Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 3)

Quan niệm của người Ionia thuộc một trong nhiều trường phái triết học Hi Lạp cổ đại, mỗi trường phái có những truyền thống khác nhau và thường mâu thuẫn với nhau. Thật không may, quan điểm của người Ionia về tự nhiên – nó có thể giải thích qua những định luật tổng quát và giản luận thành một tập hợp những nguyên lí đơn giản – chỉ có sức ảnh hưởng mạnh trong vài ba thế kỉ. Một lí do là các lí thuyết Ionia thường có vẻ không có chỗ dành cho khái niệm tự nguyện hoặc mục đích, hay quan niệm thần thánh can thiệp vào sự hoạt động của thế giới. Đây là những thiếu sót đáng chú ý khiến nhiều nhà tư tưởng Hi Lạp cũng như nhiều người ngày nay lo ngại. Nhà triết học Epicurus (341 – 270 tCN), chẳng hạn, đã phản đối nguyên tử luận trên thực tế là “tốt hơn nên tin tưởng vào thần thoại về các vị thần thay vì trở thành ‘nô lệ’ cho vận mệnh của các nhà triết học tự nhiên”. Aristotle cũng phản đối khái niệm nguyên tử vì ông không thể chấp nhận rằng con người sống cấu tạo từ những thứ vô tri vô giác, không có linh hồn. Quan niệm Ionia rằng vũ trụ không phải do con người làm chủ là một mốc son trong sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, nhưng nó là một quan niệm bị người ta ruồng bỏ, và không thèm nhặt lại lần nữa, hay được chấp nhận rộng rãi, cho đến thời Galileo, gần hai mươi thế kỉ sau đó.

Một số suy đoán của chúng về bản chất vũ trụ thật sâu sắc, nhưng đa số quan điểm của người Hi Lạp cổ đại không giành được sự thuyết phục là nền khoa học hợp lí trong thời hiện đại. Trước hết, vì người Hi Lạp đã không phát minh ra phương pháp khoa học, các lí thuyết của họ không được phát triển với mục tiêu xác nhận bằng thực nghiệm. Cho nên, nếu một học giả khẳng định một nguyên tử chuyển động theo một đường thẳng cho đến khi nó va chạm với một nguyên tử thứ hai và một học giả khác khẳng định nó chuyển động theo một đường thẳng cho đến khi nó rơi vào con mắt hỏng của người khổng lồ một mắt [trong thần thoại Hi Lạp], thì chẳng có cách nào để phân giải ai đúng ai sai. Đồng thời, không có sự khác biệt nào giữa con người và các định luật vật lí. Chẳng hạn, vào thế kỉ thứ năm tCN, Anaximander đã viết rằng vạn vật phát sinh từ một chất cơ bản, và trở về với nó, để chúng đừng “mang cái tốt đẹp và cái bất lợi đến cho tội lỗi của chúng”. Và theo nhà triết học Ionia, Heraclitus (khoảng 535 – 475 tCN), mặt trời hành sự như thế vì nếu không thì thần công bằng sẽ bắn hạ nó xuống. Vài trăm năm sau đó, trường phái Stoic, một trường phái triết học Hi Lạp ra đời vào khoảng thế kỉ thứ ba tCN, thật sự đưa ra một sự khác biệt giữa những quy luật con người và các quy luật tự nhiên, nhưng chúng lại đưa những quy tắc làm người khi xem xét vạn vật – thí dụ như sự tôn sùng thần thánh và vâng lời cha mẹ - vào nhóm các quy luật tự nhiên. Ngược lại, chúng thường mô tả các quá trình vật lí theo ngôn từ luật pháp và tin rằng chúng cần phải được thúc ép, mặc dù các vật cần phải “tuân theo” những quy luật bất di bất dịch. Nếu bạn nghĩ rằng thật khó khiến người ta tuân thủ luật giao thông, thì hãy tưởng tượng việc thuyết phục một tiểu hành tinh chuyển động trong quỹ đạo hình elip thử xem.

