Vũ trụ độc nhất ( Lee Smolin )

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

131
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhiều lí thuyết vũ trụ không chỉ xem vũ trụ của chúng ta là một trong nhiều vũ trụ mà còn khẳng định thời gian chẳng hề tồn tại. Lee Smolin không ủng hộ quan niệm đa vũ trụ phi thời gian đó. Hồi ba thập kỉ trước, việc nói về những vũ trụ khác không được đa số các nhà vật lí xem là một bộ phận của khoa học. Đa số nghiên cứu trong ngành vật lí lí thuyết và vũ trụ học bàn về những đặc điểm có thể quan sát được trong vũ trụ của...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vũ trụ độc nhất ( Lee Smolin )

Vũ trụ độc nhất Lee Smolin Nhiều lí thuyết vũ trụ không chỉ xem vũ trụ của chúng ta là một trong nhiều vũ trụ mà còn khẳng định thời gian chẳng hề tồn tại. Lee Smolin không ủng hộ quan niệm đa vũ trụ phi thời gian đó. Hồi ba thập kỉ trước, việc nói về những vũ trụ khác không được đa số các nhà vật lí xem là một bộ phận của khoa học. Đa số nghiên cứu trong ngành vật lí lí thuyết và vũ trụ học bàn về những đặc điểm có thể quan sát được trong vũ trụ của chúng ta và đa số các bài báo và thuyết trình seminar đều nhắc đến các kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, kể từ đấy đã có một sự chuyển hướng từ từ, trong đó ban đầu người ta trở nên chấp nhận nghiên cứu về những lí thuyết không chỉ mô tả vũ trụ của chúng ta, mà còn cả những vũ trụ khả dĩ khác nữa, những vũ trụ có ít chiều hoặc nhiều chiều hơn, hoặc những vũ trụ có những loại hạt và loại lực khác. Trong vài năm qua, chúng ta đã tiến xa hơn khỏi các lí thuyết của một vũ trụ của chúng ta, khi những thế giới khác này phát triển từ thực tế có khả năng hợp lí đến thực t ế giả thuyết. Giờ thì người ta đã quen nghe nói về đa vũ trụ - một vũ trụ học lượng tử giả thuyết rằng vũ trụ khả kiến mà chúng ta trông thấy xung quanh mình chỉ là một trong hằng hà sa số hay một số vô hạn các vũ trụ. Ảnh: physicsworld.com 1
Giả thuyết đa vũ trụ thường đi song hành với một giả thuyết siêu hình học về bản chất của thời gian. Nhiều chuyên gia cho rằng trong vũ trụ học lượng tử thời gian không phải là một khái niệm cơ bản, mà là một khái niệm gần đúng và phát sinh. Nếu điều này đúng, thì chúng ta trải nghiệm thời gian trong một vũ trụ phi thời gian vì những nguyên do tương tự như nguyên do chúng ta, những người sống trong một vũ trụ lượng tử, trải nghiệm thời gian tuân theo vật lí học cổ điển: chúng ta gồm một số lượng rất lớn các hạt cơ bản và những sự hài hòa thống kê phát sinh xác định phần nhiều cái chúng ta trải nghiệm. Ngoài ra, việc kết hợp giả thuyết đa vũ trụ và giả thuyết phi thời gian thực sự mang lại cho chúng ta một siêu vũ trụ tĩnh tại. Cho dù vũ trụ của riêng chúng ta có tiến t riển theo thời gian, thì ở một mức độ sâu sắc hơn, nó là một phần của một tập hợp vũ trụ phi thời gian, bất diệt. Có những lí giải hợp lí đưa đến những kết luận này, và giống như nhiều người khác trong ngành vũ trụ học lượng tử, tôi đã xem xét đến chúng. Tuy nhiên, trong vài năm vừa qua, tôi đã đi đến chỗ tin rằng những kết luận này là hết sức sai lầm. Cùng cộng tác với nhà triết học người Brazil, Roberto Mangabeira Unger, chúng tôi đã thử tìm hiểu nguồn gốc của các vấn đề và phát triển một khái niệm thay thế khác của thời gian và quy luật về quy mô vũ trụ. Nguyên do chúng tôi làm như thế một phần là do những lo ngại về những lí thuyết này không biết có kiểm tra được hay không bằng những quan sát có thể làm được, một phần vì những kết quả hiện nay của những nỗ lực nhằm hiện thực hóa cách tiếp cận phi thời gian và một phần do những cân nhắc mang tính triết học. Vấn đề đi cùng với đa vũ trụ phi thời gian Trong một thế giới phi thời gian trong đó vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong nhiều vũ trụ thực ngang hàng nhau, các định luật vật lí phải rất khác với các định luật mà đa số các nhà vật lí đã từng có thể nghĩ ra. Đây là vì các định luật vật lí không còn có thể xác định được bởi cái chúng ta quan sát thấy trong vũ trụ của riêng chúng ta, vì chúng phải áp dụng được cho