệ chính là tà diện của cơ chế bảo vệ, nếu như ta quan niệm công nghệ là một cái gì đó “trái tự nhiên”. Chân không của bản thân không gian chính là trường hợp cực hạn của bài toán này, nó bộc lộ những tín hiệu về hành trạng được bảo vệ một cách phổ quát trong những thí nghiệm mà hiện nay ta đủ khả năng tiến hành, và do đó cũng bộc lộ về sự chi phối của những định luật vi mô mà ta không làm cách nào nhận biết được cho tới khi công nghệ gia tốc đạt được những tiến bộ mới.

Trong đời sống hằng ngày cũng có nhiều cái giống với tà diện của cơ chế bảo vệ. Các cửa hàng như McDonald, Starbuck, và KFC hoạt động rất hữu hiệu vì sản phẩm của chúng luôn ổn định và rất đáng tin cậy khiến bạn luôn biết trước có thể mua gì ở những hiệu đó. Tuy nhiên, việc quản lý chặt chẽ tại các cửa hàng đó cũng khép lại khả năng bạn có thể tìm thấy một cửa hiệu đưa ra những sáng kiến mới. Đó là lý do vì sao mà những ai có tư duy độc lập thường không thích những công ty kiểu này - mặc dù họ có thể có cổ phần trong đó, hoặc khi cần quá thì tạt vào cũng không sao. Dù có là một cổ đông hay không của các công ty này thì tôi cũng sẽ không mua sữa chua lạnh ở các cửa hàng của họ, kể cả khi lỡ bữa ở sân bay, và tôi cũng xin cảnh báo cho những ai có thói quen sống bừa bãi rằng hình phạt họ phải chịu dưới địa ngục sau này là bị khóa chân vĩnh viễn vào bàn ăn với một thực đơn duy nhất là sa-lát gà Caesar. May cho tất cả chúng ta là ở Pháp không có mấy cơ chế bảo vệ. Những chuyện tiếu lâm phần nào hơi cay nghiệt hơn về chủ đề này ta có thể nghe được từ mấy người Nga từng sống dưới thời còn là Liên-xô, hay trong chuyện Anh chàng với con chó của Harlan Ellison, một câu chuyện hài bi thảm trong đó xã hội hậu Thế-Chiến-Thứ-Ba bảo vệ “lối sống” của mình bằng cách ra lệnh cấm tiệt những gì là mới.[3] Nhân vật chính của Ellison là một anh chàng bị bệnh ghét phụ nữ, đào thoát khỏi cơ chế bảo vệ để quay trở lại mặt đất cứu con chó có khả năng ngoại cảm của anh đang sắp chết đói bằng cách cho nó chén thịt cô bạn gái mà anh đã ngấy đến tận cổ. Vợ tôi chẳng thích chuyện này.

Tất cả mọi trường hợp về cơ chế bảo vệ được dẫn chứng hẳn hoi trong vật lý đều được đặc trưng bởi tính bất biến thang.[4] Câu chuyện về một đạo diễn không có chuyên môn về vật lý muốn làm một bộ phim về một ống hơi của giàn đại phong cầm đã minh họa rất tốt cho ý niệm này. Rõ ràng đây không phải là công việc kiếm được bộn tiền, nhưng với tư cách một đạo diễn tiên phong, ông tin rằng bộ phim sẽ là một trải nghiệm điện ảnh cao nhất về Thiền. Mới quay được vài phút thì ông cho rằng chưa tốt, nên hét “cắt” và phân cảnh lại. Ông gọi các kỹ thuật viên lại để làm một cái ống hơi có kích thước gấp đôi theo các chiều - và tất nhiên thanh âm phát ra sẽ phải trầm hơn - và bảo người phụ trách máy quay lùi lại một chút, làm sao cho cái ống đã được làm to ra vẫn nằm gọn trong khuôn hình. Rồi ông tiếp tục cho quay lần nữa - cho tới khi ông ta phát hiện ra mình đã sai lầm. Trong lúc cáu, ông tọng hết cả cuộn phim đã in tráng vào máy chiếu, bật công tắc cho nó quay nhanh gấp đôi, và xác nhận khá chính xác rằng, hình ảnh cũng như âm thanh hóa ra không khác gì so với lúc trước. Những cải tiến của ông chẳng mang lại thay đổi gì. Lý do ở đây là: những định luật thủy động lực học chi phối âm thanh của ống đàn là những định luất bất biến về thang. Hành trạng của ống được quan sát vẫn giữ nguyên dù kích thước của mẫu tăng gấp đôi, trong điều kiện chiều dài khoảng cách và thời gian đo cũng được tăng lên gấp đôi. Quá trình này được gọi là quá trình tái chuẩn hóa, và nó là cơ sở truyền thống mang tính quan niệm để bàn thảo về cơ chế bảo vệ trong vật lý học.[5]

