Chúa có đổ xúc xắc?
Stephen Hawking
Kỳ 1
Bài nói chuyện này bàn về khả năng có thể tiên đoán được tương lai hay không, hay tương lai là tùy ý và ngẫu nhiên.
Trong thời Cổ đại, thế giới dường như bất định một cách đẹp đẽ. Các thảm họa như lũ lụt hoặc dịch bệnh xảy đến mà không báo trước hay có nguyên nhân rõ ràng. Người nguyên thủy quy mỗi hiện tượng tự nhiên cho một vị thần nào đó, các vị này thường hành xử theo cách kì lạ. Không có cách nào để tiên đoán được những việc họ sẽ làm, và chỉ hi vọng được họ che chở bằng cách dâng cúng các tặng phẩm hoặc hành động thể hiện lòng tôn kính. Nhiều người vẫn tán thành tín ngưởng này và thường cố gắng cầu khẩn để được may mắn. Tuy nhiên dần dà con người cũng bắt đầu chú ý đến một số quy luật trong cách hành xử của tự nhiên. Những quy luật này hầu như khá dễ nhận ra, trong chuyển động của các thiên thể trên bầu trời. Chính vì vậy mà thiên văn học trở thành môn khoa học được phát triển trước tiên. Nó bắt đầu được Newton mô tả bằng toán học hơn 300 năm trước và chúng ta hiện vẫn dùng lý thuyết hấp dẫn của ông để tiên đoán chuyển động của hầu hết các thiên thể. Theo sau những ví dụ về thiên văn, các hiện tượng tự nhiên khác cũng được phát hiện là tuân theo các định luật khoa học xác định. Điều này dẫn đến ý tưởng về quyết định luận khoa học, được đưa ra lần đầu tiên bởi một nhà khoa học người Pháp, Laplace. Tôi nghĩ tôi sẽ trích lại những lời của chính Laplace, vì vậy tôi nhờ một người bạn mang chúng vào đây. Dĩ nhiên, chúng bằng tiếng Pháp, và tôi cũng không loại trừ sẽ có một vài vấn đề xảy đến với một số khán giả. Nhưng một trở ngại là Laplace lại không thích thể loại Prewst, với kiểu viết câu phức tạp và có chiều dài thất thường. Vì vậy tôi chỉ xin lược trích. Một hệ quả mà ông cho biết, rằng nếu tại một thời điểm chúng ta biết vị trí và vận tốc của tất cả các hạt trong vũ trụ, khi đó chúng ta có thể tính toán hành trạng của chúng tại thời điểm bất kỳ, dù là quá khứ hay tương lai. Có một câu chuyện có thể là giả sử, Napoleon hỏi Laplace rằng Chúa đã tạo ra thế giới như thế nào, ông đáp: “Thưa Ngài, tôi thấy không cần thiết phải sử dụng giả thiết này.” Tôi không nghĩ rằng Laplace phủ nhận sự tồn tại của Chúa. Chỉ là Ngài không can thiệp vào, và phá vỡ các định luật của Khoa học. Đó phải là vị trí của các nhà khoa học. Một định luật khoa học sẽ không còn là chính nó nếu chúng chỉ đúng khi có sự can thiệp của các thế lực siêu nhiên.
Ý tưởng cho rằng trạng thái của vũ trụ tại một thời điểm quyết định trạng thái của vũ trụ ở tất cả các thời điểm khác là nguyên lý trung tâm của khoa học kể từ thời Laplace. Chúng ngụ ý rằng chúng ta có thể tiên đoán được tương lai, ít nhất là về mặt nguyên tắc. Tuy nhiên, trong thực tiễn, khả năng tiên đoán được tương lai của chúng ta sẽ bị một vài giới hạn do sự phức tạp của các phương trình và còn do một thuộc tính thường gặp khác được gọi là sự hỗn loạn(chaos). Những ai đã từng xem Công viên kỷ Jura sẽ biết đươc rằng, điều này có nghĩa chỉ một thay đổi nhỏ ở một địa điểm nào đó có thể tạo ra những biến đổi lớn lao ở những địa điểm khác. Một cái vẫy cánh của một chú bướm có thể tạo ra trận mưa ở Công viên trung tâm ở New York. Một lo ngại nữa là, những điều này sẽ không lặp lại. Lần khác, cũng cú vẫy cánh của chú bướm những biến đổi kèm theo sẽ rất khác, dù đều là những biến đổi về thời tiết. Đó là lý do tại sao các bản Dự báo thời tiết lại thiếu độ tin cậy đến thế.
Chúa có đổ xúc sắc?
Mặc dù gặp nhiều khó khăn trong thực tiễn, nhưng quyết định luận vẫn là giáo lý trọng tâm trong suốt thế kỷ 19. Tuy nhiên, trong thế kỷ 20, có hai phát triển chỉ ra rằng quan niệm của Laplace về sự tiên đoán chính xác tương lai, sẽ không còn đúng nữa. Phát kiến đầu tiên có tên gọi là cơ học lượng tử. Nó được đề ra lần đầu tiên vào năm 1900 bởi nhà vật lý người Đức Max Planck khi ông đi giải quyết một nghịch lý thời đó. Theo ý tưởng cổ điển ở thế kỷ 19, một vật nóng như một miếng kim loại được nung đỏ, sẽ bức xạ nhiệt. Nó sẽ mất năng lượng thông qua việc bức xạ sóng vô tuyến, sóng hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia X và tia gamma với cùng tốc độ. Không chỉ tận diệt chúng ta do gây ra bệnh ung thư da mà mọi thứ trong vũ trụ sẽ có cùng nhiệt độ, là một điều không rõ ràng. Tuy nhiên, Planck chỉ ra rằng, chúng ta có thể tránh được thảm họa này nếu từ bỏ ý tưởng lượng bức xạ có thể có giá trị bất kỳ (liên tục.ND) mà thay vào đó, bức xạ chỉ theo từng bó nhỏ hay lượng tử (quanta) với cỡ xác định. Nó giống như là bạn không thể mua một lượng đường bất kỳ trong siêu thị mà chỉ được mua các túi có khối lượng bội của kg. Năng lượng của mỗi bó sóng hay mỗi lượng tử của tia tử ngoại và tia X cao hơn so với của tia hồng ngoại và của ánh sáng nhìn thấy. Điều này có nghĩa là nếu các vật thể không phải rất nóng như Mặt trời sẽ không đủ năng lượng để phát ra, thậm chí chỉ một lượng tử năng lượng của tia tử ngoại hoặc tia X. Đó cũng chính là lý do tại sao chúng ta không tắm nắng bằng một tách cà phê.
