Việt Nam Thư Quán - Thư viện Online

Năm 1900, ngài Kelvin đã nói về thắng lợi của vật lí, đồng thời cho biết lí thuyết về chuyển động của Newton đã được mở rộng ra sao để thâu tóm lấy các hiện tượng về ánh sáng và nhiệt. Diễn văn của ông tiếp tục đề cập tới “hai đám mây” vẫn còn che phủ “tính đẹp đẽ và trong sáng” của lí thuyết: Đám mây thứ nhất liên quan tới cách ánh sáng truyền qua không gian, đám mây thứ hai là vấn đề năng lượng được phân phối đều giữa các phân tử rung động. Tuy nhiên, lời giải đáp do Kelvin đề xuất lại hoàn toàn đi chệch khỏi mục tiêu. Trớ trêu thay, cái mà Kelvin coi là hai đám mây ở chân trời thực ra lại là những quả bom tấn sắp tạo nên những vụ nổ lớn trong vật lí thế kỉ 20. Đó là thuyết tương đối và thuyết lượng tử, cả hai lí thuyết này đều chứa đựng một điều gì đó liên quan tới ánh sáng.

Ánh sáng, theo những nhà vật lí như Kelvin, là một dao động sóng, và giống như mọi dao động sóng khác, nó phải tuân theo những định luật về chuyển động của Newton. Nhưng các nhà vật lí lập luận rằng sóng phải dao động trong một cái gì đó. Và do đó, họ cho rằng không gian không thể trống rỗng mà phải được lấp đầy bởi một “chất keo kì dị” được gọi là “ether truyền ánh sáng”. Nhưng điều này có nghĩa là tốc độ của ánh sáng đo được trong các phòng thí nghiệm trên mặt đất - tốc độ của dao động sóng truyền qua ether - phải phụ thuộc vào tốc độ và hướng chuyển động của Trái đất trong ether. Vì Trái đất chuyển động quanh Mặt trời nên hướng chuyển động này luôn thay đổi, và do đó tốc độ ánh sáng đo được theo một hướng cho trước cùng sẽ biến thiên tuỳ thuộc vào thời gian trong năm. Vì vậy, các nhà khoa học cho rằng họ sẽ phát hiện ra sự thay đổi của tốc độ ánh sáng đo được tại những thời điểm khác nhau trong năm. Nhưng những thí nghiệm cực kì chính xác đã chứng tỏ điều đó không xảy ra. Bất kể Trái đất chuyển động theo hướng nào trong cái nền không gian giữa các vì sao xa xôi, tốc độ ánh sáng vẫn không thay đổi.

Bí mật này của ánh sáng và sự tồn tại hoặc không tồn tại của ether chỉ được giải quyết ổn thoả bởi thuyết tương đối hẹp của Einstein, trong đó chỉ ra rằng tốc độ của ánh sáng là một hằng số, độc lập với việc bạn hoặc nguồn sáng đang chuyển động nhanh chừng nào.

Đám mây thứ hai trên chân trời của Kelvin, tức cách thức năng lượng được chia sẻ bởi các phân tử dao động, lại liên quan tới một vấn đề khác còn gay cấn hơn nhiều - vấn đề bức xạ phát ra từ một vật nóng. Trong trường hợp này, lời giải đòi hỏi phải có một cuộc cách mạng về tư duy cũng triệt để như thuyết tương đối, đó chính là thuyết lượng tử.

Bohr và Einstein

Thuyết tương đối được khám phá bởi một bộ óc duy nhất - bộ óc của Albert Einstein[1]. Tuy nhiên, thuyết lượng tử lại là sản phẩm của một nhóm các nhà vật lí làm việc trên tinh thần cộng tác rộng rãi, trong đó nhà vật lí Đan Mạch Niels Bohr được xem như nhà lãnh đạo về mặt triết học của họ. Như thực tế đã diễn ra, cuộc giằng co giữa cái xác định và bất định - vấn đề tạo nên nội dung cốt lõi của cuốn sách này - không thể hiện ở đâu rõ hơn trong quan điểm về lĩnh vực vật lí lượng tử của hai biểu tượng vĩ đại của thế kỉ 20: Einstein và Bohr. Lần theo con đường tư duy của hai nhân vật này, chúng ta có thể khám phá ra điều chủ yếu trong cuộc đoạn tuyệt vĩ đại giữa cái xác định và cái bất định.

Hình 1.1. Albert Einstein (1879-1955) và Niels Bohr (1885-1962)

Khi hai nhân vật trên tranh luận với nhau trong suốt những thập kỉ đầu tiên của thế kỉ 20, họ đã say sưa vì chân lí đến nỗi Einstein nói rằng ông cảm thấy quý mến Bohr. Tuy nhiên, khi cả hai đã có tuổi, sự khác biệt về lập trường riêng đã trở thành một chướng ngại không thể vượt qua đến nỗi họ không còn gì để nói với nhau nữa. Nhà vật lí Mỹ David Bohm có lần đã kể lại chuyến ghé thăm Princeton của Bohr sau Thế chiến II. Trong dịp đó, nhà vật lí Eugene Wigner đã bố trí một cuộc tiếp đón Bohr có Einstein tham dự. Trong suốt cuộc tiếp đón, Einstein và các sinh viên của ông ngồi về một phía trong căn phòng, Bohr và các cộng sự ngồi ở phía bên kia.

Sự rạn nứt này đã xảy ra như thế nào? Tại sao, với niềm say mê tìm kiếm chân lí mà họ đã từng chia sẻ, tinh thần trao đổi cởi mở giữa hai nhân vật này cuối cùng lại tan vỡ? Câu trả lời sẽ thâu tóm phần lớn lịch sử vật lí thế kỉ 20 và liên quan chủ yếu tới sự trật khớp giữa cái xác định và cái bất định. Sự đổ vỡ mối quan hệ giữa hai người liên quan tới một trong những nguyên lí sâu sắc nhất của khoa học và triết học - bản chất nền tảng của hiện thực. Muốn hiểu điều này ra sao, chúng ta phải đối mặt với một trong những biến đổi vĩ đại trong nhận thức của mình về thế giới, một bước nhảy vọt mang tính cách mạng vượt xa bất kì điều gì mà Copernicus, Galileo, hay Newton đã làm. Để khám phá xem điều đó xảy ra như thế nào, trước hết chúng ta phải làm một cuộc hành trình xuyên qua vật lí thế kỉ 20.

Tương đối tính

Tên tuổi của Einstein gắn liền một cách phổ biến với tư tưởng cho rằng “mọi thứ đều tương đối”. Ngày nay, từ ngữ “tương đối” đã được sử dụng với rất nhiều liên tưởng khác nhau. Chẳng hạn, các nhà xã hội học nói đến “Thuyết tương đối về văn hoá” (Cultural relativism), với ý rằng cái mà chúng ta coi là “hiện thực” chẳng qua là một kiến tạo xã hội xét trên bình diện rộng, và rằng các xã hội khác xây dựng nên hiện thực của chúng theo những phương cách khác nhau. Vì thế, họ lập luận rằng “khoa học phương Tây” không bao giờ có thể coi như một sự giải thích tuyệt đối khách quan về thế giới, bởi vì nó đã bị đặt hoàn toàn vào bên trong tất cả những giả định mà nền văn hoá ấy thừa nhận. Một số người cho rằng khoa học cũng chỉ là một trong nhiều câu chuyện có giá trị ngang nhau mà một xã hội tự tạo dựng để gán cho cấu trúc của câu chuyện đó một căn cứ đáng tin cậy; tôn giáo là một câu chuyện khác trong số đó.

Trong việc sử dụng từ ngữ “tương đối” và “thuyết tương đối”, chúng ta đã đi xa khỏi ý định nguyên thuỷ của Einstein. Tất nhiên, lí thuyết của Einstein nói với chúng ta rằng thế giới sẽ biểu lộ khác nhau đối với những người quan sát đang chuyển động với vận tốc khác nhau hoặc đang ở trong những trường hấp dẫn khác nhau. Ví dụ, đối với một người quan sát mà chiều dài bị co lại thì đồng hồ sẽ chạy với một tốc độ khác, và các vật hình tròn sẽ có dạng ellipsoid. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là bản thân thế giới là hoàn toàn chủ quan. Các định luật của tự nhiên ẩn dưới vẻ bề ngoài tương đối và là như nhau đối với mọi người quan sát, bất kể là họ đang chuyển động nhanh chừng nào hoặc đang ở đâu trong vũ trụ. Einstein tin chắc vào sự tồn tại của một hiện thực hoàn toàn khách quan đối với thế giới, và như chúng ta sẽ thấy, chính tại điểm này Einstein đã tách khỏi cuộc đồng hành với Bohr.

Có lẽ cần bổ sung ở đây một ghi chú rõ ràng hơn, vì từ ngữ “tương đối” bao gồm hai lí thuyết. Năm 1905, trong thuyết tương đối hẹp được nhiều người biết đến, Einstein quan tâm đến các hiện tượng biểu lộ khác nhau như thế nào đối với những người quan sát đang chuyển động với tốc độ khác nhau. Ông cũng chỉ ra rằng không có một khung quy chiếu tuyệt đối trong vũ trụ để làm căn cứ đo lường mọi tốc độ. Tất cả những gì người ta có thể nói chỉ là tốc độ được đo lường bởi một người quan sát này so với một người quan sát khác. Vì thế, mới có thuật ngữ “tương đối tính”.

Ba năm sau, nhà toán học Herman Minkowski đọc diễn văn trước Hội nghị lần thứ tám mươi của các nhà khoa học và vật lí Đức ở Cologne. Diễn văn của ông mở đầu bằng những lời nổi tiếng: “Từ nay trở đi khái niệm không gian biệt lập, thời gian biệt lập sẽ bị tan biến dần vào bóng tối, và chỉ có một dạng liên kết hai khái niệm đó mới phản ánh đúng hiện thực khách quan”. Nói cách khác, thuyết tương đối hẹp của Einstein ngụ ý rằng không gian và thời gian được thống nhất trong cùng một nền tảng bốn chiều được gọi là không-thời gian.

