🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Trật Tự Thời Gian - Carlo Rovelli Ebooks Nhóm Zalo CÔNG TY TNHH MTV NHÀ XUẤT BẢN THẾ GIỚI Trụ sở chính: Số 46, Trần Hưng Đạo, Hoàn Kiếm, Hà Nội Tel: 0084.24.38253841 – Fax: 0084.24.38269578 Chi nhánh: Số 7, Nguyễn Thị Minh Khai. Quận 1, TP. Hồ Chí Minh Tel: 0084.28.38220102 Email: [email protected] Website: www.thegioipublishers.vn TRẬT TỰ THỜI GIAN Từ nguồn gốc vũ trụ, số phận các hố đen đến bản chất của ý thức Chịu trách nhiệm xuất bản: GIÁM ĐỐC – TỔNG BIÊN TẬP TS. TRẦN ĐOÀN LÂM Biên tập: Phạm Bích Ngọc Sửa bản in: Sóng Thiết kế bìa: Phạm Ngọc Điệp Trình bày: Vũ Lê Như In 3.000 bản, khổ 14 x 20.5 cm tại Công ty CP In và Thương mại Quốc Duy Địa chỉ: Số 9, ngách 130/1, ngõ 130 phố Đốc Ngữ, P. Vĩnh Phúc, Ba Đình, TP. Hà Nội. Xưởng SX: Trụ Cầu N25 , Đường Tân Xuân , P. Đông Ngạc, Q. Bắc Từ Liêm, TP. Hà Nội. Số ĐKXB: 4263-2019/CXBIPH/12-233/ThG Quyết định xuất bản số: 1096/QĐ-ThG cấp ngày 12 tháng 11 năm 2019 ISBN: 978-604-77-6873-8. In xong và nộp lưu chiểu năm 2019. CÔNG TY CỔ PHẦN SÁCH OMEGA VIỆT NAM (OMEGA PLUS) Trụ sở chính: Tầng 5, Tòa nhà số 14 Pháo Đài Láng, phường Láng Thượng, quận Đống Đa, Hà Nội Tel: (024) 3233 6043 VP. TP. HCM: 138C Nguyễn Đình Chiểu, phường 6, quận 3, TP. Hồ Chí Minh Tel: (028) 38220 334 | 35 Website: www.omegaplus.vn Gửi Ernesto, Bilo, Edoardo Trừ khi có chỉ dẫn kháci, những vần thơ mở đầu chương đều lấy từ Odes của Horace, do Giulio Galetto dịch, và được in trong một cuốn sách nhỏ duyên dáng có tựa đề In questo breve cerchio (Edizioni del Paniere, Verona, 1980). i. Trong ấn bản tiếng Việt, những câu thơ này do Nguyễn Hải Châu dịch. (BT) Lưu ý: Trong sách này, chú thích của người dịch sẽ được ghi rõ (ND), của người biên tập sẽ được ghi rõ (BT), các chú thích còn lại đều là của tác giả. Thời gian là bí ẩn lớn nhất? Lời ta nói đây tên trộm thời gian cũng đã mang đi chẳng sao tìm lại. (I, 11) Bất động. Tĩnh lặng. Vô tư lự. Tôi lắng nghe thời gian trôi. Đây thời gian, quen thuộc và vĩnh hằng. Thời gian mang chúng ta đi. Những lớp sóng của từng giây, từng giờ, từng năm, xô chúng ta vào cuộc sống, rồi cuốn chúng ta về hư vô... Chúng ta quen thuộc với thời gian như cá quen thuộc với nước. Sự tồn tại của chúng ta là sự tồn tại trong thời gian. Hành khúc thời gian nuôi dưỡng ta, mở ra thế giới cho ta, khiến ta ưu phiền, khiến ta sợ hãi, rồi lại ru yên ta. Vũ trụ trải vào tương lai, cuốn đi bởi thời gian, và tồn tại theo trật tự thời gian. Trong huyền thoại Hindu giáo, dòng sông trần thế được mô tả với hình ảnh linh thiêng của vũ điệu Shivai: vũ điệu của ngài là cội nguồn tiến trình của vũ trụ, là dòng chảy của thời gian. Có gì có thể phổ quát và hiển nhiên hơn dòng chảy ấy? i. Thần Shiva, một trong những vị thần tối cao của Hindu giáo. (ND) Nhưng vấn đề phức tạp hơn thế. Bản chất thực tại thường khác xa với những gì nó biểu hiện. Trái đất có vẻ phẳng, nhưng thực ra lại là hình cầu. Mặt trời dường như luân chuyển trên bầu trời, trong khi thực ra chúng ta mới là đang quay cùng Trái đất. Bản chất của thời gian cũng vậy: nó khác với cái dòng chảy có vẻ đều đặn, phổ quát. Tôi sửng sốt phát hiện ra điều này từ những cuốn sách vật lý học những ngày còn là sinh viên: thời gian vốn rất khác với những gì nó biểu hiện. Cũng từ những cuốn sách ấy, tôi biết rằng chúng ta vẫn chưa nắm được bản chất của thời gian. Bản chất của thời gian có lẽ là điều bí ẩn lớn nhất chưa được giải đáp. Những mối dây kỳ quặc kết nối điều bí ẩn này với những điều bí ẩn lớn khác: bản chất của tâm trí, nguồn gốc của vũ trụ, số phận của các hố đen, sự vận hành của sự sống trên Trái đất. Có gì đó luôn kéo chúng ta trở về với vấn đề bản chất của thời gian. Thắc mắc là cội nguồn của khao khát hiểu biết,1 và việc khám phá ra rằng thời gian không phải như những gì chúng ta tưởng đã mở ra thêm hàng ngàn câu hỏi. Bản chất của thời gian là trọng tâm trong sự nghiệp nghiên cứu vật lý lý thuyết của tôi. Trong những trang tiếp đây, tôi sẽ trình bày những hiểu biết của chúng tôi về thời gian, những ý tưởng chúng tôi theo đuổi nghiên cứu để tiến tới một ý niệm sâu sắc hơn về thời gian. Tôi cũng sẽ trình bày những điều chúng tôi còn chưa biết, và những điều chúng tôi mới chỉ đang mơ hồ nắm bắt được. Tại sao chúng ta chỉ nhớ quá khứ mà không nhớ tương lai? Chúng ta tồn tại trong thời gian, hay thời gian tồn tại trong chúng ta? Ta ngụ ý gì khi ta nói thời gian “trôi”? Điều gì đã gắn kết thời gian với bản thể con người, với tính chủ quan của mỗi chúng ta? Ta nghe thấy gì trong tiếng thời gian? Cuốn sách này được chia thành ba phần không bằng nhau. Trong Phần I, tôi sẽ tóm tắt những hiểu biết của vật lý hiện đại về thời gian. Giống như bông tuyết trong lòng bàn tay: khi bạn quan sát nghiền ngẫm về chúng, chúng sẽ dần tan ra giữa các ngón tay và biến mất. Ta thường nghĩ về thời gian như cái gì đó giản đơn, cơ bản, đều đặn chảy từ quá khứ đến tương lai, độc lập với mọi thứ. Cái gì đó đo bởi đồng hồ. Trong tiến trình của thời gian, những sự kiện của vũ trụ trình tự nối tiếp nhau: quá khứ, hiện tại, tương lai. Quá khứ là cố định còn tương lai thì vô định... Và tất cả những ấn tượng này hóa ra là sai lạc. Các đặc tính của thời gian, cái này đến cái khác, lần lượt bộc lộ ra chỉ là những xấp xỉ, những nhầm lẫn do nhận thức phiến diện của chúng ta mà ra, giống như ta đã tưởng Trái đất phẳng và Mặt trời thì quay quanh Trái đất. Những hiểu biết dần sâu sắc hơn của chúng ta đã dẫn đến sự phân hoại của thời gian. Cái mà chúng ta gọi là “thời gian” hóa ra là một thể phức tạp các cấu trúc lớp.2 Dưới sự phân tích ngày càng sâu, lớp này đến lớp khác, mảng này đến mảng khác của thời gian đã bị lột bỏ. Phần đầu tiên của cuốn sách này trình bày sự phân hoại của thời gian. Phần II của cuốn sách mô tả những gì còn lại với ta: một khung cảnh trống rỗng thênh thang hầu như không dấu tích của tính tuần tự thời gian. Một thế giới kỳ quặc, xa lạ, dẫu rằng cũng vẫn chính là thế giới mà chúng ta hằng thuộc về. Cảm giác đó giống như ta đang đặt chân lên một đỉnh núi hoang vắng ngàn năm chỉ có tuyết phủ, sỏi đá và bầu trời. Hẳn rằng Armstrong và Aldrini đã từng cảm thấy tương tự khi đặt chân lên dải cát ngàn năm bất động của Mặt trăng. Một thế giới trút bỏ đến cốt lõi, lộng lẫy với vẻ đẹp khô cằn bất ổn. Lĩnh vực nghiên cứu của tôi – hấp dẫn lượng tử – là một cố gắng để hiểu và mang lại một ý nghĩa nhất quán cho cái khung cảnh đẹp đẽ và cực đoan đó. Cho một thế giới không có thời gian. i. Neil Armstrong (1930 – 2012) và Buzz Aldrin (sinh năm 1930), hai nhà du hành vũ trụ người Mỹ, là những người Trái đất đầu tiên đặt chân lên Mặt trăng vào ngày 20 tháng Bảy năm 1969. (ND) Phần III của cuốn sách là khó nhất, nhưng cũng sống động và liên quan đến chúng ta hơn cả. Trong một thế giới không có thời gian vẫn phải có gì đó hình thành nên cái gọi là thời gian quen thuộc của chúng ta, với trình tự của nó, với quá khứ của nó khác với tương lai, và với dòng chảy nhịp nhàng của nó. Bằng cách nào đó, thời gian của chúng ta phải lộ diện, ít nhất là đối với chúng ta và ở thang độ lớn của chúng ta.3 Đây là hành trình trở về, trở lại với thời gian bị mất trong Phần I của cuốn sách, khi ta theo đuổi tìm kiếm những quy luật cơ bản của thế giới. Giống như tiểu thuyết trinh thám, ta truy lùng tên tội phạm: kẻ đã tạo ra thời gian. Ta tìm lại những thành phần kết cấu của thời gian quen thuộc với chúng ta, phần nọ đến phần kia – giờ đây không phải là những thành tố cơ bản của thực tại, mà là một xấp xỉ hữu ích của chúng ta, của những sinh vật vụng về cẩu thả: đó là những thứ xuất hiện do cách nhìn chủ quan phiến diện của chúng ta, và lại cũng là thứ định hình nên bản thể của ta. Bởi vì bí mật của thời gian suy đến cùng, có lẽ, là bí mật của chính chúng ta hơn là của thế giới thực tại kia. Có lẽ, cũng giống như trong cuốn tiểu thuyết trinh thám đầu tiên và tuyệt vời nhất trong các tiểu thuyết trinh thám, Oedipus Rexi của Sophocles, người truy tìm thủ phạm hóa ra lại chính là kẻ có tội. i. Một vở kịch nổi tiếng của Sophocles, được biết đến ở Việt Nam với tên Oedipus làm vua. (BT) Từ đây cuốn sách sẽ trở thành một dòng nham thạch ngùn ngụt các ý tưởng, đôi khi sáng láng, đôi khi kỳ quặc khó hiểu. Nếu bạn lắng nghe, tôi sẽ đưa bạn đến nơi mà tôi tin là hiểu biết của chúng ta về thời gian đã đạt đến: bờ miệng của một đại dương mịt mùng và lấp lánh ánh sao từ tất cả những điều mà chúng ta còn chưa biết. PHẦN I SỰ PHÂN HOẠI CỦA THỜI GIAN 01 Mất sự thống nhất Vũ điệu tình yêu những nàng tiên kiều diễm dưới ánh trăng trong đêm trong vắt. (I, 4) SỰ CHẬM LẠI CỦA THỜI GIAN Ta hãy bắt đầu với một thực tế đơn giản: thời gian trên đỉnh núi trôi nhanh hơn so với thời gian ở mực nước biển. Sự khác biệt là nhỏ, nhưng có thể đo được với những chiếc đồng hồ chính xác mà ngày nay ta mua được trên internet với vài ngàn đô-la. Qua thực hành, ai cũng sẽ có thể chứng kiến sự chậm lại của thời gian. Với đồng hồ của các phòng thí nghiệm chuyên môn, sự chậm lại của thời gian có thể đo được giữa những độ cao cách nhau vài centimet: một chiếc đồng hồ đặt trên sàn nhà sẽ chạy chậm hơn một chút so với chiếc khác đặt trên mặt bàn. Không phải chỉ có đồng hồ là chạy chậm lại: xuống thấp hơn, mọi quá trình đều chậm lại. Hai người bạn chia tay, một người sống ở vùng đồng bằng và người kia đi lên núi. Họ gặp lại nhau sau nhiều năm: người sống ở vùng thấp hơn đã sống một khoảng thời gian ít hơn, già ít hơn, quả lắc đồng hồ của anh ta đã lắc ít hơn. Anh ta có ít thời gian hơn để làm việc, cây cối của anh ta lớn chậm hơn, ý nghĩ của anh ta có ít thời gian hơn để bộc lộ. Xuống thấp hơn, ta có ít thời gian hơn so với ở trên cao. Phải chăng điều này là đáng ngạc nhiên? Có lẽ vậy. Nhưng đó là cách thức mà thế giới này vận hành. Thời gian trôi chậm hơn ở nơi này, và nhanh hơn ở nơi khác. Có lẽ điều đáng ngạc nhiên hơn là ai đó đã hiểu được sự chậm lại này của thời gian một thế kỷ trước khi ta có những đồng hồ đủ chính xác để đo được nó. Tên người đó, tất nhiên, là Albert Einstein. Khả năng hiểu được điều gì đó trước khi nó được quan sát trong thực tế là tâm điểm của tư duy khoa học. Từ thời cổ đại, Anaximanderi đã hiểu được rằng bầu trời tiếp nối xuống dưới chân ta, rất lâu trước khi tàu thuyền có thể đi lại vòng quanh Trái đất. Mở đầu kỷ nguyên hiện đại, Copernicus đã hiểu rằng Trái đất có chuyển động quay, từ lâu trước khi các nhà du hành vũ trụ thấy được điều đó từ Mặt trăng. Cũng với cách tương tự, Einstein đã hiểu được thời gian không trôi đều đặn ở mọi nơi trước khi xuất hiện các đồng hồ đủ chính xác để đo đạc được sự khác biệt này. i. Anaximander (khoảng 610 – 546 TCN): nhà triết học Hy Lạp cổ đại thời tiền Socrates. (ND) Qua những bước tiến như vậy, ta học được rằng những thứ tưởng như hiển nhiên đối với ta thực ra không là gì hơn những định kiến. Có vẻ như hiển nhiên là bầu trời ở trên chúng ta chứ không phải ở dưới; nếu không, hẳn Trái đất đã rơi xuống. Có vẻ như hiển nhiên là Trái đất không chuyển động; nếu không mọi thứ hẳn sẽ đổ vỡ. Cũng hiển nhiên như vậy, thời gian có vẻ trôi như nhau ở khắp mọi nơi… Trẻ em lớn lên và phát hiện ra rằng thế giới này không giống như thế giới của chúng giữa bốn bức tường nhà. Nhân loại cũng lớn lên theo cách hệt như vậy. Einstein đã tự hỏi bản thân một câu hỏi hẳn cũng đã làm rất nhiều người trong chúng ta bối rối khi học về lực hấp dẫn: làm thế nào Mặt trời và Trái đất “hút” nhau mà không đụng chạm đến nhau, cũng không sử dụng bất kỳ phương tiện trung gian nào. Ông đi tìm một lời giải thích có vẻ hợp lý và đã tìm thấy câu trả lời bằng cách tưởng tượng rằng Mặt trời và Trái đất thực ra không trực tiếp hút nhau, mà mỗi thiên thể từng bước tác động lên cái nằm giữa chúng. Và bởi vì cái nằm giữa chúng chỉ là không thời gian, ông đã tưởng tượng rằng Mặt trời và Trái đất đã làm biến đổi thời gian và không gian xung quanh chúng, cũng giống như một vật thể nằm trong nước làm biến đổi phần nước quanh chúng. Sự biến đổi này của cấu trúc thời gian ảnh hưởng đến sự chuyển động của vật thể, khiến chúng “rơi” về phía nhau.4 “Sự biến đổi của cấu trúc thời gian” này là gì? Đó chính là sự chậm lại của đồng hồ mô tả ở trên: một vật nặng làm chậm lại thời gian ở quanh nó. Trái đất là một vật nặng lớn, và nó làm chậm lại thời gian ở vùng quanh nó. Thời gian chậm lại nhiều hơn ở đồng bằng, ít hơn ở vùng núi, bởi vì đồng bằng gần với Trái đất hơn. Đó là lý do tại sao anh bạn ở lại đồng bằng già đi chậm hơn so với anh bạn đi lên núi. Nếu các vật bị thả đều rơi, thì đó chính là do sự chậm lại này của thời gian. Khi thời gian trôi đồng đều khắp nơi như ở trong khoảng không vũ trụ, các vật thể sẽ không rơi. Chúng trôi nổi trong không gian. Ở đây, trên mặt hành tinh của chúng ta, ngược lại, chuyển động của các vật thể có khuynh hướng hướng về phía thời gian trôi chậm hơn, giống như khi ta chạy từ bờ cát xuống biển cả và sức cản của nước lên chân khiến ta ngã chúi đầu vào những làn sóng. Các vật thể rơi xuống là bởi vì, dưới kia, thời gian bị Trái đất làm chậm lại.5 Thế nên, mặc dù chúng ta không dễ dàng quan sát được nó, sự trôi chậm lại của thời gian dẫu sao đi nữa cũng có một hệ quả cốt yếu: các vật thể rơi xuống là vì nó, và chính nó cho phép ta giữ đôi chân của mình vững vàng trên mặt đất. Nếu đôi chân của ta bám chắc được vào mặt đường, thì đó là vì toàn bộ cơ thể ta có khuynh hướng tự nhiên đi xuống nơi mà thời gian trôi chậm – và thời gian dưới chân trôi chậm hơn ở đầu của ta. Phải chăng điều này là kỳ dị? Nó cũng giống như khi đang ngắm cảnh Mặt trời huy hoàng đi xuống trong chiều tà và biến mất dần đi sau những đám mây xa, ta bất chợt nhớ ra rằng thực ra Mặt trời không chuyển động, mà chính là Trái đất đang quay. Chúng ta đang nhìn với tuệ nhãn của tri thức để thấy toàn bộ hành tinh – mang theo bản