Tính tái chuẩn hóa được về căn bản là không cân xứng. Trong trường hợp ống hơi của giàn đại phong cầm, người ta có thể chỉnh kích thước lớn hơn mãi mà không sợ vi phạm quy tắc tái chuẩn hóa, nhưng nếu người ta thu nhỏ mãi kích thước lại thì chỉ làm vậy được đến kích thước nguyên tử mà thôi, đó là điểm mà các định luật thủy động lực học không còn áp dụng được nữa. Thực ra thì hình dung thí nghiệm này theo hướng ngược lại sẽ dễ hiểu hơn - bắt đầu từ mẫu nhỏ rồi tăng dần kích thước lên. Người ta thấy rằng những hiệu chỉnh cần thiết đối với thủy động lực học như tính hạt của nguyên tử, các quy tắc nhớt phi tuyến, sự phụ thuộc của dòng chảy vào những nhân tố bên trong, ngoại trừ áp suất, vv..., sẽ nhỏ dần đi mỗi khi thay đổi kích thước, dẫn đến sự “đột sinh” của hiện tượng thủy động học ở giới hạn của mẫu có kích thước lớn. Đó là tin mừng. Tin buồn là vẫn có thể còn nhiều khả năng khác. Nếu số nguyên tử trung bình trên một đơn vị thể tích nhiều hơn một chút, những tính chất phổ quát của các chất rắn dạng tinh thể có khả năng sẽ đột sinh trong quá trình tái chuẩn hóa, thay cho các chất lỏng. Người ta có thể nói rằng những mẫu nhỏ chứa đựng những yếu tố của mọi pha có thể có của chúng - giống hệt như một đứa bé có chứa tất cả các yếu tố của nhiều kiểu tuổi trưởng thành khác nhau - và rằng căn tính của hệ thống với tư cách là một pha này hay một pha khác chỉ phát triển sau khi một số đặc tính của nó bị cắt tỉa bớt, tạo điều kiện cho những đặc tính khác phát lộ.

Thuật ngữ chuyên môn dùng để gọi sự thu nhỏ lại của một đặc tính vật lý nào đó, như độ bền biến dạng trong các chất lỏng, dưới tác động của quá trình tái chuẩn hóa là tính không quan yếu (irrelevance). Như vậy, trong một chất lỏng, những hiệu chỉnh thủy động lực học - thực tế hầu hết là những đặc tính của một tập hợp nguyên tử mà người ta có thể hình dung là đo được - là không quan yếu, cũng giống như những hiệu chỉnh về tính bền đàn hồi khi hệ thống là một hệ rắn. Không may, thuật ngữ tính không quan yếu cũng lại là một thuật ngữ đứng đầu trong danh sách những sự lựa chọn thuật ngữ chuyên môn ngu ngốc nhất xưa nay. Nó khiến cho người ta rối tinh lên, kể cả với các nhà vật lý chuyên nghiệp, vì có quá nhiều nghĩa. Tôi có thể kể tràng giang đại hải về việc người ta trao giải cho các nhà khoa học vì phát minh được những cái người khác không hiểu nổi, nhưng tôi sẽ tự giới hạn với nhận xét rằng, cách làm việc dễ nhất là gắn cho từ ngữ thông dụng một nghĩa mới. Bạn cứ nói chuyện dài dài đi, rồi tình cờ buông ra một từ ngữ kiểu như vậy, chắc chắn người nghe bỗng rối trí ngay. Thủ thuật giải mã là phải nhận ra được rằng từ “không quan yếu” có hai cách hiểu. Một có nghĩa là không thích hợp, một từ có thể áp dụng được cho rất nhiều trường hợp, nhưng không phải trong vật lý học. Nghĩa kia là, “không cách gì đo đếm được vì quá nhỏ hiểu theo những nguyên lý đột sinh”, một cách hiểu có thể áp dụng được cho một số hiện tượng vật lý nhất định.

Sự đột sinh của những nguyên lý thông thường của cơ chế bảo vệ đòi hỏi phải có một bước rẽ ngoặt đáng quan tâm khi hệ thống đạt trạng thái cân bằng ở một điểm chuyển pha, sao cho hệ không xác định được sẽ tự tổ chức theo kiểu nào đó. Điều rất có thể xảy ra ở đây là, chẳng có gì quan yếu hết ngoại trừ một đại lượng đặc trưng sẽ tiếp tục tăng tiến không giới hạn khi kích thước của mẫu lớn dần lên, chẳng hạn như lượng từ tính trong một vật liệu từ. Đại lượng quan yếu này rốt cuộc sẽ quyết định xem hệ thống tồn tại ở pha nào. Ví dụ như trong trường hợp từ tính, sự tăng trưởng sẽ là âm nếu nhiệt độ vượt quá một giới hạn nhất định, khiến từ tính ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ giới hạn đó sẽ biến mất. Hoặc là nhiễm từ toàn phần hoặc là không gì hết. Cũng có thể có những đại lượng không tăng cũng không giảm, nhưng những thứ gọi là các biến thiên biên như vậy là những thứ đặc trưng cho một loại chuyển pha chết yểu rất hiếm hoi (coi như không bao giờ xảy ra) trong tự nhiên. Tình thế giống một cuộc chơi kéo co giữa hai đội khỏe ngang nhau. Khi bắt đầu chơi, hai đội co đi kéo lại - một đội chiếm ưu thế hơn rồi lại đến đội kia - bộc lộ những đặc trưng chung của trò chơi kéo co, mọi diện mạo khác của đời sống đều trở nên không quan yếu. Về cuối, một đội kéo sợi dây càng lúc càng nhanh hơn về phía phe mình, đội kia không còn làm chủ tình thế được nữa, bị kéo rê và ngã chổng kềnh cả loạt. Trong bối cảnh này, thể nào cũng có đội thắng là điều chắc chắn, nhưng trong thời gian bao nhiêu lâu mới đột sinh đội thắng thì không ai xác định được. Xét về nguyên tắc thì cuộc tranh tài có thể kéo dài không biết đến bao giờ nếu hai đội mạnh ngang nhau một cách khó tin. Nhưng trên thực tế, sự ngang tài ngang sức lại khiến cho họ rất dễ bị tác động bởi những ảnh hưởng bên ngoài, như một cơn giông, hay tiếng hò reo của người xem, và đó mới là nhân tố quyết định thắng thua, chứ không phải là do đội này thực sự mạnh hơn đội kia đôi chút. Hiệu ứng này cũng diễn ra giữa các ứng cử viên ngang tài ngang sức, vì vậy mà những cuộc tranh cử kiểu ấy chẳng có nghĩa lắm.

