Đằng sau từng nhịp điệu hàng ngày của cuộc sống
Là cả một thế giới vận hành không ngừng nghỉ
Nơi phần lớn quan niệm của chúng ta trong vũ trụ trở nên sai lệch
Brian Greene – nhà vật lý học, tác giả nhiều cuốn sách bán chạy nhất tại New York
Sẽ dẫn chúng ta vào cuộc thám hiểm phá vỡ các định luật thông thường
BRIAN GREENE (Đến từ đại học Columbia): “Tại sao chúng ta chưa từng quan sát các hiện tượng diễn biến ngược thời gian?”
Điều này hoàn toàn có thể dựa trên các định luật của Vật lý.
Một thế giới mới sẽ dần lộ ra
Khi chúng ta đi sâu khám phá khoảng không vũ trụ
Từ lỗ đen đến Vụ Nổ Lớn
Đến tận cấu tạo sâu bên trong của vật chất
(Cho tôi đồ uống giống anh bên cạnh)
vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô vàn các vũ trụ song song
Hay việc không gian 3 chiều có thể chỉ là một ảo ảnh
Và không có giới hạn rõ ràng
Giữa quá khứ, hiện tại và tương lai
GREENE: Nhưng chúng ta sẽ tự hỏi nguyên nhân tại sao?
Sao chúng ta có thể hiểu sai về những thứ quá quen thuộc như thế?
“Và liệu điều đó có ảnh hưởng đến chúng ta không?”
Dĩ nhiên là có
Không có quy luật nào trong tự nhiên lại
quy định rằng vật lý lý thuyết luôn vui vẻ cả.
Thực tế nó luôn luôn thay đổi
Và nó luôn mở ra vô vàn những giả thiết mới
Trong phần tiếp theo:
Điều gì xảy ra nếu những sự vật này biến mất?
Chúng sẽ bị thay thế bởi những khoảng không gian trống rỗng.
Nhưng khoảng không này
Lại chứa đầy những hoạt động mạnh mẽ nhất
Vũ trụ là gì?
Đây là một trong những điều bí ẩn nhất trong vật lý.
Liệu những thành phần không thấy của nó đang nắm giữ
vai trò quyết định với toàn vũ trụ
Hãy cùng chúng tôi khám phá ngay bây giờ trong chương trình “Kết cấu của vũ trụ”
Các quỹ tài trợ chính cho NOVA
Và…
Và bởi Công ty truyền thông CPB
Và từ hỗ trợ của các thuê bao Dịch vụ truyền thông công cộng PBS
Các quỹ tài trợ chính của chương trình “Kết cấu của Vũ Trụ”
Quỹ phát triển Khoa học Quốc Gia – National Science Foundation
Và
Các nghiên cứu khoa học, kiến thức xã hội ở các ngành
Khoa học tự nhiên, công nghệ, Kỹ sư và Toán học
Những khoản hỗ trợ khác:
Và quỹ George D.Smith
BRIAN GREENE: Chúng ta luôn nghĩ thế giới này tràn ngập các sự vật như
như các tòa nhà, xe hơi
xe bus, con người
Quan niệm này càng hiển nhiên ở các thành phố lớn
như New York
Tuy nhiên, thứ bao quanh các sự vật trong thế giới quen thuộc này
lại có vai trò không kém phần quan trọng, trong khi quá nhiều điều bí ẩn về nó cần giải đáp:
Đó là không gian đang chứa đựng các vật thể kể trên.
Để cảm nhận được điều mà tôi đang nói
hãy cùng tôi thử dừng lại một chút và tưởng tượng
Điều gì sẽ xảy ra nếu tất cả các sự vật này biến mất?
Tôi muốn nói tất cả
con người,
toàn bộ xe cộ, toàn bộ các tòa nhà
và không phải chỉ gồm những sự vật trên Trái đất này
mà tính cả chính Trái đất nữa
Hình dung tất cả các hành tinh, các ngôi sao và các dải thiên hà biến mất
Không dừng lại ở những vật thể lớn
mà tưởng tượng cả những hạt vật chất, tất cả các nguyên tử, phân tử, khí và bụi.
Thử hình dung tất cả mọi thứ đó biến mất
thì cái gì sẽ còn lại?
Phần lớn chúng ta sẽ trả lời “Không còn gì cả”
Và chúng ta có thể đúng
Nhưng điều lạ là, chúng ta cũng có thể sai
Thứ còn sót lại: Chính là không gian trống rỗng
Và ta sẽ thấy không gian trống rỗng không đồng nghĩa với “không gì cả”
Chính nó cũng là một thứ gì đó
Một thứ có các đặc điểm tính chất riêng và thật
như những vật thể xuất hiện trong cuộc sống hàng ngày
Thực tế, không gian này thật đến mức nó có thể bị uốn cong
Có thể xoắn
và lượn sóng
(tiếng vỗ tay)
Không gian thật đến mức chính nó có thể tham gia vào quá trình
tạo ra tất cả mọi thứ trong thế giới xung quanh
và hình thành kết cấu vũ trụ”
CRAIG HOGAN (University of Chicago): Bạn sẽ không hiểu hết về thế giới
chừng nào chưa hiểu hết về không gian
bởi thế giới này chính là không gian
với các vật thể mà nó chứa đựng
S. JAMES GATES, JR. (University of Maryland): Chúng ta thường không nhận thức được sự tồn tại của không gian
Nhưng tôi vẫn hay nói với mọi người rằng:
Cá có lẽ cũng không nhận thức được sự tồn tại của nước
chúng lúc nào cũng ở trong nước.
JOSEPH LYKKEN (Fermi National Accelerator Laboratory): Không gian không hẳn là không gì cả
Luôn có rất nhiều điều đang diễn ra trong lòng không gian
GREENE: Khi hình dung về không gian
Phần lớn chúng ta nghĩ ra ngoài vũ trụ về một nơi rất rất xa nào đó
Nhưng không gian thật ra hiện diện ở khắp mọi nơi
Ta có thể nói
Đó là thứ thừa thãi nhất trong vũ trụ này
Đến cả trong những nguyên tử
thứ cấu tạo nên tôi, các bạn và mọi vật thể khác
trong thế giới này
không gian trống chiếm gần như toàn bộ trong các nguyên tử
Sự thật là nếu lấy đi toàn bộ khoảng không
bên trong các nguyên tử cấu thành nên đá, kính và thép
trong tòa nhà Empire State
những gì còn lại chỉ là một ít vụn rắn
có kích thước bằng một hạt lúa mì
nhưng khối lượng lên tới hàng triệu tấn.
Phần còn lại là khoảng không
Nhưng chính xác thì không gian là gì?
Tôi có thể cho bạn thấy hình ảnh nước Tây Ban Nha
Napoleon
ảnh chú Harold của tôi
Nhưng hình ảnh của không gian thì như thế này
Chả có gì cả
Như thế thì làm sao ta có thể thấy nó như “một thứ gì đó”
khi nó trông như không gì cả
LEONARD SUSSKIND (Stanford University): Tại sao lại nói có không gian
thay vì không có?
Tại sao không gian lại là ba chiều?
Tại sao không gian lại lớn như vậy?
Ta có thừa chỗ để chuyển động bên trong nó
Sao không gian không bé nhỏ?
(Hm…)
Chưa có một quan điểm thống nhất cho những câu hỏi vừa rồi.
ALEX FILIPPENKO (University of California, Berkeley): “không gian là gì?”