Truyền thống này tiếp tục ảnh hưởng đến các nhà tư tưởng kế tục Hi Lạp nhiều thế kỉ sau đó. Vào đầu thế kỉ thứ 13, nhà triết lí Cơ đốc Thomas Aquinas (khoảng 1225 – 1274) đã chấp thuận quan điểm này và dùng nó để biện luận cho sự tồn tại của Chúa. Ông viết “Rõ ràng [những vật vô tri vô giác] đi tới sự kết thúc của chúng không phải bởi sự tình cờ, mà là có mục đích... Vì thế, có một nhân vật sáng suốt nào đó mà thông qua bàn tay của người mọi thứ trong tự nhiên đi theo trật tự đến sự kết thúc của nó”. Đến tận thế kỉ thứ 16 sau này, nhà thiên văn vĩ đại người Đức Johannes Kepler (1571 – 1630) còn tin rằng các hành tinh có sự cảm thụ giác quan và tuân thủ có ý thức theo những quy luật chuyển động mà “trí tuệ” của chúng mách bảo.

Quan điểm rằng các quy luật tự nhiên phải được tuân thủ có ý thức phản ánh tiêu điểm quan tâm của người cổ đại về nguyên do tại sao vũ trụ hành xử như thế, thay vì lí giải nó hành xử như thế nào. Aristotle là một trong những người đề xướng hàng đầu cho cách tiếp cận như thế, ông bác bỏ quan điểm khoa học xây dựng có nguyên tắc dựa trên sự quan sát. Vào thời cổ đại, phép đo chính xác và tính toán toán học trong mọi trường hợp đều là khó. Kí hiệu cơ số 10 mà chúng ta thấy tiện lợi trong số học chỉ mới ra đời vào khoảng năm 700 khi người Hindu bước những sải chân vĩ đại đầu tiên hướng đến việc biến toán học thành một công cụ đầy năng lực. Kí hiệu cho phép cộng và phép trừ vẫn chưa xuất hiện, mãi cho đến thế kỉ 15. Và dấu bằng cũng như những chiếc đồng hồ có thể đo thời gian đến giây cũng không hề có trước thế kỉ 16.

Tuy nhiên, Aristotle không nhìn thấy những vấn đề trong đo đạc và tính toán là những trở ngại cho sự phát triển của một nền vật lí có thể mang đến những tiên đoán định lượng. Không những vậy, ông còn thấy không cần thiết phải làm như thế. Thay vào đó, Aristotle đã xây dựng nền vật lí của ông dựa trên những nguyên lí thu hút ông về mặt trí tuệ. Ông bỏ đi những thực tế mà ông thấy không hấp dẫn và tập trung sự nỗ lực của ông vào những nguyên do mà vạn vật xảy ra, với công sức tương đối ít đầu tư vào lí giải chi tiết cái gì đang xảy ra. Aristotle thật sự đã điều chỉnh những kết luận của ông khi sự mâu thuẫn hiển nhiên của chúng với sự quan sát là không thể bỏ qua được. Nhưng những điều chỉnh đó thường là những lí giải đặc biệt chẳng gì hơn là lấp liếm đi sự mâu thuẫn. Theo kiểu như thế, cho dù lí thuyết của ông có chệch bao nhiêu so với thực tại, ông luôn có thể điều chỉnh nó vừa đủ để loại bỏ sự mâu thuẫn. Thí dụ, lí thuyết chuyển động của ông cho rằng những vật nặng rơi với tốc độ không đổi tỉ lệ với sức nặng của chúng. Để lí giải thực tế rõ ràng các vật có thể tăng tốc khi chúng rơi, ông đã phát minh ra một nguyên lí mới – rằng các vật hân hoan hơn, và vì thế tăng tốc, khi chúng càng đến gần chỗ nằm nghỉ tự nhiên của chúng, một nguyên lí ngày nay dường như là sự mô tả thông minh của những người nhất định chứ không phải của những vật vô tri vô giác. Mặc dù các lí thuyết của Aristotle thường có ít giá trị tiên đoán, nhưng cách tiếp cận khoa học của ông đã thống trị ở phương Tây trong hơn hai nghìn năm trời.