Cơ chế bảo vệ mang tính cân bằng xuất hiện khá phổ biến trong

tự nhiên, nhưng không nhiều như người ta thường nghĩ, vì hầu hết các quá trình chuyển pha, như hiện tượng bốc hơi của nước, đều có một ẩn nhiệt buộc các pha song song tồn tại. Nước tồn tại rất tốt ở trạng thái cân bằng pha trong một ngày nóng ẩm, chút ít trong không khí, còn lại thì trong các ao hồ. Sự cân bằng này chính là nguyên nhân khiến cho những ngày trời nồm rất khó chịu, vì nó khiến cho hơi nước từ cơ thể không thể bốc hơi để làm nguội thân nhiệt. Nhưng nếu nước phải chịu tác động của áp suất thì nhiệt cần thiết để chuyển hóa chất lỏng thành hơi có thể được làm cho giảm thiểu và biến mất hoàn toàn, xóa nhòa ranh giới giữa thể lỏng và thể khí. Khi nhiệt lượng này biến mất, ta có được hiệu ứng cân bằng đích thực gọi là trạng thái opan (opalescence) tới hạn, ở trạng thái này chất lỏng trở nên trắng đục như sữa.[6] Hiệu ứng này đôi chút giống với sương mù, nhưng thú vị hơn nhiều, vì nó không hề có thang. Kích thước các giọt sương trong một đám sương mù được xác định bởi những nhân tố của môi trường như bụi hoặc những hạt muối li ti trong không khí, và kích thước này cũng dễ dàng trở nên rất lớn - như có thể thấy ở các vùng ven hồ. Nhưng dưới tác động của áp suất, sự rối loạn của chất lỏng tăng đến tối đa, và hành trạng kiểu sương mù của nó đồng thời tồn tại ở mọi thang kích thước. Dù hiệu ứng này rất ngoạn mục, nhưng ứng dụng thực tế của nó chỉ giới hạn ở việc thiết kế buồng hơi của động cơ, sử dụng tính chất đặc biệt này để làm tăng hiệu suất nhiên liệu.

Tính phổ quát và tính quan yếu của cân bằng gắn liền với các quá trình chuyển pha trong tự nhiên đã dẫn đến hai hiệu ứng vật lý mà tôi gọi là những Hệ luận hắc diện. Tôi cố tình cường điệu câu chữ như vậy là vì những hiệu ứng này rất xảo trá, hủy hoại và độc ác một cách triệt để, ít nhất là từ góc nhìn của bất cứ ai quan tâm đến việc phân biệt đâu là đúng đâu là sai.