Lúc này, Einstein bắt đầu cân nhắc xem lực hấp dẫn đóng vai trò như thế nào trong lí thuyết của ông. Kết quả được công bố năm 1916 đã trở thành thuyết tương đối tổng quát của nhà khoa học này (khi đó, lí thuyết trước đây chỉ là một trường hợp đặc biệt được áp dụng khi không tính đến trường hấp dẫn). Thuyết tương đối tổng quát cho thấy vật chất và năng lượng tác động tới cấu trúc của không-thời gian và làm cho không-thời gian bị cong ra sao. Hơn nữa, khi một vật đi vào một vùng không-thời gian cong thì tốc độ của nó sẽ bị thay đổi. Đặt một quả táo vào trong một vùng của không-thời gian, nó sẽ chuyển động gia tốc, giống như một quả táo rơi từ trên cây xuống mặt đất. Nhìn từ phối cảnh của thuyết tương đối tổng quát, lực hấp dẫn tác động lên quả táo này chẳng khác gì hiệu ứng của một vật chuyển động qua không-thời gian cong. Trong trường hợp này, độ cong của không-thời gian được tạo ra bởi khối lượng của trái đất.

Bây giờ, chúng ta hãy trở lại vấn đề tính khách quan trong một thế giới tương đối. Hãy tưởng tượng có ba nhóm nhà khoa học, một nhóm đang ở trên mặt đất, một nhóm khác ở trong phòng thí nghiệm đang chuyển động gần với vận tốc ánh sáng, và nhóm thứ ba ở gần một hố đen. Mỗi nhóm sẽ quan sát và đo đạc các hiện tượng khác nhau với những sự biểu lộ khác nhau, tuy nhiên những định luật căn bản mà họ rút ra về vũ trụ sẽ tương tự nhau trong cả ba trường hợp. Đối với Einstein, những định luật này hoàn toàn độc lập với trạng thái của người quan sát.

Đó là ý nghĩa sâu sắc trong khám phá vĩ đại của Einstein. Đằng sau tất cả các hiện tượng là những định luật của tự nhiên, và hình thức của những định luật này, biểu thức toán học gọn đẹp nhất của chúng, là hoàn toàn độc lập với bất kì người quan sát nào. Mặt khác, tuy các hiện tượng là những biểu lộ của những đính luật căn bản đó, nhưng chúng chỉ biểu lộ trong những tình huống và khung cảnh riêng biệt. Do đó, trong khi các hiện tượng biểu lộ bề ngoài khác nhau đối với những người quan sát khác nhau, thuyết tương đối cho phép các nhà khoa học diễn dịch hoặc biến đổi một hiện tượng này thành một hiện tượng khác, và do đó lại quay trở về với một sự giải thích khách quan đối với thế giới. Vì vậy, đối với Einstein, tính xác định của một hiện thực đơn lẻ nằm ẩn đằng sau tính đa dạng bên ngoài.

Tính tương đối cũng phần nào giống như việc đi lại giữa các quốc gia và việc đổi tiền từ đô la sang pound, franc, yen hoặc euro. Bỏ qua lệ phí ngân hàng, số tiền là hoàn toàn như nhau, chỉ có hình thức vật chất bề ngoài của số tiền đó (mệnh giá đồng đô la xanh hoặc pound, yen, euro, vv.) là thay đổi. Cũng tương tự như việc một ý kiến phát biểu ở Mỹ có thể dịch ra nhiều thứ tiếng khác nhau cùng một lúc. Với mỗi thứ tiếng, âm thanh trình bày ý kiến đó rất khác biệt nhưng ý nghĩa căn bản của nó vẫn như nhau. Cũng vậy, chúng ta có thể phát biểu những hiện tượng quan sát được bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, nhưng ý nghĩa cơ bản tạo nên nguồn gốc của những diễn dịch đa dạng đó sẽ tương ứng với các định luật khách quan của tự nhiên.

Hiện thực căn bản này hoàn toàn độc lập với bất kì một người quan sát riêng biệt nào. Einstein cảm thấy nếu vũ trụ không vận hành theo cách đó thì đơn giản là nó sẽ không còn có ý nghĩa gì cả, và ông sẽ từ bỏ nghiên cứu vật lí. Do đó đối với Einstein, bất chấp khái niệm “tương đối”, vẫn có một sự xác định chắc chắn cụ thể về thế giới, và tính xác định này nằm trong những định luật toán học của tự nhiên. Chính tại điểm căn bản nhất này mà Bohr đã tách khỏi cuộc đồng hành với Einstein.

Bức xạ của vật đen

Nếu Einstein bênh vực quan điểm về một hiện thực khách quan và độc lập thì lập trường của Niels Bohr là gì? Bohr là một nhà tư tưởng cực kì tinh tế và những luận văn của ông về thuyết lượng tử thường bị hiểu lầm, ngay cả với những nhà vật lí chuyên nghiệp! Để tìm hiểu xem quan điểm của Bohr về tính bất định và tính lập lờ nước đôi hình thành ra sao, chúng ta phải quay lại năm 1900, tới bài toán của Kelvin về vấn đề năng lượng được phân phối như thế nào giữa các phân tử và thậm chí tới một vấn đề gay cấn hơn, liên quan tới vấn đề bức xạ của vật đen.

Một bông hoa, một bộ quần áo, hoặc một bức tranh có màu sắc là vì chúng hấp thụ ánh sáng tại những tần số nhất định trong khi phản xạ ánh sáng ở những tần số khác. Tuy nhiên, một bề mặt thuần đen sẽ hấp thụ toàn bộ ánh sáng chiếu vào nó. Nó không ưu tiên màu sắc nào hơn hoặc tần số nào hơn. Cũng như vậy, khi bề mặt đen đó ấm hơn vùng xung quanh, nó sẽ bức xạ năng lượng ra khỏi nó, và trong trạng thái màu đen, nó bức xạ tại mọi tần số có thể có, không có sự ưu tiên. Khi các nhà vật lí cuối thế kỉ 19 sử dụng lí thuyết của họ để tính toán xem có bao nhiêu năng lượng đã được phát đi, thì số lượng mà họ tính toán được, khốn thay, lại là vô hạn. Rõ ràng đây là một sai lầm, nhưng không ai có thể khám phá ra chỗ sai trong lí thuyết cơ bản này.

Giữa thế kỉ đó[2], nhà vật lí người Scotland, James Clerk Maxwell, đã mô tả ánh sáng dưới dạng sóng. Các nhà vật lí đã biết cách tính toán ra sao với những làn sóng trên đại dương, sóng âm thanh trong phòng hoà nhạc, và sóng tạo ra khi-bạn vẩy một sợi dây thừng buộc cố định tại đầu bên kia. Sóng có thể có độ dài bất kì, với một dải vô hạn các cấp độ tăng dần liên tục. Chẳng hạn trong trường hợp âm thanh, bước sóng - khoảng cách từ một đỉnh sóng tới đỉnh tiếp theo - càng ngắn bao nhiêu thì tần số càng cao bấy nhiêu, bởi vì khoảng cách giữa các đỉnh sóng càng ngắn bao nhiêu thì trong một khoảng thời gian cho trước càng có nhiều đỉnh sóng đi qua một điểm cá biệt bấy nhiêu, như đi qua tai của bạn chẳng hạn. Điều đó cũng đúng đối với ánh sáng: Những bước sóng dài nằm về phía đỏ của quang phổ, trong khi ánh sáng xanh được tạo ra bởi sóng có tần số cao hơn và bước sóng ngắn hơn.

Tương tự như sóng âm thanh và sóng nước, sóng ánh sáng bức xạ từ một vật đen được thừa nhận là có mọi bước sóng và tần số có thể có; nói cách khác, ánh sáng có một số vô hạn các bước sóng với cấp độ tăng dần liên tục từ một bước sóng này tới bước sóng tiếp theo. Với cách suy nghĩ đó, một đại lượng vô hạn đã lọt vào trong các tính toán rồi dẫn tới kết quả nghịch lí là một số năng lượng vô hạn đã được bức xạ.

Lượng tử

Năm 1900, Max Planck đã tìm ra lời giải cho bài toán này. Ông đề xuất ý kiến cho rằng không thể có mọi tần số và bước sóng, bởi vì năng lượng ánh sáng chỉ phát đi theo những số lượng rời rạc được gọi là lượng tử (quanta). Thay cho những bức xạ liên tục phát đi từ một vật nóng là những bức xạ hữu hạn, gián đoạn theo từng loạt lượng tử.

Hoàn toàn bất ngờ, vấn đề bức xạ của vật thể đen đã được giải quyết, cánh cửa một lĩnh vực hoàn toàn mới đã được mở ra: thuyết lượng tử. Trớ trêu thay, Einstein lại là nhà khoa học đầu tiên áp dụng tư tưởng của Planck. Ông lập luận rằng nếu năng lượng ánh sáng được cấu tạo dưới dạng những gói nhỏ, hoặc những lượng tử, thì khi ánh sáng đập vào bề mặt của kim loại, nó sẽ giống như những viên đạn bé tí xíu làm bật các electron ra khỏi kim loại. Trên thực tế, đây chính là cái đã được quan sát trong “hiệu ứng quang điện”, nguyên lí căn bản nằm đằng sau những điều kì diệu của công nghệ như “con mắt thần” (magic eye). Khi bạn đứng ở ô cửa ra vào của một chiếc thang máy, bạn sẽ ngăn cản một chùm ánh sáng được dự kiến sẽ đập vào một tế bào quang điện. Chùm ánh sáng này bao gồm những lượng tử ánh sáng, hoặc photon, sẽ làm bật các electron ra khỏi nguyên tử của chúng và bằng cách đó sẽ tạo ra một dòng điện tác động vào một chiếc rơle để khép cửa. Nhưng vì bạn đứng ở cửa ra vào nên bạn sẽ ngăn cản chùm ánh sáng này và do đó cánh cửa sẽ không đóng lại được.

Hình 1.2. Chân dung Max Planck (1858-1947)

Bước quan trọng tiếp theo trong việc phát triển lí thuyết lượng tử xảy đến vào năm 1913 nhờ chàng thanh niên Niels Bohr, người đã nêu lên ý kiến cho rằng chẳng riêng gì ánh sáng, mà cả năng lượng của các nguyên tử cũng bị lượng tử hoá. Điều này giải thích vì sao, khi các nguyên tử phát ra hoặc mất năng lượng dưới dạng bức xạ, năng lượng do một nguyên từ bị đốt nóng phát ra sẽ không liên tục, mà bao gồm một loạt tần số rời rạc, biểu hiện như những vạch rời rạc của phổ nguyên tử. Cùng với đóng góp của Werner Heisenberg, Max Born, Erwin Schrodinger và một số nhà vật lí khác, lí thuyết lượng tử đã được tập hợp thành hệ thống. Và đó cùng là lúc tính bất định thâm nhập vào phần trung tâm cốt lõi của vật lí.