Những hậu duệ Cơ đốc của người Hi Lạp bác bỏ quan điểm cho rằng vũ trụ bị chi phối bởi quy luật tự nhiên không khác gì nhau. Họ cũng bác bỏ quan điểm cho rằng con người không giữ vị trí độc tôn trong vũ trụ đó. Và mặc dù thời trung cổ không có một hệ triết lí kết hợp nào, nhưng diện mạo chung là vũ trụ là sân chơi của Chúa, và tôn giáo đáng để nghiên cứu hơn là các hiện tượng tự nhiên. Thật vậy, vào năm 1277, đức giám mục thành Paris, theo chỉ dụ của Giáo hoàng John XXI, đã công bố danh sách 219 sai lầm hay dị giáo phải kết án. Trong số những dị giáo đó là quan điểm rằng tự nhiên tuân theo các quy luật, vì điều này mâu thuẫn với quyền năng của Chúa. Thật thú vị là vài tháng sau đó, chính Giáo hoàng John đã qua đời vì tác dụng của lực hấp dẫn khi mái trần tòa lâu đài của ông đổ sập lên người ông.

Thiết kế vĩ đại

“Nếu tôi học được cái gì đó trong triều đại lâu đời của mình, thì đó là nhiệt huyết đã dâng tràn”.

Quan niệm hiện đại về những quy luật tự nhiên xuất hiện vào thế kỉ 17. Kepler dường như là nhà khoa học đầu tiên hiểu được khái niệm đó theo nghĩa khoa học hiện đại, mặc dù như chúng ta đã nói, ông vẫn giữ quan điểm duy linh về những đối tượng vật chất. Galileo (1564 – 1642) không sử dụng khái niệm “quy luật” trong đa số các tác phẩm khoa học của ông (mặc dù nó xuất hiện trong một số bản dịch của những tác phẩm đó). Tuy nhiên, cho dù ông có dùng từ đó hay không, thì Galileo thật sự đã làm sáng tỏ rất nhiều quy luật và chủ trương những nguyên lí quan trọng rằng quan sát là cơ sở của khoa học và mục đích của khoa học là nghiên cứu mối liên hệ định lượng tồn tại giữa những hiện tượng vật chất. Nhưng người đầu tiên xác lập rõ ràng khái niệm các quy luật của tự nhiên như chúng ta hiểu chúng là René Descartes (1596 – 1650).

Descartes tin rằng mọi hiện tượng vật lí phải được giải thích theo sự va chạm của những khối lượng đang chuyển động, chúng bị chi phối bởi ba định luật – tiền thân của những định luật Newton nổi tiếng về chuyển động. Ông khăng khăng rằng những định luật tự nhiên đó có giá trị ở mọi nơi và mọi thời điểm, và phát biểu dứt khoát rằng sự tuân thủ những định luật này không có nghĩa là những vật đang chuyển động này có trí tuệ. Descartes còn hiểu tầm quan trọng của cái ngày nay chúng ta gọi là “các điều kiện ban đầu”. Những điều kiện đó mô tả trạng thái của một hệ vào lúc bắt đầu của khoảng thời gian bất kì mà người ta tìm cách đưa ra những tiên đoán. Với một tập hợp những điều kiện ban đầu cho trước, các định luật của tự nhiên xác định một hệ sẽ tiến triển như thế nào theo thời gian, nhưng nếu không có một tập hợp đặc biệt của những điều kiện ban đầu thì sự tiến triển đó không thể nào định rõ được. Chẳng hạn, nếu lúc bắt đầu, một con chim bồ câu phía trên đầu chúng ta thả một cái gì đó ra, thì đường đi của vật đang rơi đó được xác định bởi các định luật Newton. Nhưng kết cục sẽ rất khác nhau tùy thuộc vào lúc bắt đầu con bồ câu đó đang đậu trên đường dây điện thoại hay đang bay ngang qua với tốc độ 20 dặm mỗi giờ. Để áp dụng các định luật vật lí, người ta phải biết một hệ đã được bắt đầu như thế nào, hay ít nhất là trạng thái của nó tại một số thời điểm rõ ràng. (Người ta cũng có thể sử dụng các định luật để theo dõi một hệ ngược dòng thời gian)