thân chúng ta trên đó – đang quay ngược lại, đi xa dần với hướng Mặt trời. Ta đang nhìn với cặp mắt “điên” như thằng khờ trên đỉnh dốc của Paul McCartney:i cái nhìn cuồng dị đôi khi vượt xa hơn tầm nhìn lờ mờ thông thường của ta. i. Paul McCartney (sinh năm 1942): nhạc sĩ, ca sĩ người Anh, cựu thành viên nhóm The Beatles. Paul McCartney viết bài The fool on the hill (Thằng khờ trên đỉnh dốc) năm 1967, trong đó có đoạn: “The fool on the hill/Sees the sun going down/And the eyes in his head/See the world spinning round...” (ND) MƯỜI NGÀN SHIVA ĐANG NHẢY MÚA Tôi có một niềm say mê bất tuyệt với Anaximander, nhà triết học Hy Lạp sống cách đây hai mươi sáu thế kỷ đã hiểu rằng Trái đất trôi nổi trong không gian không có gì chống giữ.6 Chúng ta chỉ biết đến những ý tưởng của Anaximander qua những lời kể lại. Chỉ một mẩu nhỏ nguyên bản của những gì ông viết là còn sót lại – chỉ một: Vạn vật chuyển hóa vào nhau trong sự cần thiết, và trả lại sự cân bằng cho nhau, theo trình tự của thời gian. “Theo trình tự của thời gian” (κατὰ τὴν τοῦ χρόνου τάξιν). Từ những khoảnh khắc cốt yếu sơ khai của khoa học tự nhiên còn vang vọng lại những âm từ mơ màng huyền bí này, lời thỉnh cầu viện đến “trật tự thời gian”. Thiên văn học và vật lý học từ đó đã phát triển theo sự dẫn dắt phôi thai của Anaximander: bằng cách hiểu các hiện tượng xuất hiện theo trình tự của thời gian. Thời cổ đại, các nhà thiên văn học mô tả chuyển động của các vì sao theo thời gian. Các phương trình vật lý mô tả sự vật biến đổi theo thời gian. Từ những phường trình Newton là nền tảng của cơ học, cho đến những phương trình Maxwell cho các hiện tượng điện từ; từ phương trình Schrödinger mô tả cách các hiện tượng lượng tử phát triển đến các phương trình của lý thuyết trường lượng tử cho động lực học của các hạt hạ nguyên tử: toàn bộ vật lý học và khoa học nói chung, đều là về cách thức sự vật phát triển “theo trật tự thời gian”. Từ lâu việc dùng chữ cái t để biểu thị thời gian trong các phương trình đã là một quy ước (từ “thời gian” trong tiếng Ý, tiếng Pháp, tiếng Tây Ban Nha đều bắt đầu bởi chữ t, khác với tiếng Đức, tiếng Ả-rập, tiếng Nga và tiếng Trung Quốc phổ thông). Chữ t này có nghĩa là gì? Nó ký hiệu số chỉ của đồng hồ. Các phương trình nói với chúng ta sự vật biến đổi thế nào khi thời gian đo bởi đồng hồ trôi đi. Nhưng các đồng hồ khác nhau chỉ các thời gian khác nhau, như ta đã thấy ở trên. Vậy ký tự t biểu thị điều gì? Khi một người sống trên núi và một người khác sống ở đồng bằng gặp lại, đồng hồ trên tay họ sẽ chỉ thời gian khác nhau. Số chỉ nào là t? Trong một phòng thí nghiệm vật lý, đồng hồ trên mặt bàn và đồng hồ đặt dưới đất chạy với tốc độ khác nhau. Cái nào chỉ thời gian? Làm thế nào chúng ta mô tả sự khác biệt giữa chúng? Phải chăng ta nói rằng chiếc đồng hồ trên sàn chậm hơn tương đối so với thời gian thực ghi ở trên bàn? Hay chiếc trên bàn chạy nhanh hơn thời gian thực đo bởi đồng hồ trên mặt sàn? Đó là câu hỏi vô nghĩa. Giống như ta đã hỏi cái nào thực nhất – trị giá của đồng bảng Anh tính bằng đồng đô-la hay giá trị của đồng đô-la tính bằng đồng bảng Anh. Không có giá trị nào “thực hơn”; đó là hai loại tiền tệ có giá trị tương đối với nhau. Không có thời gian nào “thực hơn”; có hai thời gian và chúng thay đổi tương đối với nhau. Không cái nào thực hơn cái nào. Nhưng chẳng phải chỉ có hai thời gian. Ta có cả một quân đoàn các thời gian: mỗi thời gian cho một địa điểm trong không gian. Không có một thời gian duy nhất; ta có cả vô vàn các thời gian khác nhau. Thời gian chỉ bởi một đồng hồ nhất định cho một hiện tượng nhất định trong vật lý được gọi là “thời gian riêng”. Mọi đồng hồ có thời gian riêng của nó. Mọi hiện tượng xảy ra có thời gian riêng, có nhịp điệu riêng của nó. Einstein đã viết cho chúng ta những phương trình mô tả thời gian riêng thay đổi tương đối với nhau. Ông đã chỉ cho chúng ta cách tính sự khác biệt giữa hai thời gian.7 Một đại lượng duy nhất “thời gian” nay đã tan vào một mạng lưới các thời gian. Chúng ta không mô tả thế giới tiến hóa theo thời gian: chúng ta mô tả sự vật biến đổi theo thời gian cục bộ, và thời gian cục bộ tiến hóa tương đối với nhau. Thế giới không giống như một đội quân đồng hành dưới sự chỉ huy của một viên tướng duy nhất. Nó là một mạng lưới các sự kiện ảnh hưởng lẫn nhau. Đó là thời gian được mô tả trong thuyết tương đối rộng của Einstein. Những phương trình của ông không có một “thời gian” duy nhất; chúng có vô số các thời gian khác nhau. Giữa hai sự kiện, chẳng hạn khi hai đồng hồ được tách ra rồi lại được mang lại với nhau, khoảng thời gian là không đơn nhất.8 Vật lý không mô tả cách thức mà sự vật tiến hóa “trong thời gian”, mà mô tả cách thức chúng tiến hóa trong thời gian của bản thân chúng, và cách thức mà “thời gian” tiến hóa tương đối với nhau.i i. Ghi chú về ngữ nghĩa. Từ “thời gian” có một vài nghĩa khác nhau, liên quan, nhưng khác biệt: 1. “thời gian” là trình tự tiếp nối phổ biến của các hiện tượng (“Bước chân thời gian trong thinh lặng”); 2. “thời gian” chỉ khoảng nào đó trong sự tiếp nối này (“Trong thời gian mùa xuân”); 3. Khoảng thời gian (“Ô thưa các ngài, cuộc sống ngắn ngủi”); 4. “thời gian” chỉ một thời điểm nhất định (“Thời gian sẽ đến mang chúng ta đi”), thường là ngay lúc này (“Đã đến lúc ta bắt đầu”); 5. “thời gian” là một biến số đo khoảng thời gian (“Gia tốc là đạo hàm của tốc độ”). Trong cuốn sách này, tôi sẽ tùy tiện sử dụng một trong những ý nghĩa trên đây, như trong ngôn ngữ thường nhật của chúng ta. Khi bạn cảm thấy nhầm lẫn, bạn có thể trở lại với ghi chú này. Thời gian đã mất đi khía cạnh đầu tiên, hay lớp nang đầu tiên của nó: tính thống nhất. Nó có nhịp điệu khác nhau và trôi đi khác nhau ở những nơi khác nhau. Vạn vật trên thế giới đan dệt các điệu nhảy với những nhịp điệu khác nhau. Nếu thế giới này được tổ chức bởi điệu nhảy Shiva, hẳn rằng phải có mười ngàn ngài Shiva đang nhảy múa, giống như bức tranh miêu tả sự nhảy múa của Matisse…ii ii. Heri Matisse (1869 – 1954): họa sĩ, nhà điêu khắc, chuyên gia đồ họa in ấn người Pháp có ảnh hưởng quan trọng với nghệ thuật thế kỷ 20. Bức tranh The Dance (Những hình hài nhảy múa) vẽ năm 1910 theo đề nghị của một thương gia, nhà sưu tập người Nga, Sergei Shchukin (1854 – 1936). (ND) 02 Mất sự định hướng Dù nhẹ nhàng hơn Orpheus kẻ đã rung động cỏ cây người rung tiếng tơ máu nóng vẫn không trở lại với chiếc bóng dật dờ... Số phận nghiệt ngã, nhưng hãy yên lòng vạn vật hủy tàn đều không trở lại. (I, 24) DÒNG CHẢY VĨNH CỬU NÀY ĐẾN TỪ ĐÂU Đồng hồ có thể chạy nhanh chậm khác nhau khi ở trên những đỉnh núi và khi ở dưới đồng bằng, nhưng suy cho cùng đây có phải là điều quan trọng nhất đối với chúng ta? Nước ở gần bờ sông chảy chậm hơn nước ở giữa dòng – nhưng nước vẫn chảy… Chẳng phải thời gian vẫn là cái gì đó luôn chảy trôi – từ quá khứ tới tương lai? Hãy gác lại một bên việc đo đạc chính xác thời gian trôi nhanh chậm bao nhiêu mà ta đã trăn trở ở chương trước: số đo của thời gian. Có một yếu tố khác, một khía cạnh cốt yếu hơn của thời gian: thời gian trôi, thời gian chảy, dòng chảy vĩnh cửu của những dòng đầu tiên trong Duino Elegies (Khúc bi thương Duino) của Rilke:i i. Rainer Maria Rilke (1875 – 1926): nhà thơ, tiểu thuyết gia gốc Áo Hung, một trong những thi sĩ trữ tình trứ danh của văn chương Đức. Ông viết Khúc bi thương Duino năm 1912 nhân dịp làm khách của công chúa Marie von Thurn und Taxis tại lâu đài Duino, gần thành phố Trieste trên bờ Địa Trung Hải. (ND) Khắp trên hai cõi ầm ầm gầm thét dòng chảy vĩnh hằng cuốn trôi tuổi tác.9 Quá khứ và tương lai là khác biệt. Nguyên nhân có trước hệ quả. Đau đớn đến sau thương tích. Tấm gương vỡ tan thành ngàn mảnh, nhưng các mảnh vỡ chẳng thể tự ráp lại thành một tấm gương. Chúng ta không thay đổi được quá khứ; ta có thể tiếc nuối, ăn năn, hoài niệm. Trái lại, tương lai thì bất định, đầy khao khát, âu lo, mênh mông, và có thể cũng là số mệnh. Ta có thể sống mà hướng đến nó, tạo nên nó, bởi vì tương lai chưa tồn tại. Mọi điều hãy còn có thể… Thời gian không phải là một đường thẳng với hai chiều giống nhau: thời gian là một mũi tên với hai thái cực. Và đây chính là điều làm hầu hết chúng ta bận tâm hơn so với việc thời gian trôi nhanh hay chậm. Đây là vấn đề căn bản của thời gian. Bí mật của thời gian nằm ở sự trôi trượt đi của nó mà ta cảm nhận được trong huyết quản, trong tâm can, trong bí ẩn của tâm trí và sự muộn phiền về tương lai. Đó là điều ta nghĩ đến khi nghĩ về thời gian. Sự trôi đi này chính xác là gì vậy? Nó ẩn giấu ở đâu trong những quy luật cơ bản của thế giới này? Cái gì phân biệt quá khứ, cái đã qua, và tương lai, cái hãy còn chưa đến, trong cái cơ chế vận hành của thế giới này? Tại sao, đối với chúng ta, quá khứ lại khác với tương lai đến thế? Vật lý thế kỷ 19 và 20 bận rộn với những câu hỏi này và đụng vào một sự đảo lộn bất ngờ – đảo lộn hơn nhiều so với cái thực tế bên lề là thời gian trôi đi với tốc độ khác nhau ở những nơi khác nhau. Hóa ra trong những quy luật cơ bản mô tả sự vận hành của thế giới này, giữa quá khứ và tương lai, giữa nguyên nhân và hệ quả, giữa ký ức và hy vọng, giữa tiếc nuối và toan tính… hoàn toàn không có gì khác biệt. NHIỆT Tất cả bắt đầu với một cuộc hành quyết. Ngày 16 tháng Một năm 1793, Quốc Ước Paris tuyên án tử hình vua Louis XVI. Nổi loạn có lẽ là cội rễ sâu nhất của khoa học: sự cự tuyệt chấp nhận trật tự hiện thời của vạn vật.10 Trong số những người đưa ra quyết định chí tử đó là một người bạn của Robespierre,i có tên là Lazare Carnotii. Carnot có niềm đam mê mãnh liệt với nhà thơ Ba Tư vĩ đại Saadi Shirazi. Cầm tù và bị biến thành nô lệ bởi quân Thập tự chinh ở Arce, Shirazi là tác giả của những vần thơ chói lọi mà ngày nay tạc ở lối vào của tổng hành dinh Liên Hợp Quốc: i. Maximilien François Marie Isidore de Robespierre (1758 – 1794): một trong những nhà lãnh đạo Cách mạng Pháp (1789). (ND) ii. Lazare Carnot (1753 – 1823): nhà toán học, kỹ sư, chính trị gia, nhà chỉ huy quân sự người Pháp. (BT) Nhân loại vốn một thân Sẻ chia xương máu Một chỗ bị đau Trong một thân người Muôn nơi cảm thấy Kẻ nào vô cảm Chẳng xứng con người. Có lẽ thơ ca là một cội rễ sâu xa khác của khoa học: khả năng vượt qua cái khả kiến. Carnot đặt tên con đầu lòng phỏng theo Saadi. Sadi Carnotiii vậy là đã được sinh ra từ trong thơ ca và phiến loạn. iii. Sadi Carnot (1796 – 1832): nhà vật lý người Pháp. Ông thường được xem là cha đẻ của nhiệt động học. (BT) Khi còn trẻ, Sadi đam mê các động cơ hơi nước, những động cơ đang bắt đầu chuyển hóa thế giới đầu thế kỷ 19 bằng cách dùng lửa để làm vật thể chuyển vận. Năm 1824, ông viết một cuốn sách nhỏ với tiêu đề lôi cuốn Reflection on the motive power of fire (Suy ngẫm về động lực của lửa) nhằm tìm hiểu bản chất lý thuyết của sự vận hành các động cơ này. Bản chuyên luận nhỏ đầy những giả thiết sai lầm: ông tưởng tượng rằng nhiệt là một thực thể cụ thể – một loại chất lỏng sản sinh năng lượng bằng cách “chảy” từ vật nóng sang vật lạnh, giống như nước ở thác nước sinh ra năng lượng bằng cách đổ từ trên cao xuống thấp. Nhưng nó chứa đựng một ý tưởng mấu chốt: động cơ hơi nước hoạt động, phân tích cho đến cùng, là nhờ nhiệt truyền từ nóng sang lạnh. Cuốn sách nhỏ của Sadi lọt vào tay một giáo sư người Phổ khắc khổ với đôi mắt dữ dội, Rudolf Clausius. Ông chính là người đã chắt lọc ý tưởng cơ bản trong đó và vạch ra một định luật đã được số mệnh định để trở nên nổi tiếng: nhiệt không thể truyền từ vật lạnh sang vật nóng mà không có gì thay đổi ở môi trường xung quanh. Điểm mấu chốt ở đây là sự khác biệt với vật thể rơi: quả bóng có thể rơi, nhưng nó cũng có thể bay ngược trở lên, chẳng hạn như khi nảy bật lại từ sàn. Nhiệt thì không thể. Đây là định luật vật lý cơ bản duy nhất phân biệt quá khứ và tương lai. Không có định luật vật lý nào khác làm được điều đó. Không phải các định luật cơ học của Newton; không phải các phương trình điện từ học của Maxwell. Không phải phương trình hấp dẫn tương đối tính của Einstein, cũng không phải cơ học lượng tử của Heisenberg, Schrödinger và Dirac. Không phải các phương trình cho các hạt cơ bản của các nhà vật lý thế kỷ 20… Không có phương trình nào trong chúng phân biệt được quá khứ và tương lai.11 Nếu một dãy các sự kiện được cho phép bởi các phương trình này, thì dãy sự kiện chạy ngược lại theo thời gian cũng phải được cho phép.12 Trong những phương trình cơ bản của thế giới,13 mũi tên thời gian chỉ xuất hiện khi có nhiệt.i Sự liên đới giữa thời gian và nhiệt do đó mang tính nền tảng. Ở đâu có sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai, ở đó có liên quan đến nhiệt. Trong tất cả các chuỗi sự kiện mà ta thấy sẽ trở nên kỳ quặc khi được trình chiếu theo trình tự ngược lại, đâu đó đã bị nóng lên. i. Một cách chặt chẽ, mũi tên thời gian có thể biểu lộ qua những hiện tượng không hoàn toàn liên quan trực tiếp đến nhiệt nhưng chia sẻ những khía cạnh cốt yếu với nó, chẳng hạn các thế điện trễ (retarded potential) trong điện động lực học. Những thảo luận sau đây – và nói riêng là kết luận – cũng đúng với những hiện tượng này. Tôi không muốn chia nhỏ xem xét các trường hợp riêng vì sẽ khiến thảo luận của ta trở nên tản mạn. Nếu tôi xem một đoạn phim chiếu một quả bóng đang lăn, tôi sẽ chẳng thể nào nói được là nó đang được trình chiếu đúng trình tự thời gian, hay theo chiều ngược lại. Nhưng nếu quả bóng đứng lại, tôi biết là đoạn phim đang chiếu đúng; chiếu theo trình tự ngược, ta sẽ thấy một sự kiện hoang đường: một quả bóng tự nó bắt đầu lăn. Quả bóng chậm dần và dừng lại là do ma sát, và ma sát thì sinh nhiệt. Chỉ ở đâu có nhiệt, thì ở đó mới có sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai. Chẳng hạn, ý nghĩ mở ra từ quá khứ vào tương lai, chứ không theo chiều ngược lại – và quả vậy, suy nghĩ sinh