Tính bổ sung

Giống như thuyết tương đối đã giảng giải rằng các đồng hồ có thể chạy với những tốc độ khác nhau, độ dài có thể co lại, và một cặp song sinh có thể già đi với tốc độ khác nhau trong những cuộc hành trình khác nhau, lí thuyết lượng tử cũng đem đến nhiều khái niệm mới rất lạ lùng và kì quặc. Một trong số đó là tính hai mặt sóng-hạt. Trong một số tình huống, một electron chỉ có thể được phát hiện nếu nó “ứng xử” như một sóng di chuyển khắp không gian. Trong những tình huống khác, một electron lại được phát hiện như một hạt bị giam hãm bên trong một khu vực không gian rất nhỏ. Nhưng làm thế nào mà một cái gì đó lại có thể vừa có mặt ở khắp nơi nhưng đồng thời cũng bị đặt vào một vị trí đơn độc trong không gian?

Niels Bohr đã nâng tính hai mặt lên thành một nguyên lí phổ quát mà ông gọi bằng thuật ngữ “tính bổ sung” (complementarity). Ông lập luận, cách mô tả phiến diện rằng “đây là một sóng” hoặc “đây là một hạt” không bao giờ đủ để mô tả hết mọi khía cạnh phong phú của một hệ lượng tử. Các hệ lượng tử đòi hỏi những mô tả bổ sung chồng chất lên nhau mà khi làm điều đó cùng một lúc sẽ xuất hiện nghịch lí hoặc thậm chí mâu thuẫn. Lí thuyết lượng tử mở ra cánh cửa đối với một kiểu logic mới về thế giới.

Bohr tin rằng nguyên lí bổ sung mang tính tổng quát hơn rất nhiều so với sự mô tả phiến diện đối với bản chất của electron. Tính bổ sung, ông cảm thấy, là cơ sở đối với nhận thức của con người và đối với cách thức mà tư duy hoạt động. Mãi cho tới trước thế kỉ 20, khoa học vẫn bám vào tính xác định của logic theo kiểu Aristotle: “Một sự vậtsự việc chỉ có thể là A hoặc không-A (phủ định của A)”. Bây giờ, một khái niệm mới đã thâm nhập vào thế giới trong đó một cái gì đó có thể “vừa là A vừa là không-A”. Đáng lẽ phải tạo ra những phương pháp mô tả thế giới một cách toàn diện hoặc vẽ ra một bản đồ duy nhất thâu tóm được mọi đặc trưng của thế giới bên ngoài, khoa học trước đó chỉ tạo ra một loạt bản đồ thể hiện từng đặc trưng riêng biệt, các bản đồ không bao giờ chồng lên nhau cùng một lúc.

Tính ngẫu nhiên và bất hợp lí trong tự nhiên

Nếu nguyên lí bổ sung làm rung chuyển niềm tin ngây thơ của chúng ta vào tính đơn nhất của các đối tượng khoa học vật chất thì tư tưởng về tính xác định lại gặp một cú sốc khác khi tính ngẫu nhiên chiếm lĩnh một vai trò mới. Chẳng hạn, chúng ta hãy suy nghĩ về khám phá của Marie Curie về radium. Nguyên tố này có tính phóng xạ, có nghĩa là hạt nhân của nó không bền vững và tự vỡ đôi ra hoặc “phân rã” thành nguyên tố radon. Các nhà vật lí biết rằng sau 1.620 năm thì số radium nguyên thuỷ chỉ còn lại một nửa - thời gian này được gọi là nửa cuộc đời của nó. Sau 1.620 năm nữa thì còn lại một phần tư, và cứ tiếp tục như thế. Nhưng thời điểm phân rã của một nguyên tử cá biệt thì hoàn toàn ngẫu nhiên - nó có thể phân rã sau một ngày, hoặc vẫn tồn tại sau khoảng 10.000 năm.

Kết quả nói trên tương tự như vấn đề bảo hiểm nhân thọ. Các nhà bảo hiểm có thể tính toán tuổi thọ trung bình của những người không hút thuốc và uống rượu là sáu mươi, nhưng họ không thể biết bao giờ một người sáu mươi tuổi nào đó sẽ chết. Tuy nhiên có một sự khác biệt rất lớn. Dù cho một người sáu mươi tuổi không biết giờ chết của mình, nhưng chắc chắn cái chết của người ấy sẽ là hậu quả của một nguyên nhân cụ thể - một cơn đau tim, một tai nạn giao thông, hoặc một tiếng sét bất thình lình… Tuy nhiên, trong trường hợp phân huỷ phóng xạ, không có nguyên nhân nào cả. Không có định luật nào của tự nhiên xác dịnh khi nào thì một sự kiện như thế sẽ xảy ra. Tính ngẫu nhiên lượng tử là tuyệt đối.

Xét một ví dụ khác là quy luật may rủi của trò chơi roulette (tại các sòng bạc). Quả cầu đập vào chiếc bánh xe quay tròn và cứ bị va đập như thế cho đến phút cuối cùng nó dừng lại ở một con số nào đó. Trong khi chúng ta không thể dự đoán được kết quả chính xác, chúng ta vẫn biết rõ tại mỗi thời điểm đều có một nguyên nhân cụ thể, một va chạm cơ học làm cho quả cầu chuyển động về phía trước. Nhưng vì hệ thống này quá phức tạp để có thể xem xét tất cả các yếu tố liên quan của nó – tốc độ của quả cầu, tốc độ của bánh xe, góc độ chính xác mà quả cầu đập vào bánh xe, vv. - và đây cũng chính là những quy luật may rủi chi phối trò chơi này. Giống như vấn đề bảo hiểm nhân thọ, tính may rủi là một cách biểu thị khác nhằm nói rằng hệ thống này quá phức tạp để chúng ta có thể mô tả được. Trong trường hợp này, sự tình cờ ngẫu nhiên là một giới hạn đối với sự không hiểu biết của chúng ta.

Nhưng sự thể hoàn toàn khác trong thế giới lượng tử. Tính ngẫu nhiên lượng tử không phải là giới hạn đối với sự không hiểu biết của chúng ta, mà là một đặc trưng vốn có. Không có lượng kiến thức bổ sung nào có thể cho phép khoa học dự đoán được thời điểm một nguyên tử cá biệt sẽ phân rã, bởi vì chẳng có gì “gây ra” sự phân rã này, ít nhất theo nghĩa quen thuộc về một cái gì đó bị đẩy, kéo, hoặc hút, đẩy.

Tính ngẫu nhiên trong thuyết lượng tử là tuyệt đối và không thể đơn giản hoá được. Biết rõ hơn về nguyên tử cũng chẳng bao giờ xoá bỏ được đặc tính này. Tính ngẫu nhiên nằm trong phần cốt lõi của vũ trụ lượng tử. Đây là một chướng ngại lớn đầu tiên, một sự chia rẽ lớn đầu tiên giữa Bohr và Einstein, vì Einstein không tin rằng “Chúa chơi trò may rủi với vũ trụ”.

Einstein: Nhà vật lí cổ điển cuối cùng

Ngay cả hiện nay, một nửa thế kỉ sau khi Einstein mất, vẫn còn quá sớm để chúng ta đánh giá vị trí của ông trong khoa học. Trên một so phương diện, tầm vóc của ông có thể sánh với Newton, người đã nối tiếp Galileo để sáng tạo nên nền khoa học kéo dài tới hai trăm năm. Ông đã tạo nên những lí thuyết tổng hợp vĩ đại đến mức ông có thể ôm lấy toàn bộ vũ trụ. Một số nhà lịch sử khoa học cũng gán cho Newton vai trò của thầy pháp cuối cùng, một người đứng một chân trong thế giới tư tưởng thời Trung cổ còn chân kia đứng trong khoa học duy lí. Newton đã từng dấn sâu vào giả kim thuật (alchemy) và từng tìm kiếm “Vật chất Linh diệu” (Catholick Matter)[3]. Ông có đức tin sâu sắc vào một nguyên lí duy nhất thống nhất tất cả mọi nguyên lí.

Einstein cũng vậy, là người tạo ra cuộc cách mạng khoa học về tương đối tính cũng như tạo ra những bước tiến đầu tiên vào thuyết lượng tử, ông được nhiều người nhìn nhận như nhà vật lí cổ điển vĩ đại cuối cùng. Cũng như Shakespeare, những tư tưởng lớn như Newton và Einstein xuất hiện để định hướng một thời đại theo cả hai chiều tư duy, một chiều nhắm tới tương lai, một chiều quay về truyền thống tư tưởng của quá khứ.

Khi Einstein nói về “Chúa lòng lành” như một vị Chúa không chơi trò súc sắc với vũ trụ, ông không ám chỉ một vị chúa giống như con người mà ám chỉ một vị “Chúa của Spinoza”, hoặc như Newton, ám chỉ một nguyên lí thống nhất bao trùm lên toàn bộ thế giới tự nhiên. Vũ trụ đối với Einstein là một sáng tạo thần thánh và do đó nó phải có ý nghĩa, nó phải hợp lí và có trật tự. Nó phải được thiết lập trên một nguyên lí sâu sắc và đẹp đẽ đầy thẩm mỹ. Cấu trúc căn bản của nó phải thỏa mãn tính đơn giản và nhất quán. Đối với Einstein, thế giới hiện thực cao xa hơn những ham muốn và khát vọng tầm thường lặt vặt của con người. Hiện thực phải có lí. Nó tự phản chiếu ở mọi cấp độ. Hơn thế nữa, “Chúa lòng lành” đã cho chúng ta khả năng thưởng ngoạn và nhận thức được một hiện thực như thế.

Einstein có thể đã ngồi cùng bàn để ăn bữa chiều và thảo luận với Newton về vũ trụ, nhưng đến phút chót ông đã không thể làm một hành động tương tự như thế với Bohr. Bohr và lí thuyết lượng tử đã nói về tính ngẫu nhiên tuyệt đối. Khái niệm “ngẫu nhiên” đối với Einstein chỉ là một cách nói ngắn gọn ám chỉ sự ngu dốt, thể hiện một lỗ hổng trong lí thuyết, một sự nhiễu loạn nào đó trong thực nghiệm mà nó chưa được xem xét giải thích.