Tôi gọi Hệ luận hắc diện thứ nhất là hiệu ứng Con Gà Tây Đánh Lạc Hướng. Tên gọi này có nguồn gốc từ một truyện ngắn của Mark Twain mô tả cuộc đi săn gà tây: chú gà tây giả bộ bị thương để dụ kẻ đi săn đi xa khỏi tổ của nó.[7] Tay thợ săn cứ bắn trượt hoài, đến khi bị dẫn đi lạc xa vài dặm rồi mới chợt nhận ra rằng mình không hề theo nó đến tổ gì hết mà là bị nó lừa. Hiệu ứng Gà Tây Đánh Lạc Hướng trong vật lý cũng y như vậy. Trong khi cơ chế bảo vệ ổn định ngăn không cho ta xác định những quy tắc vi mô căn bản, thì cơ chế bảo vệ không ổn định lại lừa cho ta tưởng chừng mình đã tìm ra những quy tắc đó mà thực ra thì không hề tìm thấy gì. Sự tưởng chừng này, đến lượt nó, lại khiến cho hiệu ứng này tồn tại khá dài, do sự nhầm lẫn của những tài liệu thực nghiệm liên quan đến nó. Hãy dùng một ẩn dụ cho dễ hiểu hơn. Trở lại trò chơi kéo co, giả như ta đang cố tìm bằng được “nguyên nhân đầu tiên” của các trò kéo co bằng cách hướng các quan sát của mình vào những khoảng thời gian ngày càng ngắn. Rồi tiếp sau đó là giả dụ rằng hai phe thực sự ngang tài ngang sức, sao cho trong một thời gian cực kỳ lâu mới biết được ai thắng ai thua, dẫn đến việc rất dễ thông qua thực nghiệm để đến với lãnh địa của những điều không thể quyết định được. Như vậy, khi tiến hành những quan sát thực nghiệm, ta khám phá thấy tính phổ quát của trò kéo co được bộc lộ ra trong những khoảng thời gian đủ dài - hai đội hoàn toàn cân bằng với nhau, không phụ thuộc vào những người tham gia, vào loại dây kéo, vào độ trơn trượt của nền đất, vv... - hơn nữa, hành trạng này được quan sát một cách hợp thức xem như điềm báo hay nguyên do của kết quả, và do đó được xem như định luật “cơ bản”. Tính phổ quát của hành trạng còn cho phép có được một sự mô tả toán học đơn giản, và do đó mà cho phép có được sự mô tả toán học cũng đơn giản về nguyên nhân dẫn đến kết quả chung cuộc. Ta những tưởng đã tìm được nguyên nhân giản đơn tối hậu của trò kéo co, nhưng cái ta thực sự tìm thấy chỉ là hành trạng trung gian được hóa trang như là nguyên nhân tối hậu mà thôi. Lý thuyết của ta về nguồn gốc là một lý thuyết chính xác, đẹp đẽ, chặt chẽ về mặt toán học, nhưng hoàn toàn vô nghĩa. Chúng ta đã bị lừa. Tuy nhiên, trong trường hợp này, kẻ đi lừa không phải là một tay lừa đảo, một bạn đồng nghiệp (hay một chú gà tây), mà chính là tự nhiên.

Tôi gọi Hệ luận hắc diện thứ hai là Rào Cản Quan Yếu. Giả sử bằng một phép màu nào đó, người ta tìm được cách mô tả toán học đích thực về một cái gì đó, bất kể là cái gì, và đề ra cho mình nhiệm vụ phải giải được các phương trình và tiên đoán hành trạng được bảo vệ mà những phương trình đó ngụ ý. Người ta hẳn nhiên sẽ phải làm những phép gần đúng, và trong tình huống được bảo vệ một cách ổn định, những sai sót nhỏ ngầm ẩn chứa trong những phép gần đúng đó rất có thể là không quan yếu (không cần tính đến) về mặt kỹ thuật vì chúng có khả năng được dung hòa khi người ta làm việc với những mẫu có kích thước ngày càng lớn hơn. Nhưng trong tình huống không ổn định, những sai sót quan yếu sẽ tăng lên không giới hạn. Thay vì dung hòa những sai sót của ai đó, hành trạng vật lý lại khuếch đại chúng lên, khiến cho những gì người đó tiên đoán trở nên ngày càng thiếu độ tin cậy một khi kích thước mẫu tăng dần lên. Hiệu ứng này xét về mặt ý niệm cũng giống như “sự phụ thuộc nhạy bén vào những điều kiện ban đầu” trong lý thuyết hỗn độn, nhưng khác ở chỗ nó gắn với sự tiến triển về thang kích thước chứ không với sự tiến triển về thời gian. Giống như trong lý thuyết hỗn độn, một sai sót nhỏ trong cách giải các phương trình cũng có thể biến thành một sai sót vô cùng lớn trong kết quả - lớn đến mức khiến kết quả có thể sai về mặt phẩm tính. Tính phổ quát kiểu này tiêu hủy khả năng tiên đoán. Thậm chí nếu bạn có trong tay những phương trình cơ bản đúng đắn thì chúng cũng có thể không có ích gì trong việc tiên đoán hành trạng mà bạn đang quan tâm, vì bạn không thể giải chúng một cách chính xác để có thể đưa ra những tiên đoán ấy. Đến lượt mình, điều này lại khiến chúng không có được khả năng kiểm sai.[8] Nếu bạn không tiên đoán được một số thí nghiệm đáng tin cậy nhất định thì bạn cũng sẽ không thể dùng được các thí nghiệm đó để xác định xem lý thuyết là đúng hay sai. Hệ thống đã đột ngột tự phát sinh ra một rào cản cơ bản đối với tri thức, một bức tường gạch tri thức luận. Tuy vậy, trong lòng một pha vật chất cho trước, người ta lại hoàn toàn có thể tiên đoán được các đặc tính vĩ mô của nó. Giống như một cuộc hẹn hò trai gái. Những động cơ dẫn đến cuộc hẹn không có gì là khó hiểu, kết quả sẽ đi đến đâu cũng chỉ khuôn trong những hiện tượng phổ biến, nhưng những gì xảy ra giữa động cơ với kết quả lại mang tính phức hợp và vô cùng khó tiên đoán.