toàn bộ những tập hợp vũ trụ khổng lồ kia. Một định luật cơ bản khi đó không còn bài trừ cái xảy ra trong vũ trụ của chúng ta nữa; thay vào đó, nó mang lại những phân bố xác suất cho những tính chất của một tập hợp vũ trụ. Để tìm hiểu nguyên do, thật hữu ích là hãy phân biệt giữa khái niệm một định luật cơ bản và một định luật có hiệu lực. Một định luật cơ bản được ấn định để giữ tính “siêu phổ biến” từ những nguyên lí đầu tiên và phải là độc nhất. Lí thuyết dây, chẳng hạn, là một nỗ lực nhằm khám phá ra những định luật cơ bản như vậy của tự nhiên. Mặt khác, các định luật có hiệu lực thì chi phối những thí nghiệm ở quy mô chúng ta quan sát thấy trực tiếp bên trong vũ trụ của chúng ta, xuống tới những cấp độ nhỏ khảo sát bởi Máy Va chạm Hadron Lớn và lên tới những cấp độ khảo sát bởi những quan sát về phông nền vi sóng vũ trụ. Chúng ta chỉ có thể quan sát thấy các định luật có hiệu lực, nhưng chúng ta hi vọng có thể suy luận ra chúng từ những định luật cơ bản – nếu không thì cái vừa nói chẳng có liên hệ gì với cái chúng ta quan sát thấy. Nghi vấn là chẳng biết mối liên hệ gián tiếp đó có cung cấp đủ cơ sở cho các phép kiểm tra thực nghiệm các định luật cơ bản sao cho chúng thích hợp với sự hiểu biết khoa học của chúng ta về thế giới. 2
Thật không may, dường như nếu như lí thuyết dây, hay một lí thuyết tương tự, là đúng, thì lí thuyết cơ bản đó thật ra không tiên đoán được các định luật có hiệu lực của tự nhiên là những định luật nào. Thay vào đó, nó làm phát sinh vô số kiểu hình của những định luật có hiệu lực khả dĩ – khái niệm tôi đã giới thiệu trong cuốn sách của mình, Life of the Cosmos (Cuộc sống của Vũ trụ - từ kiểu hình là một sự liên tưởng tới những dạng thức tồn tại thích ứng trong sinh học). Như vậy, chúng ta phải có giả thuyết về cách thức các định luật có hiệu lực riêng lẻ mô tả vũ trụ của chúng ta được chọn ra từ bản danh sách vô tận những khả năng cho phép bởi lí thuyết cơ bản. Đây là một trong những động cơ chính cho sự tranh luận về đa vũ trụ. Một vài ý tưởng đã được đề xuất cho cách thức chọn ra những định luật có hiệu lực áp dụng cho vũ trụ của chúng ta từ tập hợp lớn hơn các khả năng có thể. Một khả năng, đã được nghiên cứu nhiều, là dàn đồng ca vũ trụ bị chi phối bởi các định luật bởi một quá trình thực sự ngẫu nhiên. Một thí dụ là sự lạm phát vĩnh viễn. Trong kịch bản này, quá trình tạo ra dàn đồng ca đó xảy ra ở những mức năng lượng cao đến mức làm mất hết tác dụng bất kì tiến trình nào mà chúng ta truy xuất thực nghiệm đến. Kết quả là một vũ trụ giống như vũ trụ của chúng ta, được phân bố bởi những cấu trúc tùy thuộc vào điều kiện vật lí ở những thang năng lượng thấp hơn nhiều, là rất không điển hình trong dàn đồng ca vũ trụ. Khi đó, người ta phải tùy thuộc vào nguyên lí nhân bản để nhặt ra rất ít vũ trụ thích hợp cho sự sống, chúng rất hiếm trong dàn đồng ca thật sự. Chẳng có gì ngạc nhiên, biết rằng các đặc trưng của dàn đồng ca đó không phải là đề tài cho các phép kiểm tra thực nghiệm, kết quả là chúng ta không thể đưa ra các tiên đoán chính xác và rõ ràng về bất cứ thứ gì có thể quan sát thấy trong vũ trụ của riêng chúng ta. Một cách tiếp cận khác, thật sự đưa đến ít nhất là một vài tiên đoán, là sự chọn lọc tự nhiên vũ trụ mà tôi đã đưa ra hồi năm 1992. Ý tưởng này dựa trên một kịch bản vũ trụ học được xây dựng tương tự như trong sinh học quần thể. Các vũ trụ ra đời từ những “bất chợt” ở sâu bên trong các lỗ đen, thế chỗ những kì dị của chúng, nơi thời gian được giả thuyết là kết thúc, với những vũ trụ mới đang giãn nở. Ý tưởng này đưa đến một tiên đoán rằng một vũ trụ tiêu biểu là một vũ trụ trong đó các thông số được điều chỉnh để tối đa hóa sự hình thành các lỗ đen. Thật vậy, có bằng chứng cho thấy điều này đúng với các định luật chi phối vũ trụ của chúng ta. Quan trọng nhất, trong lí thuyết này, vũ trụ của chúng ta được cho là thuộc loại tiêu biểu của dàn đồng ca, đưa đến một vài tiên đoán thật sự có thể kiểm tra, toàn bộ chúng vẫn được duy trì kể từ lần đầu tiên chúng được công bố, ví dụ như tiên đoán rằng giới hạn khối lượng trên