Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 17)

Nếu người ta giả định rằng một vài trăm triệu năm trong quỹ đạo bền là cần thiết cho sự sống hành tinh tiến hóa, thì số chiều không gian cũng bị cố định bởi sự tồn tại của chúng ta. Đó là vì, theo các định luật của sự hấp dẫn, chỉ trong không gian ba chiều thì những quỹ đạo elip bền mới là có thể. Quỹ đạo tròn là có thể trong những chiều khác, nhưng những chiều đó, như Newton e ngại, là không bền. Trong những chiều khác ngoài ba chiều ra, ngay cả một nhiễu loạn nhỏ, thí dụ nhiễu loạn gây ra bởi sức hút của những hành tinh khác, sẽ đưa một hành tinh ra khỏi quỹ đạo tròn và làm nó chuyển động xoắn ốc về phía trong hoặc ra xa mặt trời, nên chúng ta sẽ bị thiêu cháy hoặc là đông cứng. Đồng thời, trong nhiều hơn ba chiều, lực hấp dẫn giữa hai vật thể sẽ giảm nhanh hơn so với trong ba chiều. Trong không gian ba chiều, lực hấp dẫn giảm đến ¼ giá trị của nó nếu người ta tăng gấp đôi khoảng cách. Trong không gian bốn chiều, nó sẽ giảm đến 1/8, trong không gian năm chiều, nó sẽ giảm đến 1/10, và cứ thế. Kết quả là, trong nhiều hơn ba chiều, mặt trời sẽ không thể tồn tại ở một trạng thái bền với áp suất nội của nó cân bằng với lực hút hấp dẫn. Nó hoặc là bị xé toạc ra, hoặc là co lại thành một lỗ đen, cả hai trường hợp đều làm tiêu tan ngày tháng của bạn. Ở cấp độ nguyên tử, lực điện hành xử giống như lực hấp dẫn vậy. Điều đó có nghĩa là các electron trong nguyên tử sẽ hoặc là thoát ra, hoặc là chuyển động xoắn ốc về phía hạt nhân. Và chẳng có trường hợp nào nguyên tử như chúng ta biết có thể tồn tại.

Sự xuất hiện của những cấu trúc phức tạp có khả năng hậu thuẫn cho những nhà quan sát thông minh dường như là rất mong manh. Các định luật của tự nhiên tạo thành một hệ thống được điều chỉnh cực kì tinh vi, và rất ít cái trong quy luật vật lí có thể thay đổi mà không phá hỏng khả năng của sự phát triển sự sống như chúng ta biết. Nếu không có một chuỗi những sự trùng hợp ngẫu nhiên đến bất ngờ trong những chi tiết chính xác của quy luật vật lí, thì con người và những dạng sống khác sẽ không bao giờ có cơ may hiện diện.

Sự trùng khớp ngẫu nhiên điều chỉnh tinh vi ấn tượng nhất là cái gọi là hằng số vũ trụ học trong các phương trình Einstein của thuyết tương đối tổng quát. Như chúng ta đã nói, vào năm 1915, khi xây dựng lí thuyết trên, Einstein tin rằng vũ trụ là tĩnh, nghĩa là không nở ra cũng không co lại. Vì toàn bộ vật chất hút lẫn nhau, nên ông đưa vào lí thuyết của mình một lực phản hấp dẫn mới để kháng lại xu hướng vũ trụ tự co lại. Lực này, không giống như những lực khác, không phát sinh từ bất kì nguồn đặc biệt nào mà nó ẩn trong cơ cấu của không-thời gian. Hằng số vũ trụ học mô tả độ lớn của lực đó.