Một ví dụ đã đi vào sách giáo khoa về tác động của những Hệ luận hắc diện là hiệu ứng electron-tương-quan.[9] Bản thân tên gọi này thực ra là một kiểu dùng sai thuật ngữ mang tính quy giản luận, vì “tương quan” trong cơ học lượng tử chỉ có nghĩa là “vướng víu”, “liên đới” cái mà các electron lúc nào cũng bộc lộ - chứ không phải chỉ thi thoảng. Nói rằng các electron tương quan với nhau thì cũng chẳng khác gì nói rằng những chỗ có nước là ướt. Hiệu ứng electron-tương-quan thực chất là một tập hợp những hành trạng diễn ra trong các vật thể rắn không khớp với những phạm trù truyền thống của kim loại, của chất cách điện, của nam châm thông thường, vv..., thay vào đó chúng có vẻ như nằm ở khoảng giữa. Chúng xảy ra phần lớn trong những oxit kim loại (V2O5), cũng như trong một số các hợp chất kim loại (CeCu2Si2), một số hợp kim (UBe13), và nhiều chất hữu cơ (muối điện ly). Ngoài những khó khăn phổ biến trong việc phân loại chúng, những vật liệu nói trên chứa một danh sách dài các đặc tính đáng ngờ, như tính siêu nhạy đối với sự không hoàn hảo ở cấp nguyên tử, như việc có những pha có trật tự xuất hiện và biến mất tùy thuộc vào phương pháp chuẩn bị mẫu, và như những đặc tính quang phổ không tái lặp; điều đó khiến ta nghĩ đến một hay nhiều bước chuyển pha mang rất ít tính đặc trưng. Tuy nhiên, tên gọi “tương quan” lại hàm một ý khác: vì một vài lý do nào đó, những kỹ thuật làm gần đúng dùng để mô tả vật chất vướng víu không có tác dụng đối với những vật liệu nói trên, và vấn đề là ở chỗ đó. Nói cách khác, hành trạng tỏ ra bất thường chính là bởi vì bạn không tính toán nó được - ngược lại với việc khó tính toán được vì nó bất thường.

Bạn hẳn phải nghĩ rằng có thể dễ dàng giải quyết một bài toán cơ bản như vậy bằng con đường thực nghiệm, nhưng thực tế thì không phải. Năm này qua năm khác, nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau vẫn thu được những lời giải khác nhau từ cùng những phép đo thực nghiệm, thậm chí thường rất khác với những kết quả của chính họ chỉ sau vài tháng, và năm này sang năm khác họ vẫn phải tìm cách bảo vệ tính hợp thức cho công việc của mình bằng cách cáo buộc các nhóm nghiên cứu khác là thiếu trình độ. Những nhà lý thuyết do vậy vẫn thường “phân tích” những kết quả trên bằng cách vứt bớt chúng đi, chỉ chọn những cái mình thích, rồi tuyên bố rằng xét về mặt tinh thần thì chúng phải khả quan hơn, vì chúng củng cố cho lý thuyết của họ, bất kể lý thuyết đó là gì đi chăng nữa. Những phương trình cơ bản đã được biết một cách rất hoàn hảo, tất nhiên, và hoàn toàn có thể dẫn đến lời giải gần đúng trong những hoàn cảnh ít gây tranh cãi nhất, nhưng chúng không thể được giải với độ chính xác đủ lớn để tiên đoán những gì sẽ phải xảy ra trong các thí nghiệm trên. Điều này còn dẫn đến hệ quả phụ, đó là, nó khiến cho tính không khoan nhượng về mặt lý thuyết trở nên đáng ngờ, vì bao giờ người ta cũng có thể lập luận rằng những tính toán của người khác có chỗ nhầm lẫn. Và như vậy, trong vòng năm mươi năm lại đây kể từ khi mọi người bắt đầu tích cực nghiên cứu hiệu ứng electron-tương-quan, vẫn chưa có được một tiến bộ đáng kể nào trong việc làm rõ điều cần làm: hiệu ứng này là gì.

Nhìn ngược trở lại thời gian mới thấy cách ứng xử thô thiển như vậy chính là triệu chứng của việc đòi hỏi những người cực kỳ thông minh làm những việc bất khả, và chứng minh rằng đích thị có một Rào Cản Quan Yếu đang hoạt động. Về cơ bản, người ta không thể vượt qua Rào Cản đó để tiến hành những phép tính đáng tin cậy, kể cả dựa vào những máy tính siêu mạnh, vì thế mà các lý thuyết mang tính đa dạng và không tương hợp với nhau. Về cơ bản cũng không thể làm cho các thí nghiệm trở nên ổn định để đối mặt với những sắc thái khác nhau của vật liệu, do đó việc lặp lại các thí nghiệm thường gặp thất bại. Về cơ bản, không thể kiểm sai các lý thuyết được - trong trường hợp này, những sơ đồ gần đúng được xây dựng thành các chương trình máy tính thích hợp - và do đó mà những luận cứ đưa ra để bênh vực các lý thuyết mới mang bản tính chính trị (mâu thuẫn). Tất cả các lý thuyết đều là những con Gà Tây Đánh Lạc Hướng - đều là những ý tưởng có thể tỏ ra là có giá trị hiệu lực trong một lúc nào đó nhưng hiện thời lại hoàn toàn không nằm trong tầm với.

