Nhận thức thếgiới
vi mô
Trong vật lý các nghiên cứu thếgiới vật chất xung quanh được hình
thành tựnhiên theo hai xu hướng tưởng là trái ngược nhau: Thếgiới ngày
càng bé nhưnguyên tử, hạt nhân và electron, proton, nơtron, quark được gọi
là thếgiới vi mô và thếgiới vô cùng lớn nhưtrái đất, mặt trăng, mặt trời, các
vì sao, thiên hà và vũtrụhọcđược gọi là thếgiới vĩmô. Giữa các hướng
nghiên cứu này liệu có sựliên hệvới nhau giúp ta khám phá và mô tảthế
giới vật chất thống nhất và vô tận?
Thếgiới vi mô (cấu trúc bên trong của vật chất) được mô tảbởi cơhọc lượng
tử. Lý thuyết này dựa trên cơsởlà biếnđổi gián đoạn của các đại lượng vật lý
(1900) và lưỡng tính sóng - hạt của vi hạt (1924) và được hình thành do đóng góp
xuất sắc của các nhà vật lý nhưMax Planck, Niels Bom, Werner Heisenberg, Edwin
Schrodinger, Wolfgang Phun, Louis de Broglie. Cơhọc lượng tử đã giải thích tuyệt
diệu thếgiới nguyên tử, phân tử, hệnhiều nguyên tử, tương tác với ánh sáng, sự
cấu tạo của chúng và các hiện tượng liên quan: Vận dụng cơhọc lượng tửvào hóa
họcđã giải thích được bản chất các mối liên kết giữa các nguyên tửtại thành phần
tử, vềthực chất cung cấp cho môn hóa học một cơsởlý thuyết vững chắc, là hóa
học lượng tử. Cởhọc lượng tửmởrộng cho hạt có vận tốc băng vận tốc ánh sáng,
được gọi là cơhọc lượng tửtương đối tính hay lý thuyết trường lượng tử. Nó là
một lý thuyết cơbản nhất của các ly thuyết vật lý, mô tảthếgiới hạt cơbản sẽbiến
hoá sinh huỷcác hạt từmột tưduy thống nhất các lực tương tác. Vận dụng lý
thuyết lượng tửvào cuộc sống, chúng ta có các công cụkỳdiệu nhưmáy thu thanh,
TV, các dàn stereo, máy fax, máy tính và Internet và những công cụnày không chỉ
làm cho con người gần nhau hơn mà còn mởra kỷnguyên thông tin, hội nhập và
phát triểnởphạm vi toàn cầu.
Thếgiới vĩmô (vũtrụ), các vật thểvô cùng lớnđược mô tảbởi lý thuyết
tương đối do Einstein khởi xướng. Lý thuyết tương đối hẹp mà Einstein công bố
năm 1905 đã thống nhấtđược các khái niệm của Newton có ý nghĩa tuyệtđối và
không gắn với vật chất, còn trong lý thuyết tương đối chúng chỉcó ý nghĩa tương
đối và là hình thức tồn tại cơbản của vật chất. Thời gian của một nhà du hành vũ
trụvới vận tốc không đổi gần vận tốc ánh sáng sẽbịgiãn ra trong khi đó không
gian lại bịco lại so với thời gian và không gian của một người nào đó đứng yên. Sự
tương quan giữa khối lượng và năng lượng đã cho phép giải thích được lò lửa của
các ngôi sao: Chúng biến một phần khối lượng của chúng thành năng lượng.
Nguyên tắc này đã đạtđến việc chếtạo ra bom nguyên tử đe dọa toàn thểnhân loại
suất nửa cuối của thếkỷXX đến nay.
Lý thuyết tương đối rộng (việc áp dụng các nguyên lý của lý thuyết tương
đối vào trường hấp dẫn) do Einstein công bốnăm 1915 đã cho phép chứng minh
rằng một trường hấp dẫn mạnh, nhưtrường ởgần một lỗ đen (tạo thành do sựco
lại của một ngôi sao đã dùng hết năng lượng dựtrữcủa nó) không chỉlàm cho thời
gian giãn ra mà còn làm cong cảkhông gian nữa. Dựa vào các phương trình của
thuyết tương đối rộng, vũtrụkhông thể ở trạng thái tĩnh tại mà đang hoặc giãn nở
hoặc co lại, giống hệt nhưquảbóng được tung lên không trung hoặc là bay lên cao
hoặc là rơi xuống, chứkhông thể ở trạng thái treo lơlửng. Vũtrụ đang giãn nở,đó
là phát hiện của nhà thiên văn người MỹEdwin Hubble vào năm 1929. Lý thuyết
tương đối giải thích rất tất các tính chất hấp dẫnởthang cực lớn của vũtrụ, của
các thiên hà, các ngôi sao và các hành tinh, khi mà lực hấp dẫn chiếmưu thế. Lý
thuyết lượng tửvà lý thuyết tương đốiđã được kiểm chứng qua các phép đo và
quan sát khi chúng hoạtđộng tách biệt, riêng rẽ ở trong địa hạt riêng của mình.