ra nhiệt trong đầu chúng ta... Clausius đưa ra một đại lượng đo lường xu hướng không thuận nghịch của nhiệt. Và vì là một trí thức Đức, ông ưa đặt cho nó một cái tên bằng tiếng Hy Lạp cổ, entropy: Tôi muốn đặt tên cho các đại lượng quan trọng trong khoa học bằng ngôn ngữ cổ, sao cho chúng có thể như nhau trong mọi ngôn ngữ hiện tại. Do đó tôi đề nghị gọi đại lượng (S) của một vật thể là entropy, một từ mang nghĩa “biến đổi” trong tiếng Hy Lạp: ἡτροπή.14 Đây là trang báo của Clausius lần đầu tiên đưa ra khái niệm và tên gọi “entropy”. Phương trình trong đó cho định nghĩa toán học của sự biến đổi entropy (S-S0) của một vật thể: tổng (hay tích phân) của nhiệt lượng vật nhận vào chia cho nhiệt độ T của nó. Entropy của Clausius, ký hiệu là S, là một đại lượng đo được và tính toán được,15 một đại lượng chỉ tăng hoặc không đổi chứ không bao giờ giảm trong một quá trình cô lập. Để thể hiện rằng nó không bao giờ giảm, ta viết: ΔS ≥0 Đọc lên là: “Biến thiên của S luôn lớn hơn hoặc bằng không”, và ta gọi đây là “Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học” (Nguyên lý thứ nhất nói về sự bảo toàn năng lượng). Điểm trọng yếu của nó là nguyên lý nhiệt chỉ truyền từ vật nóng sang vật lạnh, chứ không theo chiều ngược lại. Thứ lỗi cho tôi về phương trình này – đây là phương trình duy nhất trong cuốn sách này. Đây là phương trình của mũi tên thời gian, và tôi chẳng thể nào cưỡng lại không viết nó trong cuốn sách của tôi về thời gian. Nó là phương trình duy nhất của vật lý biết đến sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai. Phương trình duy nhất nói lên dòng chảy của thời gian. Đằng sau phương trình đặc biệt này ẩn giấu cả một thế giới. Mở ra thế giới này cho chúng ta là một người Áo duyên dáng bất hạnh, cháu của một người thợ sửa đồng hồ, một hình tượng lãng mạn bi thương, Ludwig Boltzmann. LÀM NHÒE Chính Boltzmann là người đã nhìn thấy điều ẩn chứa đằng sau phương trình ΔS ≥ 0 và ném chúng ta vào một vực nước sâu chóng mặt để đến với hiểu biết về những quy luật sâu xa của thế giới này. Boltzmann làm việc ở Graz, Heidelberg, Berlin, Vienna, và sau đó lại trở về Graz. Ông thường quy số phận long đong của mình là do ông sinh đúng vào mùa lễ hội Mardi Gras.i Đây không hẳn là câu nói đùa, bởi vì tính cách của ông thực sự thất thường, chênh vênh giữa tự hào hãnh diện và trầm cảm suy nhược. Ông thấp, mập mạp, tóc xoăn đen và có bộ râu của một người Taliban; bạn gái của ông gọi ông là “anh chàng mũm mĩm ngọt ngào”. Và chính ông, chàng Ludwig, là người anh hùng bất hạnh đã lý giải tính định hướng của thời gian. i. Mardi Gras: mùa lễ hội với hoạt động nhộn nhịp trước Mùa Chay. Các hoạt động phổ biến bao gồm đeo mặt nạ và trang phục, đảo lộn các quy ước xã hội, khiêu vũ, thi đấu thể thao, diễu hành, ăn thực phẩm giàu chất béo. (ND) Sadi Carnot nghĩ rằng nhiệt là một loại vật chất, một chất lỏng. Carnot đã sai. Nhiệt là sự kích động vi mô của các phân tử. Nước trà nóng là nước trà mà ở đó các phân tử kích động mạnh. Nước trà lạnh là nước trà mà ở đó các phân tử chỉ kích động nhẹ nhàng. Trong một khối băng đang tan, các phân tử bị làm ấm lên ngày càng trở nên kích động và mất đi các liên kết của chúng với khối băng. Cuối thế kỷ 19 vẫn còn nhiều người không tin vào sự tồn tại của phân tử và nguyên tử: Ludwig bị thuyết phục bởi sự tồn tại của chúng và tham gia vào những cuộc tranh luận cho niềm tin của mình. Những cuộc công kích của ông đối với những người nghi ngờ sự tồn tại của nguyên tử đã trở thành truyền thuyết. “Thế hệ của chúng ta đều hướng trái tim mình về phía của ông”, một con mãnh hổ của cơ học lượng tử đã nhận xét như vậy nhiều năm sau đó.16 Trong cuộc luận chiến nảy lửa tại một hội nghị ở Vienna, một nhà khoa học danh tiếng17 đã phản bác ông rằng khoa học duy vật sẽ chết, khi các quy luật của vật chất không còn tuân theo sự định hướng của thời gian [như các quy luật cơ học cổ điển – ND]. Các nhà khoa học cũng chẳng tránh khỏi phát biểu tầm phào. Nhìn Mặt trời đi xuống, đôi mắt của Copernicus đã thấy được thế giới đang quay. Nhìn vào cốc nước tĩnh lặng, Boltzmann đã thấy các nguyên tử và phân tử điên cuồng chuyển động. Chúng ta thấy nước ở trong cốc nước giống như các nhà du hành vũ trụ thấy Trái đất từ Mặt trăng: bình lặng, lấp lánh ánh lam. Từ Mặt trăng, họ không thể thấy sự kích động dồi dào của sự sống trên Trái đất, không thấy cỏ cây, muông thú, không thấy khát khao và tuyệt vọng. Chỉ một quả cầu gợn gợn xanh lam. Trong cái ảnh phản chiếu của cốc nước cũng có một cuộc sống huyên náo tương tự như vậy, làm thành bởi hoạt động của muôn vạn phân tử – nhiều hơn nhiều lần so với tất cả số sinh vật trên Trái đất này. Sự náo động này xáo trộn tất cả. Nếu một số phân tử nào đó đứng yên, chúng sẽ bị khuấy động bởi các phân tử điên cuồng lân cận và cũng bắt đầu chuyển động theo: sự kích động lan rộng, các nguyên tử va chạm xô đẩy lẫn nhau. Bằng cách này, vật lạnh được nung nóng khi tiếp xúc với vật nóng: phân tử của chúng va chạm với các phân tử nóng và trở nên náo động. Sự náo động nhiệt giống như quá trình liên tục xáo trộn một hộp bài: nếu các lá bài được xếp đặt theo thứ tự, thì sự xáo trộn sẽ làm chúng trở nên mất thứ tự. Bằng cách này, nhiệt truyền từ nóng sang lạnh: bằng cách xáo trộn, bằng cách phá vỡ trật tự của mọi thứ. Sự tăng entropy chính là sự phá vỡ trật tự, một quá trình phổ biến và quen thuộc. Chính đây là điều mà Boltzmann đã hiểu. Sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai không nằm ở các định luật cơ bản của chuyển động; nó không nằm ở những quy tắc ngữ pháp sâu sắc của tự nhiên. Nó nằm ở sự phá vỡ trật tự một cách tự nhiên, dần trở thành những trạng thái kém đặc biệt, kém nhất định hơn. Đây là một trực giác sáng láng, và chính xác. Nhưng điều này có làm sáng tỏ sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai hay không? Không. Nó chỉ thay đổi câu hỏi. Câu hỏi bây giờ trở thành: tại sao ở một trong hai chiều của thời gian – chiều mà ta gọi là quá khứ – sự vật lại có trật tự hơn? Tại sao cái hộp bài vũ trụ vĩ đại kia lại được xếp đặt có trật tự trong quá khứ? Tại sao trong quá khứ entropy lại nhỏ hơn? Nếu quan sát một hiện tượng bắt đầu từ trạng thái entropy nhỏ, ta sẽ rõ tại sao entropy lại tăng – bởi vì qua quá trình xáo trộn, mọi thứ trở nên mất trật tự. Nhưng tại sao các hiện tượng ta quan sát thấy xung quanh mình trong vũ trụ này lại bắt đầu từ một trạng thái entropy nhỏ? Ta đang đạt đến điểm mấu chốt của vấn đề. Nếu hai mươi sáu lá bài đầu tiên màu đỏ và hai mươi sáu lá bài tiếp theo là màu đen, thì ta nói hộp bài đang ở một cấu hình “đặc biệt”, hay còn gọi là trong “trật tự”. Trật tự này sẽ bị mất khi ta xáo trộn hộp bài. Trạng thái có trật tự ban đầu là trạng thái “có entropy nhỏ”. Nhưng hãy để ý rằng nó là đặc biệt nếu ta nhìn vào màu của lá bài – màu đen hoặc màu đỏ. Một cấu hình khác cũng là đặc biệt nếu hai mươi sáu lá bài đầu chỉ là lá cơ và lá pích. Hoặc nếu chúng đều là các số lẻ, hoặc những lá bài bị nhăn nhất, hay chúng cùng là những lá bài tôi để ý đến cách đây ba ngày… Hoặc chúng có bất kỳ một tính chất chung nào khác. Nếu ta suy nghĩ về chúng cẩn thận, mọi cấu hình đều là đặc biệt, mọi cấu hình đều là duy nhất, bởi vì nếu ta nhìn vào từng chi tiết, mọi cấu hình đều có gì đó đặc trưng duy nhất. Cũng giống như với một người mẹ, đứa con nào cũng là đặc biệt. Theo đó thì ý niệm một số cấu hình này đặc biệt hơn một số cấu hình khác (chẳng hạn hai mươi sáu lá bài màu đỏ ở trên hai mươi sáu lá bài màu đen) chỉ có nghĩa khi tôi nhìn vào một vài yếu tố nhất định của các lá bài (trong trường hợp này là màu sắc). Nếu tôi phân biệt tất cả các khía cạnh khác nhau của các quân bài, thì các cấu hình đều tương đương: chẳng có cấu hình nào đặc biệt hơn cấu hình nào.18 Ý niệm về một cấu hình “xác định” chỉ sinh ra khi ta nhìn vào thế giới một cách mơ hồ, xấp xỉ. Boltzmann đã chỉ ra rằng entropy tồn tại là vì chúng ta mô tả thế giới theo cách làm nhòe. Ông đã chứng tỏ rằng entropy chính xác là đại lượng đo số lượng cấu hình khác nhau mà thị nhãn mơ hồ của ta không phân biệt. Nhiệt, entropy, và trạng thái entropy nhỏ trong quá khứ bắt nguồn từ một cách mô tả xấp xỉ thống kê của tự nhiên. Sự khác biệt của quá khứ và tương lai liên hệ sâu sắc với sự làm nhòe này… Vậy nếu chúng ta có thể xét đến tất cả các chi tiết của trạng thái vi mô chính xác của thế giới, liệu cái tính chảy trôi đặc thù của thời gian có biến mất? Có. Nếu tôi quan sát đến từng trạng thái vi mô của vạn vật, thì sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai sẽ biến mất. Chẳng hạn, tương lai của thế giới được xác định bởi trạng thái của nó trong hiện tại – thế nhưng quá khứ cũng sẽ như vậy.19 Ta thường nói nguyên nhân có trước hệ quả, nhưng trong cái cú pháp cơ bản của vạn vật, chẳng có sự khác biệt nào giữa “nguyên nhân” và “hệ quả”.i Đành rằng có tồn tại tính hệ thống mô tả bởi cái mà ta gọi là các định luật vật lý, chúng kết nối sự kiện ở các thời điểm khác nhau, nhưng chúng đối xứng đối với quá khứ và tương lai. Trong một mô tả vi mô chi tiết, quá khứ không hề khác với tương lai theo bất cứ nghĩa nào.ii i. Ta sẽ có thêm một vài thảo luận cụ thể về vấn đề này ở Chương 11. ii. Vấn đề không phải là những điều xảy ra đối với một cái thìa trong một cốc trà nóng phụ thuộc vào cách tôi xem xét thế giới này, mơ hồ hay chi tiết. Những điều xảy ra với cái thìa và những phân tử của nó, hiển nhiên không phụ thuộc vào cách thức mà tôi xem xét. Nó đơn giản sẽ xảy ra, bất chấp. Vấn đề là ở chỗ sự mô tả trong ngôn ngữ của nhiệt và nhiệt độ, và sự truyền dẫn nhiệt từ cốc trà sang cái thìa là một sự xem xét trong sự làm nhòe của những điều thực tế xảy ra, và chỉ trong cái thị kiến mơ hồ này mà sự khác biệt đến giật mình của quá khứ và tương lai mới xuất hiện. Đây chính là kết luận làm đảo lộn mọi thứ được rút ra từ lý thuyết của Boltzmann: sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai hoàn toàn phải viện vào thị nhãn mơ hồ của ta về thế giới. Một kết luận khiến ta chết lặng: chẳng lẽ cái cảm nhận sống động, cơ bản, trung thực thế kia – cái cảm nhận của ta về sự trôi đi của thời gian – lại phụ thuộc vào thực tế rằng ta không thể nắm bắt thế giới đến từng ngóc ngách của nó? Phụ thuộc vào một sự méo mó sinh ra từ tật cận thị? Chẳng lẽ là thật, nếu ta có thể nhìn chính xác và xét đến điệu nhảy thực tế của hàng triệu phân tử, thì tương lai sẽ “chỉ giống như” quá khứ mà thôi? Có thể ư, rằng ta có bao nhiêu hiểu biết về quá khứ, ta cũng có bấy nhiêu hiểu biết về tương lai? Dù cho có chấp nhận rằng cảm nhận của ta về thế giới thường là sai lầm, thế giới có thể thực sự khác biệt với cảm nhận của ta đến thế sao? Tất cả điều này làm hao mòn cái nền tảng cơ bản nhất trong cách hiểu về thời gian quen thuộc của chúng ta. Nó chuốc lấy hoài nghi chẳng kém hơn so với phát hiện về chuyển động quay của Trái đất. Nhưng cũng giống như chuyển động của Trái đất, bằng chứng là hiển nhiên: tất cả các hiện tượng đặc tả dòng chảy của thời gian thu về một trạng thái “đặc biệt” trong quá khứ của thế giới, mà “sự đặc biệt” của trạng thái này có thể quy về cho sự mơ hồ của thế giới từ góc nhìn của chúng ta. Sau này tôi sẽ đi sâu vào cái bí ẩn của sự làm nhòe này để thấy nó gắn liền như thế nào với sự không khả dĩ kỳ lạ của vũ trụ lúc sơ khai. Ở đây tôi sẽ kết thúc vấn đề với một kết luận dị thường rằng entropy, theo cách mà Boltzmann đã thấu hiểu, chính là số lượng các trạng thái vi mô mà thị nhãn của chúng ta về thế giới không phân biệt được. Phương trình khẳng định điều này20 được tạc trên bia mộ của Boltzmann ở Vienna, bên trên một bức tượng bán thân bằng đá hoa cương khắc họa ông với hình ảnh nghiêm khắc cau có đến mức tôi chẳng tin là ông đã từng tồn tại trên đời. Rất nhiều sinh viên trẻ đến thăm mộ ông, nán lại để suy tưởng. Và đôi khi có cả những vị giáo sư già kỳ quặc. Thời gian đã mất thêm một thành tố quyết định của nó: sự khác biệt bản chất nội tại giữa quá khứ và tương lai. Boltzmann đã hiểu rằng không có gì nội tại về cái dòng chảy của thời gian. Rằng nó chỉ là sự phản ánh mờ ảo của một sự không khả dĩ bí ẩn của vũ trụ ở một thời điểm trong quá khứ. Suối nguồn của “dòng chảy vĩnh cửu” của Rilke chẳng có gì hơn thế. Được phong giáo sư đại học khi mới hai mươi lăm tuổi; được hoàng đế tiếp đón khi ở đỉnh cao của thành công; bị phê phán kịch liệt bởi số đông không hiểu mình trong giới hàn lâm; luôn chênh vênh giữa niềm hăng hái và sự tuyệt vọng: “anh chàng mũm mĩm ngọt ngào”, Ludwig Boltzmann đã từ giã cuộc đời bằng cách tự vẫn. Ông từ giã cuộc đời ở Duino, không xa Trieste, khi vợ và con gái còn đang bơi trong lòng Địa Trung Hải. Cũng là Duino, chỉ ít năm sau, Rilke viết Khúc bi thương của mình. 03 Cái kết của hiện tại Ngưng lại hơi đông Xuân phe phẩy gió Thuyền về với biển Hoa nở cài đầu. (I, 4) TỐC ĐỘ CŨNG LÀM CHẬM THỜI GIAN Mười năm trước khi hiểu rằng thời gian bị khối lượng làm chậm lại,21 Einstein đã nhận ra rằng thời gian cũng bị tốc độ làm chậm lại.22 Hệ quả của phát kiến này có sự hủy hoại ghê gớm đối với cảm nhận trực giác cơ bản của chúng ta về thời gian. Bản thân hiện tượng khá đơn giản: Thay vì đưa hai người bạn ở Chương 1 lên núi và ở lại đồng bằng, một cách tương ứng, ta hãy đề nghị một trong hai người đứng yên, và người kia thì đi quanh. Thời gian trôi chậm hơn đối với người chuyển động. Như trước đây, hai người bạn trải nghiệm các khoảng thời gian khác nhau: người chuyển động già đi ít hơn, đồng hồ của anh ta chỉ lượng thời gian trôi qua ít hơn; anh ta có ít thời giờ hơn để suy nghĩ; hạt giống anh ta trồng cần thời gian lâu hơn để nảy mầm, và vân vân. Đối với tất cả các vật chuyển động, thời gian trôi chậm hơn. Để có thể ghi nhận được hiệu ứng này, ta phải chuyển động rất nhanh. Hiệu ứng này được đo lần đầu tiên ở những đồng hồ chính xác