Wolfgang Pauli, một hong những nhà vật lí đã đóng góp vào việc phát triển lí thuyết lượng tử, đưa ra một phản bác mạnh mẽ nhất (đối với tư tưởng về cái xác định) khi ông cho rằng vật lí phải đi tới chỗ đối mặt với cái mà ông gọi là “tính bất hợp lí trong vật chất” (the irrational in matter). Bản thân Pauli có nhiều cuộc nói chuyện với nhà tâm lí học Cari Jung, người đã khám phá ra cái mà Pauli gọi là mệt “mức độ khách quan” đối với vô thức. Nó là khách quan bởi vì cái vô thức tập thể này mang tính phổ quát và vượt qua bất kì sự kiện cá nhân và riêng tư nào trong cuộc sống của mỗi người. Cũng vậy, Pauli cho rằng giống như tâm trí đã được khám phá để có một mức độ khách quan, vật chất cũng được khám phá để có một biểu lộ chủ quan. Tính bất hợp lí, đối với Pauli, bao gồm tính ngẫu nhiên lượng tử, những sự kiện xảy ra bên ngoài giới hạn của quan hệ nhân quả và những định luật vât lí duy lí.

Sự khác biệt giữa tư tưởng của Pauli về tính bất hợp lí của vật chất và tư tưởng của Einstein về hiện thực khách quan là quá rộng lớn. Cái làm cho sự khác biệt ấy không thể hàn gắn được là một yếu tố thậm chí còn mang tính bất định cơ bản hơn - liệu có tồn tại một hiện thực cơ bản ở cấp độ lượng tử hay không, liệu có tồn tại bất kì một hiện thực nào độc lập với một tác động quan sát hay không.

Nguyên lí bất định của Heisenberg

Sự biến mất của một hiện thực cơ bản có mầm mống trong nguyên lí bất định nổi tiếng của Werner Heisenberg. Khi Heisenberg khám phá ra cơ học lượng tử, ông nhận thấy sự diễn đạt toán học của ông bắt buộc những đặc trưng nào đó như tốc độ và vị trí của một electron không thể đồng thời xác định được. Khám phá này sau đó được gọi là nguyên lí bất định của Heisenberg.

Khi các nhà thiên văn muốn dự đoán đường đi của một sao chổi, tất cả những gì họ cần làm là đo tốc độ và vị trí của nó tại một thời điểm xác định. Cho trước lực hấp dẫn và các định luật chuyển động của Newton, vấn đề đơn giản là nạp tốc độ và vị trí vào các phương trình rồi vẽ sơ đồ đường đi chính xác của sao chổi đó trong những thế kỉ sắp tới. Nhưng khi làm điều này với một electron, vấn đề trở nên hoàn toàn khác. Một nhà thực nghiệm có thể xác định rõ vị trí của nó, hoặc tốc độ của nó, nhưng không bao giờ có thể đồng thời xác định cả hai đặc trưng đó cùng một lúc mà không bị hạn chế do tính bất định hoặc sự nhập nhằng. Thuyết lượng tử chỉ ra rằng bất kể các phép đo tinh vi đến chừng nào, mức bất định không bao giờ có thể giảm đi.

Điều này diễn ra như thế nào? Thì ra đó là kết quả trực tiếp từ khám phá của Max Planck rằng năng lượng, trong tất cả các dạng của nó, luôn luôn tồn tại trong các gói rời rạc được gọi là lượng tử. Điều này có nghĩa là một lượng tử không thể chia tách ra thành các thành phần nhỏ hơn. Nó không thể được phân chia hoặc san sẻ. Thế giới lượng tử là một thế giới rời rạc. Hoặc bạn có một lượng tử hoặc không. Bạn không thể có một nửa hoặc 99% của một lượng tử.

Hình 1.3. Chân dung Werner Heisenberg (1901-1976)

Sự thật đó ẩn chứa những ý nghĩa lạ lùng khi nó xâm nhập vào nhận thức của chúng ta về thế giới nguyên tử. Các nhà khoa học nghiên cứu thế giới xung quanh họ bằng cách thực hiện các quan sát và tiến hành các phép đo. Họ đặt câu hỏi: Một ngôi sao sáng đến mức nào? Mặt trời nóng đến mức nào? Quả táo của Newton nặng chừng nào? Một sao băng di chuyển nhanh chừng nào?

Sự tham gia của lượng tử

Bất kể lúc nào khi phép đo được thực hiện thì sẽ có một vài thứ được ghi lại theo một cách nào đó. Nếu không có ghi chép nào hoặc không có sự biến đổi nào xảy ra, thì có nghĩa là phép đo chưa được thực hiện hoặc chưa được ghi lại. Nói như thế có thể chưa đủ rõ, vậy chúng ta hãy xét một thí nghiệm: Đo nhiệt độ của một cốc nước. Đặt nhiệt kế vào trong nước và ghi chép mức thuỷ ngân đã dâng cao chừng nào. Khi điều này diễn ra, một phần nhiệt của nước đã được tiêu thụ để làm nóng và nở thuỷ ngân trong nhiệt kế. Nói cách khác, sự trao đổi nhiệt giữa nước và nhiệt kế là cần thiết trước khi phép đo có thể được coi là đã được ghi lại.

Nhưng với vị trí và tốc độ của một tên lửa thì sao? Sóng điện từ bắn ra từ tên lửa sẽ đập vào một đĩa radar và được xử lí bởi một hệ thống điện tử. Từ những tín hiệu phản hồi này chúng ta có thể dễ dàng xác định được vị trí của tên lửa. Những tín hiệu này cũng có thể được sử dụng để khám phá xem tên lửa bay nhanh chừng nào - kĩ thuật được áp dụng ở đây là “độ dịch chuyển Doppler”, một biến đổi rất nhỏ trong tần số của tín hiệu phản hồi (Độ dịch chuyển Doppler là một hiệu ứng giống như hiệu ứng thay đổi độ cao của tiếng còi mà bạn nghe thấy khi một xe cứu thương hay xe cảnh sát chạy gần tới bạn rồi lại phóng xa khỏi bạn). Vì sóng radar bắn đi từ tên lửa nên đã xảy ra sự trao đổi năng lượng. Tất nhiên, trong tách lượng tử thành hai phần - một phần được giữ lại ở các công cụ đo lường còn phần kia được giữ lại ở đối tượng lượng tử. Nhưng điều này là bất khả. Vậy các công cụ đo lường và hệ lượng tử phải được liên kết gắn bó với nhau bởi ít nhất một lượng tử. Hơn nữa, năng lượng của lượng tử này không thể coi là không đáng kể khi so sánh với năng lượng của hệ lượng tử.

Điều đó có nghĩa là bất kể lúc nào các nhà khoa học cố gắng quan sát thế giới lượng tử, họ sẽ làm nhiễu động nó. Và bởi vì luôn luôn có ít nhất một lượng tử năng lượng bị “dính líu” vào đó nên không có cách nào có thể làm cho mức độ nhiễu động này giảm thiểu. Hành động quan sát vũ trụ của chúng ta, nỗ lực gặt hái kiến thức của chúng ta, sẽ không còn thực sự khách quan nữa bởi vì trong khi tìm tòi để hiểu biết vũ trụ thì chúng ta lại làm nhiễu động nó. Khoa học hãnh diện tự coi mình là khách quan, nhưng hiện nay thế giới tự nhiên đang nói với chúng ta rằng chúng ta sẽ không bao giờ nhìn thấy một thế giới lượng tử thuần khiết, nguyên sơ và khách quan. Trong mọi hành động quan sát, chủ thể quan sát đã thâm nhập vào vũ trụ và nhất định sẽ làm nhiễu động nó.

Khoa học giống như một loạt các bức ảnh cận cảnh khi người chụp quay lưng về phía mặt trời. Dù cho bạn dịch chuyển thế nào, bóng của bạn luôn luôn che phủ lên tấm ảnh. Bất kể bạn làm gì, bạn không bao giờ có thể xoá cái bóng của bạn trên đó.

Nhà vật lí John Wheeler thì sử dụng hình ảnh ẩn dụ “một cửa sổ bằng kính phẳng” khi nói về khoa học. Trong hàng thế kỉ, khoa học nhìn vũ trụ như một đôi tượng khách quan, cứ như chúng ta được tách khỏi cái vũ trụ đó bởi một ô cửa kính tách lượng tử thành hai phần - một phản được giữ lại ở các công cụ đo lường còn phần kia được giữ lại ở đối tượng lượng từ. Nhưng điều này là bắt khả. Vậy các công cụ đo lường và hệ lượng tử phải được liên kết gắn bó với nhau bởi ít nhất một lượng tử. Hơn nữa, năng lượng của lượng tử này không thể coi là không đáng kể khi so sánh với năng lượng của hệ lượng tử.

Khoa học giống như một loạt các bức ảnh cận cảnh khi người chụp quay lưng về phía mặt trời. Dù cho bạn dịch chuyển thế nào, bóng của bạn luôn luôn che phủ lên tấm ành. Bất kể bạn làm gì, bạn không bao giờ có thể xoá cái bóng của bạn trên đó.

Nhà vật lí John Wheeler thì sử dụng hình ảnh ẩn dụ “một cửa sổ bằng kính phẳng” khi nói về khoa học. Trong hàng thế kỉ, khoa học nhìn vũ trụ như một đối lượng khách quan, cứ như chúng ta được tách khỏi cái vũ trụ đó bởi một ô cửa kính phẳng. Nhưng thuyết lượng tử đã vĩnh viễn đập vỡ ô cửa kính ấy. Chúng ta đã tới lúc đụng chạm vào vũ trụ. Thay vì là những người quan sát khách quan của vũ trụ, chúng ta đã trở thành những kẻ tham cuộc.

Kính hiển vi của Heisenberg

Câu chuyện về những điều kì lạ trong thế giới lượng tử vẫn chưa kết thúc. Chúng ta còn phải tiến thêm một bước nữa - bước đi mà Einstein không bao giờ có thể chấp nhận và nó có nhiều ý nghĩa đối với chính bản chất của hiện thực. Đó là bước đi nảy sinh trong cuộc tranh luận giữa Bohr và Heisenberg về việc giải thích nguyên lí bất định.

