Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 6)

Thiết kế vĩ đại

Các nhà triết học từ Plato trở về sau đã tranh cãi nhiều năm về bản chất của thực tại. Khoa học cổ điển xây dựng trên niềm tin rằng có tồn tại một thế giới thực bên ngoài có những tính chất rạch ròi và độc lập với nhà quan sát là người cảm nhận chúng. Theo khoa học cổ điển, những vật nhất định tồn tại và có những tính chất vật lí, thí dụ như khối lượng và tốc độ, có những giá trị xác định. Theo quan điểm này, các lí thuyết của chúng ta cố gắng mô tả những vật thể đó và những tính chất của chúng, và những phép đo và sự cảm nhận của chúng ta tương ứng với chúng. Cả nhà quan sát và cái được quan sát là những bộ phận của thế giới có sự tồn tại khách quan, và mọi sự khác biệt giữa chúng không có tầm quan trọng ý nghĩa nào hết. Nói cách khác, nếu bạn nhìn thấy một bầy ngựa vằn đang tranh nhau chỗ đứng trong nhà đỗ xe thì đó là vì thật sự có một bầy ngựa vằn đang tranh nhau chỗ đứng trong nhà đỗ xe. Tất cả những nhà quan sát khác nhìn vào cũng sẽ đo được những tính chất giống như vậy, và bầy ngựa sẽ có những tính chất đó cho dù người quan sát có nhìn vào chúng hay không. Trong triết học, niềm tin đó được gọi là chủ nghĩa duy thực.

Mặc dù chủ nghĩa duy thực có lẽ là một quan điểm hấp dẫn, nhưng như chúng ta sẽ thấy sau này, cái chúng ta biết về vật lí hiện đại gây ra một cái khó để mà ủng hộ. Thí dụ, theo các nguyên lí của cơ học lượng tử, đó là mô tả chính xác của tự nhiên, một hạt không có một vị trí xác định cũng không có một vận tốc xác định trừ khi và cho đến khi những đại lượng đó được đo bởi một nhà quan sát. Vì thế, sẽ không đúng nếu nói rằng một phép đo cho một kết quả nhất định vì đại lượng đang được đo có giá trị đó tại thời điểm của phép đo. Thật vậy, trong một số trường hợp, từng vật thể thậm chí không có sự tồn tại độc lập mà chỉ tồn tại như một bộ phận thuộc một tập hợp nhiều vật thể. Và nếu một lí thuyết gọi là nguyên lí toàn kí tỏ ra chính xác, thì chúng ta và thế giới bốn chiều của chúng ta có lẽ là những cái bóng trên ranh giới của một không-thời gian năm chiều, to lớn hơn. Trong trường hợp đó, vai trò của chúng ta trong vũ trụ tương tự như trường hợp con cá vàng mà thôi.

Những người theo chủ nghĩa duy thực cực đoan thường cho rằng bằng chứng rằng các lí thuyết khoa học biểu diễn cho thực tại nằm ở sự thành công của chúng. Nhưng những lí thuyết khác nhau có thể mô tả thành công những hiện tượng giống nhau qua những khuôn khổ khái niệm không giống nhau. Thật vậy, nhiều lí thuyết khoa học đã từng tỏ ra thành công sau này bị thay thế bởi lí thuyết khác, những lí thuyết thành công không kém xây dựng trên những khái niệm hoàn toàn mới của thực tại.