Với quan điểm mới hồi sinh này về sự tồn tại của các định luật của tự nhiên xuất hiện cùng với những nỗ lực mới nhằm dung hòa những định luật đó với với quan niệm về Chúa, theo Descartes, Chúa có thể làm thay đổi sự thật hay sự dối trá của những tuyên bố đạo đức hoặc những định lí toán học, chứ không làm thay đổi tự nhiên. Ông tin rằng Chúa đã ban hành các định luật tự nhiên nhưng không hề có sự chọn lựa các định luật tự nhiên; thay vì thế, ông đưa ra chúng vì các định luật mà chúng ta trải nghiệm là những định luật khả dĩ duy nhất. Điều này trông như là đụng chạm đến quyền năng của Chúa, nhưng Descartes né tránh vấn đề đó bằng cách cho rằng các định luật đó là không thể thay đổi vì chúng là sự phản ánh của bản chất riêng tư của Chúa. Nếu điều đó là đúng, thì người ta có thể nghĩ rằng Chúa vẫn có sự lựa chọn sáng tạo ra những thế giới đa dạng, mỗi thế giới tương ứng với một tập hợp khác nhau của những điều kiện ban đầu, nhưng Descartes cũng phủ nhận điều này. Cho dù sự sắp xếp vật chất lúc bắt đầu vũ trụ là như thế nào đi nữa, ông tranh luận, thì theo thời gian một thế giới giống như thế giới của chúng ta sẽ tiến triển. Ngoài ra, Descartes cảm thấy, một khi Chúa đã đưa thế giới vào hoạt động, ngài để cho thế giới đó hoàn toàn tự tiến triển.

Một tình huống tương tự (với một vài ngoại lệ) cũng được Isaac Newton (1643 – 1727) tán thành. Newton là người đã giành được sự chấp thuận rộng rãi của khái niệm hiện đại về một định luật khoa học với ba định luật của ông về sự chuyển động và định luật vạn vật hấp dẫn, định luật giải thích quỹ đạo của trái đất, mặt trăng và các hành tinh, và giải thích những hiện tượng thí dụ như thủy triều. Một số phương trình do ông sáng tạo ra, và khuôn khổ toán học phức tạp mà chúng ta suy luận ra từ chúng, vẫn được giảng dạy ngày nay, và được sử dụng hễ khi nào một kiến trúc sư thiết kế một tòa nhà, một kĩ sư thiết kế một chiếc xe hơi, hay một nhà vật lí tính toán phương án phóng một tên lửa cho hạ cánh lên sao Hỏa. Như nhà thơ Giáo hoàng Alexander từng nói:

Tự nhiên và các quy luật tự nhiên ẩn mình trong bóng đêm:

Chúa nói, Newton hãy xuất hiện! và mọi thứ bừng sáng

Ngày nay, đa số các nhà khoa học sẽ nói một định luật tự nhiên là một quy luật xây dựng trên sự sắp đặt mà người ta quan sát thấy và mang đến những tiên đoán vượt xa khỏi những tình huống dễ thấy trước cơ sở của nó. Thí dụ, chúng ta có thể để ý thấy mặt trời mọc ở phương đông mỗi ngày trong cuộc sống của mình, và đưa ra định luật “Mặt trời luôn mọc ở hướng đông”. Đây là một sự khái quát hóa đã vượt ra khỏi những quan sát hạn chế của chúng ta về mặt trời mọc và đưa ra những tiên đoán có thể kiểm tra về tương lai. Mặt khác, một phát biểu kiểu như “Máy vi tính trong phòng này có màu đen” không phải là một định luật của tự nhiên vì nó chỉ liên quan đến các máy vi tính trong phòng đó và không nêu ra tiên đoán nào đại loại như “Nếu phòng tôi mua thêm máy vi tính mới, nó sẽ có màu đen”.

