KHÔNG CHẮC CHẮN

Wyatt Earp

Nhà di truyền học David Bostein bạn tôi thường bắt đầu các bài giảng của mình bằng việc giải thích rằng sống chung với sự bất định chính là bản chất của môn sinh học. Ông đặc biệt nhấn mạnh điều đó với thính giả là những nhà vật lý vì ông biết họ luôn gặp khó khăn với quan niệm này và sẽ lý giải sai rất nhiều những gì ông nói ra, trừ khi họ được cảnh báo trước. Ông chưa một lần tiết lộ mình nghĩ thế nào về họ với tôi, nhưng tình cờ tôi biết được rằng phần lớn các nhà sinh học xem sự ám ảnh của các nhà vật lý về tính chắc chắn và về sự chính xác là một nỗi ám ảnh quá ư trẻ con và là bằng chứng cho khả năng tư duy hạn chế của họ. Ngược lại, các nhà vật lý lại xem việc dung thứ cho tính bất định chỉ là một lời biện bạch cho những thí nghiệm hạng hai và là nguồn gốc tiềm tàng của những thông báo sai lầm. Những khác biệt mang tính văn hóa này có cội rễ từ sự phát triển lịch sử của hai ngành khoa học (vật lý và hóa học tiến hóa sóng đôi cùng với ngành kỹ thuật, trong khi sinh học thì lại bắt nguồn từ nghề nông và nghề y), và chúng là tấm gương phản chiếu những khác biệt nói chung trong xã hội chúng ta về những cái gì là thật, là có ý nghĩa và cái gì là không. Nhưng chính vì những khác biệt ấy mà trong hiện tại sự giao lưu giữa các nhà vật lý và các nhà sinh học chẳng có mấy hữu ích.

Một phiên bản của bài toán giao lưu này thỉnh thoảng cũng xuất hiện trong những cuộc trò chuyện giữa vợ chồng tôi, mà điển hình là về chuyện tiền nong. Cô ấy hay mở đầu câu chuyện bằng việc làm như tình cờ gợi ý về một số món hàng đắt kinh người mà cô không thể tự mình quyết định được. Tôi liền hỏi mấy câu mà theo tôi là đi vào bản chất của sự việc, ví dụ như chúng tôi sẽ phải trả bao nhiêu lãi, hoặc nó sẽ ảnh hưởng đến tổng thu nhập của chúng tôi ra sao. Cô ấy đáp rằng tôi thật quá đáng, lúc nào cũng muốn trắng ra trắng đen ra đen, chẳng bao giờ chịu thấy màu xám. Tôi phân trần là mình chỉ cố tìm cách giải quyết vấn đề thôi. Vợ tôi lại phản đối, bảo tôi cứ thích chẻ hoe sự việc. Màu sắc trên thế gian này hòa quyện lẫn lộn, cô ấy bảo, chứ có rạch ròi ra đâu mà lúc nào cũng chỉ muốn nhồi nhét mọi việc vào những phạm trù trong các ngăn hộp, chẳng thực tế tí nào. Tôi bảo chẳng có gì thực tế hơn là tránh ngồi tù và phá sản. Cuộc trao đổi tay đôi có màu sắc hiện sinh này dài ngắn thế nào còn tùy xem nó liên quan đến bao nhiêu tiền, nhưng cuối cùng thể nào rồi cũng đi đến chỗ mỗi người nhịn một tí. Tất nhiên, lý lẽ bọn tôi đưa ra chẳng phải về thế giới quan hay về thực tại gì to tát cả, mà cũng chỉ là vấn đề kiểm soát các nguồn thu nhập mà thôi. Trong gia đình thì tôi thường sắm vai nhà luân lý, nên đương nhiên là thua nhiều hơn được.

Các nhà khoa học vật lý không ưa những lời tuyên bố chắc nịch về cái gì là đúng và cái gì không đúng. Ta biết rằng các phép đo không bao giờ hoàn hảo và vì thế mà muốn biết xem một phép đo đã thành công như thế nào thì phải xem nó đúng sai đến mức nào. Đó là một thông lệ tốt, khiến mọi người lúc nào cũng phải trung thực và tránh được cho những báo cáo nghiên cứu khỏi rơi vào tình trạng của những câu chuyện khoác lác. Tuy nhiên, thái độ kiêu hãnh của chúng ta đã làm rối tung những thứ đáng lẽ dễ hiểu hơn nhiều: động lực thúc đẩy việc đo lường chính xác cũng lại chính là động lực khiến ta bắt tay vào tự khắc phục sai lầm. Sự quyến rũ thực sự không nằm ở những ý niệm cao siêu, mà là ở những cỗ máy sáng loáng, phức hợp, tua tủa dây điện và phím điều khiển, ở việc thức trắng đêm vận hành máy tính bên cạnh ly cà phê trên nền nhạc Rock-and-Roll xập xình phát ra từ giàn stereo. Đó là các ống tia X gớm ghiếc, những mỏ hàn bốc khói, những lò phản ứng hạt nhân có các lỗ cho neutron có thể thoát ra, những hóa chất cực kỳ độc hại và những biển chỉ dẫn hữu dụng với nội dung kiểu như: “Đừng nhìn nguồn laser với con mắt duy nhất còn lại của bạn”. Về cơ bản lại còn cả vấn đề chiến lược giải quyết bài toán nữa, một nét nhân cách khét tiếng liên quan đến giới tính và là nguồn gốc của tất cả những câu chuyện cười về các bà vợ không dò được bản đồ và những ông chồng không bao giờ chịu hỏi đường[1]. Đó là lý do vì sao mà người ta lại đánh số các tòa nhà và các ngành học thay vì đề tên tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Việc đo đạc chính xác đơn giản chỉ là hành vi tự nhiên của những ai chẳng thấy có gì kỳ quặc trong việc sáng tạo ra tòa nhà số mười, tòa nhà số mười ba và khóa học số tám. Tôi nghĩ rằng tất cả những việc đó là rất tốt cho bản thân mình, nhưng chẳng phải với ai cũng vậy.

