[Phần mềm di động: BoKeYuan] Nghiên cứu khoa học dựa trên mối quan hệ giữa thực tế tự nhiên quan sát được và mô tả lý thuyết về thực tế này được diễn đạt bằng ngôn ngữ toán học. Nếu tất cả các hệ quả của một lý thuyết đều được xác nhận bằng thực nghiệm thì lý thuyết đó được coi là hợp lệ. Phương pháp này đã được sử dụng trong gần bốn trăm năm và đã tạo nên một khối lượng kiến thức nhất quán. Nhưng tất cả những tiến bộ này đều nhờ vào sự khéo léo và trí tuệ tiên phong của con người, những người vẫn có thể bám víu vào những niềm tin và định kiến có từ trước của mình. Điều này có thể ảnh hưởng đến sự tiến bộ của khoa học, ngay cả đối với những bộ óc vĩ đại nhất (như Einstein).
Sai lầm đầu tiên: hằng số vũ trụ
Trong kiệt tác của Einstein, thuyết tương đối rộng, ông đã viết ra các phương trình mô tả cách vũ trụ tiến hóa theo thời gian. Lời giải cho phương trình này cho thấy vũ trụ không ổn định, thay vì là một quả cầu khổng lồ có thể tích không đổi với các ngôi sao trượt xung quanh như người ta vẫn tin vào thời điểm đó. Vào đầu thế kỷ 20, người ta tin rằng chúng ta đang sống trong một vũ trụ tĩnh, trong đó chuyển động của các ngôi sao là không thay đổi. Có lẽ điều này là do Aristotle đã nói rằng bầu trời thì không thay đổi, không giống như trái đất thì chuyển động.
Ý tưởng này nêu ra một điều bất thường trong lịch sử: vào năm 1054, người Trung Quốc chúng tôi nhận thấy một luồng sáng mới trên bầu trời, nhưng không có ghi chép lịch sử nào của châu Âu đề cập đến điều này. Tuy nhiên, tình trạng này có thể xuất hiện cả ngày và kéo dài trong nhiều tuần. Đó là một siêu tân tinh, một ngôi sao đang chết, tàn tích của nó vẫn có thể được nhìn thấy dưới dạng Tinh vân Con Cua. Hệ tư tưởng thống trị ở châu Âu đã ngăn cản mọi người chấp nhận một hiện tượng hoàn toàn trái ngược với ý niệm bầu trời là bất biến. Siêu tân tinh là một sự kiện cực kỳ hiếm gặp, trung bình chỉ có thể quan sát bằng mắt thường một lần mỗi thế kỷ.
Lần cuối cùng điều này xảy ra là vào năm 1987, vì vậy Aristotle gần như đã đúng về bầu trời bất biến, ít nhất là trên quy mô cuộc sống con người. Để duy trì sự nhất quán với ý tưởng về một Vũ trụ tĩnh, Einstein đã đưa một hằng số vũ trụ học vào các phương trình, giúp "đóng băng" trạng thái của Vũ trụ. Trực giác đã dẫn ông đi sai đường: năm 1929, khi Hubble chứng minh rằng vũ trụ đang mở rộng, Einstein thừa nhận rằng ông đã phạm "sai lầm lớn nhất của mình".
Sai lầm thứ hai: tính ngẫu nhiên lượng tử
Cơ học lượng tử, phát triển gần như đồng thời với thuyết tương đối, mô tả vật lý ở thang đo vô cùng nhỏ (thang đo Planck), và Einstein đã có đóng góp to lớn cho lĩnh vực này vào năm 1905 khi ông giải thích hiệu ứng quang điện là sự va chạm giữa các electron và photon, các hạt vô cùng nhỏ mang năng lượng thuần túy. Nói cách khác, ánh sáng, vốn được mô tả theo truyền thống là sóng, lại hoạt động như một dòng hạt, và chính sự tiến bộ này, chứ không phải thuyết tương đối, đã giúp Einstein giành được giải Nobel năm 1921. Nhưng bất chấp đóng góp to lớn này, ông vẫn kiên quyết phản đối ý tưởng cho rằng thế giới các hạt lượng tử không tuân theo thuyết quyết định luận chặt chẽ của vật lý cổ điển.
Thế giới lượng tử mang tính xác suất; chúng ta chỉ biết cách dự đoán khả năng xảy ra của một điều gì đó trong một phạm vi khả năng nhất định. Trong sự mù quáng của Einstein, chúng ta lại thấy ảnh hưởng của triết học Hy Lạp. Plato dạy rằng tư tưởng phải duy trì tính lý tưởng, không bị ảnh hưởng bởi những tai nạn của thực tế, một tư tưởng cao quý nhưng không tuân theo các nguyên tắc của khoa học. Kiến thức đòi hỏi sự đồng ý hoàn toàn với mọi sự kiện được dự đoán, trong khi niềm tin dựa trên xác suất, xuất phát từ những quan sát một phần.
Bản thân Einstein tin rằng tư duy thuần túy có thể nắm bắt hoàn toàn thực tế, nhưng tính ngẫu nhiên lượng tử lại mâu thuẫn với giả định này. Trên thực tế, tính ngẫu nhiên này không phải là nhiễu thuần túy vì nó bị hạn chế bởi nguyên lý bất định của Heisenberg. Nguyên lý này áp đặt tính quyết định tập thể lên các nhóm hạt. Bản thân electron là tự do vì chúng ta không biết cách tính quỹ đạo của nó khi nó rời khỏi lỗ trống, nhưng một triệu electron vẽ ra một mô hình nhiễu xạ cho thấy các vân sáng và tối mà chúng ta biết cách tính toán.