Đến giờ chúng ta vẫn chưa thực sự hiểu
S. JAMES GATES, JR.: Đó là một trong những điều bí ẩn nhất của vật lý
BRIAN GREENE: Thật may là không phải chúng ta hoàn toàn không biết gì về không gian
Chúng ta đã thu thập được các câu hỏi về không gian từ hàng thế kỉ qua
Những câu hỏi lâu đời nhất
từ việc ban đầu chỉ tư duy: Các vật thể chuyển động qua không gian như thế nào?
Để hiểu được điều này, ta thử xem ví dụ của vận động viên trượt băng
Khi cô ấy trượt trên sàn băng
thì cũng đang thực hiện chuyển động tương đối với các vật xung quanh
như băng chẳng hạn
Và khi cô thực hiện vòng xoay
cô ấy không chỉ thấy mình đang quay
mà còn cảm nhận được điều đó nữa
bởi khi quay, cô cảm nhận được cánh tay mình có xu hướng bị kéo ra ngoài
Nhưng giờ lại hình dung
ta làm biến mất các vật xung quanh vận động viên này
từ sân trượt
tới những thiên hà ở xa nhất
Chỉ còn lại vận động viên trượt băng
đang xoay trong một không gian trống hoàn toàn
Nếu vận động viên này vẫn cảm thấy cánh tay có xu hướng bị kéo ra ngoài
cô sẽ biết mình đang xoay
Nhưng nếu không gian không tồn tại
thì cô ấy đang xoay so với vật mốc nào
Tưởng tượng chính bạn là vận động viên này
Khi mở mắt ra, bạn không thấy gì cả
Tất cả chỉ đồng nhất một màu đen quanh bạn
Tuy nhiên hai cánh tay vẫn đang có xu hướng bị kéo ra ngoài
Vậy bạn sẽ nghĩ gì?
“Mình đang xoay vòng so với cái gì?”
“Liệu có vật gì mình đang không nhìn thấy?”
Trong quá trình tìm ra câu trả lời những câu hỏi như vậy
các nhà khoa học đã tìm ra một bức tranh hoàn toàn mới về không gian
Và điểm mấu chốt là tìm thấy thứ gì đó từ không gì cả
(tiếng diễn viên ở sân khấu)
Khi tới nhà hát, chúng ta xem các diễn viên.
(như lời của Benedick trong “Much Ado About Nothing” – Shakespear) Benidick: Ta xin thú nhận rằng ta yêu nàng hơn mọi thứ trên thế giới này
…khung cảnh, nội dung vở diễn
Ta muốn hét lên: Ta yêu nàng
Nếu đã thế, em cầu xin Chúa tha thứ cho ta
Vì điều gì, Beatrice của ta?
GREENE: Nhưng còn một thứ đóng vai trò then chốt
mà bạn không bao giờ thấy nhắc đến, tấm áp-phích quảng cáo cho vở kịch
Thứ mà chúng ta hầu như không hề nhận ra
Sân khấu
Nó luôn là một phần tối quan trọng trong vở diễn
Tuy nhiên phần lớn chúng ta chẳng bao giờ nghĩ tới nó
Nhưng Isaac Newton đã để ý tới điều này
Đấy là cách mà người cha đẻ của nền vật lý hiện đại đã quan niệm về không gian
giống một sân khấu trống rỗng
Với Newton thì không gian chính là nền tảng
của mọi thứ diễn ra trong vũ trụ
là khán phòng nơi vở kịch vũ trụ được trình diễn
Với Newton, sân khấu như một vật thể thụ động
tuyệt đối, vĩnh cữu và bất biến
Vở diễn không ảnh hưởng tới sân khấu
và ngược lại, sân khấu cũng không có tác động tới vở diễn
Bằng cách nhìn nhận không gian như thế
Newton đã có thể tái hiện tại thế giới
theo cách chưa ai trước đó từng nghĩ tới
Các nhìn về một sân khấu tĩnh của Newton
giúp ông hiểu được mọi chuyển động vẫn thường thấy xung quanh
và đưa ra các định luật dự đoán và giải thích mọi việc
từ cách quả táo rơi xuống đất
đến quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt trời
Những định luật đó có vẻ hoàn hảo tới mức
chúng ta vẫn áp dụng chúng vào các hoạt động ngày nay
như phóng vệ tinh
hay hạ cánh máy bay
Và các định luật của Newton chỉ xoay quanh một ý tưởng độc đáo: không gian là một thực thể
Dù ta không thể nhìn, ngửi hay chạm vào nó
thì không gian vẫn là một thứ có thật, có các tính chất vật lý
sẽ làm cơ sở cho nhiều dạng chuyển động
ví như với vận động viên trượt băng
Theo Newton, khi vận động viên trượt băng quay cánh tay có xu hướng vung ra ngoài
bởi cô đang xoay so với một vật mốc
và vật mốc đó chính là không gian
(tiếng vỗ tay)
Các học giả đã tranh luận về tính tự nhiên của không gian
trong một thời gian dài
Điều Newton làm đã thay đổi hoàn toàn các lập luận trước đó.
Và dựa vào đó
làm nền tảng cơ bản sinh ra vật lý hiện đại
GREENE: Ví dụ Sân Khấu của Newton thực sự là một mốc lớn trong lịch sử
và thành công của nó kéo dài hơn 200 năm
Cho đến những thập niên đầu thế kỉ 20
một hệ thống quan điểm mới đã được đưa ra
và lung lay tận gốc quan điểm về nền tảng cơ bản của Newton
Những ý tưởng này đuợc đưa ra
bởi một nhân viên trẻ đang làm việc tại một cơ quan cấp bằng sáng chế của Thụy Sĩ
Tên của người này
Là Albert Einstein
Einstein sinh ra và cuối thế kỉ 19
vào thời hoàng kim của kỉ nguyên năng lượng điện
Điện năng thắp sáng các thành phố lớn
là nguồn lực thúc đẩy sự trỗi dậy của tất cả các lĩnh vực khoa học công nghệ
mà Newton trước đó có lẽ không bao giờ tưởng tượng được
Tất cả sự phát triển đó đều bắt nguồn từ một thứ
đã thu hút Einstein từ khi ông còn là một đứa trẻ: đó là Ánh sáng
Không phải ánh đèn dây tóc, hay đèn đường
mà chính ánh sáng tự nhiên
và ông bị thu hút
bởi đặc tính kì lạ của tốc độ ánh sáng
điểm giúp Einstein xoay chuyển
quan niệm về không gian của Newton
Để hiểu rõ hơn, ta hãy thử lên một chuyến xe
Tại thời điểm hiện tại, xe đang đi với tốc độ 20 dặm/giờ
Muốn đi nhanh hơn, ta chỉ việc
nhấn ga và vận tốc của xe sẽ thay đổi
Và giờ ta vừa cảm nhận được thay đổi này, vừa nhìn được nó
qua đồng hồ đo vận tốc của xe và qua bảng đo tốc độ trên phố
“Giờ anh có thể đi chậm lại được rồi”
(tiếng lốp ma sát)
Nhưng giờ, hãy thử tưởng tượng thay vì đo tốc độ của cái xe taxi này
ta có một bảng đo tốc độ
của ánh sáng từ đèn xe phát ra
Bảng này sẽ đo được tốc độ đáng kinh ngạc
1080 triệu km/h của ánh sáng
Vậy giờ, khi chiếc xe bắt đầu chuyển động
Hẳn bạn sẽ nghĩ rằng tốc độ ánh sáng phát ra từ xe cũng tăng lên
một lượng bằng với tốc độ của chiếc xe
Nói tóm lại, ta sẽ nghĩ chiếc xe sẽ giúp ánh sáng
chuyển động nhanh hơn
Nhưng thật ngạc nhiên, điều đó không bao giờ xảy ra
Bảng đo tốc độ - hoặc bất kì cách đo tốc độ ánh sáng nào khác
sẽ luôn ghi nhận tốc độ ánh sáng từ xe
ở mức 1080 triệu km/h
cho dù chiếc xe đứng yên hay chuyển động
Tại sao lại có hiện tượng này?