Một trong số những điều mà đám người làm công nghệ như chúng tôi lấy làm hài lòng khi phải quy phục sự bốc đồng ấy chính là việc thế giới của các ý nghĩa đã được bộc lộ ra thông qua những phép đo ngày càng chính xác. Ví dụ, với độ chính xác tới một phần một trăm nghìn, người ta phát hiện ra rằng chiều dài của viên gạch không giữ nguyên từ ngày này sang ngày khác. Việc kiểm tra các nhân tố môi trường cho thấy nguyên nhân là do nhiệt độ thay đổi đã khiến cho viên gạch giãn ra hoặc co vào chút đỉnh. Viên gạch đã trở thành một thứ nhiệt kế. Đây không hề là một quan sát ngớ ngẩn, vì sự giãn nở nhiệt là nguyên lý cơ bản của tất cả các nhiệt kế thông thường[2]. Việc đo khối lượng với độ chính xác tương tự lại không cho thấy những biến thiên như vậy - đó là một trong số rất nhiều quan sát dẫn đến khái niệm về tính bất khả vi phạm của khối lượng. Nhưng ở độ chính xác tới một phần một trăm triệu thì người ta lại thấy khối lượng viên gạch có khác đi chút đỉnh khi được chuyển từ phòng thí nghiệm này sang phòng thí nghiệm khác. Viên gạch giờ đây trở thành dụng cụ đo trọng lực, vì đây là một hiệu ứng về những biến thiên nhẹ của lực trọng trường được gây ra bởi sự khác nhau của mật độ đất đá ngay phía dưới bề mặt trái đất.[3] Nếu dùng dây treo viên gạch lên trần nhà để biến nó thành một con lắc thì tần số dao động của nó cũng là một số đo của lực trọng trường. Sự ổn định tuyệt đỉnh của dao động đu đưa là nguyên lý cơ bản để điều chỉnh quả lắc của các loại đồng hồ cơ[4]. Nếu trần nhà cao, khối lượng con lắc lớn và khớp quay được gắn với một bộ tăng điện nhỏ để giữ cho con lắc khỏi chết, thì ta sẽ thấy mặt phẳng đu đưa của con lắc sẽ xoay tương ứng với độ quay của trái đất, còn tần số quay là số đo vĩ tuyến[5]. Những người không làm trong ngành kỹ thuật kiên tâm chấp nhận kiểu quan sát đo đạc này, mặc dù đối với họ là vô cùng buồn tẻ, nhưng âu cũng là vì những công nghệ mới mẻ và hữu ích mà nó đẻ ra.

Trái lại, các nhà khoa học tự nhiên có xu hướng nhìn vấn đề dưới góc độ đạo đức. Họ hướng cuộc sống của mình dựa trên giả thuyết cho rằng thế giới là chính xác và có trật tự, rằng sự thất bại đôi lúc của giả thuyết này trong việc tuân theo cách nhìn nói trên chỉ là một sự nhận thức sai lệch, do họ đã không đo đạc một cách chính xác hoặc chưa chịu suy nghĩ một cách thấu đáo về các kết quả mà thôi. Điều này đôi khi mang lại những hệ quả buồn vui lẫn lộn. Anh rể tôi, một luật sư chuyên về ly hôn bảo rằng mấy gã kỹ sư ở Thung lũng Silicon là những khách hàng khó chịu nhất của anh, bọn họ chỉ chăm chăm muốn liệt kê tài sản gia đình, chia đều chúng ra, bắt tay chào tạm biệt và kết thúc câu chuyện. Anh đã phải rất mất công cắt nghĩa cho họ biết rằng không dễ như họ tưởng - rằng mọi người thường hay nói dối và hay chèo kéo trong những tình huống căng thẳng, rằng người ta đôi khi có thể đánh lừa chính bản thân mình, và rằng giá trị tài sản không phải là tuyệt đối nên còn phải đôi co nhiều, rằng sẽ còn bao nhiêu thứ nghĩa vụ rối rắm nữa, và vv.... Điều đó không muốn nói rằng những quan điểm đơn giản hơn là sai lầm, mà chỉ muốn nói rằng không phải lúc nào chúng cũng thực tế.

Trong ba thế kỷ vừa qua, sự lưu tâm mê mải tới những tiểu tiết đã dần dà cho thấy rằng một số các đại lượng vật lý không những chỉ được tái thể hiện một cách chính xác từ những thí nghiệm này đến những thí nghiệm khác, mà còn hoàn toàn mang tính phổ quát. Khó lòng mà cường điệu thêm việc điều đó đã gây ngạc nhiên và bối rối như thế nào. Sự chính xác và đáng tin cậy tuyệt đối của những đại lượng đó đã nâng vị thế của chúng từ việc chỉ đơn giản là thực kiện hữu ích lên thành một điều chắc chắn mang tính đạo lý. Nhiều người cảm thấy khó chịu khi phải nghĩ về những con số theo lối đạo lý, nhưng họ không nên nghĩ như vậy. Nếu tôi đâm phải một chú chó khi đang lái xe với tốc độ hơn sáu mươi cây số một giờ thì điều này mang ý nghĩa hoàn toàn khác với việc tôi đụng phải chú chó đó khi đang chạy với tốc độ chưa tới hai cây số một giờ. Những đại lượng này càng được đo đạc một cách cẩn thận bao nhiêu, thì người ta càng biết được những giá trị phổ quát của chúng một cách chính xác bấy nhiêu, ngay cả khi những giới hạn của tiềm năng về mặt kỹ thuật đã bị đẩy xa một cách ngoạn mục, một quá trình hôm nay vẫn đang tiếp diễn. Ý nghĩa sâu xa của những khám phá đó vẫn còn đang được mang ra tranh cãi, nhưng ai ai cũng nhất trí với nhau rằng chúng rất quan trọng, vì những điều chắc chắn đến như vậy là không bình thường xét về bản tính và đòi hỏi phải có những lời giải thích.