đặt trên các máy bay vào những năm 1970.23 Đồng hồ trên máy bay chỉ thời gian lùi lại so với thời gian chỉ bởi đồng hồ trên mặt đất. Ngày nay, sự chậm lại của thời gian do tốc độ có thể quan sát được trong rất nhiều thí nghiệm vật lý. Trong trường hợp này, Einstein cũng lại hiểu được rằng thời gian trôi chậm lại trước khi hiện tượng đó được đo đạc trong thực tế – khi ông mới chỉ hai mươi lăm tuổi và đang nghiên cứu điện động lực học. Hóa ra ta cũng không cần một lập luận phức tạp gì cho lắm. Điện và từ học được mô tả bởi các phương trình Maxwell. Các phương trình này chứa biến số thời gian t như thông thường, nhưng với một tính chất đặc biệt: nếu bạn chuyển động với một vận tốc nhất định, thì các phương trình Maxwell không còn đúng đối với bạn nữa (nghĩa là chúng không mô tả cái mà bạn đo được), trừ khi ta phải gọi một biến số khác là “thời gian”: t’.24 Các nhà toán học đã biết đến sự kỳ quặc này của các phương trình Maxwell,25 nhưng chẳng ai hiểu điều đó có ý nghĩa gì. Einstein đã nắm bắt được ý nghĩa của nó: t là thời gian trôi đi khi tôi đứng yên, cái nhịp độ của vật khi tĩnh tại, như tôi hiện giờ; t’ là thời gian “của bạn”: cái nhịp độ của những vật đang chuyển động với bạn. Do đó t là thời gian mà đồng hồ của tôi đo được khi nó đứng yên, và t’ là thời gian đồng hồ của bạn đo được khi nó chuyển động. Không ai trước đó có thể tưởng tượng được rằng thời gian có thể trôi khác nhau đối với một đồng hồ đứng yên và đối với một đồng hồ chuyển động. Einstein đã đọc được điều này trong các phương trình của điện động lực học.26 Một vật chuyển động do đó trải nghiệm lượng thời gian ngắn hơn so với vật đứng yên: đồng hồ chỉ ít giây hơn, cây cối lớn lên chậm hơn, và những chàng trai trẻ cũng mơ mộng ít hơn. Đối với một vật chuyển động, thời gian giãn nở.i Chẳng những ta không có một thời gian chung cho những nơi khác nhau – ta cũng không có một thời gian chung đối với một nơi nhất định. Thời lượng chỉ có thể đo bởi một đồng hồ trong chuyển động nhất định của nó, trên một quỹ đạo không thời gian nhất định. i. “Chuyển động” đối với cái gì? Làm thế nào ta xác định được đâu là vật chuyển động, nếu chuyển động luôn chỉ là tương đối với nhau. Đây là câu hỏi đã làm nhiều người bối rối. Và đây là câu trả lời (vốn ít được biết đến): chuyển động tương đối với điểm duy nhất trong hệ quy chiếu mà nơi hai đồng hồ tách rời cũng là nơi chúng gặp lại nhau. Chỉ duy nhất một đường thẳng trong không thời gian nối hai sự kiện này dọc theo trục thời gian mà theo đó thời gian là cực đại: đồng hồ chuyển động tương đối với đường thẳng không thời gian này chạy chậm lại. Nếu hai chiếc đồng hồ bị tách rời mà không gặp lại nhau, ta chẳng thể hỏi rằng cái nào chậm hơn cái nào nhanh hơn. Nếu chúng gặp lại nhau, ta có thể so sánh chúng với nhau và tốc độ của đồng hồ trở thành một khái niệm rõ ràng. “Thời gian thực” không chỉ phụ thuộc vào bạn ở đâu, cận kề với khối lượng vật chất nào; nó còn phụ thuộc vào tốc độ mà bạn di chuyển. Bản thân đó là một điều kỳ quặc, nhưng hệ quả của nó mới thật sự là lạ lùng. Hãy ngồi cho vững, ta sắp sửa cất cánh. “HIỆN TẠI” LÀ TỪ VÔ NGHĨA Điều gì đang xảy ra “bây giờ” ở một nơi xa xôi nào đó? Hãy tưởng tượng em trai bạn du hành đến hành tinh mới được phát hiện quay xung quanh ngôi sao Proxima b cách chúng ta khoảng bốn năm ánh sáng. Em trai bạn đang làm gì ở Proxima b? Câu trả lời đúng duy nhất là: đó là câu hỏi vô nghĩa. Nó giống như ta hỏi “Chỗ này là đâu ở Bắc Kinh?” khi mà ta đang ở Venice. Câu hỏi ấy vô nghĩa là vì khi tôi dùng từ “chỗ này” ở Venice, là tôi đang chỉ đến một địa điểm ở Venice, chứ không phải ở Bắc Kinh. Nếu bạn tự hỏi em trai mình đang làm gì khi mà cậu ta đang ở cùng trong một phòng với bạn, thì câu trả lời thường là dễ dàng: bạn chỉ cần nhìn là có thể nói được rồi. Nếu cậu ta ở một nơi xa xôi, bạn có thể gọi điện và hỏi cậu ta đang làm gì. Nhưng hãy cẩn thận: nếu bạn nhìn vào em trai của mình, bạn đang nhận ánh sáng truyền từ cậu ta đến mắt mình. Ánh sáng cần thời gian để truyền đến bạn, chẳng hạn vài nano giây – một phần rất nhỏ của giây – do đó bạn sẽ không phải đang nhìn thấy em trai mình đang làm gì trong hiện tại, mà trong quá khứ cách đây vài nano giây đồng hồ. Nếu em trai bạn đang ở New York, và bạn gọi điện từ Liverpool, thì lời cậu ta sẽ cần vài mili giây để đến với bạn, do đó giỏi lắm là bạn có thể tuyên bố bạn biết được rằng em trai mình đang làm gì cách đây vài mili giây. Có lẽ bấy nhiêu chẳng có gì là đáng kể. Nhưng nếu em trai bạn đang ở Proxima b, thì ánh sáng sẽ cần bốn năm để đến với bạn. Nên nếu bạn quan sát em trai mình qua kính thiên văn, hoặc điện đàm với cậu ta, bạn chỉ biết cậu ta đang làm gì cách đây bốn năm chứ không phải ngay bây giờ. “Bây giờ” ở thiên hà Proxima b chắc chắn không phải những hình ảnh mà bạn thấy qua kính thiên văn, hay những điều mà bạn nghe thấy qua điện đàm. Có lẽ bạn có thể nói rằng cái em trai mình đang làm thực ra là cái mà cậu ta sẽ làm sau bốn năm kể từ khi bạn nhìn thấy cậu ta trong kính thiên văn? Nhưng không, nói vậy cũng không được: từ sau khi bạn nhìn thấy trong kính thiên văn, em trai bạn có thể đã trở lại Trái đất và bốn năm trong thời gian của cậu ta có thể (vâng! điều này là hoàn toàn có thể!) rơi vào mười năm trong tương lai theo thời gian thiên văn của bạn. Nhưng “hiện tại” chẳng thể nào lại ở trong tương lai... Có thể ta làm thế này: nếu mười năm trước khi khởi hành đến Proxima b, em trai bạn mang theo một cuốn lịch để giữ lịch trình, ta có thể xem rằng hiện tại đối với cậu ta là thời điểm khi cậu ta ghi nhận mười năm đã trôi qua? Không, điều này cũng không đúng: sau mười năm đối với thời gian của mình, cậu ta có thể đã trở lại đây, nơi mà hai mươi năm đã trôi qua. Thế “hiện tại” ở Proxima b là cái lúc nào thế nhỉ? Cốt lõi của vấn đề là ở chỗ ta sẽ phải từ bỏ câu hỏi này.27 Không có thời điểm đặc biệt nào ở Proxima b tương ứng với hiện tại của chúng ta ở đây và bây giờ. Độc giả yêu quý, hãy ngừng lại giây lát để thấm thía điều này. Theo tôi, đây là kết luận đáng kinh ngạc nhất mà vật lý hiện đại mở ra cho chúng ta. Hỏi thời điểm nào trong cuộc đời em trai bạn ở Proxima b tương ứng với hiện tại ở đây là điều vô nghĩa. Điều đó cũng giống như hỏi đội bóng đá nào đã đạt giải vô địch bóng rổ, chú hải âu kiếm được bao nhiêu tiền, hay mỗi nốt nhạc nặng bao nhiêu. Chúng đều là những câu hỏi vô nghĩa, vì các đội bóng đá thì chơi bóng đá, chứ không phải bóng rổ; chim hải âu chẳng bận lòng với việc kiếm tiền; âm thanh thì chẳng thể nào cân được. “Đội vô địch bóng rổ” nói về một đội bóng rổ, chứ không phải đội bóng đá. Lợi nhuận tiền tệ tồn tại trong xã hội loài người, chứ không phải với chim hải âu. Ý niệm “hiện tại” chỉ dành cho những sự vật xung quanh ta, chứ không phải dành cho những sự vật ở xa. “Hiện tại” của chúng ta không trải rộng ra khắp vũ trụ. Nó giống như một cái bong bóng bao bọc quanh ta. Cái bong bóng đó trải rộng bao xa? Điều đó phụ thuộc vào độ chính xác mà ta đo đạc thời gian.i Ở mức nano giây, hiện tại chỉ định nghĩa trong vòng vài mét; ở mức độ mili giây, hiện tại xác định trong vòng vài cây số. Con người chúng ta có thể phân biệt vài phần mười giây một cách khó khăn; con người chúng ta có thể dễ dàng xem toàn bộ hành tinh của chúng ta như một cái bong bóng mà trong đó ta có thể nói về khái niệm hiện tại như một thời điểm chung cho tất cả chúng ta. i. Bán kính của cái “bong bóng thực tại” đó bằng vận tốc ánh sáng nhân với độ chính xác mà ta đo đạc thời gian. Ta có quá khứ: tất cả những sự kiện xảy ra trước những điều ta đang thấy. Ta có tương lai: tất cả những sự kiện sẽ xảy ra sau thời điểm mà ta đang quan sát ở đây và bây giờ. Giữa quá khứ và tương lai là cái khoảng chẳng phải quá khứ, chẳng phải tương lai, và nó có trường tính thời gian nhất định: mười lăm phút trên sao Hỏa; tám năm ở Proxima b; hàng triệu năm ở thiên hà Andromeda. Nó là hiện tại nở phình ra.28 Nó có lẽ là một phát hiện lớn nhất và kỳ lạ nhất trong những phát hiện của Einstein. Ý niệm rằng tồn tại một thời điểm hiện tại duy nhất không có trường tính thời gian cho toàn vũ trụ chỉ là một ảo giác, một sự ngoại suy sai lầm từ kinh nghiệm của chúng ta.29 Nó giống như tiếp điểm của cầu vồng với khu rừng. Ta nghĩ ta có thể thấy nó – nhưng khi ta đi đến kiếm tìm thì lại chẳng thấy đâu. Nếu tôi hỏi, “hai hòn đá này có ở cùng độ cao hay không?” trong khoảng không vũ trụ, thì câu trả lời chính xác sẽ là: “đó là một câu hỏi vô nghĩa, bởi vì ta không có một khái niệm duy nhất về ‘cùng độ cao’ trong toàn vũ trụ”. Nếu tôi hỏi hai sự kiện – một trên Trái đất, một ở Proxima b – có phải xảy ra “đồng thời” hay không, câu trả lời chính xác sẽ là: “Đó là một câu hỏi vô nghĩa, bởi vì chẳng có gì gọi là ‘đồng thời’ định nghĩa cho toàn vũ trụ”. “Hiện tại của toàn vũ trụ” là khái niệm vô nghĩa. CẤU TRÚC THỜI GIAN KHÔNG CÓ HIỆN TẠI Gorgo là người phụ nữ đã cứu cả Hy Lạp khi nhận ra một thông điệp bí mật dưới lớp sáp phủ trên mặt một chiếc bàn gửi đến từ Nam Tư: một thông điệp cảnh báo người Hy Lạp về sự xâm lược của người Nam Tư. Gorgo sinh ra Pleistarchus, con trai của Leonidas, vua của Sparta, người anh hùng của chiến trường Thermopylae. Leonidas vốn là chú của Gorgo, tức em trai của cha bà, Cleomenes. Ai là người “cùng thế hệ” với Leonidas? Là Gorgo, mẹ của con trai ông – hay Cleomenes, con trai của cha ông? Đây là một cây phả hệ cho bạn đọc cũng như tôi, những người khó khăn khi hình dung phả hệ: Có một sự tương tự giữa các cấu trúc phả hệ và cấu trúc thời gian của thế giới của lý thuyết tương đối. Sẽ là điều vô nghĩa khi ta hỏi rằng có phải Cleomenes hay Gorgo là người “cùng thế hệ” với Leonidas, bởi vì ta không có một khái niệm “cùng thế hệ” thống nhất.30 Nếu ta nói rằng Leonidas và anh trai mình là “cùng thế hệ” bởi họ sinh ra từ cùng một người cha, và Leonidas và vợ ông là người “cùng thế hệ” vì họ có chung một người con, thì ta phải suy ra rằng cái tính chất “cùng thế hệ” này phải áp dụng cho cả Gorgon và cha của bà! Quan hệ nòi giống thiết lập một thứ tự giữa một số người với một số người (Leonidas, Gorgo, và Cleomenes là thế hệ sau của Anaxandridas và thế hệ trước của Pleistarchus), nhưng không phải giữa bất kỳ ai: Leonidas và Gorgo chẳng phải dòng dõi nối tiếp của nhau. Các nhà toán học có một thuật ngữ cho kiểu thứ tự thiết lập bởi dòng giống như vậy: “thứ tự không hoàn toàn”. Một thứ tự không hoàn toàn thiết lập quan hệ trước sau giữa một vài phần tử, nhưng không phải giữa hai phần tử bất kỳ. Nhân loại tạo thành một một tập hợp “được sắp thứ tự không hoàn toàn” (khác với một tập hợp “được sắp thứ tự hoàn toàn”) bởi quan hệ dòng giống. Dòng giống thiết lập một thứ tự (mỗi người là thế hệ trước của con cháu mình, và thế hệ sau của tổ tiên mình), nhưng không phải giữa bất kỳ ai. Để thấy được điều này xảy ra thế nào, ta chỉ cần xem xét một ví dụ về cây phả hệ, của Gorgo chẳng hạn: Có một hình nón “quá khứ” lập thành bởi tổ tiên của bà, và một hình nón “tương lai” tạo nên bởi con cháu bà. Những người không phải tổ tiên, cũng không phải con cháu bà nằm ngoài hai hình nón này. Mỗi người có một hình nón quá khứ tạo bởi tổ tiên và hình nón tương lai tạo bởi con cháu của riêng mình. Hai hình nón này của Leonidas được vẽ dưới đây bên cạnh hình của Gorgo. Cấu trúc thời gian của vũ trụ rất giống thế này. Nó cũng được tạo thành bởi các hình nón. Thứ tự “thời gian trước sau” là một thứ tự không hoàn toàn thiết lập bởi các hình nón này.31 Thuyết tương đối hẹp là sự phát hiện rằng cấu trúc thời gian của vũ trụ giống như cấu trúc dòng giống của loài người: nó xác định một thứ tự không hoàn toàn giữa các sự kiện của vũ trụ, chứ không phải một thứ tự hoàn toàn. Hiện tại mở rộng là tập hợp các sự kiện không phải quá khứ cũng chẳng phải tương lai; nó tồn tại, giống như việc có những người không phải con cháu cũng chẳng phải tổ tiên của chúng ta. Ta sẽ không thể mô tả toàn bộ các sự kiện trong vũ trụ cùng với quan hệ thời gian của chúng với một sự phân chia quá khứ, hiện tại, tương lai phổ biến duy nhất như thế này: Thay vào đó, ta chỉ có thể đặt phía trên và dưới mỗi thời điểm các hình nón tương lai và quá khứ của chúng: (Tôi không rõ lý do vì sao các nhà vật lý có thói quen vẽ các biểu đồ này theo cách đặt tương lai ở phía trên, và quá khứ ở phía dưới – hoàn toàn ngược lại với những cây phả hệ.) Mọi sự kiện có quá khứ của nó, và tương lai của nó, và một phần của vũ trụ vốn không phải quá khứ, cũng không phải tương lai, giống như mọi người đều có tổ tiên, hay con cháu, và có những người chẳng phải tổ tiên hay con cháu của họ. Ánh sáng truyền trên các đường biên giới hạn các nón này. Đó là lý do chúng được gọi là các “nón sáng”. Theo thói quen, như trong các giản đồ trước đây, các đường này được vẽ nghiêng ở góc bốn mươi lăm độ, nhưng sẽ thực tế hơn nếu ta vẽ chúng nằm ngang hơn, chẳng hạn thế này: Lý do là ở thang độ lớn mà ta quen thuộc, phần hiện tại mở rộng ngăn cách quá khứ và tương lai rất ngắn (ở mức vài nano giây) và hầu như không thể cảm nhận được. Và hệ quả là nó bị “làm dẹt” thành một dải mảnh nằm ngang mà ta thường gọi một cách bất cẩn là “hiện tại”. Nói ngắn gọn, một hiện tại chung vốn không tồn tại: cấu trúc thời gian của không thời gian không phải là sự xếp tầng của thời gian như thế này: Mà nó là một cấu trúc hình thành toàn vẹn bởi các nón sáng: Đây chính là cấu trúc của không thời gian mà Einstein đã hiểu khi ông mới ở tuổi hai mươi lăm. Mười năm sau, ông đã hiểu được rằng tốc độ của thời gian thay đổi từ vị trí này sang vị trí khác. Và hệ quả là không thời gian không hẳn được sắp xếp trật tự như trên đây, mà có thể méo mó hơn. Bức tranh thực tế gần với thế này hơn: Khi một sóng hấp dẫn truyền qua, những nón sáng bé nhỏ sẽ cùng rung động qua lại, giống như những bông lúa mì rung rinh trong gió. Cấu trúc của các