Làm thế nào tất cả các cách đo vận tốc ánh sáng
luôn cho cùng một kết quả
JANNA LEVIN (Barnard College/Columbia University): Khi bạn chạy về phía một bức tường thì dĩ nhiên khi lấy tường làm mốc,
bạn sẽ chạm vào nó nhanh hơn so với việc chỉ đứng yên
Nhưng điều này lại không đúng với ánh sáng
Tốc độ ánh sáng luôn là hằng số với mọi vật mốc
Điều này thực sự đáng kinh ngạc
GREENE: Enstein đã giải thích
bí ẩn trên như sau
Dựa trên nhận định tốc độ chỉ là một cách đo trong không gian
mà vật di chuyển theo thời gian
Einstein đã đưa ra một ý tưởng táo bạo
rằng không gian và thời gian có thể kết hợp
để điều chỉnh lượng tăng lên của tốc độ ánh sáng
khiến dù bạn có di chuyển nhanh thế nào
tốc độ ánh sáng từ đèn xe vẫn không đổi
và luôn bằng 1080 triệu km/h
JANNA LEVIN: Để giữ tốc độ ánh sáng không đổi
thời gian không còn bất biến
không gian không còn bất biến
và như thế cả không gian và thời gian đều tương đối
và chúng tương tác lẫn nhau
GREENE: Nếu bạn thấy việc không gian và thời gian co giãn được nghe có vẻ không hợp lý
thì đó chỉ do thường ngày, bạn vẫn chưa di chuyển đủ nhanh
để thấy hiện tượng đó diễn ra
nhưng nếu chiếc taxi này có thể chuyển động xấp xỉ vận tốc ánh sáng
thì hiện tượng này sẽ được thấy rõ
Giả sử bạn đang đứng ở bên đường
khi xe của tôi chạy qua với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng
bạn sẽ thấy không gian co giãn
khiến chiều dài của xe taxi co lại chỉ bằng vài cm
và bạn cũng nghe tiếng đồng hồ đeo tay của tôi chạy rất chậm
nhưng tại ví trí quan sát của tôi, bên trong xe
chiếc đồng hồ vẫn chạy như bình thường
và không gian cũng chẳng có gì thay đổi
Tuy nhiên khi tôi nhìn ra hai bên đường Tôi sẽ thấy không gian giãn nở ra
Tất cả hiện tượng trên diễn ra để giữ cho tốc độ ánh sáng không đổi
Thế nên với Einstein
thời gian và không gian không còn bất biến hay tuyệt đối nữa
Trái lại, chúng kết hợp với chuyển động
hình thành nên một khối thống nhất gọi là Không thời gian
EDWARD "ROCKY" KOLB (University of Chicago): Tôi cho rằng khi chúng ta trải nghiệm cuộc sống như thường ngày
chúng ta luôn có tư duy theo quan điểm của Newton về không gian và thời gian
đó là những thứ chúng ta chấp nhận dễ dàng
Nhưng Einstein không bao giờ để cảm giác đánh lừa lập luận logic.
Điều đó thể hiện rõ thiên tài của ông
Theo tôi, quan điểm coi không gian và thời gian là một khối thống nhất
là một trong những khám phá lớn nhất
trong lịch sử khoa học
Nó quá khác biệt so với tiềm thức chung
với những điều loài người được chứng kiến
Dưới bàn tay của Einstein, bức tranh mới về không gian này
đã vén bức màn bí mật
cho những bí ẩn của loại lực phổ biến nhất trong tự nhiên
Lực hấp dẫn
Newton tìm ra rằng lực hấp dẫn
hút các vật lại với nhau
và các định luật của ông đã tính được độ lớn của lực này
với độ chính xác đáng kinh ngạc
Nhưng thực tế lực hấp dẫn vận hành như thế nào
Làm thế nào Trái Đất có thể hút được Mặt Trăng
cách xa hàng trăm nghìn km của không gian
Dường như có một sợi dây vô hình
gắn kết hai thiên thể này
Nhưng ai cũng biết đó không phải sự thực
Và các định luật của Newton cũng không giải thích được
ALEX FILIPPENKO: Enstein thấy rằng để sửa lại quan điểm về lực hấp dẫn của Newton
cần nhiều hơn là những mảnh vá mới
Ông phải tự xây dựng cho mình hệ thống mới để hiểu được nó
GREENE: Sau hơn 10 năm nghiên cứu
cuối cùng Einstein đã đưa ra một kết luận kinh ngạc
bí mật ẩn sau lực hấp dẫn chính là mặt tự nhiên của không thời gian
Và có thể co giãn linh hoạt hơn những gì Einstein dự đoán trước đó
Nó có thể đàn hồi như một kết cấu thực sự
Đây thực sự là một bước đột phá từ thời Newton
Tưởng tượng cái bàn bi-a này trong không thời gian
và những quả bóng như những vật thể trong không gian.
Nếu không thời gian phẳng
như mặt chiếc bàn này
các vật thể sẽ chuyển động theo đường thẳng
nhưng nếu không gian giống như một kết cấu có thể co giãn và uốn cong
Điều này có vẻ khá lạ lẫm
Nhưng hãy nhìn hiện tượng xảy ra khi tôi bỏ một vật nặng
lên kết cấu đàn hồi của không thời gian
Giờ tôi bắt đầu đánh quả bóng bi-a một lần nữa
Trái bi-a chuyển động theo đường rãnh
tạo ra bởi vật nặng
Từ đó Einstein đã nhận ra cách lực hấp dẫn tương tác
Đó là cách làm méo không thời gian tạo ra bởi chính các vật thể bên trong nó
Nói cách khác, lực hấp dẫn chính là biểu hiện của không thời gian
Mặt Trăng được giữ trên quỹ đạo tròn quanh Trái Đất
không phải do một lực bí ẩn nào đó
mà chính vì nó quay quanh một đường cong vạch ra bởi Trái Đất
trên kết cấu không thời gian
LEONARD SUSSKIND: Theo Einstein, không gian trở nên vừa thật, lại vừa co giãn được
Vậy là không gian cũng có các đặc tính
Và bỗng nhiên không gian có các đường cong
Bỗng nhiên không gian lại sở hữu các đường cong hình học rất mềm dẻo
gần như một miếng cao su
S. JAMES GATES, JR.: Einstein mở ra cả một lập trường mới về sự thật
đằng sau toàn bộ vũ trụ
Nhờ quan sát này, ông đã tự gây dựng nên cột mốc “Einstein” trong lịch sử loài người
BRIAN GREENE: Trong khi Newton chỉ thấy một không gian tĩnh
Einstein lại thấy một không gian động
luôn đan xen với thời gian và vẽ đường cho mọi vật chuyển động
Vì thế sau khám phá của Einstein
không gian không còn chỉ là một sân khấu tĩnh nữa
mà nó cũng đóng một vai trong vở kịch
và là diễn viên chính trong vở diễn vũ trụ
Nhưng việc nghĩ tới không gian
như một vật thể động, đàn hồi như một tấm vải chỉ là một phần
Quan trọng hơn, liệu nó có thực đúng?