Vận tốc ánh sáng là một ví dụ quen thuộc về một đại lượng phổ quát như vậy. Vào cuối thế kỷ mười chín, người ta quan tâm ngày càng nhiều đến việc đo đạc chuyển động của trái đất trên quỹ đạo quanh mặt trời thông qua hiệu ứng của nó gây ra đối với tốc độ lan truyền của ánh sáng được nhìn thấy bởi một người quan sát trên mặt đất. Vào thời điểm đó, công việc này từng là một thách thức kỹ thuật dễ làm nản lòng người, vì nó đòi hỏi tốc độ ánh sáng phải được đo với độ chính xác lên đến một phần tỉ. Việc nó đã được thực hiện ra sao là cả một câu chuyện kỳ thú được kể đi kể lại nhiều lần trong những đêm lửa trại của sinh viên vật lý, nhưng với những mục đích trước mắt, ta hãy nói gọn là nó được tiến hành với một số gương phản chiếu[6]. Vào năm 1891, người ta đã thấy rất rõ rằng tối thiểu hiệu ứng này nhỏ hơn 2 lần so với trường hợp tính dựa theo sự tương tự với âm thanh và tốc độ di chuyển của trái đất trên quỹ đạo của nó mà người ta đã biết. Vào năm 1897, phương pháp này đã được hoàn thiện và con số trên bây giờ là 40, một sự cách biệt khổng lồ đến mức không thể coi thường, xem nó như một thiếu sót hoặc như một sai số thí nghiệm có nguồn gốc con người. Sự thay đổi của vận tốc ánh sáng do chuyển động của trái đất đã không diễn ra như người ta mong đợi. Phát hiện này cuối cùng đã dẫn Albert Einstein đến kết luận rằng vận tốc ánh sáng là vận tốc cơ bản và khối lượng của các vật thể đang chuyển động cũng phải tăng khi tốc độ của chúng tăng lên.

Sự tồn tại của các đại lượng phổ quát có thể chắc chắn đo đếm được là điều mang lại sự ổn định và an toàn cho khoa học vật lý. Chân lý căn bản này đôi khi cũng dễ bị lãng quên, vì những nền tảng của vật lý học đã tồn tại cùng với chúng ta từ quá lâu, đến mức rất nhiều trong số chúng đã trở nên cứng nhắc như rập khuôn. Nhưng dù người ta có cảm nhận như thế nào chăng nữa về thông điệp mà chúng đưa ra thì những triết gia hậu hiện đại vẫn đã hiểu một cách đúng đắn và đầy tuệ kiến rằng các lý thuyết khoa học bao giờ cũng mang trong mình một yếu tố cấu thành mang tính chủ quan được xem như vừa là một sự sáng tạo của thời đại vừa là một sự mã hóa của thực tại khách quan[7]. Câu châm ngôn chua cay nổi tiếng của Otto von Bismarck, “Pháp luật[8] không khác gì mấy cái xúc xích - tốt nhất là đừng có xem khi chúng đang được làm”, đem áp dụng cho các lý thuyết khoa học theo như kinh nghiệm của bản thân tôi xem ra còn hay hơn nhiều. Giống như trong mọi hoạt động khác của con người, trong khoa học lúc này lúc kia cũng cần phải kiểm điểm và đánh giá lại xem những gì mọi người đã hiểu được một cách thấu đáo và những gì chưa. Trong vật lý học, việc đánh giá lại gần như luôn được quy giản thành những số đo chính xác. Trong thâm tâm sâu thẳm của mỗi nhà khoa học tự nhiên đều có một niềm tin cho rằng sự chuẩn xác của việc đo đạc là những phương tiện dự phòng an toàn duy nhất dùng để phân biệt rạch ròi những gì là đúng đắn với những cái mà người ta tưởng tượng ra, và thậm chí còn dùng để xác định xem thế nào gọi là đúng. Còn theo lối suy nghĩ hậu hiện đại thì chẳng cần phải trăn trở về một con số phổ quát nào đó được đo đạc chính xác đến một phần tỉ mà làm gì.

Mỗi khi tiệc tùng với nhau để nói chuyện phiếm về những điều mình quan tâm thì một trong những chủ đề ưa thích của các nhà vật lý là bài giảng nổi tiếng về chủ đề “giả khoa học”[9] của Irving Langmuir, người phát minh ra bóng đèn điện dùng dây tóc vônfram hiện đại. Bài giảng gồm toàn các mẩu chuyện lịch sử lý thú về những sự giả mạo và bịp bợm trong khoa học, nhưng tầm quan trọng lớn lao của nó nằm ở cái thông điệp chính yếu sau đây: trong vật lý học, những tri giác đúng khác với những tri giác sai ở chỗ chúng sẽ trở nên sáng rõ hơn khi độ chính xác thực nghiệm được cải thiện. Ý niệm giản đơn đó bao hàm được cái cốt lõi trong cách suy nghĩ của các nhà vật lý và cắt nghĩa được tại sao họ luôn bị toán học và những con số ám ảnh: thông qua sự chính xác, cái sai lầm và giả dối mới được vạch trần.

