NguChúa không hề chơi xúc xắc.
– Einstein.
Tôi chắc rằng có những bạn đọc đã biết tới câu nói nổi tiếng này của Einstein trong lá thư gửi đến nhà vật lý Max Born năm 1926. Có lẽ nhiều người sẽ thắc mắc Einstein đang nói đến vị Chúa nào và con xúc xắc nào. Những tâm sự của ông thực ra phản ảnh nỗi lo ngại thẳm sâu về giới hạn hiểu biết Vạn vật của con người. Đó là những vấn đề vẫn còn gây tranh cãi cho tới ngày hôm nay: Khoa học là gì?
Einstein đang nhắc tới Vật lý lượng tử, môn vật lý miêu tả hành vi của phân tử, nguyên tử, hạ nguyên tử – như các hạt electrons và các hạt không điện (ví dụ protons). “Con xúc xắc” liên quan tới xác suất, với sự thật là trong thế giới lượng tử, cách nhìn thế giới truyền thống bằng quyết định luận (determinism) chẳng có tí tác dụng nào.
[Quyết định luận là học thuyết cho rằng mọi sự kiện diễn ra, bao gồm những lựa chọn đạo đức đều có nguyên nhân xuất hiện trước đó.]
(Theo Britannica)
Trong cuộc sống thường ngày, các vật tuân theo lịch sử cho sẵn từ điểm A đến điểm B. Ở phạm vi của sự nhỏ bé học thuyết Quyết định luận thất bại hoàn toàn. Chúng ta nhiều nhất chỉ có thể tính toán xác suất một hạt đang ở điểm này hay điểm kia trong không gian (tuỳ thuộc chính xác của dụng cụ đo lường). Kì lạ hơn nữa, chúng ta thậm chí không thể xác định liệu một hạt nó có tồn tại trước khi chúng ta tìm thấy nó. Tất cả mọi thứ chỉ là khả năng.
Một cách cực đoan, chúng ta có thể nói rằng việc tìm thấy “tạo ra” hạt này. Nếu vậy, các vật thể lớn hơn thì sao? Chúng đều được tạo nên từ các phân tử – các vật lượng tử? Một ngọn núi liệu chỉ tồn tại khi chúng ta nhìn nó ư? Nghe có vẻ nực cười quá. Núi Everest vẫn cứ kể tồn tại chúng ta có nhìn thấy nó hay không. Nhưng làm thế nào chúng ta khẳng định được điều ấy? Chúng ta có biết chắc rằng núi Everest vẫn ở đó dù không ở trong tầm nhìn của chúng ta, hay chúng ta chỉ đang suy ra từ trí khôn thường tình?
Einstein cho rằng, sự thiếu hụt về học thuyết Quyết định luận không thể là mảnh ghép cuối cùng trong bức tranh phác hoạ Vạn vật. Một thuyết khác, bao phủ hơn và có chiều sâu hơn, sẽ sẽ giải thích được các nghịch lý của thế giới lượng tử. Vậy, liệu ông có đúng hay không?
Nhiều sự kiện đã diễn ra trong tám thập kỉ. Các thí nghiệm liên tục cố gắng tìm ra lỗ hổng trong cơ chế lượng tử truyền thống để từ đó mở ra được một thuyết thay thế. Tất cả đều vô dụng: dường như cơ chế lượng tử là bất biến. Chúng ta không thể biết chắc chắn về Thiên nhiên và chúng ta phải chấp nhận điều đó.
Cơ chế lượng tử là:
Nguyên lý Bất định Heisenberg – cho rằng chúng ta không thể biết chính xác vị trí và vận tốc của một vật với cùng một lúc, một đơn vị sai, một đơn vị đúng, hoặc ngược lại. Đây không chỉ là chướng ngại vật trên con đường đến với tri thức; đây là quy luật của Thiên nhiên. Có vẻ như Chúa có gieo xúc xắc, và sự thành công to lớn của vật lý lượng tử là chứng cứ cho khả năng của chúng ta để hợp lý hoá những vấn đề tưởng chừng kì lạ vô cùng ấy.
Lời của Einstein trong lá thử gửi Born lại khác với những điều trên:
Cơ chế lượng tử tìm kiếm sự quan tâm đặc biệt. Nhưng điều gì đó trong tôi mách bảo rằng đây không phải là the true Jacob. Thuyết này đem đến thành quả, nhưng nó không đưa chúng ta đến gần hơn với bí mật của Người Già cỗi (the Old One). Dù thế nào, tôi vẫn tin rằng Ngài không hề gieo xúc xắc.