Hay chỉ là một cách nói ẩn dụ, mơ hồ?
Hay thực sự đó chính là các đặc điểm của không gian?
Thực tế, lý thuyết của Einstein chỉ ra một cách để tìm ra lời giải
đó là thực hiện một chuyến đi
tới rìa của một lỗ đen
Lỗ đen là trạng thái sau khi một ngôi sao chết
và khối lượng khổng lồ của nó bị nén vào một thể tích nhỏ hơn thể tích ban đầu.
Lực hấp dẫn từ lỗ đen quá lớn
đến nỗi theo tính toán của Einstein một lỗ đen đang quay
có thể kéo không gian quay cùng với nó theo đúng nghĩa đen
và xoắn không gian lại như một miếng vải
Nhưng lỗ đen gần nhất cách chúng ta hàng nghìn tỷ km
khiến việc kiểm chứng định luật trên trở thành một thách thức rất lớn
Tuy nhiên vào cuối những năm 1950 Nhà Vật lý Leonard Schiff
bắt đầu nghiên cứu một phương pháp khác gần Trái Đất hơn
để chứng minh ý tưởng của Einstein về không gian
Schiff lấy ý tưởng từ một đồ chơi quen thuộc
của trẻ em: con quay hồi chuyển (gyroscope)
Schiff lập luận nếu không gian thực sự có thể co dãn như một tấm vải
thì một con quay hồi chuyển khổng lồ có thể giúp phát hiện ra điều này
Một ý tưởng rất lạ
và ông cũng chọn một nơi thú vị để giới thiệu nó với thế giới vật lý
Bể bơi trường ĐH Stanford
Tại đây năm 1959, Schiff đã trao đổi
với hai đồng nghiệp: William Fair Bank và Bob Cannon
Schiff rất ấn tượng với một sản phẩm công nghệ
hoạt động trên nguyên lý
của con quay hồi chuyển mà trẻ con hay chơi
Và ngay tại đó,
cả ba quyết định sẽ đưa một thiết bị thế này
vào quỹ đạo quanh Trái Đất
Bình thường, trục của một con quay chỉ về một hướng cố định
Nhưng nếu Trái Đất thực sự đang kéo dãn không gian
thì trục của con quay sẽ bị dịch chuyển theo
và nghiêng một góc có thể tính được theo lý thuyết
Đó là một kế hoạch tinh tế và thông minh
Chỉ có một khó khăn duy nhất
Lý thuyết của Einstein chỉ ra rằng
chuyển động quay của Trái Đất chỉ làm vặn xoắn không gian một lượng nhỏ
nhỏ đến nỗi theo tính toán
nó chỉ bằng độ lớn của một đồng penny nhìn từ khoảng cách 100 km
Bộ ba đã dành hơn 2 năm nghiên cứu
tìm một cách có thể đo chính xác một lượng nhỏ như vậy
Cuối cùng họ nghĩ ra một hướng
gắn bốn con quay hồi chuyển lơ lửng vào một kính thiên văn
hướng về một ngôi sao ở xa
Nếu không gian thực sự bị uốn cong thì sau một khoảng thời gian
các con quay sẽ không còn chỉ về hướng ngôi sao nữa
vì chúng bị cuốn vào vòng xoáy của không gian
Và năm 1962, họ đã xin NASA một khoản hỗ trợ
khoảng một triệu dollars
cho kế hoạch sau này được biến đến như Gravity Probe B
Những thành viên của nhóm ban đầu nghĩ
dự án này chỉ kéo dài khoảng 3 năm
Họ đã hơi quá lạc quan một chút
Với số nhân lực ngày càng tăng kế hoạch Gravity Probe B trở thành
một trong những thí nghiệm kéo dài nhất lịch sử
Hàng thập kỉ nối tiếp để chứng minh
nhận định ban đầu của các nhà khoa học
tức là chế tạo các con quay hồi chuyển
và phóng theo một kính thiên văn vào vũ trụ
một trong những vật thể ấn tượng nhất từng được tạo ra
BRAD PARKINSON (Stanford University): Công nghệ sử dụng trong dự án thực sự kinh hoàng.
Nó giống như việc một con lừa chạy theo củ cà rốt được mồi ở trước mặt
Lúc đó dường như phải mất từ 5 đến 10 năm
vào dự án này
Thực tế thì mất 35 năm nữa thêm vào số 5 đến 10 năm đó
GREENE: Tiêu tốn hơn 4 thập kỉ và 750 triệu dollar
dự án này 9 lần suýt bị NASA hủy giữa chừng
(Trạm điều khiển) (10, 9, 8,…)
Cuối cùng vào tháng 4 năm 2004
nhóm nghiên cứu đã cùng nhau chứng kiến thời khắc đưa thí nghiệm lên quỹ đạo
(Trạm điều khiển: Và cất cánh)
(tiếng vỗ tay và huýt sáo)
Trong số 3 người đàn ông ở bể bơi Stanford năm 1959
chỉ một người còn sống để được tận mắt chứng kiến sự kiện
ROBERT CANNON (Stanford University): Và tất cả chúng tôi cùng ở đó theo dõi
Đó là một khoảnh khắc phấn khởi đến tột cùng trong cuộc đời bạn
Một trải nghiệm đầy hồi hộp, lo lắng
Và không có trục trặc gì cả
Tất cả hàng nghìn sự việc hôm đó không xảy ra trục trặc gì cả.
GREENE: Sau hơn 1 năm, Gravity Probe B bám quỹ đạo quanh Trái Đất
trong khi cả nhóm nghiên cứu dõi theo từng chuyển động của nó
để tìm xem liệu Trái Đất có thực sự làm xoắn vũ trụ
Cuối cùng dữ liệu bắt đầu được truyền về
Và một sự cố đã xảy ra
Các con quay gặp phải một chấn động nhỏ không được lường trước
và để khôi phục lại các thông tin ghi nhận phải mất hàng triệu dollars.