Một hệ quả khó thấy nhưng không thể tránh khỏi của cách nhìn đó là sự đan quyện bền chặt giữa chân lý và kỹ thuật đo đạc. Nói một cách chính xác thì việc những gì bạn đo, việc máy móc hoạt động ra sao, việc người ta tính sai số đến số thập phân thứ bao nhiêu, việc những nhân tố không kiểm soát được nào quy định khả năng tái thực hiện phép đo, và vân vân, rốt cuộc lại còn quan trọng hơn cả quan niệm được lấy làm cơ sở. Nói rằng không tránh khỏi được các đại lượng phổ quát là chỉ nói theo kiểu phổ biến vậy thôi chứ nói riêng với nhau thì việc coi cái gì đó là phổ quát xem ra chẳng chuyên nghiệp hơn chút nào so với việc khẳng định rằng chơi chứng khoán thì ta sẽ kiếm được bao nhiêu tiền. Bạn phải thực sự làm thí nghiệm. Thói quen làm việc như vậy xem ra có vẻ như một kiểu mô phạm tồi tệ nhất, nhưng đó mới thực sự theo đúng với lương năng thông thường. Đã bao lần, những cái mọi người nghĩ là phổ quát hóa ra lại không phải, còn những cái ai ai cũng cho là biến thiên thì thực sự lại không. Vì vậy mỗi khi nói về những đại lượng phổ quát thì thực ra là ta đang nói về những thí nghiệm để đo chúng.

Do đó, một số rất lác đác những thí nghiệm có độ chính xác cực kỳ cao, đối với vật lý, lại có một ý nghĩa hết sức to lớn vượt quá cả tầm vóc của chính chúng. Có khoảng từ mười tới hai mươi thí nghiệm đặc biệt kiểu như vậy, phụ thuộc vào cách mà người ta đánh giá, và chúng đều đáng được khâm phục[10]. Ngoài các chuyên gia thì đa phần những thí nghiệm đặc biệt này không mấy ai biết đến. Chẳng hạn, tốc độ ánh sáng trong chân không hiện nay đã được biết chính xác với sai số là một phần mười nghìn tỉ. Rồi còn cả hằng số Rydberg, là con số mô tả sự lượng tử hóa các bước sóng ánh sáng được phát ra từ khí nguyên tử loãng và là cái đảm trách cho độ tin cậy đến kinh ngạc của các loại đồng hồ nguyên tử; hằng số này được biết một cách chính xác với sai số là một phần một trăm nghìn tỉ. Hằng số Josephson lại là một ví dụ khác nữa, đó hằng số liên hệ hiệu điện thế được đem áp dụng cho một dạng bánh kẹp kim loại nhất định, với tần số sóng vô tuyến mà nó phát ra; hằng số này được biết chính xác đến một phần một trăm triệu. Lại còn cả trở kháng von Klitzing, con số liên hệ dòng điện phải chạy qua một chất bán dẫn được thiết kế đặc biệt với hiệu điện thế được cảm ứng theo các góc vuông bởi một thanh nam châm; con số này có độ chính xác tới một phần mười tỉ.

Điều nghịch lý ở đây là, sự tồn tại của những thí nghiệm có khả năng lặp lại cao như vậy khiến ta phải nghĩ xem đâu là cái cơ bản theo hai cách nghĩ không tương hợp với nhau. Cách nghĩ thứ nhất cho rằng sự chính xác bộc lộ điều gì đó về những viên gạch cơ bản nhất được dùng để xây nên cái thế giới phức tạp và không mấy chắc chắn này của chúng ta. Do đó ta nói tốc độ ánh sáng là một hằng số vì nó vốn thế, và vì ánh sáng không được cấu tạo từ bất kỳ cái gì đơn giản hơn. Quá trình tư duy kiểu này dẫn ta tới chỗ diễn dịch những thí nghiệm có độ chính xác cao nói trên thành ra một nhúm các hằng số gọi là “cơ bản”. Cách nghĩ kia thì cho rằng sự chính xác là một hiệu ứng tập thể có được nhờ ở một nguyên lý tổ chức. Một ví dụ về cách nghĩ này là mối liên hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ của một chất khí, chẳng hạn như không khí. Con số phổ quát đặc trưng cho định luật về khí loãng được biết với độ chính xác đến một phần triệu, nhưng lại có những sai số khổng lồ đối với các mẫu khí quá nhỏ bé, và không còn đo được ở mức chỉ gồm vài nguyên tử. Nguyên nhân của sự nhạy cảm đối với kích thước này là tính chất thống kê của nhiệt độ, cũng giống việc phải dựa trên một phép thống kê lớn các trường hợp thì mới định đoạt được nhu cầu về nhà đất của thị trường. Không có cách nào để dung hòa được hai ý niệm này; chúng hoàn toàn đối ngược nhau. Tuy nhiên, ta vẫn dùng từ cơ bản để mô tả cả hai.

Tất nhiên tình trạng khó xử nêu trên có tính giả tạo. Duy chỉ có ý niệm về tính tập thể là đúng mà thôi. Điều đó không hiển nhiên, và thậm chí còn có thể bị một số nhà vật lý phản đối dữ dội, nhưng nó trở nên sáng tỏ sau khi người ta suy nghĩ một cách có phê phán về bản thân các thí nghiệm và việc chúng được tiến hành như thế nào.