của các sao neutron bền là khoảng 1,6 khối lượng mặt trời. Sự trái ngược giữa hai loại lí thuyết đa vũ trụ này dẫn tới một nghi vấn: tại sao lí thuyết dựa trên sự chọn lọc tự nhiên có tính chất tiên đoán – nhưng lí thuyết dựa trên sự sản sinh ngẫu nhiên của các vũ trụ thì không có tính tiên đoán? Câu hỏi này giúp chúng ta tìm hiểu tại sao tính xác thực của thời gian là cần thiết để giải thích xem các định luật vật lí được chọn ra như thế nào. Rõ ràng là một kịch bản trong đó một quần thể vũ trụ tiến hóa, thay vì chỉ là một sự phân bố ngẫu nhiên phi thời gian, cần đến một khái niệm thời gian có thật ở mức độ trên từng vũ trụ cá lẻ. Nhưng để hiểu được tại sao bức tranh phi thời gian đó thất bại, chúng ta phải tiến sâu hơn vào các cơ sở của thuyết lượng tử. Ví dụ, không có thời gian, và không có giả thuyế t 3
rằng cái tồn tại là vũ trụ đơn nhất mà chúng ta quan sát thấy, thì khó mà đưa ra những phát biểu có nghĩa về xác suất tương quan với cái chúng ta quan sát thấy trong vũ trụ của chúng ta. Vì cơ học lượng tử là một lí thuyết mang tính xác suất, cho nên chúng ta gặp phải rắc rối khi cố mở rộng nó sang địa hạt trong đó xác suất dường như chẳng có ý nghĩa gì. Một số tác giả đã cố xử lí câu hỏi này, bằng cách đề xuất những số đo đặc biệt dùng để suy luận ra các tiên đoán từ dàn đồng ca của các đa vũ trụ. Ít nhất thì cho đến thời khắc hiện tại, không có ai trong số này được những người khác chứng minh là hợp lí ngoài yêu cầu phải tái dựng lại cái chúng ta quan sát thấy. Một vấn đề có liên quan là sự hồi sinh của không gian và thời gian cổ điển, cái thuyết tương đối rộng mô tả, là một phần của một lí thuyết có hiệu lực. Đây phải là những mặt nổi trội của một lí thuyết lượng tử cơ bản, giống hệt như các khái niệm cổ điển về một hạt nằm tại một nơi xác định và đang chuyển động theo những quỹ đạo xác định nổi lên từ cơ học lượng tử. Điều này không phải không quan trọng, vì các khái niệm không-thời gian lượng tử, phát sinh trong các lí thuyết lượng tử của hấp dẫn, là rất khác. Cho đến nay, những tiếp cận đến sự lượng tử hấp dẫn đều giả sử rằng cả không gian và thời gian đều thất bại rõ nét trước việc tái dựng lại không-thời gian mà chúng ta biết. Mặt khác, hai phương pháp giả sử rằng thời gian là cơ bản và không rõ nét thì lại thành công, ít ra là trong chừng mực nào đó, trong việc mô tả cách thức không-thời gian có thể xuất hiện. Được phát triển nhất trong số này là các tam giác đạc động học nhân quả, chúng có những kết quả ấn tượng gợi đến sự xuất hiện của không-thời gian cổ điển. Một nỗ lực gần đây hơn, graphity lượng tử, cũng có những dấu hiệu sơ bộ cho sự xuất hiện của không gian cho trước sự tồn tại của thời gian. Ngoài ra, thời gian cơ bản còn cần thiết để nhận thức xác suất và mô tả sự tiến hóa của các định luật có hiệu lực, chúng gắn liền với vấn đề đầu. Những kết quả này là bằng chứng số một khiến tôi xét đến ý tưởng rằng có thể phải có một khái niệm cơ bản chung của thời gian trong bất kì cấp tiếp cận hoàn toàn phù hợp nào với sự hấp dẫn lượng tử có thể hồi sinh thuyết tương đối rộng một cách gần đúng trong đó vũ trụ là rộng lớn. Giả thuyết này được củng cố bởi những kết quả mới đây về sự hấp dẫn cải biến, mà một số tác giả cho rằng giải được bài toán tồn tại lâu nay về hằng số vũ trụ - cái cần thiết cho một không-thời gian cổ điển lớn xuất hiện. Cái đáng chú ý, như đã chỉ rõ bởi các nhà vật lí Rafael Sorkin thuộc Viện Vật lí Lí thuyết Perimeter, William Unruh thuộc trường Đại học British Columbia, Vancouver, và những người khác, là phương pháp này mô tả sự tiến hóa trong một thời gian chung liên hệ với thể tích không-thời gian của quá khứ. Hằng số vũ trụ là gì ? Để tìm hiểu sự khác biệt giữa hai mô hình thời gian ló so với thời gian cơ bản, chúng ta cần phải đánh giá đúng có bao nhiêu khái niệm thông thường của chúng ta về định luật vật lí đã tiến triển về mặt lịch sử từ kinh nghiệm quan sát trong phòng thí nghiệm của chúng ta. Trong phòng thí nghiệm, chúng ta không, bằng định nghĩa, nghiên cứu toàn bộ vũ trụ. Chúng ta nghiên cứu một hệ thống con nhỏ bé của vũ trụ mà, với một sự gần đúng có phần hợp lí, có thể xem là cô lập (tách biệt khỏi thiết bị đo chúng ta sử dụng để quan sát nó). Khi chúng ta làm như vậy, chúng ta khảo sát khả năng chúng ta có thể làm cho hệ đó kín mãi mãi, ở những thời khắc khác và ở những địa điểm khác, với những yếu tố giống như vậy và những cấu hình 4