Khi người ta phát hiện thấy vũ trụ không tĩnh tại, Einstein đã rút hằng số vũ trụ học ra khỏi lí thuyết của ông và nói việc đưa nó vào là sai lầm lớn nhất của cuộc đời ông. Nhưng vào năm 1998, những quan sát của những sao siêu mới ở rất xa cho thấy vũ trụ đang dãn nở ở một tốc độ tăng dần, một hiệu ứng không thể có nếu không có một loại lực đẩy nào đó tác dụng trên toàn không gian. Hằng số vũ trụ học được làm sống lại. Vì ngày nay chúng ta biết giá ttrij của nó không bằng không, cho nên câu hỏi còn lại là tại sao nó có giá trị mà nó có? Các nhà vật lí đã đưa ra những lập luận giải thích hằng số vũ trụ học phát sinh như thế nào do những hiệu ứng cơ lượng tử, nhưng giá trị mà họ tính được lớn hơn 120 bậc độ lớn (một số 1 theo sau là 12 số 0) so với giá trị thực tế thu được qua những quan sát sao siêu mới. Điều đó có nghĩa là hoặc sự lí giải dùng trong tính toán là sai, hoặc một hiệu ứng nào đó khác đã triệt tiêu hết một cách kì diệu nhưng chừa lại một phần nhỏ không thể tưởng tượng của con số đã tính được. Một điều chắc chắn là nếu giá trị của hằng số vũ trụ học lớn nhiều, thì vũ trụ của chúng ta sẽ tự dãn ra trước khi các thiên hà có thể hình thành và – một lần nữa – sự sống như chúng ta biết sẽ là không thể.

Vậy chúng ta có thể làm gì với những sự trùng hợp ngẫu nhiên này? May mắn ở trong dạng thức chính xác và bản chất của quy luật vật lí cơ bản là một loại may mắn khác với cái may mắn chúng ta tìm thấy trong các yếu tố thuộc về môi trường. Nó không dễ gì giải thích, và nó những hàm ý vật lí và triết lí sâu xa. Vũ trụ của chúng ta và những định luật của nó dường như có một thiết kế vừa vặn thích hợp để hậu thuẫn cho sự sống và, nếu như chúng ta tồn tại, vừa để lại ít chỗ cho sự biến đổi. Điều đó không dễ gì giải thích, và làm phát sinh câu hỏi tự nhiên là tại sao lại như vậy.

Nhiều người muốn chúng ta sử dụng những sự trùng hợp ngẫu nhiên này làm bằng chứng cho sự làm việc của Chúa. Quan niệm rằng vũ trụ được thiết kế để cung cấp chỗ ở cho nhân loại xuất hiện trong thần học và thần thoại từ hàng nghìn năm về trước cho đến hiện nay. Trong truyền thuyết Popol Vuh của người Maya, các vị thần tuyên bố rằng, “Chúng ta sẽ không nhận tiếng tăm hay danh vọng từ tất cả những cái chúng ta đã sáng tạo và hình thành cho đến khi loài người tồn tại, được phú cho tri giác”. Một văn tự Ai Cập cổ có niên đại 2000 năm trước Công nguyên phát biểu như sau, “Loài người, gia súc của Chúa, đã được chu cấp tốt. Ngài [thần mặt trời] tạo ra bầu trời và quả đất vì lợi tích của chúng”. Ở Trung Hoa, nhà triết học Đạo giáo Lieh Yu-K’ou (khoảng năm 400 tCN) thể hiện quan điểm qua một nhân vật trong câu chuyện phát biểu, “Thiên đình tạo ra năm loại hạt để gieo trồng, và sinh ra những tộc người..., đặc biệt cho lợi ích của chúng ta.