Sự chính xác mang tính tập thể có vẻ như một khái niệm khó nhằn đối với những ai không phải là nhà khoa học, nhưng thực ra không phải như vậy. Trong cuộc sống hằng ngày có rất nhiều ví dụ quen thuộc để minh họa cho khái niệm này - chẳng hạn như việc đi lại bằng xe cộ. Mặt trời mọc vào buổi sáng, một chân lý đáng tin cậy có liên quan đến sự chuyển động từ thuở nguyên sơ của trái đất, nhiệt lượng khổng lồ của mặt trời, và nhiều thứ nữa. Nhưng lại cũng còn một loại chân lý khác không kém phần quan trọng, đó là việc các tuyến đường cao tốc và các chuyến tàu hỏa luôn chật ních người đi lại vào một số giờ nhất định trong ngày, và hơn thế nữa, người ta có thể dự đoán trước số lượng người tham gia giao thông theo từng giờ. Chắc chắn có thể hình dung được rằng tất cả những người đi lại bằng tàu xe đều bị đau dạ dày vào cùng một ngày và đều nghỉ ở nhà, nhưng điều đó khó xảy ra tới mức có thể coi trên thực tế tuyệt đối không bao giờ có. Tình trạng xe cộ là một hiện tượng đơn giản, đáng tin cậy, đột sinh từ những quyết định phức hợp do một số lượng lớn các cá nhân đưa ra khi họ bắt đầu một ngày làm việc của mình. Chẳng cần biết người này kẻ kia điểm tâm như thế nào, họ làm việc ở đâu, có bao nhiêu con cái và tên chúng là gì, vv..., thì cũng vẫn hiểu được điều gì đang xảy ra ngoài kia vào lúc 8 giờ 15 phút sáng. Số lượng người đi lại bằng tàu xe cũng không khác gì hành trạng của khối khí loãng, là một sự chính xác có tính tập thể. Liệu điều này có đáng tin cậy giống như mặt trời mọc hay không thì rốt cuộc phải được thực nghiệm xác định rõ ràng mới biết, nhưng kinh nghiệm tàu xe của riêng tôi mách bảo với tôi rằng nó là một sự thực đáng tin cậy.

Một ví dụ hay về hiệu ứng tập thể nấp dưới mặt nạ một hiệu ứng quy giản luận chính là sự lượng tử hóa của phổ nguyên tử. Ánh sáng được phát ra từ khí nguyên tử loãng với một số bước sóng đặc biệt có cường độ mạnh đủ sức giữ được độ ổn định trước những tác động bên ngoài tới mức người ta đã sử dụng chúng để chế tạo đồng hồ với độ chính xác tới một phần một trăm nghìn tỉ. Nhưng những bước sóng này, thực ra, có một độ dịch chuyển có thể phát hiện được khoảng một phần mười triệu - lớn hơn mười triệu lần so với sai số thời gian của đồng hồ - điều không thể hiện diện trong một thế giới lý tưởng không chứa gì khác ngoài nguyên tử đó[11]. Những tính toán khó khăn nhưng được kiểm soát chặt chẽ cho thấy sự dịch chuyển này là một hiệu ứng điện của chân không, không khác mấy so với những gì mà một electron gặp phải khi chuyển động bên trong một mẩu dây kim loại hoặc con chip máy tính. Nói cách khác, chân không có vẻ bề ngoài là trống rỗng nhưng thực sự không rỗng chút nào, mà lại còn chứa đầy “chất liệu”. Chuyển động giao cảm của chân không khi vật chất đi qua gần nó khiến những tính chất của vật chất thay đổi chút ít, cũng tựa như chuyển động giao cảm của các electron và các nguyên tử trong một mẩu kính cửa sổ đã làm thay đổi tính chất của ánh sáng khi nó đi xuyên qua, khiến nó bị khúc xạ. Do đó, khả năng tái lặp cực kỳ cao và tính đáng tin cậy của các thí nghiệm liên quan đến nguyên tử này phụ thuộc mạnh vào tính đồng đều của “chất liệu” đó, mà nguyên nhân của việc này thì vẫn chưa ai biết. Tìm ra một lời giải thích hợp lý cho sự đồng đều đó là một trong những bài toán trung tâm của vật lý học hiện đại và là mục tiêu quan trọng bậc nhất của các vũ trụ học lạm phát - tức những lý thuyết về vũ trụ đột sinh một cách cố hữu[12]. Vì vậy sự bất biến của các phổ nguyên tử thậm chí thực sự có nguồn gốc tập thể chăng nữa thì hiện tượng tập thể trong trường hợp này chính là bản thân vũ trụ.

Một trường hợp gần gũi và gây tranh cãi hơn nhiều của thuyết tập thể là việc xác định điện tích của electron và xác định hằng số Planck bằng những phép đo vĩ mô. Điện tích của electron là đơn vị không thể chia nhỏ về mặt điện. Hằng số Planck là mối liên hệ phổ quát giữa xung lượng và độ dài, những đại lượng đặc trưng cho bản tính sóng của vật chất. Cả hai đều là những khái niệm mang tính quy giản luận cao và xưa nay đều được xác định bằng cách sử dụng những máy móc cồng kềnh dùng để đo những đặc tính của những electron đơn lẻ bị tách khỏi các nguyên tử. Nhưng việc xác định chúng một cách chính xác nhất hóa ra lại không hề phải viện đến những thứ máy móc đó mà đơn giản chỉ cần đến sự kết hợp giữa hằng số Josephson và hằng số von Klitzing, những phép đo không đòi hỏi máy móc gì phức tạp hơn là một máy làm đông lạnh và một chiếc vôn kế để đo điện thế[13]. Khi khám phá ra điều này người ta đã hết sức ngạc nhiên vì những mẫu được sử dụng trong các phép đo của Josephson và von Klitzing là những mẫu rất không hoàn hảo. Những tạp chất hóa học, những nguyên tử nằm sai vị trí, những cấu trúc nguyên tử phức hợp kiểu như các mặt cắt gồ ghề và những hình thái bề mặt lộn xộn, tất cả những cái đó nhiều tới mức có thể ảnh hưởng lớn đến các phép đo đòi hỏi phải có một độ chính xác cao như vậy. Việc chúng không ảnh hưởng gì đến độ chính xác của phép đo chứng tỏ rằng những nguyên lý tổ chức đầy uy lực vẫn đang tác động.