Trong những ngày đầu của thuyết lượng tử, Werner Heisenberg đã cố gắng giải thích nguồn gốc của tính bất định, đại ý như tôi đã trình bày ở các phần trên, bằng cách so sánh với việc sử dụng radar để xác định chính xác vị trí và tốc độ của một tên lửa. Trong phạm vi thế giới vĩ mô của tên lửa và sao băng, một chùm tín hiệu radar liên tục được sử dụng, còn Heisenberg thì tưởng tượng ra loại kính hiển vi lí tưởng có thể được dùng để nghiên cứu electron. Kính hiển vi này sẽ sử dụng lượng nhiễu tối thiểu - một photon hoặc một lượng tử ánh sáng duy nhất tại một thời điểm.

Đầu tiên, một photon duy nhất xác định tốc độ của electron và kết quả sẽ được ghi chép lại. Tiếp theo, một photon duy nhất sẽ xác định vị trí của electron và kết quả cũng được ghi chép lại. Nhưng bằng cách xác định vị trí này, electron sẽ va đập với photon và bị thay đổi vận tốc. Theo cách loại trừ lẫn nhau, khi đó tốc độ, photon va chạm sẽ làm cho electron bị chệch khỏi quỹ đạo, do đó ảnh hưởng tới vị trí của nó. Nói cách khác, Heisenberg chỉ ra rằng, khi bạn cố gắng xác định vị trí của electron, bạn sẽ làm thay đổi tốc độ của nó và chừng nào bạn còn đo tốc độ của nó nghĩa là bạn lại làm thay đổi vị trí của electron đó. Luôn luôn tồn tại một yếu tố bất định không thể giảm thiểu liên quan tới tốc độ và vị trí.[4]

Heisenberg lập luận rằng tính bất định nảy sinh vì lí do trên. Đó là kết quả của những nhiễu động do chúng ta gây ra khi cố gắng tìm hiểu, khám phá thế giới lượng tử. Vì lượng tử không thể phân chia được nên tính bất định này hoàn toàn không thể tránh khỏi. Nhà vật lí Pháp Bernard D’Espagnat đã gieo thuật ngữ “một hiện thực bị che đậy” (a veiled reality) để mô tả tính chất trên. Ông nói, một cách rất tự nhiên, bản chất của hiện thực lượng tử bị che phủ và giấu giếm. Bất kể thí nghiệm của chúng ta tinh vi tới mức nào, bản chất thật sự của hiện thực này không bao giờ có thể được vén mở đầy đủ.

Sự biến mất của hiện thực lượng tử

Vấn đề dừng lại ở đó cho đến khi Niels Bohr bước chân vào. Trong khi những nhà vật lí như Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger, và Max Born ra sức tìm cách trình bày lí thuyết mới bằng toán học, Niels Bohr lại suy nghĩ về ý nghĩa của lí thuyết này. Vì lẽ đó, ông đã mời Heisenberg tới Copenhagen và tranh luận với Heisenberg về ý nghĩa sâu xa của “thí nghiệm kính hiển vi” do Heisenberg thực hiện.

Bohr lập luận rằng sự giải thích của Heisenberg bắt đầu bằng giả định electron thực sự có vị trí và tốc độ, và rằng hành động đo đạc một trong những đặc trưng này sẽ làm nhiễu động đặc trưng kia. Nói cách khác, Bohr chỉ ra rằng Heisenberg đã thừa nhận sự tồn tại của một hiện thực cơ bản cố định; các đối tượng lượng tử có những đặc trưng của nó - giống như các vật thể thông thường trong thế giới hằng ngày của chúng ta - và rằng mỗi hành động quan sát sẽ làm nhiễu một trong các đặc trưng đó.

Bohr tiếp tục lập luận: Chính cái khởi điểm của Heisenberg đã sai khi cho rằng electron có những đặc trưng nội tại. Việc nói electron có vị trí và tốc độ chỉ có ý nghĩa trong thế giới vĩ mô. Thật vậy, những khái niệm như luật nhân quả, vị trí không gian, tốc độ, và quỹ đạo chỉ áp dụng được trong vật lí vĩ mô. Không thể “nhập cảng” những khái niệm đó vào thế giới lượng tử được.

Tranh luận của Bohr mạnh mẽ đến nỗi đã thực sự làm cho Heisenberg khó chịu. Trong khi Heisenberg lập luận rằng hành động nhìn vào vũ trụ đã làm nhiễu động các đặc trưng lượng tử thì lập trường của Bohr còn tinh tế hơn nhiều. Mỗi hành động tạo ra phép đo, ông nói, là một hành vi chất vấn vũ trụ. Câu trả lời đối với câu hỏi chất vấn này phụ thuộc vào chỗ câu hỏi ấy bị trói buộc ra sao - nghĩa là, phép đo được thực hiện ra sao. Thay vì cố gắng khám phá ra một đặc trưng lượng tử căn bản, các đặc trưng chúng ta quan sát được, theo một nghĩa xác định, là sản phẩm của bản thân hành động đo đạc. Đặt câu hỏi theo cách nào thì tự nhiên bị trói vào câu trả lời theo cách ấy. Đặt câu hỏi theo cách khác thì câu trả lời sẽ khác. Thay vì làm nhiễu động vũ trụ, câu trả lời đối với một phép đo lượng tử là một hình thức đồng sáng tạo giữa người quan sát với cái được quan sát.

Chẳng hạn, xét quỹ đạo của một tên lửa trong thế giới vĩ mô. Bạn quan sát tên lửa tại điểm A. Bây giờ, bạn quay đi và một lát sau hãy liếc nhìn lại tên lửa tại điểm B. Mặc dù bạn không nhìn tên lửa khi nó bay từ A đến B, nhưng hoàn toàn vẫn có ý nghĩa khi giả định rằng tên lửa đã thật sự đi qua một quãng đường nào đó từ A đến B. Bạn cho rằng tại mỗi thời điểm tên lửa có một vị trí và quỹ đạo hoàn toàn xác định trong không gian, bất chấp một thực tế là bạn không nhìn vào nó.

Nhưng trong thế giới lượng tử, vấn đề hoàn toàn khác. Một electron có thể cũng được quan sát tại điểm A và sau đó, muộn hơn, tại điểm B. Nhưng trong trường hợp lượng tử người ta không thể nói gì về việc electron có một quỹ đạo từ A đến B, người ta cũng không thể nói rằng khi electron không được quan sát thì nó vẫn đang có một tốc độ và một vị trí.

Hiện thực hậu hiện đại

Pauli đã nói về việc vật lí cần phải đối mặt với những mức độ chủ quan của vật chất và đương đầu thẳng thắn với tính bất hợp lí của tự nhiên. Đó là lúc vật lí, trong những thập kỉ đầu của thế kỉ 20, đã lường trước được cái mà ngày nay được gọi là chủ nghĩa hậu hiện đại (postmodernism) và “cái chết của tác giả” (the death of the author).

Tư tưởng trước đây trong văn học cho rằng mỗi cuốn sách hay một bài thơ có một chất lượng khách quan; nó mang những ý nghĩa do tác giả sáng tạo ra, và độc giả có trách nhiệm tự rút ra những ý nghĩa này trong quá trình đọc. Tại trường học, khi chúng ta đọc một vở kịch của Shakespeare hoặc phân tích một bài thơ của Milton, chúng ta được dạy là phải khám phá ra những hình ảnh, những ẩn dụ, những biểu hiện ngôn ngữ khác nhau đóng vai trò đầu mối dẫn dắt tới ý nghĩa căn bản mà tác giả muốn trình bày.

Nhưng những nghiên cứu hậu hiện đại gợi ý rằng việc đọc là một hành động mang tính sáng tạo nhiều hơn, trong đó người đọc sáng tạo và khám phá ra những ý nghĩa theo sự trải nghiệm và bề dày đọc sách của họ. Cũng vậy, tác giả sáng tác trong khung cảnh của toàn bộ lịch sử văn chương và những liên tưởng đa dạng của ngôn ngữ. Vì thế, tác giả không còn là tiếng nói có thẩm quyền cuối cùng, không phải là “người khai sinh ra mọi ý tưởng”[5]. Người đọc không còn là người chỉ tiếp nhận thông tin một cách thụ động nữa mà là người tạo cho văn bản cuộc sống của nó.

Khi Einstein nói về Chúa lòng lành, trong đầu ông có một khái niệm về nguồn tác giả tương tự như quan niệm trong giai đoạn trước đây; nghĩa là, quan niệm về một người nào đó tương tự như tác giả của một cuốn tiểu thuyết thời nữ hoàng Victoria[6]. Chúa đã sáng tạo ra vũ trụ từ chỗ không có gì, và chúng ta, với tư cách là những sản phẩm sáng tạo của Chúa, có thể tiến tới hiểu được mô hình siêu phàm của sự sáng tạo ấy. Một mô hình như thế là khách quan và tồn tại độc lập với tư tưởng, với mong muốn và khát vọng của chúng ta. Phạm vi mà mô hình này vẫn còn che giấu chúng ta chính là thước đo những hạn chế của con người khi con người đóng vai những độc giả thụ động đọc cuốn sách sáng tạo thần thánh của Chúa.

Bohr và các cộng sự của ông ngả theo lập trường gần gũi với lập trường của độc giả hậu hiện đại. Các “đặc trưng” của electron không phải là khách quan và tồn tại một cách độc lập, mà chúng tự biểu lộ trong hành động quan sát. Không có hành động quan sát, hoặc không có việc “đọc” sáng tạo, thì các “đặc trưng” của một electron không thể nói là đã tồn tại như thế. Đây là nguồn gốc căn bản dẫn tới sự tan vỡ thật sự mối quan hệ giữa Bohr và Einstein.

Einstein đã lập luận chống lại khái niệm ngẫu nhiên tuyệt đối trong thuyết lượng tử, mặc dù cuối cùng ông cũng thừa nhận rằng một quan sát lượng tử đã làm nhiễu động vũ trụ theo cách không thể dự đoán được, và rằng sự phân rã phóng xạ của một hạt nhân có lẽ hoàn toàn không thể tiên đoán được. Nhưng ông không bao giờ từ bỏ niềm tin cho rằng vũ trụ có một sự tồn tại rõ ràng.

Thậm chí, ông tin rằng nếu chúng ta gây nhiễu động vũ trụ khi chúng ta quan sát nó, nó vẫn tồn tại độc lập. Giống như một tiểu thuyết có tác giả từ thời nữ hoàng Victoria, vũ trụ đối với Einstein có một sự tồn tại thực sự và độc lập. Nó có thể bị che giấu đối với chúng ta, nhưng dẫu sao nó vẫn tồn tại. Chúng ta có thể không biết những đặc trưng riêng biệt của một electron khi chúng ta quan sát nó, nhưng những đặc trưng ấy vẫn tiếp tục tồn tại. Chúng ta có thể không biết vào thời điểm hiện tại một electron nằm ở vị trí nào, nhưng nó phải có một quỹ đạo khi nó du hành từ A tới B.