Khi nguồn vốn đã gần như cạn kiệt
tưởng như công trình nghiên cứu gần nửa thế kỉ
sẽ đổ xuống sông xuống biển
Thì đúng và những phút cuối cùng
hai nguồn vốn bên ngoài được đổ vào
Một từ con trai của trưởng dự án ban đầu William Fairbank
dùng tiền cá nhân đóng góp vào quỹ
và từ Turki al-Saud một thành viên hoàng tộc của Arab Saudi
tốt nghiệp ngành Hàng Không Vũ Trụ (Aeronautics) của Stanford
cũng đóng một khoản tài trợ lớn
Chỉ sau 2 năm
vấn đề gặp phải với dữ liệu được giải quyết
và hé lộ ra kết quả trục của các con quay
đã dịch chuyển một lượng đúng như
dự đoán trong phương trình của Einstein
BRAD PARKINSON: Tôi nghĩ đó là lần đầu tiên
chúng ta có thể tận mắt nhìn thấy hiệu ứng mà Einstein đã dự đoán
sự kéo dãn của không gian bằng mắt thường
GREENE: Thí nghiệm thành công trên đã cung cấp bằng chứng trực tiếp nhất
rằng không gian là một thứ có thực, một thực vật lý như một tấm vải
Nếu không gian chỉ đơn giản là không gì cả
thì nó sẽ không bị xoắn vặn lại
Cùng thời điểm nghiên cứu khi Einstein tỉm hiểu về không gian
ở góc nhìn vĩ mô
một nhóm các nhà vật lý lại đang tìm hiểu vũ trụ
dưới kích thước hiển vi
và họ đã khám phá ra cả một thế giới lạ lẫm
nơi mà bức tranh về không gian của Einstein
chưa với tới được
Để hiểu rõ những gì tôi đang nói
hãy hình dung bạn có thể thu nhỏ hàng tỉ lần
so với kích thước hiện tại của bạn
Đây là thế giới của các nguyên tử và các hạt cơ bản
thành phần nhỏ nhất cấu trúc nên mọi vật chúng ta thấy hàng ngày
Khi ở kích thước siêu nhỏ này
các bạn sẽ du hành vào một thế giới đầy những quy luật khác thường
gọi là vật lý lượng tử
Theo đó, nếu bạn lại hình dung
có thể làm biến mất tất cả các nguyên tử và hạt cơ bản
bạn sẽ thấy rằng không gian vẫn hoàn toàn không trống rỗng
Thực tế, nó luôn tràn ngập các hoạt động diễn ra bên trong
Các hạt mới được hình thành và phá hủy liên tục
Chúng sinh ra từ không gian
rồi tự phá hủy lẫn nhau và biến mất
LEONARD SUSSKIND: Trong vật lý lượng tử, không gian không hề trống rỗng
Nó luôn tràn nhập các trường biến động
và vô vàn trạng thái hỗn độn diễn ra
RAPHAEL BOUSSO (University of California, Berkeley): Đó là nơi các hạt
chuyển động hỗn độn và liên tục phá hủy lẫn nhau
rồi lại được sinh ra và bị phá hủy
S. JAMES GATES, JR.: Một nơi đầy sự xáo trộn và mong manh
GREENE: Trong khi lý thuyết lượng tử đã tiên đoán về hiện tượng này từ lâu
phải đến năm 1948 nhà vật lý Hendrik Casimir
mới lần đầu tiên đưa ra giả thiết Dù chúng ta không nhìn thấy các hạt
chúng vẫn sẽ tác động lên không gian để giúp ta nhận biết sự tồn tại của chúng
Ông dự đoán
nếu đặt hai đĩa kim loại
sát vào nhau, đến mức
có thể nói, mỏng hơn nhiều lần so với độ dày của một trang giấy
thì các hạt mang năng lượng nhất định sẽ được sinh ra
bởi theo đến một giới hạn nào đó chúng sẽ không khít vừa giữa hai chiếc đĩa
Trong trạng thái chuyển động hỗn độn ở ngoài hai tấm kim loại
gấp nhiều lần so với ở phần không gian bên trong
Casimir nghĩ rằng hai tấm kim loại sẽ bị ép vào nhau
bởi chính thứ mà ta vẫn hay thấy như không gian trống rỗng
Mất vài năm sau đó thí nghiệm mới diễn ra thành công
Và điều Casimir dự đoán đã đúng
Trông khoảng không gian trống, các tấm kim loại bị ép sát vào nhau
Ở quy mô nguyên tử, điều đó chứng tỏ không gian không hoàn toàn trống rỗng
Nó tràn ngập các chuyển động
khiến tác động dịch chuyển các vật
Và đến ngày nay
các nghiên cứu nhằm chinh phục phần không gian ở quy mô hiển vi này
vẫn tiếp tục với những thí nghiệm khoa học tốn kém nhất trong lịch sử
Đây là trung tâm CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (European Council for Nuclear Research)
Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu đặt tại Geneva, Thụy Sĩ
Nằm cách mặt đất vài trăm mét là
Larger Hadron Collider Máy Gia Tốc Hạt Lớn
máy gia tốc lớn nhất và mạnh nhất thế giới
Với trị giá khoảng 10 tỷ dollar
nó có thể gia tốc các hạt
tới vận tốc hơn 99.99% vận tốc ánh sáng
và cho chúng va chạm vào nhau
Các va chạm tạo ra một cơn mưa các vụn vật chất
mà các nhà khoa học từ đó tìm thấy cả một công viên
đầy những hạt lạ và mới với khoa học
Tại thời điểm hiện tại, họ đang theo đuổi việc tạo ra
một loại hạt được cho là đóng vai trò chủ chốt trong mọi cấu trúc
từ các nguyên tử tới những vì sao ở xa nhất
Việc tìm thấy loại hạt này
có ý nghĩa quyết định trong cách nhìn mới của chúng ta về không gian
và là mốc cuối cần đạt được của một nghiên cứu bắt đầu từ hơn 40 năm trước
Năm 1964
một nhà vật lý trẻ người Anh tên là Peter Higgs
đưa ra một giả thiết táo bạo, khó tin về không gian
mà suýt nữa đã làm sụp đổ sự nghiệp của mình
PETER HIGGS (University of Edinburgh): Tôi bị họ cho là đang nói về một thứ vớ vẩn
và rằng tôi chắc chắn sai
Vì họ chưa hoàn toàn hiểu hết những gì tôi đã nói
GREENE: Thời điểm đó, Higgs và nhiều nhà vật lý khác
đang đau đầu với một câu đố chung Nó được phát biểu như sau:
Các hạt cơ bản trong tự nhiên
đều chiếm một giá trị nhất định về khối lượng
mà ta vẫn quen gọi là trọng lượng
Nếu khối lượng đó không tồn tại các hạt sẽ không thể tương tác với nhau
để tạo thành những nguyên tử cấu trúc nên mọi thành phần
trong tự nhiên
Nhưng chính xác thì cái gì tạo nên khối lượng?
Và tại sao các hạt khác nhau có các khối lượng khác nhau?
Dù cố gắng đến mấy
vẫn chưa ai có thể giải đáp được câu đố nan giải trên
Rồi vào một ngày cuối tuần
Khi Higgs đang đi dạo quanh Edinburgh Ông đã nảy ra một ý tưởng kì quặc
Dùng các phép toán, ông đã hình dung không gian theo một cách mới
thứ gì đó giống như đại dương
Các hạt chìm trong đại dương này
và lấy được khối lượng trong khi di chuyển
Để hiểu rõ quá trình này
hãy tưởng tượng khối lượng của các hạt như danh tiếng của một ca sĩ
và môi trường đại dương của Higgs như đám paparazzi
Một số hạt là những diễn viên không tên tuổi đi qua mà chả ai để ý
bởi cánh săn ảnh đơn giản là không chú ý đến họ
Nhưng những hạt khác, như những siêu sao điện ảnh
thì phải xô đẩy, len lỏi giữa vòng vây
và các hạt càng cố vùng vẫy trong chuyển động này
càng có nhiều tương tác với đại dương
và dành được nhiều khối lượng hơn
Higgs chắc chắn rằng ông đã có một khám phá để đời
Nhưng đến lúc ông gửi ý tưởng này cho một tờ báo ở CERN
nó đã bị loại bỏ.