sắp xếp khác. Chúng ta rút ra các quy luật vật lí từ cái chung trong một tập hợp lớn các thí nghiệm, và nghiên cứu cái trở nên khác đi khi những điều kiện ban đầu khác đi. Điều này cho phép chúng ta đưa ra một sự phân biệt rõ ràng giữa các định luật và các điều kiện ban đầu. Các định luật được giữ bất biến, ít nhất là ở cấp độ thời gian và không gian lớn hơn cấp độ gắn với các thí nghiệm của chúng ta. Tình huống này hầu như giống nhau đối với đa số quan sát thiên văn học. Chúng ta không thể làm cho các ngôi sao và thiên hà ở vào bất kì trạng thái nào chúng ta muốn, nhưng chúng ta có thể quan sát số lượng khổng lồ của chúng và chúng ta có thể xem chúng là cô lập một cách gần đúng. Vì thế, trong thiên văn học, chúng ta còn có một minh chứng cho sự phân biệt giữa các định luật và các điều kiện ban đầu. Sự phân tách lời giải thích khoa học thành quy luật và các điều kiện ban đầu dẫn tới một trong những khái niệm thông dụng và có sức mạnh nhất trong vật lí học – khái niệm không gian cấu hình. Đây là không gian của tất cả những cấu hình, hay trạng thái, khả dĩ có, của hệ. Trong vật lí cổ điển và vật lí lượng tử, chúng ta giả sử rằng không gian tồn tại tiên nghiệm và nằm ngoài thời gian, và người ta có thể nghiên cứu độc lập các định luật của chuyển động. Những định luật này sau đó sẽ chỉ rõ các quy t ắc cho điểm mô tả các điều kiện ban đầu trong không gian cấu hình tiến triển theo thời gian như thế nào. Chúng ta gọi đây là khuôn khổ Newton luận cho lời giải thích. Khuôn khổ Newton luận là cơ sở cho khẳng định rằng thời gian không phải là cơ bản trong vũ trụ học. Từ quan điểm này, thời gian được xem đơn thuần là một thông số trên một quỹ đạo trong không gian cấu hình, và không phải là một bộ phận nội tại của quy luật vật lí. Thời khắc hiện tại, thời gian chúng ta trải nghiệm, không có chỗ trong mô tả nà y. Các nhà triết học không tin vào dòng chảy của thời gian thì nhắm đến quỹ đạo trong không gian cấu hình và nói rằng thứ duy nhất có thực đó là toàn bộ lịch sử của vũ trụ tồn tại độc lập với thời gian – cái trong thuyết tương đối rộng gọi là bức tranh “vũ trụ tảng”. Nhiều nhà vật lí và nhà triết học đã sụp ngã vì sức cám dỗ của niềm tin vào bức tranh “vũ trụ tảng”. Với họ, kinh nghiệm của chúng ta về dòng chảy của thời gian chỉ là một ảo tưởng. Lập luận này thật sai lầm vì hai nguyên do. Thứ nhất, nó khôn g chứng tỏ được rằng thời gian không phải là cơ bản. Khi chúng ta quan sát chuyển động, chúng ta ghi lại một loạt số đo vị trí của một hệ. Những vị trí này có thể vẽ ra trên không gian cấu hình, mang lại một đường cong biểu diễn số đo của chuyển động. Đồ thị này độc lập thời gian, vì nó là biểu diễn của một số đo của một chuyển động quá khứ, chuyển động đó, tất nhiên, không còn đang diễn tiến. Sự tương ứng đó ở giữa một đối tượng toán học, là đối tượng tĩnh, và một loạt số ghi các quan sát, cũng là đối tượng tĩnh. Thực tế chúng ta có thể tạo ra sự tương ứng này giữa một đối tượng toán học và một số ghi của chuyển động quá khứ không nói lên rằng chuyển động thật, mà các quan sát thu được, là phi thời gian. Nó cũng chẳng nói lên rằng đằng sau sự tiến triển thật sự trong thời gian của một thế giới thật có tồn tại một sự tương ứng hoàn hảo với một đối tượng toán học phi thời gian. Việc thừa nhận mối liên hệ mở rộng này là một liên tưởng thuần túy siêu hình học, nó không được gợi lên bởi bất cứ thứ gì trong khoa học (Xem “Nguyên tắc thứ tư: toán học và chủ nghĩa Platon”, phần bên dưới). 5