Nhưng Einstein không chấp nhận thuyết bất định cực đoan này khi ông kết luận một cách khiêu khích: Chúa không chơi trò xúc xắc với vũ trụ. Einstein đã hình dung ra sự tồn tại của các biến số ẩn, những con số chưa được khám phá ngoài khối lượng, điện tích và độ quay mà các nhà vật lý sử dụng để mô tả các hạt. Nhưng các thí nghiệm không ủng hộ quan điểm này. Không thể phủ nhận rằng sự tồn tại của thực tại nằm ngoài tầm hiểu biết của chúng ta và chúng ta không thể biết mọi thứ về thế giới vô cùng nhỏ bé này.
Sự ngẫu nhiên của trí tưởng tượng
Trong quá trình thực hiện phương pháp khoa học, vẫn còn một giai đoạn chưa hoàn toàn khách quan. Đây là lý do tại sao các lý thuyết được khái niệm hóa, và Einstein đã đưa ra một ví dụ nổi tiếng về điều này thông qua một thí nghiệm tư duy: trí tưởng tượng quan trọng hơn kiến thức. Trên thực tế, khi một nhà vật lý xem xét các quan sát khác nhau, ông ta phải tưởng tượng ra một định luật cơ bản. Đôi khi, một số mô hình lý thuyết cạnh tranh nhau để giải thích một hiện tượng, và chỉ đến lúc này logic mới thắng thế. Chức năng của trí thông minh không phải là khám phá mà là chuẩn bị, và nó chỉ hữu ích khi phục vụ cho nhiệm vụ, để tiến trình của tư duy đến từ cái gọi là trực giác.
Đây là bước nhảy vọt về mặt trí tuệ vượt ra ngoài lý trí thuần túy, trong đó ranh giới giữa khách quan và chủ quan không còn hoàn toàn vững chắc nữa. Những suy nghĩ xuất phát từ các tế bào thần kinh được kích hoạt bởi các xung điện từ, một số trở nên đặc biệt năng động, như thể có một mạch ngắn giữa các tế bào nơi sự ngẫu nhiên diễn ra. Nhưng những trực giác hay “bông hoa” của tinh thần con người này lại khác nhau ở mỗi người. Bộ não của Einstein đưa ra phương trình “E=mc2” trong khi bộ não của Proust đưa ra một phép ẩn dụ đáng ngưỡng mộ. Trực giác xuất hiện một cách ngẫu nhiên, nhưng tính ngẫu nhiên này bị hạn chế bởi kinh nghiệm, văn hóa và kiến thức của mỗi người.
Ưu điểm của sự ngẫu nhiên
Đây không hẳn là tin tức gây sốc, vì có một thực tế nằm ngoài tầm hiểu biết của trí tuệ chúng ta. Nếu không có tính ngẫu nhiên, chúng ta sẽ hành động theo bản năng và thói quen, mọi thứ khiến chúng ta trở nên dễ đoán. Những gì chúng ta làm hầu như chỉ giới hạn ở cấp độ thực tại đầu tiên này, với những mối quan tâm và nhiệm vụ tầm thường cần phải hoàn thành. Nhưng vẫn còn một tầng thực tế khác mà trong đó tính ngẫu nhiên rõ ràng là đặc điểm chính và không có nỗ lực hành chính hay học thuật nào có thể thay thế được phép màu của sự may rủi mà những con người vĩ đại sở hữu. Einstein là hình mẫu của sự đổi mới và tinh thần tự do, nhưng ông vẫn còn giữ những định kiến của mình.
"Sai lầm đầu tiên" của Einstein có thể được tóm tắt như sau: Tôi đã từ chối tin vào nguồn gốc của vũ trụ. Tuy nhiên, thí nghiệm đã chứng minh ông sai, và phán quyết của ông rằng Chúa đã chơi xúc xắc có nghĩa là "Tôi từ chối tin vào sự may rủi". Tuy nhiên, cơ học lượng tử chứa đựng tính ngẫu nhiên bắt buộc. Những lời của ông đặt ra câu hỏi liệu ông có tin vào Chúa trong một thế giới không có sự ngẫu nhiên hay không, điều này sẽ hạn chế rất nhiều sự tự do của chúng ta vì chúng ta sẽ bị giới hạn trong thuyết quyết định luận tuyệt đối, điều mà Einstein đã kiên quyết bác bỏ. Với ông, bộ não con người phải có khả năng biết được vũ trụ là gì. Heisenberg khiêm tốn hơn nhiều khi nói với chúng ta rằng vật lý chỉ giới hạn trong việc mô tả phản ứng của tự nhiên trong những hoàn cảnh cụ thể.
Thuyết lượng tử cho rằng chúng ta không thể hiểu hết được, nhưng nó mang lại tính ngẫu nhiên, gây ra sự bực bội và nguy hiểm, nhưng cũng có lợi ích. Con người chỉ có thể thoát khỏi quy luật của thế giới này trong một thời gian ngắn. Những khoảnh khắc dừng lại, những khoảnh khắc chiêm nghiệm, những khoảnh khắc trực giác thuần túy… chính những khoảnh khắc lóe sáng này đã mang lại cho anh khả năng trở thành một “siêu nhân”. Albert Einstein, một nhà vật lý huyền thoại, là ví dụ hoàn hảo về một người đàn ông có trí tưởng tượng mạnh mẽ. Do đó, việc ông bác bỏ tính ngẫu nhiên là một nghịch lý, vì tính ngẫu nhiên giúp trực giác trở nên khả thi, cho phép các quá trình sáng tạo trong cả khoa học và nghệ thuật.
Vườn Boco | Văn bản: François Vannucci/The Conversation
BoKeYuan｜Khoa học, công nghệ, nghiên cứu, khoa học phổ thông
Theo dõi [Bokeyuan] để xem thêm nhiều khoa học vũ trụ đẹp hơn