Quá thất vọng, Higgs ngầm nghiên cứu giả thiết của mình thêm
và sau đó đã có cơ hội trình bày nó
tại địa điểm yêu thích của Einstein trước đây
Viện Nghiên Cứu Princeton (Institute for Advanced Study in Princeton)
Ở đó Higgs chuẩn bị tinh thần
trả lời những phản biện hóc búa nhất cho ý tưởng của mình
PETER HIGGS: Tôi lúc đó chỉ đang lái xe trên đường
thì đột nhiên thấy biển báo rẽ về Princeton
và nó như chỉ cho tôi nơi tôi cần đến
Tôi đã toát mồ hôi hột và bắt đầu run cầm cập trước quyết định
đến nỗi phải tạt xe vào lề đường để trấn tĩnh lại
GREENE: Nhưng Higgs đã rất kiên trì
Và thành quả đền đáp lại là một chuỗi các buổi thuyết trình sau đó
để dần dần thuyết phục các nhà vật lý trong và ngoài nước
tin rằng ông đang đi đến một khám phá vĩ đại
HIGGS: Cuối cùng khi tôi, có thể nói đã làm những ý kiến phản đối lắng xuống
tôi cảm thấy mình như đã chiến thắng
( :)) )
và tôi đã rất vui dự bữa tiệc chiêu đãi ngay sau đó
Ngày nay, ý tưởng mà Higgs khởi xướng được gọi là “trường Higgs”
có tầm tối quan trọng trong số hiểu biết của chúng ta về không gian
JOSEPH LYKKEN: Trường Higgs hiện diện ở khắp mọi nơi
Thậm chí ngay cả trống rỗng nhất của không gian
cũng chịu ảnh hưởng của trường Higgs: đem lại khối lượng cho vật
Vì vậy tôi tin rằng Higgs xứng đáng
được liệt vào trong danh sách những người đầu tiên nhận định
rằng “không gian đúng là một vật thể”
Nó có một vai trò bạn không thể phủ nhận và cũng không thể thoát khỏi tầm ảnh hưởng của nó
GREENE: Vấn đề duy nhất ở đây là
chưa có bằng chứng cụ thể chứng minh sự tồn tại của trường Higgs
chỉ là chưa thôi.
Tại CERN
các nhà khoa học đang nỗ lực gây va chạm giữa các hạt
ở mức năng lượng khổng lồ
để có thể sản sinh ra một bộ phận của trường Higgs
tạo ra một hạt siêu nhỏ từ chính không gian
Điều đó giống như ta đang cố gắng xẻ đi một mẩu của không gian
JOSEPH LYKKEN: Hãy nghĩ rằng nếu tác động đủ mạnh vào không gian
bằng chuyển động trong các máy gia tốc
ta có thể tạo ra một hạt Higgs
ngay từ trong khoảng không
LEONARD SUSSKIND: Toàn bộ hiểu biết về vật chất tới tận ngày nay của chúng ta
sẽ sụp đổ hoàn toàn nếu trường Higgs không tồn tại
RAPHAEL BOUSSO: Tôi nghĩ không một ai nghi ngờ điều này
Chắc chắn nếu không quan sát được hiện tượng trên đó sẽ là một kết quả đáng nghi ngại
GREENE: Việc khám phá được hạt Higgs sẽ là cột mốc lớn
để khẳng định lập luận không gian
hoàn toàn có thể tác động lên mọi vật chất trong vũ trụ
Nhưng hóa ra, kết quả còn vượt xa những gì Higgs tưởng tượng
Không gian nắm giữ một yếu tố tối quan trọng
thiết yếu cho chìa khóa
dẫn tới bí ẩn lớn nhất trong khoa học
về số phận của vũ trụ
Bí ẩn này bắt đầu từ 14 tỷ năm trước
sau Vụ Nổ Lớn
Trong khoảnh khắc
cả vũ trụ được sinh ra và giãn nở một cách dữ dội
khiến không gian bị đẩy ra xa
Kể từ đó, vũ trụ không ngừng giãn nở
Trong hàng thập kỉ, nhiều nhà khoa học cho rằng
Sự giãn nở của vụ trụ bị chậm lại bởi tác động của lực hấp dẫn
ALEX FILIPPENKO: Khi tôi tung một quả táo lên
lực hấp dẫn Trái Đất tác dụng lên nó dần dần làm quả táo ngừng chuyển động
và hút nó quay trở lại
Và cũng y như việc quả táo sau một thời gian bị chậm lại
thì vũ trụ cũng có xu hướng chậm lại
trong quá trình giãn nở do tác dụng hút của lực hấp dẫn
từ mọi vật chất và năng lượng này tới các vật chất và năng lượng khác
GREENE: Nhưng điều này lại nảy sinh một câu hỏi
Liệu cuối cùng vũ trụ sẽ có số phận như thế nào
Nó có giãn nở mãn mãi
hay cuối cùng sẽ dừng lại do tác dụng của lực hấp dẫn
để khiến nó co lại và tự phá hủy trong “Vụ Co Lớn”
Để giải đáp bí ẩn này hai nhóm các nhà thiên văn học
đã cùng nhau thực hiện đo tiến độ chậm lại của sự giãn nở của vũ trụ
thông qua một vật thể đặc biệt:
Các siêu tân tinh
ADAM RIESS: Siêu tân tinh là một ngôi sao
tự kết thúc vòng đời của mình dưới dạng một vụ nổ quy mô lớn
Chúng đạt đến một độ sáng khủng khiếp
Có thể tương đương với hàng tỷ Mặt trời
SAUL PERLMUTTER: Điều đặc biệt nhất ở các siêu tân tinh
là chúng có những đặc điểm giống nhau khi phát nổ
Chúng đạt đến cùng một mức sáng
và sau đó lụi tàn theo một cách giống nhau
GREENE: Vì những vụ nổ này rất sáng và có tính đồng nhất
cả hai nhóm đã lập luận rằng những siêu tân tinh
sẽ đóng vai trò như một thước đo chính xác trong vũ trụ
để chúng ta đo được độ chậm lại
trong quá trình giãn nở của vũ trụ
Vấn đề lớn nhất là các siêu tân tinh rất hiếm gặp
Để thu thập đủ số lượng
Perlmutter đã dành nhiều năm liên hệ với các nhà thiên văn trên khắp thế giới
để xin dùng nhờ kính thiên văn của họ
SAUL PERLMUTTER: Chúng tôi cần những kính thiên văn lớn nhất trên thế giới
Cần những điều kiện hoàn hảo nhất
Và mỗi khi gặp những điều kiện hoàn hảo như thế
Tôi lại gọi điện cho họ ngay vào lúc nửa đêm
khi họ cũng đang tập trung vào công việc của mình
Và tôi nói
“Anh biết chú rất là bận”
nhưng liệu có thể có cơ may nào đó dù là nhỏ nhất
anh có thể dành nửa tiếng đồng hồ quan sát giúp chúng tôi
thì chúng tôi sẽ biết ơn anh rất nhiều”
GREENE: Khi cuối cùng họ tìm được đủ số liệu
để biểu diễn sự thay đổi của sức kéo của lực hấp dẫn
lên sự giãn nở của vũ trụ
họ đã hoàn toàn ngạc nhiên
SAUL PERLMUTTER: Kết quả đạt được trông khá kì lạ
Nó không thể hiện sự chậm lại của vũ trụ
Mà đáng kinh ngạc
Sự thật là vũ trụ này lại đang giãn nở nhanh hơn
ADAM RIESS: Cứ như là không gian, mà ta vẫn nghĩ là không gì cả
thực sự sở hữu một nguồn năng lượng tác động tới hiện tượng này.