Như Einstein diễn tả, vũ trụ được xây dựng bởi “những yếu tố hiện thực độc lập”. Phải thừa nhận rằng khi chúng ta cố gắng thăm dò hiện thực, các quan sát của chúng ta sẽ làm nhiễu động sự vật. Nhưng khi chúng ta không quan sát, khi chúng ta tránh xa một hệ lượng tử, ắt phải có một hiện thực khách quan thực sự và cái hiện thực ấy phải có những tính chất xác định rõ ràng, ngay cả khi chúng ta vô tình không biết những tính chất ấy là gì.

Đó là điểm nổi bật ở Einstein. Đó là niềm tin căn bản nhất của ông, rằng có một hiện thực khách quan đằng sau những biểu lộ bên ngoài của thế giới, thậm chí cả trong phạm vi lượng tử. Thuyết tương đối của ông chỉ ra rằng mặc dù những biểu lộ bề ngoài phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của người quan sát, nhưng đằng sau những biểu lộ bề ngoài ấy là những định luật khách quan của hiện thực vật chất. Dù chúng ta có gây nhiễu động vũ trụ hay không thì nó cũng vẫn cứ tồn tại hoàn toàn độc lập với chúng ta. Có lần ông nói với một cộng sự của ông là Abraham Peds rằng ông không thể tin mặt trăng ngừng tồn tại khi ông không quan sát nó. Nhưng nếu Bohr đúng thì đối với Einstein, vũ trụ đơn giản là chẳng còn ý nghĩa gì nữa.

Trong nhiều năm, Einstein và Bohr gặp nhau để tranh luận chính tại điểm này. Einstein cố gắng tạo ra những quan sát lí tưởng (thí nghiệm tưởng tượng) để chứng minh ý nghĩa của khái niệm về một hiện thực độc lập của ông. Bohr, đến lượt mình, suy đi ngẫm lại những đề xuất của Einstein rồi cuối cùng lại tìm ra sai lầm trong lập luận của Einstein.

Những “thí nghiệm tưởng tượng” này không bao giờ biến thành thực tế nhưng được sử dụng như những bài tập thử thách trí tuệ nhằm khám phá xem một số nguyên lí cơ bản của vật lí có bị vi phạm hay không. Lấy nguyên lí Heisenberg làm ví dụ, nguyên lí này nói rằng các cặp tính chất, như momentum (động lượng) và vị trí, không thể đồng thời xác định chắc chắn tuyệt đối. Một bất định cũng liên quan tới thời gian và năng lượng. Khi các nhà vật lí cố gắng đo năng lượng của một hệ lượng tử qua những khoảng thời gian ngày càng nhỏ hơn thì mức năng lượng này ngày càng trở nên bất định hơn. Đối với Bohr, sự bất định này là cợ sở của thuyết lượng tử, trong khi đối với Einstein, thời gian và năng lượng hoặc vị trí và momentum là những hiện thực khách quan mà thuyết lượng tử “sở hữu”. Tính bất định duy nhất, theo Einstein, nằm trong sự bất lực của chúng ta hoặc sự thiếu khéo léo tinh tế trong việc đo lường các đặc trưng khách quan của những hệ như thế.

Khi Bohr và Einstein gặp nhau tại hội nghị ở Solvay[7] năm 1930, Einstein trình bày cho Bohr một thí nghiệm tưởng tượng khác. Ông nói, giả sử chúng ta có một cái hộp chứa đầy bức xạ và có một cánh cửa sổ được bấm giờ đóng mở theo từng khắc (một phần nhỏ của giây). Khoảng thời gian được tính với độ chính xác cao, và trong khoảng thời gian đó một số năng lượng vô cùng nhỏ - một photon duy nhất - sẽ thoát khỏi hộp.

Einstein phỏng đoán Bohr sẽ khẳng định lập trường cho rằng khoảng thời gian này càng ngắn thì càng bất định, và đó sẽ là tất cả những gì chúng ta biết về số năng lượng đã thoát ra. Nhưng thuyết tương đối hẹp của Einstein chỉ ra rằng năng lượng và khối lượng là tương đương, như đã được trình bày bởi công thức E=mc2. Do đó, nếu cái hộp được cân để đo khối lượng trước và sau khi cánh cửa sổ mở, nó sẽ nhẹ hơn trong lần cân sau. Hiệu số khối lượng sẽ cho kết quả đo lường chính xác có bao nhiêu năng lượng đã thoát ra. Bằng cách đó, một phép đo năng lượng chính xác đã được xác định trong một khoảng thời gian chính xác. Chính tại điểm này, Einstein tuyên bố ông đã đánh gục quan điểm của Bohr về tính bất định từ trong nền tảng của hiện thực.

Bohr cũng tài tình mưu trí không kém. Ông đã xem xét chi tiết cách thức cân đo khối lượng của chiếc hộp, rồi lập luận rằng nếu chiếc hộp được đặt lên một bàn cân lò xo khi chiếc kim của bàn cân chỉ vào so zero, năng lượng sẽ thoát ra khỏi hộp vào lúc cánh cửa sổ mở, và kết quả là, khối lượng của hộp sẽ giảm đi một chút, và do đó hộp sẽ chuyển động. Khi hộp chuyển động, đồng hồ (dùng để đo thời gian) trong hộp cũng chuyển động trong trọng trường của trái đất. Thuyết tương đối tổng quát của Einstein nói với chúng ta rằng tốc độ của đồng hồ sẽ thay đổi khi nó chuyển động trong trọng trường. Bằng cách đó, Bohr đã có thể chứng minh: Vì những biến đổi tốc độ của đồng hồ nên chúng ta càng cố gắng đo năng lượng chính xác bao nhiêu (thông qua sự thay đổi khối lượng của hộp) thì mức độ bất định trong việc xác định thời gian cánh cửa sổ mở càng lớn bấy nhiêu. Theo lập luận này, nguyên lí bất định của Heisenberg vẫn giữ nguyên giá trị, và thí nghiệm tưởng tượng của Einstein bị bác bỏ.

Những phản đối của Einstein càng lúc càng bị Bohr vô hiệu hoá. Cuối cùng, đến năm 1931, Einstein và các cộng sự của ông là Boris Podolsky và Nathan Rosen (EPR) tin rằng họ đã tìm ra một ví dụ rõ ràng đến mức ai cũng có thể hiểu được. Bằng cách lấy một hệ lượng tử rồi tách hệ đó làm hai, gọi là phần A và phần B, và bằng cách cho hai phần đó bay về hai phía ngược chiều nhau trong vũ trụ, các phép đo thực hiện đối với phần A sẽ tuyệt đối không ảnh hưởng đến phần B đã bay xa. Nhưng, căn cứ theo các định luật cơ bản về bảo toàn (tính đối xứng giữa hai nửa tương tự), chúng ta có thể rút ra một số tính chất của B (chẳng hạn như spin hoặc tốc độ) mà không cần quan sát nó.

Công trình EPR này đến với Bohr như một “tiếng sét trên trời xanh”. Ông lập tức dẹp mọi công việc khác đang làm và nhắc đi nhắc lại câu hỏi với một cộng sự của ông là Leon Rosenfeld rằng “Họ muốn nói gì? Anh có hiểu điều họ nói không?”. Cuối cùng, sau sáu tuần lễ, Bohr đã bác bỏ lập luận của Einstein. Ông bình luận về lập luận của EPR: “Họ làm điều đó thật tài tình, nhưng điều đáng nói là cần phải làm cho đúng.”[8]

Tới chỗ này, độc giả có thể thấy Bohr là một nhà tư tưởng cực kì tinh tế. Thật vây, tinh tế đến nỗi các nhà vật lí ngày nay vẫn còn bối rối khó xử trước những ẩn ý trong tư tưởng của Bohr. Đặc biệt, câu trả lời của Bohr đối với thí nghiệm EPR vẫn còn đang được thảo luận. Một trở ngại là kiểu viết lách của Bohr. Nhưng chúng ta đã biết, nhà vật lí người Đan Mạch này là một người tin tưởng sâu sắc vào nguyên lí bổ sung, nguyên lí cho rằng sự giải thích phiến diện không thể nói lên hết sự phong phú của kinh nghiệm, mà đúng ra nó và thậm chí những giải thích mang tính nghịch lí phải có mặt. Như Leon Rosenfeld, một cộng sự lâu dài của Bohr, đã nói: “Bất kể khi nào ông ấy phải viết ra một điều gì đó, trong trạng thái băn khoăn suy nghĩ về nguyên lí bổ sung, ông ấy cảm thấy phát biểu ở phần đầu của một câu phải được hiệu chỉnh bởi một phát biểu đối nghịch ở phần cuối của câu đó.”[9]

Trong thí nghiệm EPR, Einstein giữ vững niềm tin của ông rằng phải tồn tại “những yếu tố độc lập của hiện thực”. Ông đồng ý với Bohr là khi các nhà vật lí cố gắng đo đạc một hệ lượng tử, hành động quan sát sẽ làm nhiễu loạn hệ đó. Tuy nhiên, nếu quan sát chỉ một phần (phần A) của một hệ trong khi phần kia (phần B) đã nằm ở rất xa thì sẽ không có một dạng tương tác nào - không có một lực cơ học hoặc một trường ảnh hưởng nào - có thể gây nhiễu với B.

Bohr đồng ý rằng Einstein đã loại bỏ được mọi ảnh hưởng cơ học đối với hệ B; tuy nhiên, ông lập luận “thủ tục đo đạc” có một “ảnh hưởng thiết yếu” tới chính việc xác định các đại lượng vật chất biến thiên mà chúng được đo đạc”[10].