Vậy có sựliên thông giữa hai lý thuyết kểtrên? Thếgiới vật chất có thể được mô tả
bằng một lý thuyết duy nhất, từvi mô đến vĩmô trên cùng một nguyên tắc? Điều
này đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và nó có thểlàm được trong
những khoảnh khắc ban đầu của vũtrụ.
Nổi bật nhất là lý thuyết về"Vụnổlớn" - "Big Bang" do Gamov (1945) đề
xuất trên cơsởgợi ý của Lemtre (1845). Thuyết này hiệnđang được phát triển
mạnh trong thếkỷXX. Theo thuyết này vũtrụcùng với không gian và thời gian
được sinh ra sau vụnổlớn, cách đây 15 tỷnăm trước. Từ đó đã diễn ra một quá
trình thăng tiến, không ngừng trên con đường phức tạp hoá. Xuất phát từmột chân
không nội nguyên tử, vũtrụ đang giãn nởkhông ngừng phình to và nởra. Các
quark và eletron, các proton và nơtron, các nguyên tử, các ngôi sao và các thiên hà
kếtiếp nhau hình thành. Vũtrụbao la gồm hàng trăm tỷthiên hà, mỗi thiên hà
gồm trăm tỷngôi sao. Nhưvậy từcái vô cùng bé sinh ra cái vô cùng lớn là Vũtrụ.
Để hiểuđược rõ nguồn gốc của vũtrụ đó và cảnguồn gốc riêng chúng ta nữa, cần
một lý thuyết vật lý có khảnăng thống nhất cơhọc lượng tửvới lý thuyết tương
đối và mô tả được tình huống tất cảbốn lực cơbản (điện từ, mạnh, yếu và hấp dẫn)
đều bình đẳng với nhau. Một lý thuyết thống nhất nhưvậyđến nay vẫn chưa xây
dựng được, mặc dù trong thếgiới vi mô, con ngườiđang nghiên cứu các quá trình
vật lý diễn ra ởkhoảng cách 10-33cm (được gọi là "chiều dài Planck") và thời gian
10-42 gy (còn được gọi là "Thời gian Planck") sau Big Bang. Phải chăng rào cản
nhận thức nguồn gốc của vũtrụcủa con người hiện nay là Bức tường Planck?
Không, các nhà khoa học vẫn tiến sâu vào cấu trúc vi hạt của vật chất. Theo nhà vật
lý MỹSteven Weinberg dự đoán vào năm 2050 lý thuyết thống nhấtđó sẽ được
hoàn thành?
Giữa vật lý học và triết học có mối quan hệkhăng khít và hỗtrợlẫn nhau
trong toàn bộtiến trình lịch sửphát triển khoa học. Đối tượng của triết học macxít
là chứng minh vật chất có trước tinh thần, đồng thời nghiên cứu các quy luật
chung nhất của sựphát triển tựnhiên, xã hội và tưduy con người. Triết học macxít
là công cụcủa nhận thức khoa học, nghiên cứu thực tiễn và cải tạo thếgiới vật chất
có nhiềuđặc tính cặn bản, trong đó vậnđộng là đặc tính căn bản nhất. Vật chất vận
trong không gian và thời gian. Mặt khác, vật lý học lại là ngành khoa học nghiên
cứu những dạng chuyểnđộng cơbản nhất của các dạng vật chất và tương tác giữa
chúng. Nhà vật lý nói riêng, nhà khoa học nói chúng cần trang bịcho mình phép
biện chứng macxít nhưlà một phương pháp, một công cụtrong nhận thức và tư
duy sáng tạo. Ngược lại, những nhà triết học không tìm hiểu những thành tựu của
học học tựnhiên nói chung, đặc biệt các phát minh của vật lý học hiệnđại, thì khó
vươn tới tầm cao của một nhà tưtưởng.