Những nhà khoa học đã bị vào bẫy của các Hệ luận hắc diện thường được trực giác mách bảo rằng có một cái gì đó sai nhưng không chỉ mặt vạch tên được chính xác chỗ sai nên cũng chỉ đành nói bông lơn cho vui. Các chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao là những vật liệu electron-tương-quan, và chúng mang một ý nghĩa lịch sử đặc biệt vì đã được nghiên cứu rất kỹ lưỡng (nhưng không mang lại lợi ích gì). Một nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này có kể một câu chuyện như sau: Sau cuộc chính biến ở một quốc gia nhỏ, tân chính phủ quyết định hành quyết tất cả thành viên nội các cũ. Hai trong số họ bị lôi ra trước mặt nhà độc tài mới để nhận hình phạt. Ông ta cho mỗi người được phép đưa ra một thỉnh cầu cuối cùng.

Người thứ nhất nói:

“Vâng, trước khi tham chính, tôi là một giáo sư vật lý. Mong muốn cuối cùng của tôi là được đọc một bài giảng về lý thuyết siêu dẫn ở nhiệt độ cao của mình cho các nhà vật lý trong nước nghe”.

Người thứ hai nói:

“Tôi cũng là nhà vật lý. Xin hãy làm ơn giết tôi trước khi ông đây đọc bài giảng”.

Dưới đây là một ví dụ hay khác về sự láu cá của các Hệ luận hắc diện đã đánh gục nhiều nhà vật lý khi tôi còn là sinh viên. Đó là hiện tượng tái tạo bề mặt silic nổi tiếng. Vào những năm 1950, người ta đã phát hiện thấy rằng những nguyên tử trên bề mặt của tinh thể silic vừa được tách ra trong chân không đột nhiên dịch chuyển một cách tự phát tạo thành những hình mẫu có trật tự. Trong khi hình mẫu đặc thù người ta có được lại phụ thuộc vào phương pháp cắt tách, vào quá trình tôi, vv..., thì hình mẫu cuối cùng và bền vững nhất vẫn luôn có một đơn vị lặp đi lặp lại, có kích thước bảy lần lớn hơn khoảng cách giữa các nguyên tử trên bề mặt ban đầu, và bị nén thành một hình thang. Không ai biết được là làm thế nào mà silic lại có hành trạng như vậy, hay thậm chí các nguyên tử được tái sắp xếp như thế nào, vì các hiệu ứng nhiễu xạ electron vốn bộc lộ cho thấy điều đó lại không thể xác định được cấu trúc của đơn vị lặp đi lặp lại một cách đủ chính xác. Thách thức lớn thời đó là làm sao giải được các phương trình cơ học lượng tử bằng máy tính, để hình dung ra là bằng cách nào mà các nguyên tử lại dịch chuyển để tạo ra hiệu ứng này. Tôi rùng mình nghĩ là không biết bao nhiêu thời giờ vàng ngọc đã đổ vào chiếc thùng không đáy để nghiên cứu bài toán này. Một điều đơn giản là quá khó nhọc. Từ những tính toán trên người ta tính ra được đủ mọi loại hình mẫu lý thú, nhưng không có cái nào khớp với thực nghiệm, một tín hiệu rõ ràng cho thấy các Hệ luận hắc diện đang tác động. Cuối cùng, một nhà thực nghiệm ở Học viện Công nghệ Tokyo là Kunio Takayanagi đã sử dụng kỹ thuật mới về nhiễu xạ electron năng lượng cao để giải được cấu trúc này - để rồi sau đó những thứ lý thuyết xét lại mọc lên như nấm để giải thích vì sao hiện tượng này lâu nay lại hiển nhiên như vậy.[10] Nhưng tuyên bố này không đúng. Cho tới tận ngày nay, không ai hiểu được tại sao mà khoảng cách lặp đi lặp lại lại ổn định ở mức bảy lần, tại sao nó lại bị biến dạng thành hình thang, và tại sao mà nó lại ổn định đến thế, dù rằng tự nhiên không gặp khó khăn gì để đưa các nguyên tử vào trật tự đó, trên khoảng cách lớn gấp hàng ngàn khoảng cách giữa các nguyên tử với nhau, trăm lần như một.