Với lập luận này, Bohr cảm thấy cuối cùng ông đã đặt một dấu chấm hết cho mọi sự phủ định đối với “Diễn giải Copenhagen” của ông về thuyết lượng tử. Không hề có “các yếu tố độc lập của hiện thực”, mà thực ra thuyết lượng tử trình bày về tính toàn vẹn của vũ trụ. Đó không phải là một vũ trụ được lắp ghép bởi một loạt các yếu tố có vẻ độc lập (quasi-independenf) trong các tương tác; cái mà chúng ta coi là các yếu tố hoặc “thành phần” thực ra là những phát lộ bên ngoài của tổng thể động lực học của các hệ lượng tử. Các đặc trưng của một hệ thống không tồn tại ở “ngoài kia” như nó tồn tại, mà được xác định thông qua nhiều phương cách khác nhau, trong đó chúng ta nghiên cứu và quan sát một hệ thống. Như Bohr đã chỉ ra, mục đích hoặc việc bố trí xếp đặt để tạo ra một phép đo - chẳng hạn việc tập hợp các công cụ lại với nhau - sẽ xác định những loại đặc trưng nào có thể được đo đạc trên một phạm vi nào đó. Với ý nghĩa này, mặc dù không có nhiễu loạn “cơ học” giữa B với các công cụ dùng để đo đạc A, nhưng theo Bohr, vẫn luôn luôn tồn tại một ảnh hưởng đối với các điểu kiện mà nó xác định các kết quả có thể có.

John Bell đã có một đóng góp thú vị trong việc tìm lời giải cho cuộc thảo luận về nghịch lí EPR. Ông chỉ ra tính tổng thể trọn vẹn lượng tử có nghĩa là hai phần A và B của hệ lượng tử vẫn tiếp tục có mối liên hệ tương quan với nhau ngay cả khi chúng bị tách xa nhau. Sẽ vô nghĩa nếu nói A tương tác với B; tuy nhiên, nói ngắn gọn là B “biết” khi một phép đo đang được thực hiện đối với A. Hoặc sẽ đúng hơn nếu nói rằng A và B vận động liên kết với nhau. Từ lâu, mối quan hệ đồng liên kết này đà được xác nhận bởi những thí nghiệm rất chính xác trong phòng thí nghiệm[11].

Bohr cảm thấy sự bác bỏ của ông đã gióng lên tiếng chuông báo tử đối với giấc mơ của Einstein về một hiện thực độc lập. Einstein, đến lượt mình, không bao giờ thoả mãn. Hai người bị cuốn xa khỏi cái điểm mà tại đó cuộc trao đối sâu sắc của họ không thể tiếp tục được nữa. Sự đổ vỡ giữa họ tượng trưng cho sự chuyển dịch tư tưởng xảy ra trong thế kỉ 20, một chuyển dịch từ luật nhân quả tới tính ngẫu nhiên, từ cái xác định tới cái bất định, từ hiện thực khách quan tới việc đọc sách theo quan điểm chủ quan. Đó là một sự chia rẽ trong vật lí vẫn còn kéo dài cho tới tận ngày nay, như một dạng của căn bệnh “schizophrenia”[12]. Nhà vật lí Basil Hiley viết về tình trạng đó như sau: “Các nhà vật lí ngoài miệng thì nói theo Bohr và phủ nhận Einstein, nhưng cuối cùng phần lớn trong số họ lại chẳng hiểu những gì Bohr nghĩ và rồi vẫn suy nghĩ như Einstein.”[13]

Tất cả chúng ta đều bị treo lơ lửng trong ngôn ngữ

Không có gì đáng ngạc nhiên khi rất nhiều nhà vật lí hiện đang làm việc vẫn tiếp tục suy nghĩ như Einstein, đơn giản vì tư tưởng của Bohr là cực kì tinh tế. Bohr đề xuất ý kiến cho rằng nguyên lí bổ sung còn mở rộng ra bên ngoài vật lí để bao trùm lên toàn bộ nhận thức. Đến đây, ông đang nêu lên câu hỏi đối với chính những giới hạn của nhận thức khi con người tìm cách nắm bắt hiện thực.

Cho tới trước cuộc phiêu lưu vào thuyết lượng tử, các nhà vật lí vẫn tư duy về vũ trụ dưới dạng những mô hình, mặc dù là những mô hình đã được toán học hoá. Mỗi mô hình là một bức tranh đơn giản hoá của hiện thực vật lí; chẳng hạn như mô hình mà trong đó một số tác động ngẫu nhiên như ma sát, lực cản của không khí, vv. đã bị bỏ qua. Nó mô phỏng bên trong mình một số đặc trưng chủ yếu của vũ trụ. Trong khi những sự kiện hằng ngày trong tự nhiên mang tính ngẫu nhiên và phụ thuộc vào tất cả những kiểu nhiễu động và khung cảnh bên ngoài thì mô hình lí tưởng hoá lại chỉ nhắm tới phần chủ yếu của các hiện tượng. Quả táo và đạn đại bác bay qua một không gian lí tưởng không có sức cản của không khí. Những quả bóng lăn trên một mặt nghiêng hoàn toàn nhẵn nhụi không có ma sát. Dòng điện chạy trong một kim loại hoàn hảo không có trục trặc. Nhiệt lan truyền từ nguồn của nó tới một chiếc máy nào đó theo một chu trình hoàn toàn cô lập (với môi trường xung quanh).

Tất cả các lí thuyết khoa học đều là lí thuyết về các mô hình lí tưởng hoá, và đến lượt chúng, các mô hình này vẽ ra những bức tranh của hiện thực. Chúng ta sẽ khảo sát khái niệm về “những bức tranh của thế giới” một cách sâu sắc hơn nữa khi chúng ta đọc về công trình của Ludwig Wittgenstein ở Chương 4. Bây giờ, chúng ta hãy xem xét lập luận của Bohr nói rằng tất cả những bức tranh và mô hình này đều dựa trên những khái niệm dính líu tới vật lí cổ điển. Và do đó chúng sẽ luôn luôn làm dấy lên nghịch lí và sự lẫn lộn khi áp dụng vào thế giới lượng tử.

Thậm chí Bohr còn đi xa hơn nữa. Các nhà vật lí có thể làm việc với các phép đo đạc, với toán học và những phương trình, nhưng khi họ gặp nhau để thảo luận về ý nghĩa của những phương trình này và mô tả công việc họ đang làm, họ lại phải nói với nhau bằng một thứ ngôn ngữ chung thông thường (bằng lời nói hoặc văn viết) mà tất cả chúng ta đều sử dụng. Phải thừa nhận rằng họ sử dụng một số lượng lớn các thuật ngữ kĩ thuật và các phương trình, nhưng phần lớn những thảo luận này diễn ra trong ngôn ngữ hằng ngày, thứ ngôn ngữ được tạo ra bởi con người - những sinh thể sống trong thế giới vĩ mô, có kích thước thể xác và tuổi thọ riêng. Quy mô vật chất ở thang bậc của con người vô cùng khác biệt với quy mô vật chất ở thang bậc nguyên tử và electron. Khi trí tuệ của con người tiến hoá thì nhận thức về khái niệm vị trí, không gian, thời gian và luật nhân quả cũng tiến hoá. Dưới hình thức căn bản nhất, chúng giúp con người sống sót và giải thích thế giới xưng quanh. Tất cả những khái niệm “vĩ mô” này đã ăn quá sâu vào trong ngôn ngữ của chúng ta đến nỗi không thể thực hiện một cuộc thảo luận nào mà không sử dụng chúng (điều này xảy ra hoàn toàn vô thức và khó nhận thấy). Nhưng khi nói về thế giới lượng tử, chúng ta nhận ra rằng đơn giản là chúng ta đang sử dụng những khái niệm không thích hợp. Khi thảo luận về những mô hình hiện thực, chúng ta tiếp tục mang toàn bộ những tư tưởng không thích hợp và không thực tế vào trong phạm vi lượng tử. Đó là lí do để Bohr tuyên bố rằng “Chúng ta đang bị treo lơ lửng trong ngôn ngữ và do đó chúng ta không biết hướng nào lên hướng nào xuống”. Dòng tư duy lan man thiếu mạch lạc của chúng ta luôn luôn xảy ra bên trong ngôn ngữ, và ngôn ngư đưa chúng ta tới bức tranh về thế giới theo một hướng nào đó, một hướng không tương thích với thế giới lượng tử[14].

Ngay khi chúng ta hỏi, “Bản chất của hiện thực lượng tử là gì?”, “Bản chất thật sự của thế giới là gì?”, “Có một hiện thực ở cấp độ lượng tử hay không?”, chúng ta đã tự làm cho mình bị rơi vào sự rắc rối của từ ngữ, tranh ảnh, hình ảnh, mô hình, và những tư tưởng của thế giới vĩ mô. Kết quả là sự lẫn lộn và nghịch lí, Bohr đã chỉ ra như vậy. Cuối cùng, giữ im lặng còn tốt hơn là tạo ra sự nhầm lẫn vô hạn về triết học; có lẽ đây là lí do vì sao những thảo luận giữa Bohr và Einstein buộc phải kết thúc trong yên lặng. Cái đã khởi đầu như một cuộc thảo luận về tính ngẫu nhiên và bất định đã phát triển thành một biến đổi căn bản trong tư tưởng của chúng ta về bản chất thật sự của hiện thực. Mối thiện cảm sâu sắc giữa Einstein và Bohr không đủ để vượt qua sự rạn nứt tăng lên trong cách tiếp cận riêng của họ đối với vật lí.

Sự biến mất của hiện thực cơ bản

Thuyết lượng tử mang khái niệm bất định vào trong vật lí; đó không phải là cái bất định nảy sinh từ sự bất khả tri mà là tính bât định nằm trong nền tảng của chính bản thân vũ trụ. Tính bất định là cái giá chúng ta phải trả để trở thành kẻ tham cuộc trong vũ trụ. Sự hiểu biết tới tận cùng có lẽ chỉ có thể có đối với những sinh thể nằm ở tít tận trên cao, ở bên ngoài vũ trụ và quan sát vũ trụ từ những tháp ngà của họ. Nhưng chúng ta, với tư cách là những sinh thể bằng xương bằng thịt, đang sống trong phần cốt lõi của thế giới vật chất. Tất cả chúng ta là những kẻ tham cuộc trong thế giới này, và lệ phí tham cuộc chúng ta phải trả là sống với một thước đo bất định.