Và không gian không muốn vũ trụ co lại
nó muốn đẩy các thiên hà ra xa nhau hơn nữa
ALEX FILIPPENKO: Cứ như là vũ trụ đang giãn nở
ngày càng nhanh hơn
sự giãn nở này đang tăng tốc thay vì chậm lại
ROCKY KOLB: Phản ứng ngay lúc đó của tôi là
“Tôi phải tìm ra nguyên nhân chỉ ra chỗ sai của kết quả này
Nó hoàn toàn sai rồi“
GREENE: Nhưng đó là một kết quả đúng
Và phần lớn các nhà khoa học đã thống nhất một cách giải thích
Có một thứ gì đó chiếm lấp không gian
và phản lại sức kéo ban đầu của lực hấp dẫn
đẩy các thiên hà chạy ra xa nhau
và đang kéo kết cấu vũ trụ giãn ra
Thứ vật chất bí ẩn lấp đầy trong không gian
được đặt tên là “Vật chất tối”
và nó đã đảo ngược hoàn toàn cách nhìn của chúng ta về vũ trụ
ALEX FILIPPENKO: Tại những nơi xa nhất
vật chất tối chiếm lĩnh trọn vẹn vũ trụ
và ta thậm chí không biết nó đích thực là gì
S. JAMES GATES, JR.: Nếu làm một phép tính
thống kê lại toàn bộ năng lượng trong vũ trụ
thì năng lượng tối chiếm khoảng 70% trong vũ trụ
Thế mà mãi khoảng chục năm trước
chưa ai từng nghĩ tới sự tồn tại của một thứ như thế
GREENE: Nói tóm lại, phần trọng lượng của không gian trống
chiếm giữ 70% tổng năng lượng trong toàn bộ vũ trụ
Nó gần bằng tỉ lệ của nước biển
trên bề mặt Trái Đất
Tưởng tượng nếu con người không biết nước là gì cả
Thì sẽ giống tình cảnh hiện tại của chúng ta với năng lượng tối
JOSEPH LYKKEN: Chúng ta vẫn chưa có một lời giải thích nào về nó.
Chúng ta có đẩy đủ các lý thuyết khoa học hoản hảo nhất
từ vật lý lượng tử, thuyết tương đối tới vật lý hạt
mà phải mất công xây dựng cả trăm năm qua
nhưng vẫn không thể giải thích được về năng lượng tối
GREENE: Và sự tìm ra năng lượng tối đã lại gây ra một phát hiện đáng ngạc nhiên nữa
Ý tưởng về một thành phần như vậy của vũ trụ
đã được nung nấu từ cách đây 80 năm
Tôi sẽ tiết lộ cho các bạn một bí mật
Dù cho nhà khoa học này không gọi nó là năng lượng tối
thì từ rất lâu rồi, Albert Einstein đã dự đoán sự tồn tại
một lực của không gian để kéo các thiên hà ra xa nhau
Bạn biết không
Một thời gian sau khi đưa ra thuyết tương đối
và nghiên cứu của ông về lực hấp dẫn
Bằng các phép toán, Einstein tìm ra
vũ trụ hoặc đang giãn nở, hoặc đang co lại
nhưng điều chắc chắc là nó không ở một trạng thái tĩnh
Điều này thật khó hiểu bởi sau khi biết đến Vụ Nổ Lớn
phần lớn nhà khoa học, kể cả Einstein
đều nhìn nhận vũ trụ như bất biến và vĩnh cữu
Khi các phương trình của Einstein
chỉ ra một vũ trụ giãn nở hoặc co lại
thay vì bất biến như mọi người tưởng
thì ông đã gặp một trở ngại
Khi Einstein quay lại sửa phương trình của mình
và đưa vào một phản trọng lực
và cung cấp cho không gian một lực kéo ra
cân bằng với lực kéo của lực hấp dẫn
làm cho vũ trụ đứng yên
Ông đặt tên đại lượng trên là: hằng số vũ trụ
Việc thêm hằng số vũ trụ vào phương trình dường như đã giải quyết vấn đề ông gặp phải
Nhưng hóa ra Einstein không có ý nghĩ
rằng khái niệm phản trọng lực này thực sự tồn tại
ROCKY KOLB: Việc đưa hằng số vũ trụ vào trong phương trình của Einstein
chưa hẳn là một giải pháp hợp lý
cho thứ mà ông cố đạt được
là một vũ trụ tĩnh.
Nó đã chứng minh tác động của phản trọng lực.
Rằng đôi khi lực hấp dẫn có thể đóng vai trò
không phải để hút các vật lại mà để đẩy chúng ra
ADAM RIESS: Nó y như sự va chạm của các người khổng lồ trong thần thoại
hằng số vũ trụ và lực kéo cơ bản của vật chất
giữ vũ trụ ở một cân bằng động và giúp nó đứng yên
GREENE: Khoảng 12 năm sau Einstein, nhà thiên văn học Edwin Hubble
chỉ ra rằng vũ trụ không đứng yên
Nó đang giãn nở do sức mạnh từ Vụ Nổ Lớn
14 tỷ năm trước
Điều đó nghĩa là phương trình ban đầu của Einstein
không còn phải sửa chữa lại nữa
và tự nhiên, ý tưởng hằng số vũ trụ
dường như có thể ném vào sọt rác được
(Cám ơn)
(Không có gì)
Einstein đã gọi đây là lỗi sai lớn nhất mà ông mắc phải
Nhưng điều quan trọng ở đây là
Với những khám phá gần đây
về việc vũ trụ đang giãn nở nhanh dần lên
các nhà khoa học tin rằng có thứ gì đó trong không gian
đang kéo các vật ra xa nhau
Vì vậy 70 năm sau khám phá của mình,
phương trình của Einstein xem ra lại là một trong những công trình vĩ đại nhất của ông
JOSEPH LYKKEN: Rõ ràng không ai khác có thể nghĩ ra điều này được.
Nhưng hóa ra hằng số vũ trụ Einstein tìm ra
là chìa khóa tìm hiểu sự giãn nở của vũ trụ
như chúng ta biết ngày nay
GREENE: Dù vẫn chưa hiểu hết bản chất của năng lượng tối là gì
nó gợi nên một giả thiết thú vị và oái oăm:
Enstein coi độ lớn của phản trọng lực như một hằng số
nhưng liệu độ lớn của năng lượng tối có thưc sự không đổi?