Những nguyên lí mới Sai lầm thứ hai của lập luận cho thời gian không phải là cơ bản là ở chỗ nó không rõ ràng rằng khuôn khổ Newton luận áp dụng trên quy mô vũ trụ như một tổng th ể. Hầu như mọi nghiên cứu vũ trụ học cổ điển và hiện đại đều giả sử khuôn khổ đó áp dụng được. Nhưng biết trước những khó khăn mà những đề tài này gặp phải, tôi thiết nghĩ có khả năng hơn đó là câu trả lời là không. Một lí do ngờ vực khuôn khổ Newton luận không áp dụng được cho vũ trụ học là ngữ cảnh thực nghiệm mang lại ý nghĩa cho sự phân tách các nguyên nhân ra thành các định luật và các điều kiện ban đầu là hoàn toàn bị thiếu. Chẳng có khả năng nào đưa vũ trụ vào những cấu hình ban đầu khác, và không có cách nào xác định bằng quan sát toàn bộ những điều kiện ban đầu. Bất kể nhà quan sát nào, bên trong vũ trụ, chỉ có thể nhìn thấy một phần của bất kì bề mặt giá trị ban đầu nào. Như vậy, khái niệm điều kiện ban đầu không dễ gì hiện thực hóa trong vũ trụ học. Nếu như chỉ có một vũ trụ, thì chẳng có lí do gì cho sự phân tách thành các định luật và các điều kiện ban đầu, vì chúng ta muốn có một định luật để giải thích đúng một lịch sử của một vũ trụ. Điều tương tự đúng cho không gian cấu hình của vũ trụ. Vũ trụ đã có mặt rồi, vậy thì đâu là ý nghĩa của tất cả những trạng thái tồn tại trong không gian trạng thái nhưng chưa hề được nhận ra trong lịch sử của vũ trụ? Khái niệm “trạng thái lượng tử của vũ trụ” là điều hư cấu, tách rời khỏi cái có thể chuẩn bị hay đo đạc trong thực tiễn. Những những cân nhắc này cho thấy các khái niệm không gian cấu hình và không gian trạng thái tương ứng với những phép đo và những sự chuẩn bị chỉ có thể nhận thức bằng hành động trong trường hợp một hệ thống con nhỏ bé của vũ trụ. Những khái niệm này – hay ít nhất là cơ sở hoạt động của chúng – đã đánh trượt chúng ta khi chúng ta cố gắng mở rộng chúng cho toàn bộ vũ trụ. Vấn đề thời gian trông cũng khác đi từ viễn cảnh này. Thời gian trong khuôn khổ Newton luận là một thông số dùng để đánh dấu các điểm trên một quỹ đạo mô tả hệ đang tiến triển trong không gian cấu hình. Khi hệ là nhỏ và cô lập, thì thông số thời gian này gợi tới số chỉ của đồng hồ trên tường phòng thí nghiệm của nhà quan sát, nó không phải là một thuộc tính của hệ. Khi chúng ta cố áp dụng khái niệm này cho vũ trụ xét như một tổng thể, thì thông số thời gian phải biến mất. Một số người đã cố gắng tranh luận rằng điều này có nghĩa là thời gian bản thân nó không tồn tại ở cấp độ vũ trụ học, nhưng đó là kết luận sai lầm. Cái biến mất không phải là thời gian, mà là cái đồng hồ nằm bên ngoài hệ - điều đó thật vô lí vì hệ là toàn bộ vũ trụ kia mà. Thật vậy, nó có thể gắn chặt với khuôn khổ Newton luận, khi nó chẳng có tầm quan trọng thực tiễn, khiến chúng ta xem xét kịch bản đa vũ trụ một cách nghiêm túc. Nếu phương pháp luận khoa học của chúng ta chỉ có ý nghĩa khi áp dụng cho các hệ con của một vũ trụ mênh mông hơn, thì thật hấp dẫn là hãy phản bác lại những vấn đề phát sinh khi chúng ta cố mở rộng nó một cách không thích hợp cho toàn bộ vũ trụ bằng cách ấn định vũ trụ của chúng ta thật ra ở trong một hệ con của một vũ trụ còn rộng lớn hơn nữa. Chúng ta làm vật lí như chúng ta đã được đào tạo, nhưng đây là một cái bẫy vì làm như vậy chúng ta phải sử dụng những cấu trúc không có tầm quan trọng thực tiễn. Tốt hơn hết, theo quan điểm của chúng tôi, là xem khuôn khổ Newton luận là không thể áp dụng được cho vũ trụ học, và hãy đi tìm một 6
khái niệm quy luật khác có thể có ý nghĩa khi áp dụng cho toàn bộ vũ trụ, nhưng đơn lẻ, của chúng ta. Nhưng một khi chúng ta phát biểu rằng sự khác biệt giữa các định luật và các điều kiện ban đầu chẳng có đối tác tương ứng trong ngữ cảnh vũ trụ học, thì phát biểu này mang lại cho cuộc tranh luận một vài thách đố mà sự mở rộng mô hình Newton luận sang vũ trụ học mang đến. Trạng thái lượng tử ban đầu của vũ trụ là gì? Chúng ta giải thích nó như thế nào? Làm thế nào chúng ta định nghĩa các xác suất trong vũ trụ học lượng tử? Chúng ta làm vật lí như thế nào khi mà thời gian đã biến mất? Quy luật vật lí trong một vũ trụ đơn, gắn liền với thời gian Bằng cách bác bỏ khuôn khổ Newton luận cho vũ trụ học và miễn trừ khái niệm đa vũ trụ, chúng ta cũng chẳng còn có lí do gì cho rằng thời gian là một ảo tưởng. Điều này đưa Unger và tôi đến chỗ xem xét các hàm ý của triết học tự nhiên dựa trên một tập