Một số vấn đề triết lý của vật lý hiện đại

Đỗ Kiên Cường
09:02' SA - Thứ ba, 26/05/2009

Với tư cách là triết học tự nhiên, vật lý có vai trò quan trọng trong bản thể luận và nhận thức luận. Cơ học Newton hay quyết định luận Laplace từng chi phối nhận thức và hành động của toàn nhân loại. Vật lý hiện đại cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Dưới đây là một số nhận thức cá nhân về các vấn đề triết lý, cũng như mối quan hệ giữa vật lý hiện đại với các lĩnh vực khoa học khác.

Vật lý hiện đại là gì?

Trong thế kỷ XX, thuyết tương đối và cơ lượng tử vẫn được xem là hai nền tảng của vật lý hiện đại. Sang thế kỷ XXI, điển hình nhất của vật lý hiện đại là thuyết hấp dẫn lượng tử, một lý thuyết tổng hợp của tương đối và lượng tử luận. Chính xác hơn, hấp dẫn lượng tử là sự thống nhất giữa thuyết tương đối tổng quát (lý thuyết hấp dẫn Einstein) và mô hình tiêu chuẩn của vật lý hạt (lý thuyết lượng tử thống nhất về ba tương tác mạnh, yếu và điện từ). Có nhiều lý thuyết hấp dẫn lượng tử, nhưng phổ biến nhất là lý thuyết dây và lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng (loop quantum gravity) [1].

Lý thuyết dây xem vũ trụ cấu trúc từ các dây một chiều, màng hai chiều hay các thực thể nhiều chiều hơn [2]. Giống sợi dây đàn khi dao động sẽ tạo ra các nốt nhạc, dây hay màng khi dao động trong không - thời gian 11 chiều sẽ tạo mọi hạt cơ bản đã biết và chưa biết, cũng như mọi đặc trưng vật lý của chúng, như điện tích hay khối lượng.

Là tiếp cận xuất phát từ vi mô, nên lý thuyết dây đạt nhiều thành công trong bài toán thống nhất vật chất và tương tác. Nó cũng góp phần giải quyết những vấn đề nan giải như tại sao chỉ 4 chiều không - thời gian trải rộng ra sau Vụ nổ lớn hay bài toán về bức tường Planck. Nhược điểm căn bản của nó là phụ thuộc nền, khi nó viết phương trình chuyển động của dây trong một không - thời gian phi lượng tử tồn tại trước. Nói cách khác, không - thời gian không xuất hiện từ bản thân lý thuyết [3].

Ngược lại, lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng của Smolin xuất phát từ vĩ mô, xem không - thời gian cấu trúc từ các lượng tử (lượng tử không gian là độ dài Planck 10-33 cm, lượng tử thời gian là thời gian Planck 10-43 giây). Như trong trò chơi ghép hình, các lượng tử kết nối nhau tạo nên không - thời gian và vũ trụ. Môn đệ của trường phái này xem hấp dẫn lượng tử vòng còn cơ bản hơn dây hay màng, vì chính các lượng tử không - thời gian cũng cấu trúc nên dây hay màng (có kích thước tiêu chuẩn gấp khoảng 10 lần độ dài Planck). Ưu điểm lớn của lý thuyết là không phụ thuộc nền, vì không - thời gian xuất hiện rất tự nhiên trong khuôn khổ logic của lý thuyết. Nhược điểm chính của nó là bài toán thống nhất, nơi lý thuyết dây có ưu thế vượt trội [3].

Hiện cộng đồng vật lý lý thuyết cho rằng, có thể dây và vòng là hai mặt của một vấn đề, vì ưu điểm của lý thuyết này lại là nhược điểm của lý thuyết kia [4]. Tuy nhiên những khó khăn kỹ thuật (chưa có loại toán học tương thích) khiến sự phát triển của từng lý thuyết cũng như sự thống nhất giữa chúng đang lâm vào bế tắc. Sau cuộc cách mạng lần 2 của Witten năm 1995, lý thuyết dây chưa đạt được thành tựu nổi bật nào trong 10 năm qua. Hấp dẫn lượng tử vòng cũng lâm vào tình trạng tương tự.