nón sáng thậm chí có thể cho phép ta có thể trở lại cùng một điểm trong không thời gian bằng cách liên tục đi vào tương lai, chẳng hạn thế này: Theo cách đó, cứ đi liên tục về tương lai ta sẽ lại có thể trở về với quá khứ, về với thời điểm ban đầu.i32 Người đầu tiên nhận ra điều này là Kurt Gödel, nhà logic học vĩ đại thế kỷ 20, cũng là người bạn cuối cùng đã cùng Einstein đi dạo dọc các con phố của Princeton. i. Những “đường thời gian đóng kín” này, khi mà tương lai quay trở về với quá khứ, có thể làm hoảng sợ ai đó khi tưởng tượng rằng con gà có thể quay lại và mổ vỡ quả trứng đã nở ra mình. Nhưng thực ra chẳng có mâu thuẫn logic nào đối với những đường thời gian đóng kín và sự trở lại với quá khứ ở đây; ta chính là kẻ làm phức tạp hóa vấn đề bằng những sự tưởng tượng nhầm lẫn về giả định về sự tự do của tương lai. Gần một hố đen, các đường quỹ đạo không thời gian sẽ hội tụ về nó thế này:33 Đó là vì khối lượng của hố đen sẽ làm thời gian chậm lại đến mức ở biên của nó (còn gọi là “chân trời sự kiện”), thời gian sẽ đóng băng. Nếu bạn nhìn gần hơn, bạn sẽ thấy bề mặt của các hố đen song song với cạnh của các nón sáng. Do đó để thoát ra từ một hố đen, bạn sẽ phải chuyển động (giống như quỹ đạo màu xám sẫm trên giản đồ sau đây) về hướng hiện tại, thay vì về tương lai! Điều này là không thể. Vạn vật chỉ có thể chuyển động về tương lai, theo các quỹ đạo màu trắng trên giản đồ. Đây chính là điều tạo nên các hố đen: sự khuynh nghiêng của các nón sáng về phần trong hố đen tạo thành một chân trời sự kiện bao lấy tương lai của một khoảng không gian tách biệt đối với tất cả những gì xung quanh. Không gì khác hơn thế. Chính cái cấu trúc định xứ kỳ quặc của hiện tại là cơ sở hình thành các hố đen. Hơn một trăm năm đã trôi qua từ khi chúng ta hiểu rằng “hiện tại của vũ trụ” vốn không tồn tại. Và cho đến nay điều đó hãy còn làm chúng ta nhầm lẫn, khó trở thành một khái niệm thân thuộc. Đây đó vẫn thường có một nhà vật lý nào đó phản đối và cố gắng chứng tỏ điều ngược lại.34 Các nhà triết học vẫn còn bàn tán về sự biến mất của hiện tại. Nhiều hội thảo ngày nay vẫn chỉ dành riêng cho chủ đề này. Nếu hiện tại là vô nghĩa, vậy cái gì “tồn tại” trong vũ trụ này? Chẳng phải chính cái “tồn tại” chính xác là cái ở đây trong “hiện tại”? Toàn bộ cái ý niệm cho rằng vũ trụ tồn tại trong một cấu hình ở hiện tại và thay đổi theo sự trôi đi của thời gian giờ đây không còn đúng nữa. 04 Mất sự độc lập Và trên ngọn sóng ta vững lái, ta những người con lớn lên từ trái thơm đất mẹ. (II, 14) ĐIỀU GÌ ĐANG XẢY RA KHI KHÔNG CÓ GÌ KHÁC XẢY RA? Chỉ cần vài micrograms LSDilà có thể mở rộng trải nghiệm của ta về thời gian đến mức diệu kỳ.35 “Mãi mãi là bao xa?”, Alice hỏi. “Đôi khi chỉ là một giây”, Thỏ Trắng trả lời. Có những giấc mơ kéo dài chốc lát mà trong đó vạn vật đóng băng trong vô tận.36 Thời gian có tính đàn hồi trong cảm nhận của chúng ta. Hàng tiếng đồng hồ thoảng qua như vài phút, mà vài phút có khi nặng nề trôi qua như hàng thế kỷ. Một mặt thời gian được hình thành từ lịch Phụng vụ: lễ Phục sinh theo sau Mùa chay, và Mùa chay tiếp nối Giáng sinh; Tháng Ramadan bắt đầu bởi lễ Hilal và kết thúc với lễ Eid el-Fitr. Mặt khác, mọi trải nghiệm huyền bí như khoảnh khắc thiêng liêng khi tín đồ được thánh hiến sẽ ném họ ra khỏi thời gian, đưa họ tiếp xúc với cõi vĩnh hằng. Trước khi Einstein chỉ ra rằng chúng ta đã sai lầm, bằng cách quái quỷ nào mà ta lại để cái ý niệm rằng thời gian trôi với tốc độ như nhau ở mọi nơi chui vào đầu được nhỉ? Hẳn không phải là cảm nhận trực tiếp về sự trôi của thời gian đã gợi ý cho ta rằng thời gian trôi với tốc độ như nhau ở mọi nơi. Vậy từ đâu ta có ý niệm ấy? i. LSD: viết tắt từ tên khoa học Lysergic Acid Diethylamide, một hoạt chất kích thích thần kinh cực mạnh, được tìm ra bởi nhà khoa học người Thụy Sĩ – Albert Hofmann, năm 1943. (BT) Trong hàng thế kỷ, ta đã chia thời gian thành ngày. Từ thời gian trong tiếng Anh (time – ND) vốn có nguồn gốc Ấn-Âu – di hay dai – có nghĩa là “phân chia”. Trong hàng thế kỷ, ta đã chia ngày thành giờ.37 Nhưng trong hầu hết các thế kỷ đó, giờ đồng hồ dài hơn vào mùa hè và ngắn hơn vào mùa đông, bởi vì mười hai giờ đồng hồ được chia đều giữa thời điểm Mặt trời mọc và lặn: giờ đầu tiên là lúc bình minh, và giờ thứ mười hai là khi hoàng hôn, bất kể mùa nào. Ta biết được điều này qua dụ ngôn về người trồng nho trong sách Phúc âm theo lời của Thánh Matthew.38 Theo cách nói ngày nay, một giờ đồng hồ theo định nghĩa cổ đó sẽ dài hơn vào mùa hè, và ngắn hơn vào mùa đông, bởi vì khoảng thời gian giữa lúc Mặt trời mọc và Mặt trời lặn trong mùa hè dài hơn so với mùa đông. Đồng hồ mặt trời, đồng hồ cát và đồng hồ nước vốn đã tồn tại trong thế giới cổ đại vùng Địa Trung Hải và Trung Hoa – nhưng chúng không đóng vai trò khắc nghiệt trong việc tổ chức cuộc sống của chúng ta như các đồng hồ ngày nay. Chỉ vào thế kỷ 14, ở châu Âu, cuộc sống con người mới bắt đầu bị điều phối bởi các đồng hồ cơ khí. Các thành phố và làng mạc xây dựng những nhà thờ riêng, trổ lên những tháp chuông, và đặt lên đỉnh những tháp chuông đó một chiếc đồng hồ để điều phối các hoạt động cộng đồng. Kỷ nguyên của thời gian được điều phối bởi đồng hồ bắt đầu từ đó. Dần dần, thời gian trượt khỏi tay các thiên thần rơi vào tay các nhà toán học: Giống như được minh họa ở Nhà thờ lớn Strasbourg bởi hai đồng hồ mặt trời, một có thêm một thiên thần ở trên (cái được lấy cảm hứng từ các đồng hồ mặt trời từ những năm 1200), và một có thêm một nhà toán học ở trên (cái được đặt đó vào năm 1400). Sự hữu ích của các đồng hồ là ở chỗ chúng chỉ cùng một số chỉ thời gian. Ý niệm này hiện đại hơn là chúng ta hằng tưởng. Trong nhiều thế kỷ, khi mà người ta còn đi lại trên lưng ngựa, hoặc bằng chân, hoặc trong các xe ngựa kéo, ta chẳng có lý do gì phải đồng bộ hóa các đồng hồ từ địa điểm này đến địa điểm khác. Và ta còn có lý do tốt để không làm điều đó. Giữa trưa, theo định nghĩa, là khi Mặt trời lên cao nhất. Mỗi thành phố hay làng bản đều có một đồng hồ Mặt trời để đánh dấu thời điểm Mặt trời ở chính giữa nhật trình (đỉnh đầu), cho phép các đồng hồ trên tháp chuông đồng bộ với nó một cách công khai. Nhưng Mặt trời không đạt đến giữa trưa tại cùng một thời điểm ở Lecce và ở Venice, hay Florence, hay Turin, vì Mặt trời di chuyển từ đông sang tây. Giữa trưa đến trước ở Venice, và đến muộn hơn nhiều ở Turin, và trong hàng thế kỷ, đồng hồ ở Venice chạy sớm hơn nửa giờ so với ở Turin. Mỗi ngôi làng có “số chỉ đồng hồ” kỳ cục riêng của họ. Đồng hồ ở ga xe lửa Paris có số chỉ riêng của nó, chậm hơn một chút so với thời gian của thành phố, như một cử chỉ lịch thiệp đối với các hành khách đến trễ.39 Vào thế kỷ 19, điện tín ra đời, tàu hỏa trở nên phổ biến và nhanh, nảy sinh vấn đề phải đồng bộ hóa các đồng hồ của các thành phố với nhau. Quả là khó khăn khi phải tổ chức lịch trình cho tàu hỏa nếu mỗi trạm hỏa xa đều có một thời gian riêng. Hoa Kỳ là nơi đầu tiên cố gắng tiêu chuẩn hóa thời gian. Thoạt đầu, người ta đề nghị một đồng hồ chuẩn cho toàn thế giới. Khi đó ta sẽ gọi, chẳng hạn,“mười hai giờ” là thời điểm giữa trưa ở London, và do đó giữa trưa rơi vào mười hai giờ trưa ở London và sáu giờ chiều ở New York. Đề nghị này không được hưởng ứng, bởi vì người ta đã quá gắn bó với thời gian địa phương. Năm 1883, một sự thỏa hiệp đã đạt được với ý tưởng chia thế giới thành các múi giờ, và tiêu chuẩn hóa thời gian trên từng múi. Bằng cách này, sự chênh lệch giữa mười hai giờ và giữa trưa ở địa phương bị giới hạn cao nhất là ba mươi phút. Đề nghị này dần được chấp nhận trên thế giới và đồng hồ bắt đầu được đồng bộ hóa giữa các thành phố.40 Hẳn không phải chỉ là trùng hợp ngẫu nhiên khi chàng trai trẻ Einstein trước khi có chân trong trường đại học đã làm việc ở phòng cấp phát bằng phát minh Thụy Sĩ, trực tiếp với các bằng phát minh liên quan đến việc đồng bộ hóa các đồng hồ ở các trạm hỏa xa. Có lẽ đó là nơi đã hé lộ cho Einstein rằng bài toán đồng bộ hóa các đồng hồ, suy cho cùng, là không có lời giải. Nói khác đi, thật ra chỉ có ít năm trôi qua từ khi chúng ta đồng ý đồng bộ hóa các đồng hồ cho đến khi Einstein nhận ra rằng điều đó (khi thực hiện một cách chính xác) là bất khả thi. Nhiều thiên niên kỷ trước khi các đồng hồ ra đời, cách thức đo thời gian thông thường vốn dựa trên sự luân phiên ngày và đêm. Nhịp điệu ngày nối tiếp bởi đêm cũng điều phối sự sống của thực vật và động vật. Những nhịp điệu ngày và đêm vốn phổ biến trong giới tự nhiên. Chúng đóng vai trò thiết yếu đối với sự sống, và tôi thấy dường như chúng có thể còn đóng vai trò chìa khóa trong nguồn gốc của sự sống trên Trái đất này, bởi vì để điều hòa cho một cơ chế nào đó vận hành thì ta cần có một dao động chuẩn. Sinh vật sống mang đầy những đồng hồ đủ các thể loại – đồng hồ phân tử, đồng hồ thần kinh, đồng hồ hóa học, đồng hồ nội tiết tố – và mỗi đồng hồ đều ít nhiều đồng bộ với những cái khác.41 Có những cơ chế khác nhau để ổn định cái nhịp điệu hai mươi bốn giờ qua những quá trình hóa sinh học của tế bào. Nhịp điệu ngày đêm là suối nguồn cơ bản của ý niệm về thời gian: đêm nối tiếp ngày, ngày nối tiếp đêm. Ta đếm nhịp đập của chiếc đồng hồ vĩ đại này: ta đếm ngày. Trong ý thức cổ đại của nhân loại, thời gian, trên tất cả, chính là sự đếm ngày. Cũng như đối với ngày, ta đếm năm, đếm mùa, đếm chu kỳ của Mặt trăng, ta đếm những đu đưa của con lắc, đếm số lần một chiếc đồng hồ cát được đảo ngược. Đây là cách truyền thống mà ta dùng để nhận biết thời gian: đếm sự thay đổi của sự vật. Aristotle là người đầu tiên mà ta biết đến đã tự hỏi chính mình rằng “Thời gian là gì?”, và ông đã đi đến kết luận sau: thời gian là sự đo đạc của đổi thay. Vạn vật không ngừng biến dịch. Ta gọi số đo của sự biến dịch đổi thay này là “thời gian”. Ý tưởng của Aristotle là hoàn toàn hợp lý: thời gian là những gì ta ngụ ý khi ta hỏi “bao giờ?” “Sau bao lâu anh sẽ quay lại?” cũng có nghĩa là “Bao giờ thì anh quay lại?” Câu trả lời cho câu hỏi “bao giờ?” chỉ đến điều gì đó xảy ra. “Anh sẽ quay lại sau thời gian ba ngày” nghĩa là giữa thời điểm khởi hành và thời điểm trở lại, Mặt trời sẽ hoàn thành ba vòng trên bầu trời. Chỉ đơn giản thế thôi. Vậy nếu không có gì xảy ra, nếu không có gì chuyển động, thời gian liệu có dừng lại? Aristotle tin rằng thời gian sẽ dừng lại. Nếu không có gì xảy ra, thời gian sẽ dừng lại – vì thời gian là cách thức mà ta đặt mình vào quan hệ tương đối với biến đổi của vạn vật: ta đếm ngày. Thời gian là số đo của biến đổi:42 nếu không có gì biến đổi, sẽ không thể có thời gian. Nhưng thời gian là gì, khi ta lắng nghe hành trình của im lặng? “Nếu vạn vật chìm trong bóng đêm, và cơ thể ta cũng chẳng cảm nhận điều gì”, Aristotle viết trong cuốn Physics (Vật lý học) của mình,“thì có gì đó vẫn đang xảy ra trong tâm trí ta, ta ngay lập tức giả định rằng có gì đó đang trôi qua”.43 Nói cách khác, thậm chí cả thời gian ta cảm nhận đang trôi qua trong ta cũng là sự đo đếm của chuyển động: một chuyển động nội tại… Nếu không có gì chuyển động, sẽ không có thời gian, bởi vì thời gian không gì khác hơn là sự ghi nhận của chuyển động. Newton, thay vào đó, giả định điều hoàn toàn trái ngược. Trong kiệt tác của mình, cuốn Principia (Những nguyên lý), ông viết: Tôi sẽ không định nghĩa Thời gian, Không gian, Vị trí và Chuyển động như chúng ta đều đã biết. Tôi chỉ nhận xét rằng, người ta thông thường cảm nhận về những đại lượng này không gì khác hơn là mối quan hệ của chúng với một vật thể hợp lý. Và từ đó nảy ra một vài định kiến, mà để loại bỏ chúng, [ta cần] sự phân biệt giữa Tuyệt đối và Tương đối, Chân thực và Biểu kiến, Toán học và Thường thức.44 Nói cách khác, Newton chấp nhận một kiểu “thời gian” là cách mà ta đo đếm ngày và chuyển động: là thời gian theo Aristotle (tương đối, biểu kiến, và thường thức). Nhưng ông cũng lập luận rằng, thêm vào đó, một kiểu thời gian khác hẳn cũng phải tồn tại: thời gian “chân thực” trôi đi, bất kể, độc lập với vạn vật và sự thay đổi của chúng. Nếu vạn vật trở nên bất động, thậm chí những rung động của linh hồn ta cũng bị đóng băng, thì theo Newton thời gian này sẽ vẫn trôi, không mảy may bị ảnh hưởng, và luôn bằng với chính bản thân nó: thời gian “chân thực”. Điều đó hoàn toàn ngược lại với quan điểm của Aristotle. Thời gian “chân thực”, Newton nói, ta không thể tiếp cận trực tiếp – ta chỉ có thể tiếp cận gián tiếp thông qua tính toán. Nó không giống như thời gian đo bởi ngày, bởi vì “ngày tự nhiên vốn không đều đặn, mặc dù chúng thường được xem như đều đặn và dùng để đo thời gian. Các nhà thiên văn học đã chuẩn hóa lại sự không đều đặn này để có thể đo đạc chuyển động của các thiên thể với thời gian chính xác hơn”.45 Vậy ai là người đúng: Aristotle hay Newton? Hai nhà tự nhiên học chính xác và sâu sắc nhất mà thế giới từng có đang đề ra hai kiến giải trái ngược về thời gian. Hai người khổng lồ đang kéo ta về hai hướng ngược nhau.46 Thời gian là cách đo đạc sự thay đổi của sự vật, Aristotle khẳng định – hay ta nên nghĩ rằng có một thời gian tuyệt đối tồn tại, và trôi đi bởi tự bản thân nó, độc lập với vạn vật? Câu hỏi mà ta thực sự nên hỏi là như sau: cách nghĩ nào về thời gian giúp ta hiểu về thế giới này sâu sắc hơn? Hệ thống khái niệm nào hiệu quả hơn? Aristotle: Thời gian không có gì khác hơn là sự đo đạc của thay đổi. Newton: Có một thời gian trôi đi ngay cả khi không có gì thay đổi. Trong vài thế kỷ, lập luận có vẻ ủng hộ quan niệm của Newton. Mô hình của Newton, dựa trên ý tưởng về thời gian độc lập với vạn vật, đã cho phép người ta xây dựng nên vật lý học hiện đại – một nền vật lý hiệu quả vượt sức tưởng tượng. Nền vật lý học đó giả thiết rằng thời gian tồn tại như một thực thể và trôi đi đều đặn không hề nhiễu loạn. Newton thiết lập phương trình có chứa chữ cái t mô tả sự chuyển động của vạn vật