Kiến thức hiện đại của chúng ta về thuật ngữ “định luật của tự nhiên” là một vấn đề mà các nhà triết học đã tranh cãi lâu nay, và nó là một câu hỏi tinh tế hơn cái ban đầu người ta nghĩ đến. Thí dụ, nhà triết học John W. Carroll đã so sánh câu phát biểu “Mọi quả cầu bằng vàng đều có đường kính dưới một dặm” với một phát biểu như “Mọi quả cầu bằng uranium-235 đều có đường kính dưới một dặm”. Các quan sát của chúng ta về thế giới cho chúng ta biết rằng không có quả cầu bằng vàng nào có bề rộng lớn hơn một dặm, và chúng ta có thể an tâm rằng sẽ không hề có quả cầu nào như vậy. Tuy nhiên, chúng ta không có lí do gì để tin rằng không thể có một quả cầu như vậy, và vì thế phát biểu trên không được xem là một định luật. Mặt khác, câu phát biểu “Mọi quả cầu bằng uranium-235 đều có đường kính dưới một dặm” có thể xem là một định luật của tự nhiên vì, theo cái chúng ta đã biết về vật lí hạt nhân, một khi một quả cầu uranium-235 phát triển đến đường kính lớn hơn khoảng 6 inch, thì nó sẽ tự phân hủy trong một vụ nổ hạt nhân. Vì thế, chúng ta có thể chắc chắn những quả cầu như thế là không hề tồn tại. (Chẳng phải ý tưởng hay ho gì nếu bạn muốn thử tạo ra một quả cầu như vậy!) Sự khác biệt này có ý nghĩa quan trọng vì nó làm sáng tỏ rằng không phải mọi sự khái quát hóa mà chúng ta quan sát thấy đều có thể xem là những định luật tự nhiên, và đa số các định luật của tự nhiên tồn tại như là bộ phận của một hệ thống những định luật bao quát hơn, liên hệ chặt chẽ với nhau.

Trong khoa học hiện đại, các định luật tự nhiên thường được diễn đạt theo nghĩa toán học. Chúng có thể là chính xác hoặc gần đúng, nhưng chúng phải được quan sát đúng mà không có ngoại lệ - nếu không phổ quát thì ít nhất phải đúng dưới một tập hợp quy ước gồm những điều kiện nhất định. Thí dụ, chúng ta biết các điều kiện Newton phải thay đổi nếu các vật chuyển động ở vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng. Nhưng chúng ta vẫn xem các định luật Newton là định luật vì chúng vẫn đúng, ít nhất là với sự gần đúng rất tuyệt vời, trong những điều kiện của thế giới hàng ngày, trong đó những tốc độ mà chúng ta gặp nhỏ hơn tốc độ ánh sáng rất nhiều lần.

Nếu tự nhiên bị chi phối bởi các định luật, thì ba câu hỏi sau đây sẽ phát sinh:

Nguồn gốc của những định luật đó là gì?
Có bất kì ngoại lệ nào đối với các định luật đó hay không?
Phải chăng chỉ có một tập hợp những định luật khả dĩ nhất định?

Những câu hỏi quan trọng này đã được xem xét với nhiều phương pháp khác nhau bởi các nhà khoa học, nhà triết học, và nhà thần học. Câu trả lời thường được nêu ra cho câu hỏi thứ nhất – câu trả lời của Kepler, Galileo, Descartes, và Newton – là những định luật trên là tác phẩm của Chúa. Tuy nhiên, đây chẳng gì hơn là một định nghĩa rằng Chúa là hiện thân của những định luật tự nhiên. Trừ khi người ta phú cho Chúa một số đức tính khác nào đó, thí dụ như Chúa của kinh Cựu ước, việc viện dẫn Chúa cho hỏi thứ nhất đơn thuần là sự thay thế một bí ẩn này bằng một bí ẩn khác. Cho nên nếu chúng ta muốn đưa Chúa vào câu trả lời cho câu hỏi thứ nhất, thì rắc rối thật sự phát sinh với câu hỏi thứ hai: Liệu có ngoại lệ hay điều thần kì nào với các định luật hay không?