hợp những nguyên lí khác. 1. Chỉ có một vũ trụ duy nhất. Không có vũ trụ nào khác, cũng chẳng có cái gì khác đồng hình với nó. Nguyên lí này ngụ ý một cách hợp lí rằng chẳng có vũ trụ nào khác, hay những bản sao khác của vũ trụ của chúng ta, dù là bên trong hay bên ngoài. Cái thứ nhất không thể vì chẳng có hệ con nào có thể mô phỏng chính xác hệ lớn hơn mà nó là một phận trong đó, còn cái thứ hai không thể vì một vũ trụ được định nghĩa là toàn bộ những gì có mặt. Nguyên lí này cũng bác bỏ khái niệm một đối tượng toán học đồng hình trong mỗi phần tương ứng với lịch sử của toàn bộ vũ trụ, một khái niệm mang tính siêu hình học hơn là khoa học. 2. Mọi thứ có thật là có thật tại một thời khắc, đó là một sự liên tục của những thời khắc. Bất cứ thứ gì đúng là đúng thuộc thời khắc hiện tại. Nguyên lí này không chỉ phát biểu cho thời gian thật, mà còn cho mọi thứ khác có thật ở trong thời gian. Không có cái gì tồn tại phi thời gian. 3. Mọi thứ có thật ở một thời khắc là một quá trình biến đổi dẫn tới những thời khắc kế tiếp hay tương lai. Bất kì cái gì đúng khi đó là một đặc điểm của một tiến trình, trong tiến trình này gây ra hay ngụ ý tới những thời khắc tương lai. Nguyên lí thứ ba sáp nhập luôn khái niệm rằng thời gian là một mặt của các quan hệ nhân quả. Một nguyên do xác nhận nó là mọi thứ chỉ tồn tại ở một thời khắc, không có căn nguyên hay gợi đến một mặt trạng thái ở một thời khắc tương lai, sẽ trôi vào thời khắc kế tiếp. Mọi thứ vẫn diễn tiến phải được xem là những tiến trình dẫn tới những tiến trình biến đổi mới. Một nguyên tử ở một thời khắc là một tiến trình dẫn tới một nguyên tử khác hay một nguyên tử biến đổi ở thời khắc tiếp theo. Khuôn khổ siêu hình học thay thế này có những ngụ ý cho bản chất của quy luật vật lí. Vì chẳng có gì là đúng hay có thật nằm ngoài thời gian, cho nên không có khả năng nói tới những định luật bất diệt. Các định luật là những quy tắc mà chúng ta phát hiện phát huy trong những nhánh rất dài của thời gian, nhưng chẳng có lí do nào cho các định luật là đúng một cách phi thời gian – thật vậy, chẳng có cách nào làm cho khái niệm đó có nghĩa. Điều này mở ra khả năng rằng các định luật đó tiến triển theo thời gian, đó là một quan niệm đã được đưa lên bàn nghị sự kể từ khi nhà lôgic học vĩ đại người Mĩ Charles Sanders Peirce viết hồi năm 7
1891 rằng “Việc giả sử những định luật chung của tự nhiên có khả năng nhận thức bởi trí tuệ con người và cho đến nay chẳng có nguyên do nào cho những dạng thức đặc biệt của chúng, nhưng tồn tại một cách không thể giải thích và thật vô lí, khó là một quan điểm có thể bào chữa được. Những tính chất không biến hóa đúng là loại thực tế cần được giải thích. Quy luật trên hết là vạn vật cần có một nguyên do. Giờ thì cách duy nhất giải thích cho các định luật của tự nhiên, và cho tính đều đặn nói chung, là giả sử chúng là kết quả của sự tiến hóa”. Từ quan điểm này, khái niệm vượt lên những trải nghiệm gắn liền với thời gian của chúng ta để khám phá ra những thực tại phát huy một cách phi thời gian là một ý tưởng không thực tiễn. Khi khoa học vận động, chúng ta chẳng làm gì thuộc loại ấy; cái chúng ta, những nhà vật lí, thực hiện là khám phá ra những quy luật chi phối trong vũ trụ mà chúng ta trải nghiệm trong thời gian. Tôi khẳng định như vậy đã là đủ; bất cứ thứ gì nằm ngoài điều ấy đều mang tính siêu nghiệm do động cơ tôn giáo hơn là vì khoa học. Vậy thì, nền vật lí không có sự phân tách rõ ràng thành các định luật và các điều kiện ban đầu, và do đó, không có khái niệm rằng có một không gian những cấu hình tồn tại phi thời gian, là gì ? Chúng ta không biết trọn vẹn câu trả lời cho câu hỏi này, nhưng chúng ta có một vài quan sát. Trước tiên, bằng cách bác bỏ khuôn khổ Newton luận cho vũ trụ học, chúng ta có ít lí do để xem vũ trụ của chúng ta là một trong nhiều vũ trụ thực khác. Thật vậy, chúng ta cũng có thể miễn trừ khái niệm một số lượng lớn những vũ trụ khả dĩ khác, thứ chẳng hiểu vì sao chẳng hề được nhận ra. Thay vào đó, chúng ta có thể tưởng tượng ra một khái niệm định luật chỉ áp dụng được cho vũ trụ đơn nhất thật sự tồn tại. Chúng ta chẳng còn lí do gì để cho rằng thời gian là một ảo giác vì, như đã chỉ rõ ở trên, những lập luận chủ yếu từ cơ sở vật lí cho thời gian xuất hiện và không phải là cơ bản xuất phát từ sự áp dụng sai khuôn khổ Newton luận cho vũ trụ xét như một tổng thể. Khi chúng ta cố gắng nhận ra những nguyên lí đó, chúng ta đi tìm một khái niệm định luật không thể áp dụng cho một vũ trụ tưởng tượng bên trong một đa vũ trụ. Biết rằng vũ trụ chỉ xuất hiện một lần, chúng ta phải cố tưởng tượng ra một loại định luật chỉ áp dụng một lần thôi. Một định luật như thế không cần – và không nên – có chút ý nghĩa nào trong đó nó tồn tại bên ngoài thời gian. Cũng không nên quan niệm nó tách rời với vũ trụ mà nó mô tả. Thật ra, nó có thể là một định luật tiến hóa theo thời gian; nghĩa là, một định luật trong đó sự khác biệt giữa một câu chuyện một-thời gian của lịch sử của một vũ trụ và phát biểu của những nguyên lí chi phối lịch sử ấy mờ hẳn đi. Nếu như mô hình đa vũ trụ phi thời gian hiện nay có ưu thế là đúng, t hì chúng ta đang tiến tới phần kết của một tiến trình sẽ loại trừ thực tại thời gian và thay thế nó bằng một loại “tồn tại” mờ nhạt bên trong một thế giới giá băng vĩnh viễn gồm những lượng lớn các xác suất. Mặt khác, nếu như các nguyên lí mà Unger và tôi đề xuất gần với sự thật hơn, thì chúng ta đang ở vào giai đoạn bắt đầu của một cuộc phiêu lưu mới trong khoa học, nơi chúng ta phải nhận thức lại khái niệm định luật áp dụng cho một đơn vũ trụ chỉ xảy ra một lần. Trong bất cứ trường hợp nào, chúng ta cũng sẽ đi đến nhận thức vũ trụ của chúng ta với những thuật ngữ rất khác và kém quen thuộc hơn so với trước đây. 8
Nhưng chúng ta có thật sự hình dung được rằng việc hoàn thành cuộc cách mạng do Einstein khởi xướng là có thể mà không cần phải bác bỏ một số trong những niềm tin dễ chịu của chúng ta nghiêng về sự náo loạn và những ý tưởng mới hầu như không thể hiểu nổi ? Ở cấp độ này, chúng ta làm khoa học không phải cho chúng ta, mà cho những thế hệ tương lai sẽ sống thoải mái trong những thế giới ý niệm mà tốt nhất chúng ta chỉ có thể đại khái nhắm tới mà thôi. Nguyên lí thứ tư: toán học và chủ nghĩa Platon Ảnh: Michael Maggs Những người tin vào thực tại vĩnh viễn thường xem toán học là một mô hình của một thế giới có những thực tại phi thời gian. Cái gọi là quan điểm Platon của toán học cho rằng các đối tượng toán học (những thứ mà các định lí toán học nói tới, ví dụ như những con số, hình cầu, mặt phẳng, đường cong, và vân vân) tồn tại trong một vương quốc tách rời phi thời 9
gian của thực tại. Các nhà toán học khảo sát vương quốc này với trí tuệ của họ và phát hiện ra những sự thật tồn tại bên ngoài thời gian, theo cách giống như cách chúng ta khám phá ra các định luật vật lí bằng thí nghiệm. Nhưng toán học không chỉ nhất quán, nó còn giữ vai trò trung tâm trong việc thiết lập các định luật vật lí cơ bản, cái mà nhà vật lí đạt giải Nobel Eugene Wigner có lần đã xem là “sự thành công vô lí của toán học trong vật lí học”. Một cách giải thích sự thành công này trong mô hình siêu hình học thống trị của đa vũ trụ phi thời gian là giả sử thực tại vật lí là mang tính toán học, tức là chúng ta là những sinh vật trong vương quốc Platon luận phi thời gian. Nhà vũ trụ học Max Tegmark gọi đây là giả thuyết vũ trụ toán học. Một phương pháp kém kích thích hơn là thừa nhận rằng vì các định luật vật lí có thể biểu diễn bằng toán học, nên không chỉ sự thật bản chất của chúng nằm ngoài thời gian, mà trong địa hạt Platon luận còn có một đối tượng toán học, một lời giải cho các phương trình của lí thuyết cuối cùng, nghĩa là “đẳng cấu” trong mỗi tương ứng với lịch sử của vũ trụ. Nghĩa là, bất kì sự thật nào về vũ trụ cũng có thể lập thành một định lí về đối tượng toán học tương ứng. Nếu như chẳng có gì tồn tại hay có thực nằm ngoài thời gian, thì điều này hoàn toàn sai lầm. Tuy nhiên, nếu toán học không phải là sự mô tả của địa hạt phi thời gian khác của thực tại, vậy thì nó là cái gì? Cái gì sẽ xảy ra nếu như các định lí toán học về những con số, công thức và đường cong