theo thời gian.47 Chữ cái này thực ra mang ý nghĩa gì? Phải chăng t chỉ số giờ vốn dài hơn vào mùa hè, và ngắn hơn vào mùa đông? Không. Nó chỉ thời gian “tuyệt đối, chân thực, và toán học”, cái mà Newton giả thiết rằng đang trôi độc lập với vạn vật đang thay đổi hoặc chuyển động. Đồng hồ, theo Newton, là dụng cụ cố gắng theo dõi sự cân bằng đều đặn của dòng chảy thời gian này, theo cách không bao giờ có thể là tuyệt đối chính xác. Newton viết rằng, dòng chảy thời gian “tuyệt đối, chân thực, và toán học” này không cảm nhận được. Nó chỉ có thể được suy ra từ tính toán và quan sát, từ sự đều đặn của các hiện tượng. Thời gian của Newton không phải những gì ta cảm nhận bằng cảm giác: nó là một kiến tạo tao nhã của trí tuệ. Bạn đọc thân mến, nếu khái niệm thời gian độc lập với vạn vật của Newton có vẻ đơn giản và tự nhiên đối với bạn, thì đó là vì bạn đã được học nó ở trường trung học. Bởi vì nó đã dần trở thành cách thức mà ta suy nghĩ về thời gian. Nó đã được chắt lọc qua sách vở ở trường học, thẩm thấu vào thế giới và trở thành cách suy nghĩ phổ thông về thời gian của chúng ta. Ta đã biến nó thành một ý niệm thường thức. Nhưng ý niệm về thời gian trôi đi đều đặn, độc lập với vạn vật và chuyển động của chúng, có vẻ tự nhiên đối với chúng ta ngày nay, vốn chẳng phải là một trực giác cổ đại tự nhiên đối với nhân loại. Nó là ý tưởng của Newton. Phần lớn các nhà triết học đã phản ứng phủ định ý tưởng này. Trong một cuộc phản luận dữ dội trứ danh, Leibniz đã bảo vệ luận thuyết truyền thống rằng thời gian chỉ là thứ tự của các sự kiện, rằng không tồn tại cái thứ thời gian tự thân như vậy. Giai thoại kể rằng, Leibniz, vốn có tên đôi khi được viết với chữ “t” (Leibnitz), đã cân nhắc và bỏ đi chữ cái đó trong tên của mình để ủng hộ niềm tin vào sự không tồn tại của thời gian Newton tuyệt đối t.48 Trước Newton, thời gian đối với nhân loại là cách thức mà ta đo đếm sự thay đổi của vạn vật. Trước ông, không ai nghĩ rằng một thời gian độc lập với vạn vật có thể tồn tại. Đừng nghĩ rằng trực giác và ý tưởng của bạn là “tự nhiên”: chúng thường là sản phẩm của những nhà triết học táo bạo trước chúng ta. Nhưng giữa hai người khổng lồ này, Aristotle và Newton, phải chăng là Newton đã đúng? Cái “thời gian” mà ông đã đưa ra và đã thuyết phục cả thế giới về sự tồn tại của nó, cái thời gian đã chứng tỏ hiệu quả sáng láng của nó trong phương trình của ông mà vẫn chẳng ăn nhập với thời gian mà chúng ta cảm nhận, chính xác là cái gì? Để thoát khỏi vòng kiềm tỏa của hai người khổng lồ, và bằng một cách kỳ quặc hòa giải họ, ta sẽ cần một người khổng lồ thứ ba. Tuy nhiên trước khi đến với người này, ta sẽ cần đến một tản mạn nho nhỏ về không gian. CÓ GÌ Ở ĐÓ, KHI Ở ĐÓ KHÔNG CÓ GÌ? Hai kiến giải về thời gian (số đo của “khi nào” tương đối giữa các sự kiện, như Aristotle mong muốn; một thực thể trôi không ngừng ngay cả khi không có gì xảy ra, theo Newton) cũng có thể lặp lại cho không gian. Thời gian là cái mà ta nói đến khi ta hỏi “khi nào?” Không gian là cái mà ta nói đến khi ta hỏi “ở đâu?” Nếu tôi hỏi “Đấu trường La Mã nằm ở đâu?” thì câu trả lời khả dĩ là “Ở Rome”. Nếu tôi hỏi, “Bạn đang ở đâu?” thì câu trả lời có thể là “Ở nhà”. Để trả lời câu hỏi “Cái gì đó ở đâu?” ta chỉ ra những cái xung quanh nó. Nếu tôi trả lời “Ở sa mạc Sahara”, bạn sẽ hình dung những cồn cát đang vây bọc lấy tôi. Aristotle là người đầu tiên thảo luận về “không gian” hay “địa điểm” một cách sâu sắc và tinh tế, và ông đã đạt đến một định nghĩa chính xác: địa điểm của một vật là những gì bao bọc chúng.49 Giống như đối với thời gian, Newton cho rằng ta phải nghĩ khác. Không gian định nghĩa bởi Aristotle, sự liệt kê các vật xung quanh, được Newton gọi là không gian “tương đối, biểu kiến và thường thức”. Ông gọi bản thân không gian thực sự là “tuyệt đối, chân thực và toán học”, vốn tồn tại tự thân ngay cả khi không có gì khác tồn tại. Sự khác biệt giữa Aristotle và Newton là rõ ràng. Đối với Newton, giữa hai vật thể có thể có cả “không gian trống rỗng”. Đối với Aristotle, nói về không gian “trống rỗng” là điều kỳ quặc, bởi vì không gian chỉ là một dạng trật tự của vạn vật. Nếu không có gì cả – không có sự chiếm dụng không gian của chúng, sự tiếp xúc của chúng – thì không có không gian. Newton tưởng tượng rằng vạn vật được đặt trong “không gian”, cái vật chứa sẽ vẫn cứ tồn tại, trống rỗng, ngay cả khi mà ta đã tước đi mọi vật trong đó. Đối với Aristotle, không gian “trống rỗng” này là vô lý, bởi vì nếu hai vật thể không tiếp xúc với nhau, thì phải có gì đó nằm giữa chúng, và nếu có gì đó nằm giữa chúng, thì cái gì đó chính là một vật thể, và do đó ở đó đã hiện diện một vật thể. Chẳng thể nào ở đó lại chỉ là cái “trống rỗng”. Về phần tôi, tôi thấy kỳ lạ là cả hai quan điểm này về không gian đều bắt nguồn từ thể nghiệm hằng ngày của chúng ta. Sự khác biệt giữa chúng là do một sự quanh co tình cờ của thế giới mà ta đang sống: sự mỏng manh của không khí, mỏng manh đến mức ta chỉ mơ hồ cảm nhận được sự tồn tại của nó. Ta có thể nói: ta thấy một cái bàn, một cái ghế, một cái bút, cái trần nhà – và giữa ta và cái bàn là trống rỗng. Hay ta cũng có thể nói giữa vật này và vật kia là không khí. Đôi khi ta nói về không khí như thể nó là cái gì đó, đôi khi như thể nó là trống rỗng. Đôi khi như thể nó hiện diện, đôi khi như thể nó không hiện diện. Ta quá quen với việc nói “Cái cốc này không có gì”, thay vì nói nó chứa đầy không khí. Ta có thể theo cách đó mà nghĩ rằng thế giới quanh chúng ta hầu như là “trống rỗng”, đây đó một vài vật thể, hoặc có thể nói rằng nó “chứa đầy” không khí. Suy cho cùng, Aristotle và Newton đã không rơi vào suy luận siêu hình học: họ chỉ dùng hai cách suy nghĩ trực giác và thiên tài để nhìn thế giới quanh chúng ta – tính đến hoặc không tính đến không khí – và chuyển chúng thành định nghĩa của không gian. Aristotle, luôn ở tốp đầu, muốn chính xác: ông không nói cái cốc trống không; ông nói nó đầy không khí. Ông nhận xét rằng, theo kinh nghiệm của chúng ta, chẳng có nơi nào là “không có gì, đến thậm chí không khí cũng không”. Newton, không quan tâm nhiều đến sự chính xác, mà đến tính hiệu quả của khái niệm trong lý thuyết cần phải xây dựng để mô tả chuyển động của vật thể. Ông chẳng quan tâm gì nhiều đến không khí, mà thay vào đó là nghĩ về những vật thể. Không khí, suy cho cùng, có vẻ chẳng có hiệu ứng đáng kể nào lên chuyển động của một hòn đá đang rơi. Ta có thể cho rằng chúng không hiện diện. Giống như trường hợp của thời gian,“không gian dung chứa” của Newton có vẻ tự nhiên đối với chúng ta, nhưng nó chỉ là một ý tưởng gần đây đã lan rộng theo sự ảnh hưởng mạnh mẽ những ý tưởng của ông. Những gì có vẻ hiển nhiên với chúng ta ngày nay chỉ là chế tác của khoa học và triết học trong quá khứ. Ý tưởng không gian trống rỗng của Newton có vẻ được khẳng định khi Torricelli thực hiện thí nghiệm chứng tỏ ta có thể rút không khí ra khỏi bình. Nhưng người ta cũng sớm nhận ra rằng trong chai đó vẫn còn rất nhiều thực thể vật lý khác: điện trường và từ trường, và từng đám sóng lượng tử của các thể loại hạt. Sự tồn tại của một không gian thực sự trống rỗng không có bất kỳ một thực thể nào trừ bản thân nó, đồng nhất,“tuyệt đối, chân thực và toán học”, vẫn là một ý tưởng sáng láng thuần túy lý thuyết mà Newton đưa ra để thiết lập hệ thống vật lý của ông, một ý tưởng không được kiểm chứng bằng chứng cứ khoa học thực nghiệm nào cả. Một giả thiết thiên tài, có thể là một sự thấu thị sâu sắc nhất của một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất – nhưng nó có tương ứng với thực tế hay không? Không gian của Newton có thực sự tồn tại hay không? Nếu nó tồn tại, nó có đồng nhất hay không? Có thể nào có một vị trí nào đó tồn tại khi mà không có gì khác tồn tại hay không? Câu hỏi này cũng chính là câu hỏi tương tự với thời gian: thời gian “tuyệt đối, chân thực, và toán học” của Newton có tồn tại không, có trôi chảy khi chẳng có gì xảy ra hay không? Nếu nó tồn tại, nó có phải hoàn toàn khác với vạn vật của thế giới này hay không? Có phải nó hoàn toàn độc lập với chúng hay không? Câu trả lời cho những câu hỏi này nằm ở một sự hòa hợp bất ngờ của hai ý tưởng hiển nhiên trái ngược của hai người khổng lồ. Để hòa hợp họ, một người khổng lồ thứ ba đã phải nhập cuộc.i i. Tôi từng bị phê phán vì thường trình bày lịch sử khoa học như thể nó chỉ là kết quả của những ý tưởng của một vài bộ óc tuyệt vời, hơn là sự cố gắng trăn trở của hàng thế hệ. Đó là một phê phán công bằng, và tôi xin được thứ lỗi trước hàng thế hệ đã và đang miệt mài nghiên cứu. Lời tự bào chữa chỉ là tôi không hề cố gắng trình bày một sự phân tích lịch sử hay là giải trình phương pháp luận khoa học. Tôi chỉ đang cố gắng tổng hợp một vài bước tiến khoa học quan trọng nhất. Để vẽ nên được Sistine Chapel, ta cần vô số những tiến bộ dần dà của kỹ thuật, văn hóa và nghệ thuật, của vô số các họa sĩ và nghệ sĩ. Nhưng cuối cùng thì Michelangelo vẫn là người vẽ Sistine Chapel. CUỘC KHIÊU VŨ CỦA BA NGƯỜI KHỔNG LỒ Sự hòa giải giữa thời gian của Aristotle và của Newton là một trong những thành tựu sáng giá nhất của Einstein. Đó là vòng nguyệt quế cho những tư tưởng của Einstein. Câu trả lời của Einstein là thời gian và không gian mà Newton đã mường tượng rằng tồn tại, bên ngoài vật thể mà ta có thể sờ mó đụng chạm, một cách hiệu dụng, đúng là tồn tại. Chúng có thực. Thời gian và không gian là những hiện tượng thực tế. Nhưng chúng không hề tuyệt đối; chúng không hề độc lập với những gì xảy ra; chúng chẳng khác gì so với những dạng vật chất khác của thế giới này, theo như cách mà Newton hằng tưởng tượng. Ta có thể hình dung một tấm nền vải vẽ vĩ đại mà trên đó câu chuyện về thế giới được vẽ lại. Nhưng bản thân tấm nền vẽ này cũng cấu thành bởi những thứ cấu thành nên vạn vật của thế giới, cũng là vật chất cấu thành nên viên đá, nên ánh sáng, và nên không khí: chúng được cấu thành từ các trường. Các nhà vật lý gọi những dạng vật chất dệt nên những thực thể vật lý của thế giới này là “trường”. Đôi khi những trường đó được gọi bằng những cái tên kỳ quặc: trường “Dirac” là thành phần của bàn ghế và những ngôi sao. Trường “điện từ” dệt thành ánh sáng, cũng là nguồn gốc động lực làm cho động cơ điện chuyển động và làm cho kim la bàn chỉ về phương nam. Nhưng – đây là điểm mấu chốt – ta còn có trường “hấp dẫn”: là bản chất của lực hấp dẫn, nhưng nó cũng là kiến trúc hình thành nên không gian và thời gian của Newton, là thành tố nền mà trên đó những phần còn lại của thế giới được vẽ nên. Đồng hồ là dụng cụ mà ta dùng để đo đạc một tính chất của nó. Thước mét là một mẩu vật chất mà ta dùng để đo đạc một tính chất khác của nó. Không thời gian là trường hấp dẫn – và ngược lại. Nó là một thực thể tự thân tồn tại, thậm chí là khi không có vật chất, giống như trực giác của Newton. Nhưng nó chẳng phải một thực thể khác với những thực thể khác của thế giới – như Newton hằng tin tưởng – nó cũng là một trường như những trường khác. Không hẳn giống như bức họa trên nền vải, thế giới giống như một sự chồng lấp của các phông nền, các lớp địa tầng, mà trường hấp dẫn chỉ là một trong số chúng. Cũng giống như vạn vật khác, nó không hề tuyệt đối, chẳng đều đặn, và cũng chẳng cố định: nó mềm mại, giãn rộng, nhảy nhót với vạn vật, cùng nhau xô đẩy với chúng. Những phương trình vật lý mô tả sự tương tác qua lại giữa các trường lên nhau, và không thời gian cũng là một trong số chúng.i i. Con đường mà Einstein đến được với kết luận này là một con đường dài: nó không kết thúc với việc ông đã viết ra phương trình trường hấp dẫn vào năm 1915, mà tiếp tục với những trăn trở để nắm bắt được ý nghĩa vật lý của nó, khiến cho ông liên tục thay đổi ý tưởng của mình. Ông đã bối rối về sự tồn tại của nghiệm không có vật chất, bối rối về sự tồn tại của các sóng hấp dẫn. Einstein chỉ đạt được sự rõ ràng mạch lạc ở những trang viết cuối cùng của mình, đặc biệt là phụ lục thứ năm, “Tính tương đối và vấn đề không gian”, được phụ thêm vào lần tái bản thứ năm của cuốn Relativity: The Special and General Theory (Tương đối tính: lý thuyết đặc biệt và lý thuyết tổng quát) (Nxb Methuen, London 1954). Bản phụ lục này có thể đọc ở http://www.relativitybook.com/resources/Einstein_space.html. Vì lý do bản quyền, phụ lục này không có ở hầu hết các phiên bản khác của cuốn sách. Bạn có thể tìm được thảo luận kỹ lưỡng hơn ở Chương 2 cuốn sách của tôi về Quantum Gravity (Hấp dẫn lượng tử) (Nxb Đại học Cambridge, Cambridge, 2004). Trường hấp dẫn có thể trơn tru và phẳng phiu, như một mặt phẳng thẳng tắp, và đây là phiên bản mà Newton đã mô tả. Nếu ta đo đạc nó bằng thước mét, ta sẽ phát hiện ra là nó có tính chất của hình học Euclide mà ta học từ hồi phổ thông. Nhưng trường hấp dẫn có thể cũng có những gợn sóng, những rung động mà ta gọi là “sóng hấp dẫn”. Nó có thể co lại, và có thể giãn ra. Bạn có nhớ những cái đồng hồ ta đã bàn tới ở Chương 1, rằng chúng chậm lại khi ở gần một khối lượng lớn? Chúng chậm lại vì ở đó, theo một nghĩa chính xác, có “ít” thế của trường hấp dẫn hơn. Ở đó có ít thời gian hơn. Tấm vải nền tạo nên bởi trường hấp dẫn giống như một tấm cao su đàn hồi có thể co kéo, có thể giãn rộng. Sự giãn rộng và bẻ cong của nó là nguồn gốc của lực hấp dẫn, là lý do các vật rơi xuống dưới – một cách giải thích tốt hơn so với lý thuyết hấp dẫn của Newton. Hãy nhìn lại hình vẽ minh họa thời gian ở trên đỉnh núi trôi nhanh hơn ở dưới chân núi (Chương 1), nhưng tưởng tượng rằng mảnh giấy mà ta vẽ giản đồ này là đàn hồi; hãy tưởng tượng ta kéo giãn chúng sao cho thời gian ở trên đỉnh núi bị kéo giãn hơn. Bạn sẽ có một hình ảnh tương tự như hình bên, minh họa không gian (chiều cao trên trục thẳng đứng) và thời gian (trên trục nằm ngang) – nhưng, giờ đây thời gian ở đỉnh núi “dài hơn”, tương ứng với độ dài lớn hơn của