Dù rằng các Hệ luận hắc diện được dẫn chứng nhiều nhất trong khoa học vật liệu do ở đó có một khối lượng thông tin thực nghiệm khổng lồ về chúng, nhưng chúng lại có nhiều ý nghĩa hơn cả trong ngành vũ trụ học.1 Từ những năm 1950 người ta đã biết rằng chân không của không gian là cái có thể tái chuẩn hóa - nghĩa là những hạt cơ bản di chuyển xuyên qua nó và những lực tương tác giữa chúng tuân theo những phương trình bất biến về thang mà ta thấy chúng đột sinh ở những trạng thái chuyển pha trong vật chất thông thường. Ta cũng biết rằng những thứ trên phải được kết nối thế nào đó một cách căn bản với bản thân không gian, vì chúng không sinh ra lực hấp dẫn, và từ đó mới dẫn đến ý tưởng cho rằng bản thân không gian có thể tái chuẩn hóa. Bằng cách này hay cách khác ta cũng khó biết được khả năng tái chuẩn hóa của không gian có phải là được sinh ra ở vùng lân cận của quá trình chuyển pha hay không, bởi vì một trong những hiệu ứng của nó là ngăn cản không cho ta dùng các phép đo thực hiện với những thang kích thước lớn để can thiệp vào bất cứ một thang kích thước nhỏ nào. Do đó mà khả năng tái chuẩn hóa được người ta tôn thờ trong các sách giáo khoa xem như một đặc tính của không gian không có gì phải thắc mắc - để giữ được cho khoa học truyền thống chuẩn mực trong việc chỉ đưa ra các định đề trong trường hợp tối cần thiết. Tuy nhiên, nếu khả năng tái chuẩn hóa không đột sinh thì phải có một lời giải thích, vì nó là một điều phi thường, mà việc những gì phi thường cũng phải có một nguyên nhân đã trở thành một quy tắc bất di bất dịch của vật lý học. Hơn thế nữa, người ta đã biết rằng chân không là gần với các trạng thái chuyển pha. Có vô số những chỉ báo thực nghiệm cho thấy rằng chân không đột sinh trong một hệ thống có thứ bậc của các trạng thái chuyển pha, trong đó có nhiều loại lực tự nhiên phân biệt với nhau. Một trong những lực đó gắn liền với sự phân biệt giữa lực điện từ và lực hạt nhân yếu và là trung tâm của vũ trụ học hiện đại, vì năng lượng được giải phóng khi lực này xuất hiện có vẻ là nguồn sức mạnh thúc đẩy quá trình lạm phát trong khoảng thời gian ngắn ngủi khi diễn ra sự dãn nở nhanh chóng của vũ trụ tiếp liền sau Vụ Nổ Lớn theo như người ta giả định. Nếu khả năng tái chuẩn hóa của chân không được gây ra bởi sự gần cận với các quá trình chuyển pha, thì việc tìm kiếm một lý thuyết tối hậu sẽ phải chịu số phận bi đát vì hai lý do: nó sẽ chẳng tiên đoán được bất kỳ cái gì kể cả ta có tìm ra nó, và nó không thể bị kiểm sai (không thể tìm được bằng chứng để chứng minh nó là sai).

Những Hệ luận hắc diện còn dẫn đến những hệ quả quan trọng và phiền phức đối ngành kinh doanh và với nền kinh tế. Đây là một chủ đề khó bàn luận một cách cởi mở, vì gọi hoạt động này nọ là những hoạt động có tính lừa đảo hay không trung thực dễ dẫn đến việc kiện cáo, nên tôi sẽ chỉ mô tả nó một cách phúng dụ mà thôi. Tất cả những gì có vẻ giống với một ai đó hay với một hoàn cảnh nào đó ngoài đời thực cũng chỉ là tình cờ trùng hợp mà thôi. Giả sử tôi viết một chương trình máy tính cứ cho là dự đoán được cái gì đó. Tôi cho bạn biết các phương trình cơ bản - nói cách khác là những gì mã máy tính thực hiện trên danh nghĩa - nhưng không để lộ ra tôi đã giải những phương trình ấy bằng cách nào. Tôi viện cớ rằng giải chính xác những phương trình trên chỉ là vấn đề đủ thông minh hay không thôi, chứ những ai không đủ thông minh và có cái đầu bã đậu như bạn thì làm sao giải nổi. Bạn sẽ nổi cáu vì bị xúc phạm và tự mình viết một chương trình riêng để giải. Nhưng than ôi, sau nhiều tháng làm việc để có được kết quả đúng, bạn không chỉ không đưa ra được kết quả mà tôi có, mà còn thu được những kết quả khác nhau, tùy thuộc vào việc bạn tiến hành phép làm gần đúng như thế nào. Bạn chắc chắn mã bạn viết là đúng và nhận ra ngay rằng tôi đã nói dối, vì những phương trình này không ổn định. Thay vào đó bạn bắt đầu nghi ngờ rằng lời tiên đoán bề ngoài của tôi thực ra là một phép làm khớp với các thực kiện sau khi việc đã rồi, là một sự tạo tác hoàn toàn. Những phương trình tôi công bố không đủ để mô tả những gì chương trình của tôi thực hiện, và cũng không phải chuyện ai đủ thông minh thì sẽ cũng giải được. Chẳng ai giải được chúng hết! Tuy nhiên, không thể chứng minh được điều đó, cũng chính vì lý do là những phương trình này ngay từ đầu đã không thể giải, và bạn thì cũng không có cách gì kiểm tra được tôi đã làm những gì để biết được tôi đúng. Và như vậy là bạn bị chiếu tướng. Điều duy nhất mà bạn có thể làm là viết một bài báo hay là một bằng sáng chế nói rằng bạn có trong tay một số “công nghệ” để làm cái gì đó khác cái tôi làm, và có một ứng dụng thực tiễn khác.

Chúng ta có thể nhìn vấn đề một cách tích cực hơn, bằng cách nói rằng các hệ thống vật lý không ổn định có ý nghĩa về mặt kinh tế, vì chúng cho phép ta làm rõ được bản chất của sự vật mà không cần phải làm rõ bản thân sự vật. Đó là một cách lừa đối thủ rất có hiệu quả để có thể giành thị phần của họ, nhưng người ta không nên tự phỉnh mình rằng còn có cái gì đó hơn là cái mà nhân vật Yogurt trong bộ phim Spacebal của Mel Brooks gọi là “kiếm nhiều tiền hơn”. Thật không may là nó còn có thể hủy hoại cả cuộc đời của các nhà khoa học, những người tưởng rằng mình đang săn đuổi hũ vàng, nhưng thực tế lại đang chạy theo một áng cầu vồng.