Thông thường, những người không tán thành chủ nghĩa duy thực được gọi là người theo chủ nghĩa phản duy thực. Những người theo chủ nghĩa phản duy thực giả định một sự khác biệt giữa kiến thức theo kinh nghiệm và kiến thức lí thuyết. Họ thường cho rằng quan sát và thí nghiệm là có ý nghĩa nhưng những lí thuyết đó chẳng gì hơn là những công cụ hữu ích không thể hiện bất kì sự thật sâu sắc nào tiềm ẩn dưới hiện tượng đã quan sát. Một số người theo chủ nghĩa phản duy thực còn muốn ràng buộc khoa học với những cái có thể quan sát thấy. Vì lí do đó, nhiều người vào thế kỉ 19 đã bác bỏ quan niệm nguyên tử trên những cơ sở mà chúng ta chưa bao giờ thấy. George Berkeley (1685 – 1753) thậm chí còn tiến xa đến mức phát biểu rằng không có gì tồn tại ngoài trí tuệ và các ý tưởng của nó. Khi một người bạn nhận xét với tác giả và nhà biên soạn từ điển người Anh, tiến sĩ Samuel Johnson (1709 – 1784), rằng khẳng định của Berkeley không thể bác bỏ được, người ta nói Johnson đã phản ứng lại với hành động đi trên một tảng đá lớn, đá vào nó và tuyên bố “Tôi bác bỏ nó vầy nè”. Tất nhiên, cái đau mà tiến sĩ Johnson nhận lãnh tại bàn chân của ông cũng là ý nghĩ trong đầu của ông, vì thế ông không thật sự bác bỏ quan điểm của Berkeley. Nhưng hành động của ông thật sự minh họa cho quan điểm của nhà triết học David Hume (1711 – 1776), người đã viết rằng mặc dù chúng ta không có cơ sở lí trí nào để tin vào một thực tại khách quan, nhưng chúng ta cũng không có sự lựa chọn nào khác để hành động nếu điều đó là đúng.

Chủ nghĩa duy thực phụ thuộc mô hình đã tránh né được toàn bộ lập luận và tranh luận này giữa trường phái duy thực và phản duy thực.

Vũ trụ quan

“Cả hai ngài đều có điểm chung. Tiến sĩ Davis thì phát hiện ra một hạt không ai từng nhìn thấy, còn giáo sư Higbe thì phát hiện ra một thiên hà không ai từng nhìn thấy”.

Theo thuyết duy thực phụ thuộc mô hình, thật vô nghĩa lí nếu hỏi một mô hình là có thật hay không, hay chỉ vì nó phù hợp với quan sát mà thôi. Nếu có hai mô hình đều phù hợp với quan sát, giống như bức tranh của con cá vàng và của chúng ta, thì người ta không thể nói mô hình nào thực tế hơn mô hình nào. Người ta có thể sử dụng mô hình nào tiện lợi hơn trong tình huống đang xem xét. Thí dụ, nếu một người ở bên trong bể cong, thì bức tranh của con cá vàng sẽ là có ích, nhưng với những ai ở bên ngoài, sẽ rất rối rắm nếu mô tả những sự kiện từ một thiên hà xa xôi trong hệ quy chiếu của một cái bể cong trên trái đất, nhất là vì cái bể đó sẽ đang chuyển động khi trái đất quay xung quanh mặt trời và quay xung quanh trục của nó.

Chúng ta đưa ra các mô hình trong khoa học, nhưng chúng ta cũng đưa ra chúng trong cuộc sống hàng ngày. Thuyết duy thực phụ thuộc mô hình không chỉ áp dụng cho các mô hình khoa học mà còn áp dụng cho những mô hình ý thức sáng suốt và tiềm thức mà chúng ta sáng tạo ra để lí giải và tìm hiểu thế giới hàng ngày. Không có cách nào loại bỏ nhà quan sát – chúng ta – ra khỏi sự cảm nhận thế giới của chúng ta, nó được tạo ra qua sự xử lí cảm giác của chúng ta và qua cách chúng ta suy nghĩ và lí giải. Sự cảm nhận của chúng ta – và do đó, những quan sát mà lí thuyết của chúng ta xây dựng trên đó – là không phải trực tiếp, mà nó được định hình qua một loại thấu kính, cấu trúc trình diễn của não người của chúng ta.

Thuyết duy thực phụ thuộc mô hình tương ứng với cách chúng ta cảm nhận các vật. Trong sự nhìn, não của người nhận một loạt tín hiệu truyền xuống dây thần kinh thị giác. Những tín hiệu đó không cấu thành nên dạng hình ảnh mà bạn chấp nhận trên truyền hình nhà mình. Có một điểm mù nơi dây thần kinh thị giác gắn với võng mạc, và phần duy nhất trong trường nhìn của bạn có độ phân giải tốt là một vùng hẹp khoảng chừng 1 độ góc thị giác xung quanh tâm võng mạc, một vùng có bề rộng bằng ngón tay cái khi võng mạc có chiều dài bằng cánh tay. Và vì thế dữ liệu thô gửi lên não là giống như một bức tranh gàn gỡ với một cái lỗ bên trong nó. May thay, não người xử lí dữ liệu đó, kết hợp tín hiệu vào từ cả hai mắt, lấp đầy những khoảng trống trên giả định rằng tính chất thị giác của những vùng lân cận là tương tự và có tính nội suy. Ngoài ra, nó đọc một ma trận dữ liệu hai chiều từ võng mạc và tạo ra từ đó ấn tượng của không gian ba chiều. Nói cách khác, não bộ đã xây dựng một bức tranh tinh thần, hay một mô hình.