– Einstein
Người Già cỗi (the Old One) là hình tượng ẩn dụ không phải cho vị Chúa Do Thái-Cơ Đốc mà là cho linh hồn sâu thẳm của Thiên nhiên, bản chất của thực tại. Einstein cho rằng, mục tiêu của khoa học là vén màn bản chất này, để tìm ra cách thế giới vận động.
Mặt khác, ông vẫn hiểu rằng các giả thuyết khoa học của chúng ta là những sự xấp xỉ cần thiết nhưng không hoàn chỉnh của điều đang thật sự xảy ra:
Điều tôi thấy ở Thiên nhiên là một cấu trúc vĩ đại mà chúng ta chỉ lĩnh hội được phần nhỏ bé, và nhiêu đó cũng đủ khiến con người hay tự ngẫm cảm thấy cần khiêm tốn.
Einstein
Điều làm Einstein khó chịu là sự giải thích của cơ chế lượng tử lại hoàn toàn trái ngược với cách ông nhìn nhận thế giới. Với ông, việc cho rằng một vật chỉ tồn tại khi chúng ta tiếp xúc nó thực sự vô lý; ông cũng như Schrödinger và Planck và de Broglie là nhà khoa học thực tiễn. Hok tin vào thực tại ẩn giấu độc lập với vật thể quan sát.
Heisenberg, Borg, Pauli, Jordan và Dirac chọn hướng tiếp cận khác, chấp nhận các giá trị hiện thực của sự lạ lùng của cơ chế lượng tử. Sự nhận thấy tạo nên thực tại. Nó là cầu nối từ thế giới siêu nhỏ tới thế giới lớn hơn, nơi các dụng cụ nhận thấy tồn tại.
Schrödinger “hàm sóng”, một phương trình miêu tả cách hạt electron xoay quanh quỹ đạo hạt nhân nguyên tử, thực tế khiến cho mọi việc còn tồi tệ hơn. Ban đầu nó được tung hô như con đường trở về với sự bình yên, khi mà các làn sóng là điều chúng ta thấy hàng ngày. Bạn ném một hòn đá lên mặt hồ và tạo ra các gợn sóng trên mặt nước xuất phát từ điểm va chạm. Phương trình này miêu tả những gì xảy ra. Nhưng trong phương trình hàm sóng của Schrödinger, các làn sóng không có thật. Sau vài thử nghiệm và lỗi sai của Schrödinger, Born đưa ra một ý tưởng lạ rằng sóng ở đây là làn sóng của khả năng, để khi mà bình phương đúng (cho những chuyên gia, bằng cách lấy giá trị tuyệt đối khi hàm sóng là giá trị phức) sẽ đưa ra xác xuất hạt electron đang ở quỹ đạo nào xung quanh hạt nhân. Điều này đúng với các trường hợp phương trình được sử dụng: kết quả luôn luôn là một xác suất nào đó.
… Kết quả luôn luôn là một xác suất…
Nói một cách khác, phương trình trọng yếu của vấn đề thực sự không miêu tả vấn đề!
Bản chất của Thiên nhiên không phải là điều gì tuyệt đối đúng đắn, mà là toán học trừu tượng thì đúng hơn. Thuyết lượng tử là thành công lớn, sản sinh ra các báo cáo hiệu quả cho biết bao thí nghiệm. Vật lý lượng tử đã cách mạng hoá thế giới. Tuy nhiên, thông điệp của nó, nếu bạn muốn suy nghĩ thêm, vẫn là bí ẩn.
Vật lý lượng tử đã cách mạng hoá thế giới.
Đây là vấn đề Einstein gặp phải với vị Chúa gieo xúc xắc. Tới tận ngày nay, khi bị hỏi kĩ về thông điệp của cơ chế lượng tử, đa phần nhà vật lý sẽ có một chút lo lắng. “Không nên nhắc đến những vấn đề đó thì hơn”, là câu nói thường gặp. Hoặc, nếu đó là học sinh cao học khó ở, “Cứ im đi và làm tính toán thì hơn.”
Nhưng cũng như nhà học giả Pháp Bernard de Fontenelle viết năm 1686, “chúng ta muốn biết nhiều hơn những gì chúng ta thấy.” Và khó khăn là: chúng ta chỉ có thể nhìn thấy vậy thôi.
… chúng ta chỉ có thể nhìn thấy vậy thôi.
Nguồn: NPR
Ảnh: Pinterest
Hanoi Socratic Society 