Vật lý hiện đại và vũ trụ học:

Trước lý thuyết dây và lý thuyết vòng, vũ trụ học đã xây dựng được mô hình tiêu chuẩn cho mình là lý thuyết giãn nở lạm phát. Theo thuyết lạm phát, vũ trụ khởi thủy từ Vụ nổ lớn khoảng 13.7 tỷ năm trước, trải qua giai đoạn giãn nở nhanh hơn ánh sáng (lạm phát) tại thời điểm 10-35 s sau Big Bang để đi đến trạng thái đồng nhất và đẳng hướng hiện tại [5].

Cần lưu ý lý thuyết Big Bang chỉ mô tả tiến hóa vũ trụ sau vụ nổ, chứ không mô tả bản thân vụ nổ. Đó là nhiệm vụ của các lý thuyết hấp dẫn lượng tử, vì chỉ chúng mới đủ thẩm quyền phán xét về Vụ nổ lớn hay lỗ đen, là những thực tại vật lý vừa nhỏ (để không thể bỏ qua các hiệu ứng lượng tử) vừa nặng (để không thể bỏ qua các hiệu ứng tương đối). Cho đến nay, có hai mô hình vũ trụ xuất phát từ lý thuyết dây là mô hình tiền Big Bang và mô hình tuần hoàn.

Mô hình tiền Big Bang do Veneziano, cha đẻ của lý thuyết dây, đưa ra năm 1991 [6]. Theo đó trong một vũ trụ đang hiện hữu, xuất hiện một vùng hấp dẫn đủ mạnh để hút vật chất co về Vụ co lớn. Khi co đến kích thước Planck thì Vụ co lớn đảo ngược thành Vụ nổ lớn. Vũ trụ chúng ta chính là một vụ nổ như thế khoảng 13.7 tỷ năm trước. Nói cách khác, tiền Big Bang chính là Big Crunch.

Năm 2001, Steinhardt (đồng tác giả của thuyết vũ trụ lạm phát) và bốn đồng nghiệp đưa ra mô hình tuần hoàn cũng dựa trên lý thuyết dây [7]. Theo họ thì vũ trụ chúng ta là một màng đa chiều trôi trong không gian nhiều chiều hơn. Vụ nổ 13.7 tỷ năm trước là một va chạm giữa màng chúng ta với một màng khác nằm song song theo chiều dư. Va chạm có thể xẩy ra nhiều lần, trước va chạm hai màng co lại, sau va chạm hai màng giãn nở. Với chúng ta, những người đang sống trên một màng, cú va chạm đó chính là Big Bang.

Vậy lý thuyết nào trong số ba lý thuyết trên mô tả thực tại chính xác hơn? Câu trả lời có thể đến khá nhanh. Trong vòng 10 năm tới, các vệ tinh Planck, LIGO và VIRGO sẽ được phóng lên qui đạo nhằm thu thập số liệu về sóng hấp dẫn. Khi đó hoặc một kịch bản vượt vũ môn, hoặc cả ba đều đúng hay đều sai. Và khoa học sẽ đi tìm một mô hình vũ trụ mới, có thể có đường nét của các mô hình cũ.

Vật lý hiện đại và tôn giáo:

Thiên chúa giáo là một tôn giáo đặc biệt trên quan điểm nhận thức học. Cho đến thời Phục hưng, chính nó đã bảo tồn các giá trị khoa học của hai nền văn minh Hy Lạp và La Mã. Sau 15 thế kỷ, quan điểm của thánh Augustine về bản chất của thời gian vẫn không lạc hậu so với quan điểm hiện đại (“Thượng Đế tạo ra vũ trụ cùng với thời gian chứ không phải trong thời gian”) [8]. Theo người viết bài này, đây là tôn giáo duy nhất mà nhà tu hành đồng thời có thể là nhà khoa học. Nhiều người đồng ý với Prigogine khi ông cho rằng Thiên chúa giáo góp phần khai sinh khoa học, vì quan niệm Thượng Đế điều khiển vũ trụ bằng các qui luật. Ở Việt Nam cố học giả Trần Đình Hượu cũng xem tôn giáo là cái túi chứa những gì chưa biết [9] ; và sự suy nghiệm về tôn giáo có thể dần biến cái chưa biết thành cái biết (người viết chưa có điều kiện khảo cứu xem Prigogine và Trần Đình Hượu có lập thuyết đồng thời hay không). Cần nhấn mạnh tính duy lý của người phương Tây, khi họ tìm hiểu chính bản thân Thượng Đế, và do đó tìm ra khoa học!