Não xây dựng mô hình tốt đến mức nếu một người đeo kính làm hình ảnh trong mắt họ bị lộn ngược, thì não của họ, sau một thời gian, thay đổi mô hình sao cho một lần nữa họ lại nhìn thấy mọi thứ đúng chiều. Nếu sau đó gỡ kính mắt đi, họ sẽ nhìn thấy thế giới lộn ngược trong khoảnh khắc, sau đó thì thích ứng trở lại. Điều này cho thấy ý nghĩa khi người nào đó nói “Tôi nhìn thấy cái ghế” thì đơn thuần là người đó đã sử dụng ánh sáng tán xạ bởi cái ghế để dựng nên một hình ảnh tinh thần hay một mô hình của cái ghế. Nếu mô hình bị lộn ngược, thì với não của người may mắn sẽ hiệu chỉnh nó trước khi người đó ngồi lên cái ghế.

Một vấn đề nữa mà thuyết duy thực phụ thuộc mô hình giải quyết, hay ít nhất tránh đi, là ý nghĩa của sự tồn tại. Làm thế nào tôi biết một cái bàn sẽ tồn tại nếu tôi đi ra khỏi phòng và không nhìn thấy nó nữa? Sẽ có ý nghĩa gì khi nói những thứ mà chúng ta không nhìn thấy, như electron hoặc quark – những hạt được cho là cấu thành nên proton và neutron – là tồn tại? Người ta có thể có một mô hình trong đó cái bàn biến mất khi tôi rời khỏi phòng và xuất hiện trở lại ở vị trí cũ khi tôi bước vào, nhưng điều đó sẽ thật gượng gạo, và chuyện gì đã xảy ra khi tôi ở ngoài kia, thí dụ như trần nhà sập xuống chẳng hạn? Làm thế nào, dưới mô hình cái-bàn-biến-mất-khi-tôi-rời-khỏi-phòng, tôi có thể giải thích cho thực tế lần tiếp theo tôi bước vào, cái bàn xuất hiện trở lại đã bị gãy, dưới mảnh vụn của trần nhà? Mô hình trong đó cái bàn vẫn ở chỗ cũ thì đơn giản hơn nhiều và phù hợp với quan sát. Đó là tất cả những gì người ta có thể hỏi.

Trong trường hợp những hạt hạ nguyên tử chúng ta không thể nhìn thấy, electron là một mô hình hữu ích giải thích những quan sát kiểu như vết tích trong buồng bọt và những đốm sáng trên ống phóng điện tử, cũng như nhiều hiện tượng khác. Người ta nói electron được khám phá ra vào năm 1897 bởi nhà vật lí người Anh J. J. Thomson tại Phòng thí nghiệm Cavendish ở trường Đại học Cambridge. Ông đang làm thí nghiệm với những dòng điện bên trong ống thủy tinh rỗng, một hiện tượng được gọi là tia cathode. Các thí nghiệm của ông đưa ông đến kết luận chắc chắn rằng những tia bí ẩn đó gồm những “tiểu thể” nhỏ xíu là thành phần chất liệu của nguyên tử, khi đó người ta nghĩ là đơn vị cơ bản không thể phân chia của vật chất. Thomson không “nhìn thấy” electron, luận cứ của ông cũng không phải trực tiếp hoặc được chứng minh rõ ràng bởi những thí nghiệm của ông. Nhưng mô hình trên tỏ ra quan trọng trong những ứng dụng từ khoa học cơ bản cho đến kĩ thuật, và ngày nay tất cả các nhà vật lí đều tin vào electron, mặc dù bạn không thể nhìn thấy chúng.

Tia cathode