Trong văn hóa phương tây, Kinh Cựu ước ẩn chứa quan điểm về sự thiết kế may mắn trong câu chuyện sáng thế của nó, nhưng quan niệm Cơ đốc giáo truyền thống còn bị ảnh hưởng lớn bởi Aristotle, người tin vào “một thế giới tự nhiên thông minh hoạt động theo một thiết kế có cân nhắc nào đó”. Nhà thần học Thiên chúa thời trung cổ Thomas Aquinas đã sử dụng những quan niệm của Aristotle về trật tự trong tự nhiên để biện hộ cho sự tồn tại của Chúa. Vài thế kỉ 18, một nhà thần học Thiên chúa khác đã đi xa tới chỗ phát biểu rằng loài thỏ có đuôi màu trắng để chúng ta dễ bắn chúng. Một minh họa hiện đại hơn của quan niệm Thiên chúa giáo được nêu ra vài năm trước đây khi Cardino Christoph Schonborn, đức tổng giám mục Vienna, viết rằng, “Hiện nay, vào đầu thế kỉ 21, đối mặt trước những khẳng định khoa học như học thuyết Darwin và giả thuyết đa vũ trụ [nhiều vũ trụ] trong vũ trụ học phát minh ra để tránh né bằng chứng tràn ngập cho mục đích và thiết kế tìm thấy trong khoa học hiện đại, Giáo hội Thiên chúa một lần nữa sẽ bảo vệ bản chất con người với việc tuyên bố rằng sự thiết kế vạn vật trong tự nhiên là có thật”. Trong vũ trụ học, bằng chứng tràn ngập cho mục đích và thiết kế mà đức tổng giám mục đang nói tới là sự điều chỉnh tinh vi của quy luật vật lí mà chúng ta mô tả ở trên.

Điểm bước ngoặc trong sự bác bỏ khoa học của vũ trụ nhân tâm là mô hình Copernicus của hệ mặt trời, trong đó trái đất không còn giữ vai trò trung tâm nữa. Trớ trêu thay, thế giới quan riêng của Copernicus là mang tính nhân dạng, mặc dù ông an ủi chúng ta với việc trình bày rằng, bất chấp mô hình nhật tâm của ông, trái đất hầu như vẫn nằm tại trung tâm của vũ trụ. “Mặc dù [trái đất] không nằm tại trung tâm của thế giới, tuy nhiên khoảng cách [đến tâm đó] là không là gì cả, đặc biệt khi so với khoảng cách đến những ngôi sao cố định”. Với sự phát minh ra kính thiên văn, những quan sát trong thế kỉ 17, như thực tế hành tinh của chúng ta không phải là hành tinh duy nhất có vệ tinh, đã tăng thêm sức nặng cho nguyên lí rằng chúng ta không giữ vai trò đặc quyền đặc lợi trong vũ trụ. Trong những thế kỉ tiếp sau đó, chúng ta càng khám phá thêm nhiều điều về vũ trụ, thì hành tinh của chúng ta càng trông như một sân vườn nhỏ mà thôi. Nhưng sự khám phá tương đối gần đây của sự điều chỉnh cực kì tinh vi của các định luật của tự nhiên ít nhất có thể dẫn một số người trong chúng ta trở lại với quan niệm cũ rằng bản thiết kế vĩ đại này là tác phẩm của một nhà thiết kế vĩ đại nào đó. Ở nước Mĩ, do Hiến pháp cấm giảng dạy tôn giáo trong nhà trường, nên loại quan niệm đó được gọi là thiết kế thông minh, với sự ngầm hiểu không nói thành lời rằng nhà thiết kế đó là Chúa.

Đó không phải là câu trả lời của khoa học hiện đại. Chúng ta đã thấy trong chương 5 rằng vũ trụ của chúng ta dường như là một trong nhiều vũ trụ, mỗi vũ trụ có những định luật khác nhau. Ý tưởng đa vũ trụ không phải là một quan niệm được phát minh ra để lí giải sự mầu nhiệm của sự điều chỉnh tinh vi. Nó là một hệ quả của điều kiện không biên giới cũng như nhiều lí thuyết khác của vũ trụ học hiện đại. Nhưng nếu đúng là như vậy, thì nguyên lí nhân sinh mạnh có thể xem xét hiệu quả tương đương với nguyên lí nhân sinh yếu, đưa sự điều chỉnh tinh vi của quy luật vật lí vào cùng một bệ đỡ như các yếu tố thuộc về môi trường, để cho có nghĩa là ngôi nhà vũ trụ của chúng ta – nay là toàn bộ vũ trụ quan sát thấy – chỉ là một trong nhiều vũ trụ, giống hệt như hệ mặt trời chỉ là một trong nhiều hệ mặt trời. Điều đó có nghĩa là theo kiểu giống như những sự trùng hợp ngẫu nhiên thuộc về môi trường của hệ mặt trời của chúng ta được cho là không đáng chú ý bởi sự nhận thức rằng có tồn tại hàng tỉ hệ như thế, sự điều chỉnh tinh vi trong các định luật của tự nhiên có thể giải thích bằng sự tồn tại của đa vũ trụ. Nhiều người qua các thời đại đã gán cho Chúa cái đẹp và cái phức tạp của tự nhiên mà trong thời đại của họ dường như chẳng có lời giải thích khoa học nào. Nhưng giống như Darwin và Wallace giải thích làm thế nào sự thiết kế rõ ràng kì diệu của các dạng sống có thể xuất hiện mà không có sự can thiệp của một thế lực siêu nhiên, khái niệm đa vũ trụ có thể giải thích sự điều chỉnh tinh vi của quy luật vật lí mà không cần một đấng sáng thế nhân đức đã tạo ra vũ trụ vì lợi ích của chúng ta.