Mối quan hệ giữa Thiên chúa giáo và vật lý đã diễn tiến khá lạ lùng. Từng thiêu Bruno trên giàn lửa và buộc Galilee từ bỏ niềm tin khoa học, nhưng Thiên chúa giáo lại là người đầu tiên ủng hộ thuyết Big Bang năm 1951, khi nó còn ở thế ngang ngửa với thuyết vũ trụ dừng. Và thật ngược đời, trong sự phát triển cao độ của vật lý hiện đại, cùng với Phật giáo, Thiên chúa giáo đang rất tự tin rao giảng niềm tin. Theo đó thì chính các lý thuyết về nguồn gốc vũ trụ cho thấy đấng tòan năng có thật!

Thuyết Big Bang cho thấy, các hằng số vũ trụ có giá trị chính xác để con người xuất hiện. Chỉ cần một hằng số thay đổi giá trị 1%, vũ trụ đã diễn tiến khác hẳn và con người không thể xuất hiện để băn khoăn luận giải về vũ trụ. Rất nhiều nhà khoa học xem đó là dấu hiệu của vũ trụ được thiết kế; và có thể gọi đó là nguyên lý sáng tạo vạn năng hay chính là Thượng Đế.

Một cách lý giải khác là lý thuyết đa vũ trụ (multiverse, chữ dùng của Martin Rees), theo đó vũ trụ chúng ta chỉ là một trong vô vàn các đơn vũ trụ (universe) mà thôi. Các đơn vũ trụ có thể có hệ qui luật bất kỳ, và vũ trụ chúng ta chỉ tình cờ có hệ qui luật phù hợp với sự sống. Smolin đã mở rộng quan điểm chọn lọc tự nhiên từ sinh học sang vũ trụ học như vậy [10].

Nhiều nhà khoa học, như Trịnh Xuân Thuận, không đồng ý như vậy, khi cho rằng đó là sự lãng phí, theo nguyên lý lưỡi dao Occam [11]. Bỏ qua vấn đề tình cảm (Trịnh Xuân Thuận xem chọn nguyên lý sáng tạo là chọn sự hy vọng) thì người viết bài này cho rằng, đa vũ trụ mới chính là tiết kiệm. Với đa vũ trụ, Thượng Đế không phải làm gì cả; trong khi ngược lại, Thượng Đế rất vất vả trong việc lựa chọn hệ qui luật và tính tóan các hằng số. Theo Roger Penrose thì xác suất của vũ trụ chúng ta chỉ là , một con số mà ngay đấng tòan năng cũng rối trí [12]!

Bỏ qua vấn đề kỹ thuật thì việc lựa chọn giữa hai khả năng, đa vũ trụ hay nguyên lý sáng tạo, là không thỏa đáng về mặt nhận thức. Không nên so sánh hay lựa chọn giữa giả thuyết khoa học và niềm tin tôn giáo. Theo Smolin thì đó là thời điểm khoa học biến thành tôn giáo; chí ít thì đó cũng là việc dùng khoa học luận giải tôn giáo [13] . Theo quan điểm cá nhân, đó không phải là điều tốt cho cả hai (xin nói thêm là Trịnh Xuân Thuận không trả lời câu hỏi người viết gửi qua mạng khi ông về thuyết giảng tại Việt Nam năm trước, có thể do mạng trục trặc). Tuy nhiên với các lý thuyết vũ trụ mới dựa trên lý thuyết dây thì có lẽ bài tóan đã được giải quyết. Cả hai mô hình tiền Big Bang và tuần hòan đều mở ra khả năng đa vũ trụ.

Phật giáo và vật lý hiện đại có chung mối quan tâm khác. Đó là bài tóan hữu - vô mang tính bản thể. Đa vũ trụ từ đâu xuất hiện và xuất hiện như thế nào? Câu trả lời là xuất hiện từ hư vô và do tính bất định Heisenberg. Vậy tổng năng lượng của đa vũ trụ bằng bao nhiêu và nó có bảo tòan trong quá trình sinh diệt các đơn vũ trụ không ngưng nghỉ hay không? Câu trả lời là tổng năng lượng bằng không, vì năng lượng chứa trong các cấu trúc vật chất là dương còn năng lượng hấp dẫn giữa chúng là âm, và chúng có giá trị bằng nhau. Vì thế tổng năng lượng được bảo tòan và luôn luôn bằng không. Vẫn hiện hữu mà vẫn lại là số không, vũ trụ chính là minh họa điển hình của triết lý sắc sắc không không Phật giáo về mặt ngôn ngữ [14]. Không lạ khi nhiều nhà khoa học cùng viết sách về vũ trụ luận với nhà sư.