Công trình "Nhận thức thếgiới vi mô" của GS. Nguyễn Duy Quý đã đi sâu
nghiên cứu thếgiới vi mô dưới góc nhìn triết học dựa trên những thành tựu vật lý
học hiệnđại. Điều nổi bật của công trình là nội dung nghiên cứuđã tiếp cậnđược
những thành tựu hiệnđại của vật lý học thếgiớiđã được giới thiệuởtrên. Công
trình đã nêu lên những đặc trưng định tính và định lượng của thếgiới góc nhìn
triết học dựa trên những thành tựu vật lý học hiệnđại. Điều nổi bật của công trình
là nội dung nghiên cứuđã tiếp cậnđược những thành tựu hiệnđại của vật lý học
thếgiớiđã được giới thiệuởtrên. Công trình đã nêu lên những đặc trưng định tính
và định lượng của thếgiới vi mô (từtrang 64 - 89). Đây là sựkhái quát có giá trịvề
mặt khoa học, sự đóng góp của tác giảvới tưduy độc lậpđưa ra kết luận rất mới:
"Trong thếgiới vi mô có những đặcđiểm riêng của các thuộc tính không - thời gian,
do những tương tác đặc biệt giữa hạt cơbản và trường vật lý quy định. Điềuđó
chứng tỏrằng không chỉ điện tửlà vô cùng tận mà cảcấu trúc không - thời gian của
nó cũng vô cùng tận. Vật lý học vi mô đã làm giàu thêm kiến thức của chúng ta về
không gian và thời gian" (tr.89).
Công trình không chỉtiếp cận mà còn có đóng góp vào sựphát triển chung
của khoa học triết học trong vật lý học của thếgiới. Từphản hạt - 1982 đến phản
nguyên tử- 1995 vấnđề phản vật chất trong nghiên cứu thếgiới vi mô, nhậnđịnh
mới của tác giảvềvấnđể này nhưsau: “Các phản nguyên tửnói riêng và phản vật
chất nói chung, trên thực tế, không phải là phi vật chất mà cũng chỉlà vật chất.
Chúng là một dạng của vật chất" (tr.140-141).
Điềuđặc biệt của công trình này là nội dung của cuốn sách đã được công bố
trên những Tạp chí có uy tín bằng tiếng Nga ởLiên Xô cũ(bài số1đến số4 tr. 259)
điều này thểhiện rõ giá trịkhoa học của công trình.
Trên lĩnh vực triết học trong vật lý họcởnước ta, công trình nhận thức thế
giới vi mô của GS. Nguyễn Duy Quý là công trình cơbản nhất, có hệthống với tầm
nghiên cứu hiệnđại nhất có tác dụng thúc đẩy việc nghiên cứu triết học bắt kịp
những tiến bộcủa khoa học tựnhiên nói chung và vật lý học nói riêng không chỉ
hiện nay và cảtrong tương lai của khoa học nước nhà.
Trong điều kiện của nước ta hiện nay công trình này thuộc loại quý và đặc
biệt bổích và xuất sắc, rấtđáng trân trọng.
Xin giới thiệu với bạnđọc cuốn sách "Nhận thức thếgiới vi mô" của GS.
Nguyễn Duy Quý, một nhà giáo và nhà khoa họcđầu tiên ởnước ta đặt vấnđề
nghiên cứu các vấnđề cơbản nhất của thếgiới vật chất xuất phát đồng thời từhai
góc độ triết học và vật lý học. Cuốn sách là một công trình nghiên cứu khoa học
nghiêm túc, mà tác giả đã thực hiện trong nhiều năm. Trên quan điểm duy vật biện
chứng, tác giả đã khái quát những bước cơbản trong việc nhận thức các khái niệm
cơbản của lý thuyết lượng tử, mô tảthếgiới vi mô. Trong các lập luận, tác giả đã
phân tích rõ sựkhác nhau giữa biện chứng và siêu hình, và chỉra sựphù hợp giữa
lý luận với thực tiễn.
Sách và tài liệu vềcác vấnđề khoa học thuộc lĩnh vực liên ngành giữa vật lý
học và triết học chưa nhiều, đặc biệt sựliên hệgiữa triết học với vật lý học hiệnđại,
hầu nhưcòn quá ít ởnước ta. Mặt khác, việc "đói sách và học chay” ởbậcĐại học
đang cản trởviệc nhận thức khoa học trong quá trình hội nhập và toàn cầu hoá và
hạn chếrất nhiều chất lượng đào tạo nguồn nhân lực cho thời kỳ đẩy mạnh CNH và
HĐHđất nước. Cuốn sách "Nhận thức thếgiới vi mô" của GS.Nguyễn Duy Quý là
một tài liệu quý, thật bổích cho các nhà giáo và các nhà khoa học nước ta, góp
phầnđápứng yêu cầu cấp thiết hiện nay.