trục thời gian ở đó. Hình vẽ trên minh họa cái mà các nhà vật lý gọi là không thời gian “cong”. “Cong” là bởi vì nó bị biến dạng: khoảng cách bị kéo giãn và co lại, giống như là một mảnh cao su đàn hồi bị kéo. Đó là lý do tại sao các nón sáng bị nghiêng đi như ở các giản đồ ở Chương 3. Thời gian giờ đây trở thành một phần của một dạng hình học phức tạp đan xen với hình học của không gian. Đây là sự hòa hợp mà Einstein phát hiện ra giữa khái niệm thời gian của Aristotle và thời gian của Newton. Bay vọt lên với đôi cánh của mình, Einstein đã thấy được rằng cả Aristotle và Newton đều đúng. Newton đúng khi cảm nhận trực giác rằng có gì đó tồn tại cùng với những vật thể giản đơn mà ta thấy đang chuyển động và thay đổi kia. Thời gian chân thực và toán học của Newton tồn tại; nó là một thực thể; nó là trường hấp dẫn, là một tấm cao su, là không thời gian cong trên hình vẽ. Nhưng Newton đã sai khi giả sử rằng thời gian độc lập với vạn vật – rằng nó trôi đi đều đặn, rằng nó không mảy may chịu ảnh hưởng và cô lập với vạn vật còn lại. Về phần mình, Aristotle đã đúng khi nói rằng “khi nào” và “ở đâu” đều là tương đối với những gì còn lại. Nhưng những gì còn lại này cũng có thể chỉ là trường, cái thực thể không thời gian của Einstein. Đây là một thực thể cụ thể và sống động, và giống như mọi thứ vật thể dùng làm mốc khác, như Aristotle quan sát, ta có thể dùng nó để định vị bản thân mình. Tất cả những lập luận trên đây đều tuyệt đối mạch lạc về logic, và phương trình Einstein mô tả sự biến dạng của trường hấp dẫn. Hiệu ứng của nó trên các đồng hồ và thước đo đã được kiểm chứng hơn một thế kỷ nay. Nhưng ý niệm về thời gian của chúng ta nay đã mất thêm một lớp khác của nó: tính độc lập đối với vạn vật. Cuộc khiêu vũ của ba học giả khổng lồ – Aristotle, Newton và Einstein – đã hướng chúng ta đến một hiểu biết sâu sắc hơn về thời gian và không gian. Có một thực thể là trường hấp dẫn; nó chẳng phải tách biệt với phần còn lại của thế giới vật chất, cũng chẳng phải một sân khấu mà trên đó màn kịch của thế giới đang trình diễn. Nó là một thành tố sống động trong vũ điệu của thế giới, giống như muôn vàn thực thể khác, tương tác với chúng, quyết định nhịp độ của những thứ mà ta gọi là thước đo và đồng hồ, và nhịp độ của tất cả các hiện tượng vật lý khác. Thành công, bao giờ cũng vậy, được định mệnh ban cho một số phận ngắn ngủi – kể cả là những thành công vĩ đại đi nữa. Einstein viết phương trình của trường hấp dẫn năm 1915, để rồi chỉ một năm sau chính ông đã nhận ra rằng phương trình đó chẳng thể là những lời kết về bản chất của thời gian và không gian, vì ta sẽ phải tính đến cơ học lượng tử. Trường hấp dẫn, giống như mọi trường vật lý khác, chắc chắn mang trong mình các tính chất lượng tử. 05 Lượng tử thời gian Ta có vò rượu cũ trong nhà đã trải chín mùa nho Và trong vườn, Phyllis, cây nguyệt quế để kết vòng, và thường xuân chằng chịt… Ta mời người đến ngày giữa tháng Tư vui tiệc với ta trong ngày lễ hội. (IV, 11) Khung cảnh kỳ lạ của vật lý học tương đối tính mà tôi đã mô tả sẽ còn trở nên kỳ lạ hơn khi ta xét đến cơ học lượng tử: tính chất hạt của không gian và của thời gian. Ngành học nghiên cứu những vấn đề này được gọi là “hấp dẫn lượng tử”, là lĩnh vực nghiên cứu của tôi.50 Cho đến bây giờ vẫn chưa có một lý thuyết hấp dẫn lượng tử nào có được bằng chứng từ thực nghiệm, hay được chấp nhận rộng rãi trong giới các nhà khoa học. Tôi đã dành hầu hết cuộc đời khoa học của mình cho việc đóng góp xây dựng một lời giải khả dĩ cho vấn đề này: hấp dẫn lượng tử vòng, hay thuyết vòng. Chẳng phải ai cũng cược rằng đây sẽ là lời giải đúng. Chẳng hạn bạn bè tôi làm việc với lý thuyết dây đang theo đuổi một con đường khác, và cuộc chiến khẳng định ai đúng ai sai hãy còn đang dữ dội. Nhưng đây là điều tốt – khoa học phát triển cũng là nhờ vào những tranh luận dữ dội như vậy: sớm hay muộn, mọi sự sẽ rõ ràng, và có lẽ điều đó cũng không còn xa nữa. Tuy nhiên, về bản chất thời gian, nhiều sự khác biệt đã biến mất trong những năm gần đây, và rất nhiều các kết luận đã trở nên rõ ràng với hầu hết chúng tôi. Đây là một trong những điều đã được làm rõ: cái khung cấu trúc còn lại của thời gian của lý thuyết tương đối tổng quát như được minh họa trong chương trước cũng sẽ biến mất khi ta tính đến lý thuyết lượng tử. Thời gian phổ quát đã bị phá vỡ thành muôn ngàn những thời gian riêng, nhưng khi ta xét đến các lượng tử, ta sẽ phải chấp nhận ý niệm rằng mỗi thời gian riêng này, đến lượt nó, cũng “dao động”, bị phân tán như tan vào một đám mây – và chỉ có thể nhận một vài giá trị này, chứ không nhận các giá trị khác… Những giá trị đó sẽ chẳng thể làm thành một tờ không thời gian liền lạc như phác họa ở chương trước. Ba phát kiến cơ bản mà cơ học lượng tử đã chỉ ra là: tính hạt, tính bất định và tính tương đối của các biến số vật lý. Mỗi phát kiến đó phá hủy thêm một chút những gì còn lại trong ý niệm của chúng ta về thời gian. Ta hãy xem xét từng phát kiến một. TÍNH HẠT Thời gian đo bởi đồng hồ bị “lượng tử hóa”, nghĩa là, chúng chỉ nhận một số giá trị nhất định này, chứ không phải các giá trị khác. Thời gian có vẻ như có tính hạt, chứ không phải là liên tục. Tính hạt là đặc điểm nổi bật của cơ học lượng tử, cũng là nguồn gốc tên gọi của chính nó: “lượng tử” là các hạt cơ bản. Có một thang độ lớn cực tiểu cho tất cả các hiện tượng.51 Đối với trường hấp dẫn, đó là “thang Planck”. Khoảng thời gian cực tiểu được gọi là “thời gian Planck”. Giá trị độ lớn của nó có thể dễ dàng ước lượng được bằng cách kết hợp các hằng số cơ bản đặc trưng cho các hiện tượng tương đối tính, hấp dẫn, và lượng tử.52 Cùng với nhau, chúng cho một khoảng thời gian 10-44 giây: một phần trăm triệu của một phần tỉ của một phần tỉ của một phần tỉ của giây đồng hồ. Đó là thời gian Planck: ở cái thang độ tí xíu đó, các tính chất lượng tử của thời gian bắt đầu biểu lộ. Thời gian Planck nhỏ, nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng đo đạc của các đồng hồ ngày nay. Nó quá nhỏ đến nỗi ta sẽ chẳng phải sửng sốt gì khi nhận ra “tận dưới kia”, ở cái thang nhỏ xíu đó, khái niệm thời gian không còn hiệu lực nữa. Có lý do gì mà nó còn có hiệu lực chứ? Chẳng có gì luôn luôn đúng và sẽ đúng ở mọi nơi. Sớm hay muộn, ta sẽ gặp cái gì đó mới lạ. Sự “lượng tử hóa” thời gian kéo theo rằng hầu hết mọi giá trị của thời gian t thực ra là không tồn tại. Nếu ta có thể đo được khoảng thời gian bằng một đồng hồ chính xác nhất mà ta có thể tưởng tượng, ta sẽ thấy rằng thời gian chỉ nhận những giá trị rời rạc, đặc biệt. Khoảng thời gian không thể được coi như liên tục được nữa. Ta phải nghĩ rằng nó không liên tục: nó chẳng hề giống như cái gì đó đang đều đặn trôi đi mà giống như cái gì đó, theo nghĩa nhất định, nhảy cóc từ giá trị này sang giá trị khác như những con kangaroo. Nói cách khác, khoảng thời gian tối thiểu là hiện hữu. Bên dưới kia, khái niệm thời gian là không tồn tại – dù là theo nghĩa cơ bản nhất của nó. Có lẽ cái dòng suối mực đã đổ ra để thảo luận bản chất của “tính liên tục” trong hàng thế kỷ qua, kể từ Aristotle đến Heidegger,i chỉ là sự phung phí mà thôi. Tính liên tục chỉ là một công cụ toán học để xấp xỉ những sự vật có cấu trúc hạt rất mịn. Thế giới vốn dĩ rời rạc, chứ không liên tục. Thượng đế lòng lành đã chẳng vẽ nên thế giới này với những đường liền lạc: với bàn tay nhẹ nhàng, người đã phác họa nó bằng các chấm nhỏ theo phong cách của Georges Seurat.ii i. Martin Heidegger (1889 – 1976): nhà triết học người Đức, người có tầm ảnh hưởng lớn tới nền triết học thế kỷ 20. (ND) ii. Georges-Pierre Seurat (1859 – 1891): họa sĩ người Pháp trường phái Tân ấn tượng, cùng với Paul Signac là người phát minh ra nghệ thuật chấm màu trong hội họa. (ND) Tính hạt phổ biến trong tự nhiên: ánh sáng được tạo ra từ các photon, hay chính là các hạt lượng tử của ánh sáng. Năng lượng của electron trong nguyên tử chỉ có thể nhận một vài giá trị nhất định, chứ không phải một giá trị bất kỳ. Những loại khí trong trẻo nhất là các hạt, và những loại vật chất đậm đặc nhất cũng là các hạt. Một khi ta đã chấp nhận không gian và thời gian Newton là các thực thể vật lý, ta sẽ dễ dàng chấp nhận chúng cũng có cấu trúc hạt. Lý thuyết khẳng định ý niệm này: lý thuyết lượng tử vòng tiên đoán rằng những bước nhảy cơ bản của thời gian là nhỏ, nhưng hữu hạn. Ý tưởng rằng thời gian có thể có cấu trúc hạt, rằng có thể tồn tại khoảng thời gian nhỏ nhất, chẳng phải là mới mẻ. Nó đã được đưa ra thảo luận ở thế kỷ 7 bởi Isidore từ Seville trong tác phẩm Etymologiae (Nguyên tử học) và ở thế kỷ tiếp theo bởi Venerable Bede trong một công trình với tiêu đề gợi cảm De pisionibus Temporum (Về sự chia nhỏ thời gian). Thế kỷ 13, nhà triết học vĩ đại Maimonides đã viết: “Thời gian được hình thành bởi các nguyên tử, nghĩa là bởi rất nhiều thành tố không thể chia nhỏ hơn, khi ta xét đến sự nhỏ bé của chúng”.53 Ý tưởng đó có lẽ còn xuất hiện sớm hơn nữa: do sự thất lạc của những tác phẩm gốc ệ ự ạ g p g của Democritusi mà ngày nay chúng ta chẳng thể nào biết được rằng nó có được đề cập trong lý thuyết nguyên tử Hy Lạp cổ đại hay không.54 Tư duy trừu tượng có thể tiên đoán trước hàng thế kỷ những giả thiết mà sau này sẽ trở thành hữu ích – hoặc sẽ được khẳng định – trong tư duy khoa học. i. Democritus (khoảng 460 – 370): nhà triết học lỗi lạc Hy Lạp cổ đại, được biết đến nhiều nhất với thuyết nguyên tử, học thuyết cổ đại cho rằng vật chất được cấu thành từ các thành phần nhỏ bé không phân chia được gọi là nguyên tử. (ND) Khái niệm họ hàng với thời gian Planck là khoảng cách Planck: giới hạn ngắn nhất mà khái niệm khoảng cách còn ý nghĩa. Khoảng cách Planck ở vào khoảng 10-33 centimet: một phần triệu của một phần tỉ của một phần tỉ của một phần tỉ của một milimet. Khi còn là một sinh viên trẻ, tôi đã đam mê tìm hiểu xem điều gì sẽ xảy ra ở cái khoảng cách nhỏ bé này. Tôi sơn màu một tờ giấy lớn, và ở chính giữa, lấp lánh đỏ là con số: Tôi treo nó trong phòng ngủ ở Bologna và quyết định rằng mục đích cuộc sống của tôi sẽ là tìm hiểu điều gì xảy ra dưới kia, ở cái thang tí xíu kia khi mà thời gian và không gian chẳng còn mang nghĩa vốn có của chúng – xuống đến tận cùng các lượng tử của không gian và của thời gian. Và thế là tôi đã dành cả phần đời còn lại của mình để cố gắng đạt được mục đích đó. SỰ CHỒNG CHẤT LƯỢNG TỬ CỦA THỜI GIAN Phát kiến thứ hai từ cơ học lượng tử là tính bất định: ta chẳng thể nào tiên đoán được đích xác, chẳng hạn, ngày mai electron của ta sẽ xuất hiện ở đâu. Giữa hai lần xuất hiện, electron không hề có vị trí chính xác,55 dường như là nó biến mất vào cái đám mây của xác suất. Theo thuật ngữ của các nhà vật lý, ta nói nó ở trạng thái “chồng chất” của các vị trí khác nhau. Không thời gian là một thực thể vật lý, giống như electron. Cũng vậy, nó cũng dao động thăng giáng. Cũng vậy, nó cũng có thể ở trạng thái “chồng chất” của những cấu hình khác nhau. Chẳng hạn sự minh họa của thời gian bị kéo giãn ở cuối Chương 4 – nếu ta xét đến cơ học lượng tử – thì nó nên được hình dung như sự chồng chất nhòe nhoẹt của những không thời gian khác nhau, như được thể hiện dưới đây: Tương tự, cấu trúc nón sáng cũng chồng chất thăng giáng tại mọi điểm phân cách quá khứ, hiện tại và tương lai: Thậm chí sự phân biệt giữa hiện tại, quá khứ và tương lai cũng trở nên thăng giáng, bất định. Giống như một hạt lượng tử phân tán vào trong không gian, sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai có thể thăng giáng: một sự kiện có thể ở cả phía trước và phía sau một sự kiện khác. TÍNH TƯƠNG ĐỐI “Thăng giáng” không có nghĩa là những gì xảy ra là hoàn toàn không thể xác định. Nó chỉ nghĩa là chúng được xác định chỉ ở một thời điểm nhất định và theo một cách không đoán trước được. Sự bất định được giải trừ khi một đại lượng tương tác với cái gì đó khác.i i. Thuật ngữ quen thuộc thay cho từ “tương tác” trong bối cảnh này, “đo đạc”, dễ khiến ta nhầm lẫn rằng để hiện thực hóa vị trí của hạt, ta cần phải có một nhà vật lý thực nghiệm thực thụ nào đó. Trong tương tác, electron sẽ được vật chất hóa tại một điểm nhất định. Chẳng hạn, nó có thể đập lên màn hình, thâu tóm được bằng một máy ghi nhận hạt, hoặc va chạm với một hạt ánh sáng – do đó nhận được một vị trí nhất định. Nhưng có một khía cạnh kỳ quặc đối với sự vật chất hóa này của electron: electron là cụ thể chỉ tương đối với những vật thể vật lý mà nó tương tác với.56 Đối với những vật thể khác, hiệu ứng của tương tác chỉ làm lan truyền sự bất định. Cụ thể hóa chỉ xuất hiện trong mối quan hệ với một vật thể: đây, tôi tin rằng, chính là phát kiến sâu sắc nhất của cơ học lượng tử.i i. Tôi đang dùng cách kiến giải tương đối của cơ học lượng tử (relational interpretation of quantum mechanics), cách kiến giải mà tôi cho là hợp lý hơn cả. Những hệ quả kéo theo, nói riêng, sự biến mất của không thời gian cổ điển tuân theo các phương trình Einstein, vẫn có hiệu lực trong bất kỳ cách kiến giải nào khác của cơ học lượng tử mà tôi được biết. Khi electron va chạm với một vật khác – chẳng hạn với màn hình của một chiếc vô tuyến thế hệ cũ với ống phóng electron – đám mây xác suất mà qua đó ta cảm nhận nó “suy sụp”, và electron được vật chất hóa tại một điểm trên màn ảnh, tạo ra một điểm sáng làm nên một hình ảnh TV. Nhưng điều đó chỉ xảy ra tương đối với màn ảnh mà thôi. Tương đối với vật thể khác, electron và màn ảnh cùng nhau ở trong một trạng thái chồng chập của các cấu hình. Chỉ trong những tương tác tiếp theo, cái đám mây xác suất chung đó mới “suy sụp” và vật chất hóa thành một cấu hình nhất định – và cứ tiếp tục như vậy. Rất khó có thể tiếp nhận cái ý niệm rằng electron có thể biểu hiện theo cách kỳ dị như vậy. Và còn khó nuốt trôi hơn là cái ý niệm rằng đó cũng chính là cách mà thời gian và không gian biểu hiện. Nhưng, theo