Một trong những lý do khiến các nhà vật lý hiếm khi nói về bản tính tập thể của các phép đo đối với những hằng số cơ bản đó là vì nó mang nhiều ngụ ý sâu xa có thể gây tranh cãi. Một khi mà tri thức của ta về giới tự nhiên vẫn bó gọn vào sự chính xác của thực nghiệm, thì việc ta buộc phải liên tưởng chân lý tối hậu với những phép đo xác thực nhất là điều hợp logic. Nhưng điều này lại có vẻ như ngụ ý rằng hiệu ứng tập thể biết đâu có thể chân xác hơn so với những quy tắc vi mô mà từ đó chúng được suy ra. Nhiệt độ là một đại lượng điển hình chưa bao giờ có được một định nghĩa mang tính quy giản, cho nên trong trường hợp này thì kết luận trên là khá dễ hiểu và chấp nhận được. Tất cả các nhà khoa học tự nhiên đều hiểu rằng xu hướng truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh là một xu hướng chung và không thể bị ảnh hưởng dù cho người ta có thay đổi một cách triệt để những khía cạnh vi mô - chẳng hạn như nhân đôi khối lượng của tất cả các nguyên tử trong vũ trụ - chừng nào mà kích thước hệ không bị thu nhỏ đi. Nhưng điện tích của electron lại là chuyện khác. Ta quen nghĩ rằng điện tích này là viên gạch nền tảng của tự nhiên và để nó có nghĩa thì không cần phải viện đến một bối cảnh tập thể nào. Nhưng những thí nghiệm mà ta vừa đề cập lại bác bỏ ý tưởng này một cách hiển nhiên. Những thí nghiệm này cho thấy rằng điện tích của electron chỉ có nghĩa trong một bối cảnh tập thể, một bối cảnh bị quy định hoặc bởi không gian trống rỗng, cái có thể làm thay đổi chút ít điện tích giống như cách nó làm thay đổi bước sóng của các nguyên tử, hoặc bởi một thứ vật chất nào đó vốn chiếm dụng trước các hiệu ứng của chân không. Hơn thế nữa, khả năng chiếm dụng trước của vật chất ở đây lại đòi hỏi cũng phải có sự tác động của những nguyên lý tổ chức giống hệt như những nguyên lý tổ chức trong chân không, vì nếu không như vậy thì các hiệu ứng này sẽ phải là những phép mầu.

Hóa ra, câu hỏi hóc búa về điện tích của electron không phải là câu hỏi duy nhất. Tất cả các hằng số cơ bản đều đòi hỏi một bối cảnh để trở nên có nghĩa. Với tư cách một vấn đề thực tiễn thì không hề có sự khác biệt giữa các đại lượng mang tính quy giản và các đại lượng mang tính đột sinh trong vật lý. Nó đơn giản chỉ là một phát minh mang đầy chất nghệ thuật của con người, chẳng hơn gì việc đôi khi ta vẫn gán giới tính cho những thứ đồ vô tri vô giác.

Ý tưởng về sự đột sinh của tính chắc chắn thông qua tổ chức đã ngấm sâu vào văn hóa của ngành sinh học hiện đại, và là một trong những lý do mà các bạn bè của tôi trong các ngành khoa học về sự sống đã cực kỳ hăm hở tuyên bố rằng họ hoàn toàn dung nạp tính bất định. Việc này cho thấy họ đã đi trước một bước. Qua những nhận định như vậy, cái thực sự mà họ muốn nói đó là, sự bất định trong thế giới vi mô không có gì quan trọng cả, vì đằng nào rồi sau đó tổ chức sẽ tạo ra cho nó tính chắc chắn ở một cấp độ cao hơn. Tất nhiên là còn một lý do khác nữa, đó là việc họ muốn gợi ý về tài chính, một chiến lược được vợ tôi sử dụng trong những lúc thảo luận với nhau về vấn đề mua sắm. Trong cả hai trường hợp, ta không nên nhìn nhận sự dung nạp đó thông qua giá trị bề ngoài của nó.

Nếu tính bất định thực sự là bản chất của môn sinh học, thì nó đâu còn là một môn khoa học nữa.

Đối với vật lý học thì ngược lại, sự bất đồng tư tưởng sâu sắc về nguồn gốc của sự bất định và về ý nghĩa của nó vẫn còn chưa được giải quyết. Thay vào đó, ta thỏa thuận với nhau là không bàn về nó nữa. Sự thỏa hiệp này làm ta nhớ tới nhận định bất hủ của Đặng Tiểu Bình rằng mèo trắng hay mèo đen không quan trọng, miễn là bắt được chuột[14]. Không có gì lạ khi một người theo quy giản luận bác bỏ bằng chứng về bản chất cơ bản của các nguyên lý tập thể dựa trên những quan điểm cho rằng thực tế là có cách suy luận xuất phát từ thế giới vi mô để giải thích khả năng lặp lại của các thí nghiệm này. Điều này không đúng. Chẳng hạn, cách giải thích vi mô về nhiệt độ đã phải thông qua một bước suy diễn logic gọi là định đề về xác suất đồng đều mang tính tiên nghiệm - một dạng định luật Murphy về nguyên tử; đây là một định đề không thể suy diễn được và là một phát biểu ghi nhận ngắn gọn về nguyên lý tổ chức được coi là cơ sở của bộ môn nhiệt động học[15]. Những lời giải thích có vẻ như mang tính suy luận về các hiệu ứng Josephson và von Klitzing luôn có những bước suy diễn “hiển nhiên về mặt trực giác” trong đó những nguyên lý tổ chức quan yếu được giả định là đúng. Tất nhiên, vì chúng quả thực là đúng, nên suy luận như vậy cũng là đúng, nhưng không nhất thiết là theo cách mà người suy luận mong muốn. Để tuân theo đúng giáo hóa của quy giản luận, các lý thuyết gia luôn gán cho những hiệu ứng đó những tên gọi khác thường, nhưng tra xét kỹ lưỡng thì chúng chẳng qua cũng chỉ là những cách dùng từ khác nhau để chỉ chính bản thân những thí nghiệm mà thôi. Trong cả hai trường hợp thì chẳng có trường hợp nào mà độ chính xác rất cao của phép đo lại được tiên đoán về mặt lý thuyết cả.