Người ta có quyền nghĩ rằng tôi không đủ nổi tiếng để nói những điều như vậy, nhưng tôi không quan tâm. Thà hứng đạn và bị người ta ghét còn hơn là hèn để được yêu quý, và đằng nào thì tôi cũng đã hy sinh đủ trong việc thờ phụng tính không quan yếu rồi nên tự biết mình đang nói gì. Với những ai còn chưa vừa ý, tôi sẽ rao bán những con búp bê Lãnh Chúa Hắc Diện với hình dạng giống tôi, ai muốn mua thì mua và làm gì với nó tùy thích. Bạn kéo một cái dây thế là con búp bê lại the thé: “Mong Schwartz phù hộ ngươi”.

Thật là đáng yêu.

❀ ❀ ❀

[1] David Pines và tôi dùng từ “cơ chế bảo vệ” như một từ lóng đồng nghĩa với cụm từ chuyên môn (nên dễ gây hiểu lầm) trong vật lý học là “điểm thu hút cố định của nhóm tái chuẩn hóa (renormalization = tái chuẩn hóa hay đúng hơn là sự trở lại trạng thái ban đầu, ND.)”.

[2] Những mối quan hệ này được P.W. Anderson diễn tả một cách súc tích trong cuốn Concepts in Solids (Nxb World Scientific, Singapore, 1998).

[3] Tiểu thuyết ngắn của Harlan El ison A Boy and His Dog đã được dựng thành một bộ phim với kinh phí thấp vào năm 1974, do Don Johnson thủ vai chính. Nguyên câu chuyện này là dựa theo cuốn The Beast That Shouted Love and the Heart of the World (Nxb Avon Books, New York, 1969) của H. El ison.

[4] Có rất nhiều tư liệu về chủ đề thang độ bất biến và khả năng quay về trạng thái ban đầu ở điểm i chuyển pha. Cuốn sách mà tôi thường dùng là cuốn sách do người phát hiện ra vấn đề này viết: L.P. Kadanoff, Statistic, Dynamics and Renormalization in Statistical Physics (Nxb Cambridge University Press, London, 1996). Lưu ý là người ta thường hiểu rằng phiên bản lượng tử (ví như nhiệt độ không) của những hiện tượng này tương tự một cách định tính với phiên bản “thống kê” của nó. Xem S. Sachdev, Quantum Phase Transitions (Nxb Cambride University Press, London, 1996).

[5] J.C. Col ins et.al., Renomalization (Nxb Cambride University Press, London, 1984). Xem thêm C. Itzykson et.al. Statistical Field Theory: Volume 1, From Brownian Motion to Renormalization and Lattice Gauge Theory (Nxb Cambride University Press, London, 1989), và J. Cardy et.al. Scaling and Renormalization in Statistical Physics (Nxb Cambride University Press, London, 1996).

[6] Biểu hiện kinh điển của hiện tượng trắng đục như sữa tới hạn là khí nén tại nhiệt độ cao. Ví dụ như ánh sáng tán xạ từ điôxid cacbon tại điểm tới hạn được công bố bởi J.A. White và B.S. Maccabee, Phys. Rev. Lett. 26, 1468 (1971). Những ví dụ khác diễn ra trong các hệ hóa học: P.A. Egelstaff và G.D. Wingnall, J. Phys. C 3, 1673 (1973); J.S. Huang và M.W. Kim, Phys. Rev. Lett. 47, 1462 (1981); C. Herkt-Maetzky và J. Schelton, Phys. Rev. Lett. 51, 896 (1983); G. Dietler và D.S. Cannell, Phys. Rev. Lett. 60, 1852 (1988).

[7] Bản phác thảo “Hunting the Deceitful Turkey” xuất hiện lần đầu trong The Mysterious Stranger. Nó được in lại trong Mark Twain: Col ected Tales, Sketches, Speeches and Essays, L.J. Budd et.al (Library of America, 1992), và cũng có thể tìm thấy trên Internet tại http://www. gutenberg.org/etext/3186.

[8] Tôi đang vi phạm triết lý của Karl Popper về nhận thức luận trong khoa học, vốn là chủ đề của những cuộc thảo luận vô tận trong giới học giả. Tôi ở đây chỉ đưa ra nguồn dẫn sơ khởi: quyển sách của Popper với tựa đề Logik def Forschung, được tái bản bằng tiếng Anh lại với nhan đề The Logic of Scientific Discovery (Nxb Routledge, New York, 2002).

[9] Tư liệu về bài toán electron-tương-quan trên Internet rất lộn xộn và quá nhiều để trích dẫn. Để có một cái nhìn hoàn chỉnh về chủ đề này, tôi xin gợi ý cuốn sách của Z. Wang et.al., Strongly Correlated Electronic Materials (Nxb Westview Press, Boulder, CO, 1994).

[10] Giải pháp ban đầu cho vấn đề silicon 7x7 được K. Takayanagi, Y. Tanishiro, S. Takahashi, và M. Takahashi đưa ra, Surf. Sci. 164, 1351 (1992).