tất cả các bằng chứng ta có, đây chính là cách thức mà thế giới lượng tử vận hành: đó chính là thế giới chúng ta đang sống. Cái lớp địa tầng vật lý cơ sở quyết định khoảng cách và khoảng thời gian – trường hấp dẫn – chẳng những chỉ chịu sự ảnh hưởng động lực từ vật chất; nó còn là một thực thể lượng tử không có giá trị xác định cho đến khi nó tương tác với cái gì đó. Khi nó tương tác, khoảng thời gian trở nên có cấu trúc hạt và chỉ xác định tương đối với vật thể mà nó tương tác; và chúng vẫn trong tình trạng không xác định đối với toàn bộ phần còn lại của vũ trụ. Ta đã mất dấu thời gian trong một mạng lưới các quan hệ không còn gắn kết với nhau như một tấm vải vẽ cố kết. Hình ảnh của những không thời gian (số nhiều) thăng giáng, chồng chất với nhau, vật chất hóa lúc nào đó tương đối với một vật thể nhất định cho ta một bức tranh mơ hồ. Nhưng đây là những gì tốt nhất mà ta có ở mức cấu trúc hạt tinh tế của thế giới. Ta đang bước vào thế giới của hấp dẫn lượng tử. * Hãy để tôi tóm lược lại cuộc thám hiểm của chúng ta vào trong những miền đất xa xôi đã đề cập trong phần thứ nhất của cuốn sách này. Không có một thời gian chung nào cả: mỗi quỹ đạo có một khoảng thời gian riêng; và thời gian trôi với nhịp khác nhau tùy thuộc vào vị trí và tốc độ của đồng hồ. Thời gian không có định hướng: sự khác biệt giữa quá khứ và tương lai không tồn tại ở mức độ các phương trình cơ bản nhất của thế giới này; sự định hướng của nó chỉ đơn thuần là một hiệu ứng phụ thuộc xuất hiện khi ta nhìn vào sự vật mà lờ đi những chi tiết của nó. Trong cách nhìn mơ hồ này, quá khứ của vũ trụ thành ra rơi vào một trạng thái “đặc biệt”. Khái niệm “hiện tại” vốn không có ý nghĩa: trong vũ trụ bao la không có gì thích hợp để ta có thể gọi là “hiện tại”. Lớp địa tầng cơ sở, khoảng thời gian, không phải là một thực thể độc lập khác biệt với những gì làm nên thế giới này; nó là tính chất của một trường động. Nó nhảy nhót, thăng giáng, vật chất hóa chỉ khi tương tác, và mất hút ở dưới thang cực vi… Trải qua tất cả những điều đó, thời gian của ta còn lại những gì? Hãy quẳng đồng hồ, mà suy ngẫm Thời gian kia chỉ nằm ở đầu kim…57 Ta hãy cùng nhau bước vào một thế giới không có thời gian. PHẦN II THẾ GIỚI KHÔNG CÓ THỜI GIAN 06 Thế giới này được tạo thành từ các sự kiện, không phải các sự vật Ôi thưa các ngài, cuộc sống ngắn ngủi… và nếu ta sống, hãy sống để mà lật đổ đám vua chúa. Shakespeare, Henry IV, Phần I (màn 5, cảnh 2) Khi Robespierre giải phóng Pháp khỏi chế độ quân chủ, chế độ cũ (ancien régime) ở châu Âu lo sợ rằng sự kết thúc của nền văn minh đã gõ cửa. Khi những người trẻ đi tìm kiếm tự do vùng thoát khỏi trật tự cũ, những người bảo thủ sợ rằng tất cả rồi sẽ bị nhấn chìm. Nhưng châu Âu đã tồn tại một cách tốt đẹp mà chẳng cần đến vua Pháp. Thế giới vẫn cứ tiếp diễn chẳng cần đến vị vua Thời gian. Tuy nhiên, có một đặc tính của thời gian vẫn còn lại sau tất cả sự hủy hoại của vật lý học thế kỷ 19 và 20. Tài tình tránh khỏi những cái bẫy mà lý thuyết của Newton đã giăng, vốn đã trở quá quen thuộc với chúng ta, giờ đây nó tỏa sáng rõ ràng hơn bao giờ hết: thế giới này không có gì khác ngoài những sự chuyển biến. Không một mảnh vỡ đã mất đi nào của thời gian (tính thống nhất, tính định hướng, tính độc lập, hiện tại, và tính liên tục) mang lại chút hoài nghi nào với sự thực rằng thế giới là một mạng lưới các sự kiện. Một mặt, ta có thời gian với tất cả các tính chất xác định kia của nó; mặt khác, ta có một sự thật đơn giản là vạn vật không phải đang “tồn tại”: chúng đang xảy ra. Sự vắng mặt của đại lượng “thời gian” trong các phương trình cơ bản không kéo theo rằng thế giới sẽ đóng băng và bất động. Trái lại, nó ngụ ý một thế giới mà sự chuyển biến có mặt khắp nơi, những biến dịch không nằm dưới sự sắp xếp của mẹ Thời gian: Không đòi hỏi vô số các sự kiện phải xếp theo một trật tự đẹp đẽ, theo một đường thời gian duy nhất của Newton, hay theo hình học không thời gian trang nhã của Einstein. Những sự kiện của thế giới này không xếp thành một hàng có trật tự như những người xứ Anh. Chúng tụ tập thành từng đám hỗn độn như người Ý. Chúng là các sự kiện: thay đổi, xảy ra. Sự xảy ra này phân tán, tản mạn và không có trật tự. Nhưng chúng đang xảy ra; hoàn toàn không bất động. Những đồng hồ chạy với tốc độ khác nhau không chỉ một thời gian duy nhất, mà kim chỉ trên mỗi đồng hồ thay đổi tương đối với nhau. Phương trình cơ bản của thế giới không chứa biến số thời gian, nhưng chúng chứa đựng các biến số thay đổi tương đối với nhau. Thời gian, đúng như Aristotle đã chỉ ra, là số đo của thay đổi; ta có thể dùng các biến số khác nhau để đo đạc sự thay đổi, nhưng không biến số nào trong số chúng có tất cả các đặc tính của thời gian mà ta thể nghiệm. Nhưng điều này chẳng mảy may thay đổi sự thật rằng thế giới là một hành trình bất tuyệt của những biến dịch đổi thay. Sự tiến hóa của khoa học gợi ý rằng ngôn ngữ cơ bản để suy nghiệm về thế giới là sự biến dịch, chứ không phải là sự thường hằng. Là sự hình thành, chứ không phải sự tồn tại. Ta có thể xem thế giới như thể nó được tạo nên bởi sự vật. Bởi các hợp chất. Bởi các thực thể. Bởi những gì tồn tại. Hoặc ta có thể xem thế giới như là nó được hình thành bởi các sự kiện. Bởi sự xảy ra . Bởi các quá trình. Bởi những gì đang biến hiện. Những gì không phải chỉ tồn tại, mà luôn luôn trải qua các biến đổi liên tục, không thường hằng trong thời gian. Sự hoại diệt của khái niệm thời gian trong vật lý học cơ bản là sự sụp đổ của cách nhìn thứ nhất, chứ không phải của cách nhìn thứ hai. Nó là sự nhận thức rõ về sự phổ biến của tính không thường hằng, không phải là sự đóng băng trong thời gian bất động. Nghĩ về thế giới như một mạng lưới các sự kiện, các quá trình, là cách thức sẽ cho phép chúng ta nắm bắt, lĩnh hội thế giới tốt hơn. Nó là cách thức duy nhất tương thích với tính tương đối. Thế giới không phải là tập hợp các sự vật, nó là tập hợp các sự kiện. Sự khác biệt giữa sự vật và sự kiện là ở chỗ: sự vật thì tồn tại trong thời gian; sự kiện thì không có trường tính trong thời gian. Một hòn đá là ví dụ điển hình của “sự vật”: ta có thể tự hỏi rằng ngày mai nó sẽ ở đâu. Ngược lại, nụ hôn là một “sự kiện”. Thật vô nghĩa khi hỏi ngày mai nụ hôn sẽ ở đâu. Thế giới này được làm nên bởi những nụ hôn, chẳng phải bởi đá sỏi. Những đơn vị cơ bản để ta lĩnh hội thế giới này không tồn tại ở một điểm nào đó trong không gian. Chúng tồn tại – nếu chúng ta có thể dùng từ tồn tại – ở một vị trí và ở một thời điểm. Chúng bị giới hạn về quảng tính không gian, nhưng cũng bị giới hạn cả về trường tính thời gian: chúng là các sự kiện. Nếu ta phân tích sâu hơn, ta sẽ thấy rằng thậm chí cả những sự vật vốn dĩ rất “thường hằng” chẳng gì khác hơn là một chuỗi dài các sự kiện. Dù là viên đá cứng nhất đi nữa, dưới ánh sáng hiểu biết của hóa học, vật lý, khoáng vật học, địa chất học và tâm lý học, trên thực tế chỉ là một rung động phức tạp của các trường lượng tử, một tương tác tạm thời của các lực, một quá trình mà trong một khoảng thời gian ngắn gắng gượng giữ được hình hài của nó, giữ nó cân bằng trước khi tan ra thành cát bụi, chỉ một chương ngắn trong lịch sử các tương tác giữa các thành tố làm nên hành tinh này, một vết tích của thời kỳ đồ đá mới, một mẩu vũ khí của một lũ trẻ nghịch ngợm, một ví dụ trong một cuốn sách về thời gian, một ẩn dụ của bản thể học, một phần của sự phân chia thế giới phụ thuộc vào cách thức mà cơ thể chúng ta được cấu thành để nhận thức nó, hơn là bản thân đối tượng nhận thức – và cuối cùng, là một nút thắt phức tạp trong trò đùa của vũ trụ với các tấm gương khác nhau phản ánh hiện thực ngoài kia. Thế giới không giống như được tạo thành từ sỏi đá, mà giống như các âm điệu bồng bềnh trôi nổi, hay những đợt sóng dập dềnh lan truyền trên biển cả. Nếu thế giới không phải được tạo nên từ sự vật, thì sự vật là cái gì? Những nguyên tử, mà ngày nay ta đã biết là được tạo thành từ những hạt nhỏ bé hơn? Những hạt cơ bản, mà ta đã biết không là gì khác ngoài những kích động phù du của một trường nào đó? Những trường lượng tử, mà ta đã hiểu rằng chẳng khác nào những mật mã của một thứ ngôn ngữ mà ta dùng để nói về các tương tác và các sự kiện? Ta chẳng thể suy tư về thế giới vật lý này như nó được tạo ra bởi các sự vật, bởi các thực thể. Đó là điều vô vọng. Điều ta khả dĩ làm được là suy nghĩ về thế giới này như thể nó được làm nên từ một mạng lưới các sự kiện. Các sự kiện đơn giản, hay các sự kiện phức tạp có thể được phân giải thành những sự kết hợp của các sự kiện đơn giản hơn. Hãy lấy vài ví dụ: chiến tranh không phải là một sự vật, nó là một chuỗi các sự kiện. Cơn bão không phải là một sự vật, nó là một tập thể những điều xảy ra. Một đám mây trên đỉnh núi không phải là một sự vật, nó là sự ngưng tụ của hơi nước trong không khí mà một ngọn gió vô tình thổi qua đã để lại. Một con sóng không phải là một sự vật, nó là một sự vận động của mặt nước, và thậm chí phần nước tạo nên nó còn luôn luôn thay đổi. Một gia đình không phải là một sự vật, nó là một tập thể các mối quan hệ, sự xuất hiện, những cảm nhận về nhau. Và một con người? Hiển nhiên con người chẳng phải là một sự vật; giống như một đám mây trên đỉnh núi, nó là một quá trình phức tạp với thức ăn, thông tin, ánh sáng, ngôn từ cứ liên tục đi vào và đi ra… Nó là một mối nối trong các mối nối của một mạng lưới các quan hệ xã hội, một mạng lưới các quá trình hóa học, một mối nối các cảm xúc mà nó trao đổi với những thành phần đồng loại. Trong một thời gian dài, chúng ta đã cố gắng tìm hiểu về thế giới qua những dạng vật chất nguyên thủy. Có lẽ hơn tất cả các lĩnh vực khác, vật lý học đã theo đuổi nắm bắt những thành tố nguyên thủy này. Nhưng ta càng nghiên cứu về nó, thế giới càng tỏ ra khó được mô tả hơn trong ngôn ngữ của sự tồn tại. Nó có vẻ trở nên dễ hiểu hơn rất nhiều khi ta sử dụng ngôn ngữ của các mối quan hệ giữa các sự kiện. Những lời của Anaximander đã trích dẫn ở chương đầu cuốn sách này gọi mời ta suy nghĩ về thế giới “theo trật tự thời gian”. Nếu ta không giả định rằng ta biết trật tự tiên nghiệm đó của thời gian là gì – nghĩa là, nếu ta không giả định rằng nó là một trật tự tuyến tính và phổ quát mà ta quen thuộc – khẩu hiệu của Anaximander hãy còn hiệu lực: ta hiểu thế giới này bằng cách nghiên cứu các sự thay đổi, chứ không phải bằng cách nghiên cứu các sự vật. Những ai lờ đi lời khuyên chí ích đó đều đã phải trả giá đắt. Hai vĩ nhân đã rơi vào sai lầm này là Plato và Kepler; kỳ lạ là cả hai đều say mê cùng một lý thuyết toán học. Trong Timaeus (Đối thoại), Plato đã có một ý tưởng tuyệt vời để cố gắng chuyển những hiểu biết vật lý của các nhà nguyên tử học như Democritus vào toán học. Nhưng ông đã lầm đường: ông cố gắng thiết lập hệ thống toán học về hình dạng của các nguyên tử, thay vì hệ thống toán học về chuyển động của chúng. Ông đã thả mình say mê với một định lý toán học tuyên bố rằng có năm – và chỉ năm – đa diện đều: Và ông đã cố gắng nâng nó lên thành một giả thiết táo bạo rằng năm đa diện đều này chính là hình dạng thật của các nguyên tử của các thành tố cơ bản vốn được thời cổ đại coi rằng tạo nên vạn vật: đất, nước, không khí, lửa và tinh hoa tạo nên cõi thiên đàng. Quả là một ý tưởng đẹp đẽ. Nhưng hoàn toàn sai lầm. Sự sai lầm nằm ở chỗ ông đã cố gắng hiểu thế giới này theo ngôn ngữ các sự vật, chứ không phải các sự kiện. Nó nằm ở chỗ ông đã lờ đi sự biến dịch. Vật lý và thiên văn học thành công, kể từ Ptolemy đến Galileo, Newton đến Schrödinger, là sự mô tả toán học chính xác sự vật biến đổi thế nào, chứ không phải bản thân chúng tồn tại ra sao. Chúng là các sự kiện, chứ không phải các sự vật. Hình dạng của các nguyên tử rốt cuộc được thấu hiểu nhờ vào nghiệm của phương trình Schrödinger mô tả các electron chuyển động trong nguyên tử thế nào. Lại là các sự kiện, chứ không phải sự vật. Nhiều thế kỷ sau, trước khi đạt đến các kết quả vĩ đại khi đã trưởng thành, chàng trai Kepler rơi vào cùng một sai lầm như vậy. Anh đã tự hỏi mình điều gì đã quyết định kích cỡ của các quỹ đạo của các hành tinh và thả mình say mê với cùng định lý mà Plato đã bị mê hoặc (chẳng ai nghi ngờ rằng đó là một định lý đẹp). Kepler đã giả thiết rằng các đa diện đều xác định kích cỡ quỹ đạo của các hành tinh: nếu chúng được đặt lồng vào nhau và ngăn cách bởi các mặt cầu, thì bán kính các mặt cầu này sẽ có cùng tỉ lệ với bán kính quỹ đạo các hành tinh. Một ý tưởng hay, nhưng hoàn toàn lệch lạc. Một lần nữa, nó thiếu tính động lực học. Sau này, khi Kepler tiếp tục nỗ lực giải quyết câu hỏi các hành tinh chuyển động ra sao, cánh cửa thiên đường đã rộng mở với ông. Ta do đó sẽ mô tả cách thế giới này xảy ra, chứ không phải cách nó tồn tại. Cơ học của Newton, các phương trình Maxwell, cơ học lượng tử đều cho ta hay các sự kiện xảy ra thế nào, chứ không phải chúng tồn tại ra sao. Ta hiểu sinh vật học bằng cách nghiên cứu cách thức các thực thể sống tiến hóa và sinh tồn. Ta hiểu tâm lý học (một chút thôi) bằng cách nghiên cứu cách mà ta tương tác với nhau, cách mà ta suy nghĩ… Ta hiểu thế giới này trong cái mà nó đang trở thành, chứ không phải trong cách mà nó tồn tại. “Sự vật”, bản thân chúng chỉ là chuỗi các sự kiện đơn điệu kéo dài một thời gian nào đó.58 Nhưng đó chỉ là trước khi trở về với cát bụi. Bởi vì sớm hay muộn, vạn vật tất nhiên sẽ đều trở về với cát bụi. Sự thiếu vắng của thời gian, như vậy, không có nghĩa là vạn vật bị đóng băng bất động. Nó có nghĩa là những sự kiện không ngừng xảy ra khiến thế giới này mệt mỏi không được sắp đặt trên một đường thẳng thời gian, không được đo đạc bằng những nhịp tích tắc vĩ đại. Nó thậm chí cũng không hợp thành một hình học bốn chiều. Nó là một mạng lưới không biên giới, không trật tự của các sự kiện lượng tử. Thế giới giống như vịnh Naples hơn là đất nước Singapore.