không tồn tại bên ngoài thế giới của chúng ta? Điều này dẫn Unger và tôi đến một quan điểm mới về toán học có thể tóm tắt thành một nguyên lí thứ tư như sau. 4. Toán học suy luận ra từ kinh nghiệm là một khái quát hóa củ a những sự đều đặn quan sát thấy khi thời gian và tính cá biệt bị loại trừ. Hãy xem xét một trò chơi, ví dụ cờ vua. Nó được phát minh ra tại một thời điểm đặc biệt, trước đó chẳng có lí do gì để nói về bất kì sự thật nào của cờ vua. Nhưng một khi trò chơi đó được phát minh ra, một danh sách dài những sự thật trở nên có thể giải thích được. Những sự thật này có thể chứng minh từ những quy tắc, và có thể gọi một cách hợp lí là những định lí của cờ vua. Những thực tế này là khách quan, theo đó bất kì hai trí tuệ nào luận giải hợp lí từ những quy tắc giống nhau đều sẽ đi tới những kết luận giống nhau về một định luật phỏng chừng là đúng hay không. Giờ thì một người theo chủ nghĩa Platon sẽ nói rằng cờ vua luôn luôn tồn tại phi thời gian trong một không gian vô hạn của những trò chơi có thể mô tả bằng toán học. Chúng ta chẳng thu được bất cứ thứ gì bằng cách tin vào đó, ngoại trừ một xúc cảm làm một cái gì đó phấn chấn. Hơn nữa, rõ ràng là nhiều thứ bị mất đi; chẳng hạn, chúng ta phải giải thích làm thế nào chúng ta dìm mình tồn tại hữu hạn trong thời gian lại có thể thu được kiến thức về địa hạt phi thời gian này. Chúng ta thấy dễ hơn nhiều là hãy suy nghĩ theo hướng trò chơi đó được phát minh là một tập hợp lớn những thực tế trở nên có thể giải thích khách quan , là một hệ quả của việc phát minh ra trò chơi. Chúng ta chẳng cần nghĩ đến chúng là những sự thật tồn tại vĩnh viễn, cái có thể phát hiện ra đột ngột, thay vì thế chúng ta nói chúng là những thực tế khách quan đã được gọi vào tồn tại bởi việc phát minh ra trò chơi cờ vua. Quan điểm của chúng tôi là khối kiến thức toán học có thể xem xét theo kiểu tương tự, mặc dù các đối tượng toán học, ví dụ như những con số và hình học, được truyền cảm hứng bởi những quan sát cơ bản nhất của chúng ta về tự nhiên. Toán học chẳng kém khách quan hơn, có ích hay đúng đắn vì được gọi ra bởi và phụ thuộc vào những khám phá của những trí tuệ đang sinh sống trong tiến trình khảo sát vũ trụ độc nhất, gắn liền với thời gian đó. 10
 Nhiều nhà vũ trụ học ngày nay tin rằng chúng ta sóng trong một đa vũ trụ phi thời gian – một vũ trụ trong đó vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong một dàn đồng ca vũ trụ, và trong đó thời gian không tồn tại.  Tuy nhiên, cái đa vũ trụ phi thời gian đó có rất nhiều vấn đề. Các định luật vật lí của chúng ta không còn có thể xác định được từ thí nghiệm, và người ta chẳng rõ đâu là mối liên hệ giữa các định luật cơ bản và các định luật có hiệu lực.  Hơn nữa, các lí thuyết không thừa nhận thời gian là một thuộc tính cơ bản đã thất bại trước việc tái dựng lại không-thời gian mà chúng ta đã quen thuộc.  Nhiều câu hỏi trong những nan đề này có thể tránh được nếu chúng ta công nhận một tập hợp những nguyên lí khác phát biểu rằng chỉ có một vũ trụ duy nhất và thời gian là một thuộc tính cơ bản của tự nhiên. Kịch bản này cũng mở đường cho khả năng các định luật vật lí tiến hóa theo thời gian. Tài liệu tham khảo: R Bousso, B Freivogel and I-S Yang 2008 Boltzmann babies in the proper time measure Phys. Rev. D 77 103514 R Loll 2008 The emergence of spacetime or quantum gravity on your desktop Class. Quantum Grav. 25 114006 F Markopoulou 2008 Space does not exist, so time can www.fqxi.org/community/essay/winners/2008.1 L Smolin 2000 The present moment in quantum co smology: challenges to the arguments for the elimination of time Time and the Instant (ed) R Durie (Manchester, Clinamen Press) L Smolin 2006 The status of cosmological natural selection arXiv:hep -th/0612185 R M Unger 2007 The Self Awakened: Pragmatism Unbound (Harvard University Lee Smolin là thành viên sáng lập và là nhà vật lí nghiên cứu tại Viện Vật lí Lí thuyết Perimeter ở Waterloo, Canada. HiepKhachQuay dịch (theo Physics World, số tháng 6/2009) [Bài này có nhiều chỗ dịch không chính xác, mong các bạn thông cảm!] 11