Cá nhân người viết bài này cho rằng, Phật giáo và vật lý hiện đại không quan hệ gì với nhau. Chính xác hơn thì giáo lý đạo Phật, cũng như các triết thuyết và tôn giáo phương Đông khác, tuy bước đầu có tính duy vật và biện chứng, nhưng đó chỉ là cái nhìn mang tính chất tổng hợp sơ bộ mà thôi. Trong khi đó vật lý hiện đại đã đi qua giai đọan phân tích khoa học để vươn tới giai đọan tổng hợp chung kết, theo giả thuyết tam đọan của nhận thức nhân lọai mà người viết bài này đã đưa ra năm 2003 [15]. Không nên quên rằng, giáo lý tôn giáo là hệ thống logic dựa trên niềm tin; còn lý thuyết khoa học là hệ thống kiến thức dựa trên sự phủ định. Theo Popper thì một lý thuyết chỉ được xem là khoa học khi nó chứa đựng các yếu tố tự phủ định để tạo điều kiện cho lý thuyết mới ra đời. Nói cách khác, tôn giáo mong chờ sự đồng cảm, còn khoa học tồn tại nhờ sự phủ định. Theo thiển ý cá nhân, mọi tranh cãi giữa khoa học và tôn giáo đều là sự lạc đường. Xin nói thêm để tránh hiểu lầm rằng, cá nhân người viết bài này cho rằng, thậm chí tôn giáo có thể cĩ vai trò quan trọng hơn cả khoa học trong cuộc sống con người.

Vật lý hiện đại và dị thường học:

Trong trào lưu Tân Kỷ nguyên (The New Age), thường xuyên xuất hiện các cố gắng dùng vật lý hiện đại biện minh và lý giải các hiện tượng dị thường như đĩa bay, người ngòai hành tinh, du hành xuyên không thời gian, du hành tới tương lai… Chẳng hạn khi Kip Thorne (Viện công nghệ California) đưa ra khái niệm lỗ sâu đục (wormhole) dựa trên thuyết hấp dẫn Einstein, nhiều người xem đó là kênh xuyên không thời gian để du hành tới mọi vùng vũ trụ, thậm chí quay ngược về quá khứ. Hay hiệu ứng giãn thời gian khi chuyển động nhanh gần bằng ánh sáng của thuyết tương đối hẹp được dùng để giải thích khả năng du hành vào tương lai. Rồi hiệu ứng rối lượng tử được dùng để viễn tải đồ vật, thậm chí con người, đi xa vạn dặm; và vật chất tối hay năng lượng tối được dùng để giải thích linh hồn, ma quỉ, nhân điện hay “năng lượng sinh học”… Tuy nhiên, các nguyên lý khoa học hay khả năng công nghệ không cho phép những khả năng huyền diệu đó biến thành hiện thực trong vũ trụ với hệ qui luật đã biết của chúng ta [16].

Vật lý hiện đại và một số lĩnh vực khác:

Trong các khoa học về sự sống, các quan niệm về điện từ sinh học hay quang lượng tử mở ra một khả năng mới trong việc tìm hiểu và tác động lên các cấu trúc và chức năng sinh học. Nó góp phần hiện đại hóa ngành y tế hay lý giải những bí ẩn của sự sống và các huyền bí phương Đông như châm cứu, khí công, yoga… [17] . Từ sau khám phá cấu trúc ADN, tiến bộ trong sinh học thường đi kèm với những phát triển công nghệ dựa trên thành tựu vật lý (như hiển vi chui ngầm, tạo ảnh cộng hưởng từ MRI hay bằng bức xạ positron PET…).