Einstein từng đặt ra câu hỏi sau đây với người trợ lí Ernst Straus, “Chúa có bất kì sự chọn lựa nào không khi ngài sáng tạo ra vũ trụ?” Vài cuối thế kỉ thứ 16, Kepler đã bị thuyết phục rằng Chúa đã sáng tạo ra vũ trụ theo một số nguyên lí toán học hoàn hảo nào đó. Newton chứng tỏ rằng những định luật áp dụng được trên trời cũng áp dụng được trên mặt đất, và đã phát triển những phương trình toán học để biểu diễn những định luật đó quá đẹp đến mức chúng đã truyền cảm hứng như một thứ đức tin tôn giáo trong số nhiều nhà khoa học thế kỉ 18, họ dường như định sử dụng chúng để chứng minh rằng Chúa là một nhà toán học.

Kể từ thời Newton, và đặc biệt kể từ thời Einstein, mục tiêu của vật lí học là đi tìm những nguyên lí toán học đơn giản thuộc loại Kepler đã hình dung ra, và với chúng tạo ra một lí thuyết thống nhất của mọi thứ sẽ giải thích từng chi tiết của vật chất và các lực mà chúng ta quan sát thấy trong tự nhiên. Vào cuối thế kỉ 19 và đầu thế kỉ 20, Maxwell và Einstein đã thống nhất các lí thuyết điện học, từ học, và ánh sáng. Vào thập niên 1970, mô hình chuẩn ra đời, một lí thuyết của lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu, và lực điện từ. Sau đó, lí thuyết dây và lí thuyết M ra đời trong một nỗ lực nhằm bao gộp cả lực còn lại, lực hấp dẫn. Mục tiêu là không chỉ đi tìm một lí thuyết đơn nhất giải thích tất cả các lực mà còn là một lí thuyết giải thích những con số cơ bản mà chúng ta đã và đang nói tới, thí dụ như độ lớn của các lực và khối lượng và điện tích của các hạt sơ cấp. Như Einstein trình bày, hi vọng người ta có thể nói rằng “tự nhiên được cấu trúc đến mức có thể hợp lí để đặt ra những định luật xác định chặt chẽ đến mức bên trong những định luật này chỉ những hằng số hoàn toàn xác định mới xuất hiện (không phải hằng số, do đó, có giá trị số có thể thay đổi mà không phá hỏng lí thuyết)”. Một lí thuyết độc nhất sẽ không có khả năng có sự điều chỉnh tinh vi cho phép chúng ta tồn tại. Nhưng nếu trong ánh sáng của những tiến bộ gần đây, chúng ta hiểu giấc mơ của Einstein là một giấc mơ về một lí thuyết thống nhất giải thích vũ trụ này và những vũ trụ khác, với toàn bộ phổ những định luật khác nhau của chúng, thì lí thuyết M có thể là lí thuyết đó. Nhưng lí thuyết M có phải là độc nhất, hay nó được yêu cầu bởi một nguyên lí lôgic đơn giản nào đó? Chúng ta có thể trả lời câu hỏi đó hay không, tại sao là lí thuyết M?

Thiết kế vĩ đại