Những quan điểm trả lời cho câu hỏi thứ hai bị phân chia sâu sắc. Plato và Aristotle, những tác gia Hi Lạp cổ đại có sức ảnh hưởng nhất, cho rằng có thể chẳng có ngoại lệ nào đối với các định luật. Nhưng nếu người ta nhìn theo quan điểm kinh thánh, thì Chúa không những sáng tạo ra các định luật mà còn được những người cầu nguyện khẩn khoản mang lại những ngoại lệ - mong chữa chứng bệnh vô phương cứu chữa, mong hạn hán mau chấm dứt, hoặc hồi sinh môn croquet là một môn thể thao Olympic. Ngược lại quan điểm của Descartes, hầu như mọi nhà tư tưởng Cơ đốc giáo đều giữ quan điểm rằng Chúa có khả năng hoãn các định luật để thực hiện điều thần kì. Ngay cả Newton cũng tin vào một sự thần kì kiểu như thế. Ông nghĩ rằng quỹ đạo của các hành tinh là không bền vì lực hút hấp dẫn của hành tinh này đối với hành tia kia sẽ gây ra sự nhiễu loạn quỹ đạo lớn dần theo thời gian và kết quả là các hành tinh sẽ rơi vào mặt trời hoặc bay ra khỏi hệ mặt trời. Ông tin rằng Chúa phải đảm đương việc lập lại quỹ đạo, hay “thổi gió giám sát thiên thể, đưa nó vào ổn định”. Tuy nhiên, Pierre Simon, hầu tước Laplace (1749 – 1827), thường được gọi là Laplace, cho rằng những nhiễu loạn đó là đều đặn, nghĩa là được đánh dấu bởi những chu kì lặp lại, chứ không tích tụ. Vì thế, hệ mặt trời sẽ tự thiết lập lại, và không cần một sự can thiệp thần thánh nào để giải thích vì sao nó tồn tại cho đến ngày nay.

Laplace được biết đến với vinh dự là người đầu tiên đề xuất rõ ràng thuyết quyết định luận khoa học: Cho biết trạng thái của vũ trụ tại một thời điểm, một tập hợp đầy đủ các định luật sẽ xác định trọn vẹn cả tương lai lẫn quá khứ. Điều này sẽ loại trừ khả năng thần kì hay một vai trò tích cực cho Chúa. Thuyết quyết định luận khoa học mà Laplace thiết lập là câu trả lời của các nhà khoa học hiện đại cho câu hỏi thứ hai. Trên thực tế, nó là cơ sở của mọi ngành khoa học hiện đại, và là một nguyên lí quan trọng trong suốt tập sách này. Một định luật khoa học không phải là một định luật khoa học nếu nó chỉ đúng khi một số thế lực siêu nhiên quyết định không can thiệp. Ghi nhận điều này, người ta đồn rằng Napoleon từng hỏi Laplace rằng Chúa sẽ có mặt như thế nào trong bức tranh này. Laplace trả lời rằng: “Thưa ngài, tôi không cần đến giả thuyết đó”.

Vì con người sống trong vũ trụ và tương tác với những vật thể bên trong nó, nên thuyết quyết định luận khoa học cũng đúng đối với con người. Tuy nhiên, nhiều người trong khi chấp nhận rằng thuyết quyết định luận chi phối các định luật vật lí, nhưng họ nghĩ với hành vi con người là ngoại lệ, vì theo họ chúng ta có ý thức. Descartes, chẳng hạn, để bảo vệ quan điểm ý thức, cho rằng trí tuệ con người là cái gì đó khác với thế giới vật chất và không tuân theo các định luật của nó. Theo quan điểm của ông, một con người gồm có hai thành phần, một cơ thể và một linh hồn. Cơ thể chẳng khác gì những máy móc bình thường, nhưng linh hồn thì không phải là đối tượng của định luật khoa học. Descartes rất quan tâm đến giải phẫu và sinh lí học, và ông xem một cơ quan nhỏ xíu tại trung tâm của bộ não, gọi là tuyến quả thông, là nơi trú ngụ của linh hồn. Ông tin rằng tuyến đó là nơi mà mọi suy nghĩ của chúng ta hình thành, là giếng nguồn ý thức của chúng ta.

Thiết kế vĩ đại
Stephen Hawking & Leonard Mlodinow
Trần Nghiêm dịch

Phần tiếp theo >>