Giống như những cái khác nữa mà người ta không nói tới, lối suy nghĩ không rành mạch về việc đâu là cái cơ bản là lối suy nghĩ có thể quay lại ám ảnh chúng ta sau này. Hiệu ứng ma quái nhất của nó là dẫn lối đưa đường ta lạc sâu vào hoang mạc bằng cách xui khiến ta tìm kiếm những thang cứ nhỏ mãi nhỏ mãi mà chẳng bao giờ thấy được ý nghĩa. Tôi bị vướng rất nhiều với bài toán này - hẳn cũng vì những nguyên do có tính văn hóa nữa. Ở cái nơi khô cằn của thế giới mà tôi trưởng thành, chúng tôi nhìn hoang mạc một cách nghiêm túc.

Một trong những cụ tổ của tôi đến California qua ngả Santa Fe Trail khi còn là một thanh niên đã ghi vào nhật ký những sự việc ông trải qua trong suốt cuộc hành trình[16]. Theo những gì được ghi trong cuốn nhật ký đó, ông và bầu đoàn của mình đã suýt chết đâu đó ở bang New Mexico. Họ kéo vào một thị trấn để lấy đồ tiếp tế và nước uống rồi hỏi cách vượt qua hoang mạc. Dựa vào chỉ dẫn, họ ra đi và sau hai ngày thì tới được giếng nước đầu tiên nhưng nó đã cạn khô. Sau đó họ đi thêm hai ngày nữa để tới được giếng nước thứ hai cũng cạn khô. Lại thêm hai ngày đường nữa để lại gặp được một giếng cạn. Lúc đó, mọi người mới chợt hiểu rằng những kẻ trong thị trấn định hại chết họ; thế là mọi người tổ chức một buổi họp bàn và quyết định một phương án liều lĩnh. Cánh đàn ông tháo ngựa ra khỏi xe, để phụ nữ và trẻ em ở lại hoang mạc với tất cả lương thực, cưỡi ngựa quay trở lại thị trấn, bắn phá tan tành rồi mang nước uống quay trở lại. Câu chuyện kết thúc hiển nhiên là có hậu, vì thế tôi mới đang có mặt ở đây.

Bất chấp bằng chứng cho thấy rằng thậm chí các nhà vật lý, bề ngoài có vẻ là những nhà khoa học logic nhất, có thể rút ra những kết luận không có giá trị hiệu lực từ những phép đo chính xác, sự chính xác và tính chắc chắn vẫn sẽ tiếp tục là những giá trị khoa học mà ta không thể sống thiếu chúng, vì việc cố gắng đạt được sự chắc chắn trong phép đo và việc diễn giải nó là cơ chế duy nhất dễ nắm bắt mà chúng ta có được hòng làm sáng tỏ những nguyên lý tổ chức đang chi phối vũ trụ. Tri thức chuyên môn cũng nhạy cảm với sự thất thường của đời sống chính trị không khác gì những loại tri thức khác, và là chỗ bám víu duy nhất về tính chắc chắn mà khoa học có được để giữ vững quyền lực và vị thế đặc biệt của mình. Nỗ lực đạt đến sự chắc chắn không phải là thứ nỗ lực đã lỗi mốt của một thời xưa cũ được các nhà vật lý bảo thủ kiểu dân Luddite quảng bá, mà là cốt lõi đạo lý của khoa học. Nó giống như một thứ tôn giáo cổ xưa - đôi khi gây chán chường và mệt mỏi nhưng không bao giờ không quan yếu. Tất cả chúng ta, và có thể thậm chí tất cả các chúng sinh trên đời này, đều sử dụng những thứ đặc biệt đáng tin cậy mà tự nhiên đã chọn giao cho ta với tư cách những ngọn đèn chỉ lối để bươn chải trong một thế giới thực sự vô cùng bấp bênh. Giống như nhiều góc cạnh khác của đời sống, một trong những điều tồi tệ nhất mà một con người có thể làm là khiến cho hệ thống bị suy yếu bằng việc ngộ nhận một sai lầm và coi đó là chân lý. Hậu quả là hệ thống không còn hoạt động được ở vào thời điểm mấu chốt mà người ta cần nó nhất, khiến người ta bị mất phương hướng.

❀ ❀ ❀

[1] Xu hướng đàn ông và đàn bà mỗi phái tìm đường đi theo lối khác nhau là một câu chuyện cười khá nổi tiếng giữa các cặp vợ chồng. Thậm chí còn có bằng chứng cho thấy sự cộng hưởng từ trường chức năng (functional magnetic resonance) có cơ sở sinh lý học. Xem G. Gron et al., Nature 3, 404 (2000).

[2] Dải lưỡng kim trong máy điều nhiệt dùng ở nhà chỉ là một trong số rất nhiều loại nhiệt kế. Xem J. F. Schooley, Thermometry (CRC Press, Boca Raton, FL, 1986)

[3] Lực trọng trường được các nhà địa lý đo đạc một cách thường xuyên tới độ chính xác 1/100.000.000 với các thiết bị sử dụng là lò xo và quả cân thông thường. Xem W. Torge, Geodesy, 3rd edition (Walter de Gruyter, Berlin, 2001).

[4] Christiaan Huygens đã phát minh ra đồng hồ quả lắc vào năm 1656 và sử dụng con lắc Galileo để điều chỉnh các bộ máy đồng hồ hiện hành. Chiếc đồng hồ đầu tiên của ông có độ chính xác trong phạm vi 1 phút một ngày. Sau đó ông đã nâng nó lên 10 giây một ngày. Huygens cũng phát minh ra bộ phận bánh xe cân bằng và lò xo. Xem J. G. Yoder, Unraveling Time, Christiaan Huygens and the Mathematization of Nature (Cambridge U. Press, Cambridge, 2002).