Điều gì xảy ra nếu nó biến thiên
Câu trả lời rất có thể sẽ đảo lộn những gì chúng ta biết
về số phận của vũ trụ
Tại thời điểm hiện tại mọi thứ trong vũ trụ
từ các phân tử trong cơ thể tôi
tới các phân tử cấu tạo nên Mặt trăng
đều được liên kết với nhau bởi các lực
có thể thắng sức kéo ra của năng lượng tối
Đó là lý do chúng ta thấy mọi thứ vẫn bình thường
trong cuộc sống hàng ngày
Nhưng điều này có thể không kéo dài mãi
Trong một viễn cảnh nào đó
năng lượng tối sẽ tiếp tục đẩy các thiên hà
xa mãi, xa mãi, tới một thời điểm
chúng ở quá xa nhau
khiến vũ trụ trở thành một nơi lạnh lẽo, tối tăm và cô đơn
Một viễn cảnh khác
năng lượng tối có thể tăng lên theo thời gian
trở nên mạnh đến nỗi có thể xé toạc mọi thức
ở bên trong thiên hà
từ ngôi sao, hành tinh tới mọi vật chất khác
Nếu năng lượng tối thực sự thay đổi theo thời gian
thì tới một thời điểm nhất định, đến cả các phân tử cũng bị phá vỡ
khi năng lượng tối giữa các hạt nhân và điện tử
đủ mạnh để phá vỡ không gian
hay còn gọi là Vụ Rách Lớn (The Big Rip)
GREENE: Cái nhìn của chúng ta về không gian
đã có những bước ngoặt đáng kể
Từ thời Newton, không gian chỉ như một thùng chứa
và không có một tác động gì cả
Đến thời Einstein
Không gian bắt đầu có ảnh hưởng tới chuyển động của mọi vật
Tới Casimir, thậm chí các vật thể còn chịu lực đẩy
bởi các hoạt động ngay cả trong không gian trống
Và ngày nay, từ khám phá của Higgs và ý tưởng năng lượng tối
sự giãn nở của vũ trụ có thể bắt nguồn
từ chính năng lượng mà không gian trống nắm giữ
Tôi nghĩ chắc không ai có thể nghĩ
rằng không gian lại có thể có một tác động lớn và đa dạng như vậy
tới mọi mặt của tự nhiên
Nhưng với những gì chúng ta đã khám phá được
chuyến du hành tìm hiểu không gian bắt đầu từ ví dụ về sân khấu của Newton
cho tới giờ vẫn như một sân khấu chưa được hoàn thiện
Càng nghiên cứu kĩ hơn về kết cấu vũ trụ
thì còn nhiều điều đáng ngạc nhiên hơn nữa
mà không ai hình dung được đang chờ đợi chúng ta
Lấy tôi làm ví dụ
Tôi trông rất “thật” đúng không?
Dĩ nhiên vậy
Nhưng những câu hỏi mới thú vị luôn nảy sinh
rằng liệu có phải tôi, bạn thậm chí cả không gian
có thể chỉ là
một toàn ảnh 3 chiều
Có nghĩa là những gì chúng ta nhìn thấy và cảm nhận
tất cả những thứ quen thuộc trong không gian ba chiều của chính ta
có thể chỉ là một ảnh chiếu của một lượng thông tin
được lưu trữ trong một mặt phẳng hai chiều mỏng và ở rất xa.
như cách mà thông tin về toàn ảnh của tôi
được lưu trữ trên tấm nhựa mỏng này
Trước hết, toàn ảnh là những thứ rất quan thuộc với chúng ta
giống như biểu tượng bảo mật nhìn thấy trên thẻ tín dụng này
Nhưng liệu vũ trụ có phải là một toàn ảnh?
Đó có thể là một trong những thay đổi lớn nhất
trong cách nhìn của chúng ta về không gian và hiện thực từng được đưa ra
Và bằng chứng cho quan điểm này
đến từ một trong những khu vực kì lạ nhất của vũ trụ: lỗ đen
LEONARD SUSSKIND: Giả thiết này thực sự không liên kết
tới những gì bạn có thể hiểu được
Những ý tưởng vật lý hiện đại đến từ lỗ đen
bảo với chúng ta rằng những thứ nhìn thấy chỉ là hai chiều
và rằng không gian ba chiều
khái niệm quá quen thuộc này
chỉ là một góc nhìn của toàn ảnh
từ phía biên của không gian
S. JAMES GATES, JR.: Một điều hết sức kì quặc
Khi tôi còn là một nhà vật lý trẻ
chắc hẳn tôi cũng nghĩ chỉ ai điên mới phát biểu như vậy
GREENE: Đây là một cách tưởng tượng về lý thuyết trên
Hình dung tôi lấy ví của mình ra và ném vào miệng lỗ đen
Thì điều gì sẽ xảy ra?
Ta vẫn thường nghĩ đến cả ánh sáng
cũng không thể thoát khỏi lực hấp dẫn khủng khiếp của lỗ đen
thì chắc chắn chiếc ví của tôi sẽ biến mất mãi mãi
nhưng các khám phá hiện nay cho thấy một câu chuyện hoàn toàn khác
Gần đây, các nhà khoa học đang tìm một thuật toán miêu tả lại hố đen
và đã đi đến một khám phá thú vị
Ngay cả khi cái ví của tôi đã bị hút và trong lỗ đen
một bản sao các thông tin về chiếc ví
có thể vẫn bị rải rác và lưu trữ trên bề mặt
của lỗ đen theo cách mà
thông tin được lưu trữ trên máy vi tính
Như vậy, chiếc ví của tôi tồn tại ở hai địa điểm
một là bản ba chiều đã bị lỗ đen cuốn mất
và hai là bản sao hai chiều
còn nằm lại trên bề mặt lỗ đen dưới dạng thông tin được lưu trữ
CLIFFORD JOHNSON (University of Southern California): Tất cả dữ liệu về vật thể
rơi vào trong lỗ đen đều có thể biểu diễn
hoàn toàn dưới dạng khác bên ngoài lỗ đen
Ý tưởng chính ở đây là bạn có thể biết được
những gì đang diễn ra bên trong lỗ đen
chỉ bằng cách xem xét các thông tin bên ngoài nó
BRIAN GREENE: Và trên lý thuyết, tôi hoàn toàn có thể dùng thông tin
ở bên ngoài lỗ đen để tái tạo lại chiếc ví của mình
Nhưng phần đáng chú ý nhất ở đây là
Không gian bên trong lỗ đen cũng tuân theo các định luật
như không gian ở bên ngoài hay ở bất kì nơi nào khác
Như vậy nếu một vật thể bên trong lỗ đen
có thể được mô tả dưới dạng thông tin ở bề mặt
thì rất có thể toàn bộ vật thể trong vũ trụ
từ các thiên hà, các ngôi sao tới cả bạn, tôi và chính không gian
cũng chỉ là một phép chiếu của lượng thông tin được lưu trữ
tại một mặt phẳng hai chiều, rất xa ở xung quanh chúng ta
Nói cách khác, những gì chúng ta thấy là thật hàng ngày
có thể cũng chỉ cấu tạo như một toàn ảnh
Liệu không gian ba chiều có phải chỉ là một ảo ảnh
giống như cách nói toàn ảnh chỉ là một ảo ảnh
Có lẽ
Tôi nghiêng về câu trả lời “Có”
rằng thế giới ba chiều là một dạng ảo ảnh
và rằng cốt lõi tận cùng của mọi thứ có thật
chính là không gian hai chiều thật trên bề mặt của vũ trụ
Ý tưởng này quá mới đến nỗi các nhà vật lý cũng phải đau đầu
để hiểu hết được nó
Nhưng nếu nó đúng như cách mà Newton và Einstein
đã thay đổi hoàn toàn cái nhìn của con người về không gian
có thể chúng ta sẽ đi đến biên giới của một bước đột phá lớn hơn nhiều
Không gian luôn là một phần quan trọng
trong cuộc sống của chúng ta
nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn
Lúc nào nó cũng ở ngay bên cạnh ta
nhưng ta lại vẫn chưa thể nào vén bức màn bì mật của nó
Điều đó có thể mất cả trăm năm nghìn năm
nhưng cũng có thể ngay ngày mai thôi.
Cho dù thế nào, khi giải được bí ẩn này
chúng ta sẽ bước một bước tiến lớn tới việc hiểu rõ hoàn toàn
Kết cấu của vũ trụ
Dịch phụ đề: hieuxlu Biên tập: anhcos