Vật lý hiện đại đóng góp nhiều cho sự phát triển nhận thức khoa học; và kỳ lạ thay, nó cũng có vai trò lớn trong việc chỉ ra giới hạn của nhận thức. Nói chung lòai người nhận thức chủ yếu bằng suy luận và quan sát. Suy luận thì bị giới hạn vì định lý không đầy đủ Godel (nói rằng một hệ logic bất kỳ không thể tự hiểu bản thân). Còn quan sát thì bị giới hạn vì tính bất định (xem rằng không thể xác định chính xác đồng thời các đại lượng vật lý liên hợp, như tốc độ và vị trí hay năng lượng và thời gian). Nói cách khác, lòai người cần từ bỏ hy vọng có thể tính tóan hay đo đạc bất cứ sự biến nào trong vũ trụ [18] .

Vật lý hiện đại, cụ thể là thuyết tương đối và nguyên lý bất định, cũng góp phần sản sinh ra một số trào lưu nghệ thuật. Tuy nhiên đóng góp lớn nhất của vật lý đối với nghệ thuật chính là ở chỗ, vật lý có thể không bao giờ giải thích được bí ẩn cuối cùng của vũ trụ là sự tồn tại của chính bản thân vũ trụ. “Một ngày kia các nhà vật lý có thể tìm ra lý thuyết thống nhất mô tả mọi thực thể vật lý, nhưng họ có thể không bao giờ cho chúng ta biết cái gì đã thổi lửa vào hệ phương trình của họ và cái gì đã hiện thực hóa chúng trong vũ trụ hiện hữu”. Cùng những câu hỏi ngàn đời khác, “trả lời chúng có thể là câu hỏi không bao giờ chấm dứt” [19] .

Và đó chính là một trong những lý do tồn tại vĩnh hằng của nghệ thuật hay tôn giáo.

Tp. Hồ Chí Minh 12-7-2005


Tài liệu tham khảo:

1. Smolin L (2003), How far are we from the quantum theory of gravity?, arXiv:hep-th/0303185 v2
2. Greene B (2000), The Elegant Universe, Vintage Books, N.Y.
3. Smolin L (2004), Atoms of space and time, Scientific American, vol 290, No1, January 2004, pp 56-65
4. Greene B (2004), The Fabric of the Cosmos, Alfred A. Knopf, N.Y.
5. Guth A (1997), The Inflationary Universe, Perseus, Mass.
6. Veneziano G (2004), The myth of the beginning of time, Scientific American, vol 290, No5, May 2004, pp 30-39
7. Steinhardt PJ, Turok N (2002), A cyclic model of the universe, arXiv:hep-th/0111030 v2
8. Hawking S (2001), The Universe in a Nutshell, Bantam Press, London, p 35
9. Trần Đình Hượu (2001), Các bài giảng về tư tưởng phương Đông, NXB ĐHQGHN, Hà Nội
10. Smolin L (1998), All the worlds a stage, Time, Special issue: The New Age of Discovery, p 95
11. Trịnh Xuân Thuận (2003), Hỗn độn và hài hòa, Phạm Văn Thiều và Nguyễn Thanh Dương dịch, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, trang 446
12. Penrose R (1997), The Large, the Small and the Human Mind, Cambridge Univ. Press, Cambridge, p 48
13. Smolin L (2001) Three Roads to Quantum Gravity, Basic Books, N.Y., p 197
14. Đỗ Kiên Cường (2003), Tôi chọn cả Thượng Đế và khoa học, Tia Sáng, số 13, tháng 7-2003
15. Đỗ Kiên Cường (2003), Sau hòang hôn là bình minh, Tia Sáng, số 20, tháng 10-2003
16. Đỗ Kiên Cường (2003), Du hành xuyên không - thời gian: Huyền thọai và sự thật, An ninh Thế giới cuối tháng, tháng 6-2003
17. Đỗ Kiên Cường (2005), Vật lý sự sống: Lý thuyết và ứng dụng, Luận án tiến sĩ, ĐHQG TPHCM
18. Đỗ Kiên Cường (2003), Giới hạn của nhận thức, Trong: Khoa học và Tâm linh, NXB Trẻ, TPHCM, trang 180-186
19. Rees M (1999), Exploring our universe and others, Scientific American, vol 281, No6, December 1999, pp 44-49

Một số vấn đề triết lý của vật lý hiện đại
ChúngTa.com @ Facebook
Thống kê truy cập
Số lượt truy cập: .
Tổng số người truy cập: .
Số người đang trực tuyến: .
.
Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,