[5] Leon Foucault đã đo vòng quay của trái đất bằng cách đung đưa một quả cầu nặng bằng kim loại với một sợi dây dài 200 bộ (khoảng 60m), và ông đã nhận được huy chương Copley của hiệp hội hoàng gia vì những thành tựu đạt được vào năm 1855. Ông cũng làm việc với Fizeau về ánh sáng và nhiệt, sử dụng gương xoay để đo tốc độ ánh sáng trong các môi trường khác nhau, và cho thấy tốc tốc độ ánh sáng biến đổi tỉ lệ nghịch với chỉ số khúc xạ. Con lắc Foucault được miêu tả trong bất kỳ giáo trình cơ học cơ bản nào. Xem, Newtonian Mechanics (W. W. Norton, New York, 1971), A. P. French. Việc xây dựng một con lắc Foucault nghiệp dư được mô tả trong Scienctific American 198, 115 (1958), C. L. Stong. Tài liệu tham khảo gốc là M. L. Foucault, “Démonstration du Movement de Rotation de la Terre moyen du Pendule,” Comptes Rendus Acad. Sci. 32, 5 (1981). Xem thêm http://www.calacademy.org/products/pendulum.html.

[6] Thí nghiệm được biết đến nhiều nhất trong những thí nghiệm đó là thí nghiệm giao thoa của Albert Michelson, thí nghiệm này sau đó được Michelson và Morley cải tiến, nhờ đó Michelson đã nhận được giải Nobel vào năm 1907. Xem Studied in Optics (Univ, of Chicago Press, Chicago, 1962) của A. A. Michelson. Một bài tổng quan tuyệt vời về những cải tiến sau này của thí nghiệm Michelson-Morley có thể tìm thấy trong bài báo Rev. Mod. Phys. 27, 167 (1955), R. Shankland et al. Tài liệu tham khảo gốc là A. A. Michelson, Am J. Sci. 22, 20 (1881) và A. A. Michelson và E. W. Morley, ibid. 34 (1887). Xem thêm E. Whittaker, A History of the Theories of Aether and Electricity: The Classical Theories (Nelson and Sons, London, 1951).

[7] Có rất nhiều tài liệu về triết học khoa học hậu hiện đại (postmodern science). Công trình được trích dẫn nhiều nhất có thể là J.-F. Lyotard, The Postmodern Condition: A Report on Knowledge (U. of Minnesota Pres, Minneapolis, 1984). Xem thêm H. Lefebvre, Introduction to Modernity: Twelve Preludes (Verso, London, 1995); và M. Foucault, The order of Things: An Archaeology of the Human Sciences (Random House, New York, 1994). Cũng có nhiều tài liệu viết về chủ nghĩa phản-hậu hiện đại. Ví dụ xem tài liệu N. Koertse, A House Built on Sand: Exposing Postmodernist Myths about Science (Oxford U. Press, Oxford, 1998); và sự giải thích về trò đùa Sokal trong A. D. Sokal và J. Bricmont, Fashionable Nonsense: Postmodern Intel ectuals’ Abuse of Science (St. Martin’s Press, New York, 1998).

[8] Trong tiếng Anh laws còn được hiểu là các định luật, ND.

[9] Bài giảng “Pathological Science” của Irving Langmuir được giảng ở Phòng nghiên cứu Knol s vào ngày 18 tháng 12 năm 1953. Bản sao của bài giảng này có thể tìm thấy tại R. L. Park, Voodoo Science (Oxford U. Press, London, 2000). Cũng có thể xem tại đây http://www.cs.princeton. edu/~ken/Langmuir/langmuir.html.

[10] P. J. Morh và B. N. Taylor, J. Phys. Chem. Ref. Data 28, 1713 (1999); Rev. Mod. Phys. 72, 351 (2000); http://physics.nist.gov/constants.

[11] Có rất nhiều tài liệu về những hiệu ứng này, được xem như thuộc lĩnh vực điện động lực học. Hiệu ứng nổi tiếng nhất trong số đó là sự dịch chuyển Lamb. Xem W. E. Lamb và R. C. Retherford, Phys. Rev. 79, 549 (1950). Ibid. 81, 222 (1951).

[12] A. H. Guth và A. P. Lightman, The Inflationary Universe (Perseus Publishing, Cambridge, Massachusetts, 1998).

[13] Hằng số Josephson và von Klitzing là KJ = 2e/h, và RK = h/e2, trong đó e là điện tích của electron và h là hằng số Planck.

[14] Dưới ánh sáng của các sự kiện lịch sử, tài liệu về Đặng Tiểu Bình có rất nhiều và phức tạp. Xem M. J. Meisner, The Deng Xiaoping Era: An Inquyry into the Fate of Chinese Socialism, 1978-1994 (Hill and Wang, New York, 1996).

[15] . Định luật Murphy đại ý nói rằng nếu bất cứ cái gì có thể sai thì rồi sẽ có lúc nó sai. Theo Văn phòng trung tâm lịch sử kiểm tra các chuyến bay của không lực Hoa Kỳ (U.S Air Force Flight Test Center History Office), định luật Murphy được sinh ra tại căn cứ không quân Edwards vào năm 1949. Định luật này được lấy tên của Cơ trưởng Edward A. Murphy, một kỹ sư làm việc trong một dự án nhằm xác định người ta có thể chịu được sự giảm tốc đột ngột tới bao nhiêu trong các vụ đâm nhau. Xem A. Bloch, Murphy’s Law and Other Reasons Why Things Go Wrong (Price Stern Sloan Pub., Los Angeles, 1977); và http://www.edwards.af.mil/history/docs _html/tidbits/murphy’s_law.html.

[16] Santa Fe Trail là tuyến đường ở cuối thế kỷ 19 từ Tây Nam Mỹ tới Missouri và Santa Fe, New Mexico, ND.