Tính bất định cũng tồn tại theo một cách khác và thậm chí còn gây xáo trộn nhiều hơn, đó là cái bất định về chính mục tiêu của khoa học và triết học. Từ thời Hi Lạp cổ đại, con người đã hỏi thế giới được tạo nên bởi cái gì. Thông qua suy xét và thực nghiệm, họ cố gắng đạt tới một nền tảng hiếu biết cuối cùng hoặc một tư tưởng cuối cùng mà trên đó toàn bộ hiện thực được khám phá. Các nhà khoa học thế kỉ 20 đã tiệm cận tới tư tưởng về một nền tảng cuối cùng như thế bằng cách phá vỡ vật chất thành những phần ngày càng nhỏ hơn và do đó đã khám phá ra phân tử, nguyên tử, các hạt cơ bản, và cùng với chúng là thuyết lượng tử.

Nhưng rồi Niels Bohr đã thách thức khoa học và tư duy của con người tiếp tục tiến xa hơn. Gần như ông đã gợi ý rằng khoa học như chúng ta thấy cuối cùng đã đạt tới một giới hạn và không thể tiến xa hơn như một phương tiện điều tra thẩm vấn bản chất của hiện thực[15].

Khi nhà vật lí và triết học Bernard D’Espagnat nói về thế giới hạ nguyên tử như một “hiện thực bị che đậy”, ông ngụ ý rằng một cái gì đó có thật phải tồn tại đằng sau tấm màn che phủ. Bohr lại cảnh báo chúng ta chống lại những tư tưởng như thế. Chúng ta thậm chí không thể bắt tay vào thảo luận cái gì nằm sau một tấm màn che phủ như thế, hoặc thậm chí không thể nói rằng có một “cái gì đó” đằng sau tấm màn che phủ để bảo rằng nó tồn tại. Có lẽ, xét cho cùng, không có hiện thực lượng tử. Có thể hiện thực lượng tử chỉ tồn tại như một khái niệm trong tư duy của chúng ta.

Và do vậy, chúng ta vẫn còn một bí mật. Có thể không có những nền tảng đối với thế giới của chúng ta. Có thể chẳng có mục tiêu cuối cùng nào đối với cái mà khoa học có thể tự nhắm tới. Có thể những khái niệm về “sự tồn tại” và những “cấp độ nền tảng” là quá phù du đến nỗi chúng lẩn biến khỏi sự đụng chạm của chúng ta.

Một cái gì đó tương tự như thế đã xảy ra trong trào lưu triết học được gọi là “cái chết của Chúa”, một trào lưu bắt nguồn từ những tác phẩm của Nietzsche. Thay cho việc phủ nhận sự tồn tại của Chúa, ông lí luận rằng những cấu trúc xây dựng bởi con người, “quan niệm” về Chúa, ý niệm của con người về thần thánh, đã chết. Đó là những vấn đề vẫn còn nằm ở phía bên kia giới hạn của những bài thuyết trình, các khái niệm, tư tưởng, và ngôn ngữ. Những vấn đề vẫn còn tồn đọng đó là cái không thể đụng chạm tới được và không thể bị làm cho rối loạn bởi tư duy của con người được. Đó là một bí mật tuyệt đối.

Phải chăng, thuyết lượng tử nói với chúng ta rằng khoa học chỉ có thể tiến thật xa trong việc khám phá các bí mật của sự tồn tại? Phải chăng điều đó có nghĩa là tại một điểm nào đó, một bước tiến xa hơn sẽ chỉ dẫn tới một sự lẫn lộn vô ích? Thuyết lượng tử buộc chúng ta nhận rõ những giới hạn đối với khả năng của chúng ta trong việc tạo ra những hình ảnh, sáng tạo ra những ẩn dụ, và đẩy ngôn ngữ tới những giới hạn của nó. Khi chúng ta gắng sức chăm chú nhìn vào những giới hạn của tự nhiên, chúng ta đã lờ mờ nhận ra một cái gì đó ẩn giấu trong những bóng tối. Một cái gì đó chứa đựng bản thân chúng ta, ý nghĩ của chúng ta, ngôn ngữ của chúng ta, trí tuệ của chúng ta, và trí tưởng tượng của chúng ta, tất cả những cái đã bị co vào trong giới hạn của chúng.

❀ ❀ ❀

[1] Vấn đề “Ai là tác giả của thuyết tương đối hẹp?” đã trở thành một cuộc tranh luận lớn trong nhiều năm qua. Kết quả cho thấy, Hendrik Lorentz, Henri Poincaré và Albert Einstein có thể coi là ba đồng tác giả (ND).

[2] Nguyên văn tác giả viết là “đầu thế kỉ đó” (Earlier that century), nhưng thực tế là giữa thế kỉ 19 Maxwell mới xây dựng nên lí thuyết của ông (ND).

[3] Một dạng vật chất duy nhất vô hình, được các nhà giả kim thuật tin rằng nó tồn tại, và cho rằng bằng các quá trình khác nhau của việc kết hợp và phân li hoá học, từ dạng vật chất vô hình đó có thể chắt lọc ra tất cả các dạng vật chất nhìn thấy khác (ND).

[4] Vì một lượng tử không thể phân chia và chia sẻ giữa người quan sát với cái được quan sát, vật lí không thể nói liệu một photon cá biệt được tạo ra bởi công cụ đo đạc hay bởi electron được quan sát, hoặc bởi cùng cả hai. Vì lí do này nên chúng ta không thể tính toán được hiệu quả của những nhiễu động đối với tốc độ và vị trí, do đó không thể giảm thiểu tính bất định.

[5] Nguyên văn: “onlie begetter”, ý nói cha đẻ của mọi ý tưởng của tác phẩm (ND).

[6] “Victorian novel” - Tiểu thuyết thời Victoria, thời thịnh trị của văn học Anh với những tác giả nổi tiếng như chị em nhà Bronte (Ann, Emily, Charlotte Bronte), Charles Dickens, George Eliot, Oscar Wilde, v.v. (ND).

[7] Một thành phố tại Bỉ, nơi diễn ra các Hội nghị Quốc tế về vật lí, kể từ hội nghị đầu tiên năm 1911 (ND).

[8] Đây là bình luận của Leon Rosenfeld về Bohr. Xem Quantum Theory and Measurement của John Archibald Wheeler và Wojcieh Hubert Zurek, NXB Princeton University Press, Princeton NJ.1983.

[9] Xem Glimpsing Reality: Ideas in Physics and the Link to Biology của Paul Beckley và F. David Peat, NXB University of Toronto Press, Toronto, 1996.

[10] Nếu độc giả thấy lập luận này khó hiểu thì các nhà tư tưởng trong vật lí lí thuyết và triết học khoa học cũng cảm thấy bối rối khó xử với điều đó.

[11] Đây là cơ sở của một hiện tượng rất kì quặc trong thế giới lượng tử mà Einstein gọi là một “tương tác ma quái” (spooky interaction): Một hạt photon có thể đồng thời cùng một lúc tồn tại ở hai vị trí hoàn toàn cách biệt. Công nghệ hiện đại đang nghiên cứu ứng dụng hiện tượng này để chuyên thông tin “tức thời”, được gọi là công nghệ “viễn tải lượng tử” (teleportation) (ND).

[12] Một dạng bệnh thần kinh đặc trưng bởi những biểu hiện không bình thường trong nhận thức hoặc diễn đạt thế giới hiện thực (ND).

[13] Basil Hiley nói điều này với tác giả trong lúc chuyện trò.

[14] Wheeler và Zurek, sđd.

[15] Với tư cách một người trẻ tuổi, David Bohm đã tranh luận vấn đề hiện thực này với Einstein trong một loạt thư từ. Einstein kiên quyết giữ vững niềm tin vào một hiện thực độc lập mà con người có thể tiệm cận tới nó thông qua lí trí. Trong thư trả lời, Bohm lập luận rằng có lẽ bên dưới cấp độ hiểu biết của chúng ta hiện nay có thể có những cấp độ khác, tuy nhiên chúng ta không thể hình dung và thăm dò những cấp độ đó được. Trong suốt hai trăm năm, vật lí của Newton đã đủ để mô tả thế giới - nó đã giải thích được rất nhiều hiện tượng tự nhiên trong hết trường hợp này đến trường hợp khác. Chỉ với những thí nghiệm tinh tế hơn vào cuối thế kỉ 19 thì vật lí mới phát hiện ra những hiện tượng không nhất quán trong các định luật của Newton và do đó chúng ta đã bước vào thế giới lượng tử. Nhưng như Bohm đã chỉ ra, thuyết lượng tử chỉ thực sự cần thiết khi chúng ta đụng tới những khoảng cách và khoảng thời gian cực kì nhỏ bé hoặc với những năng lượng rất cao. Đối với phần thế giới còn lại, chúng ta chỉ cần tới vật lí cổ điển (tức vật lí của Newton). Điều đó có nghĩa là trong thế giới hằng ngày, chúng ta hoàn toàn không có cảm giác gì với những hiện tượng xảy ra ở thế giới bên dưới nó – thế giới ở cấp độ nguyên tử hoàn toàn bị che đậy đối với những kinh nghiệm thông thường đến nỗi khoa học phải mất tới hai trăm năm để phát hiện ra nó. Nhưng điều gì sẽ xuất hiện nếu có một thế giới khác nằm ở cấp dưới cấp độ lượng tử? Có thể khoa học sẽ mất rất nhiều thập kỉ để phát hiện ra một thế giới ẩn giấu dưới cấp độ đó. Và điều gì sẽ diễn ra nếu bên dưới cấp độ đó lại có những cấp độ khác nữa, và cứ như thế tiếp tục mãi mãi? Có thể hiện thực là vô hạn về mức độ tinh vi, và có thể khoa học sẽ chỉ thâm nhập một chút xíu trên bề mặt của nó mà thôi. Bohm nhìn khoa học như một quá trình tiếp diễn vô giới hạn. Tuy nhiên, tại mỗi bước, việc vén bí mật tiếp theo sẽ trở nên ngày càng khó khăn hơn cho đến lúc nào khoa học phải tự từ bỏ tham vọng vì kiệt sức. Tuy nhiên, Bohr lập luận rằng khả năng thâm nhập vào trong “hiện thực cuối cùng” nào đó của thế giới lượng tử sẽ rơi vào tình trạng nhập nhằng và lẫn lộn. Thậm chí, các khái niệm của Bohm về các cấp độ và những tư tưởng về hiện thực căn bản và tận cùng cũng đều là những hình ảnh ở cấp độ con người mà thôi. Chẳng hạn, chúng đều dựa trên những phép ẩn dụ về mặt cấu trúc. Chính lúc chúng ta hỏi những câu hỏi như thế là lúc chúng ta tạo nên những thành kiến đối với việc nghiên cứu của chúng ta.