Nhưng chúng ta vẫn đang tiến lên. Để hiểu và đánh giá đúng khám phá căn nguyên của Einstein, trước tiên chúng ta phải suy nghĩ rất thận trọng về hai khái niệm trung tâm của lí thuyết tương đối: không gian và thời gian.
Hãy tưởng tượng bạn đang đọc một quyển sách trong khi đang ngồi trên máy bay. Lúc 12:00 bạn liếc nhìn vào đồng hồ của mình, quyết định để quyển sách xuống, rời chỗ ngồi và đi lên nói chuyện với người bạn của bạn ngồi phía trên bạn 10 dãy ghế. Lúc 12:15 bạn trở lại chỗ ngồi của mình, ngồi xuống và cầm quyển sách lên. Cảm giác thông thường cho bạn biết rằng bạn vừa trở lại chỗ ngồi cũ. Bạn phải đi đúng 10 hàng ghế để lùi về lại chỗ ngồi, và bạn cầm quyển sách trở lên đúng chỗ cũ của nó. Bây giờ hãy nghĩ sâu hơn một chút về khái niệm “chỗ cũ”. Điều này nghe có chút mô phạm, bởi vì nó đã rõ ràng theo trực giác cái chúng ta muốn nói khi chúng ta mô tả một nơi. Chúng ta có thể gọi cho một người bạn và sắp xếp một buổi hẹn rượu trong quán bar, và quán bar đó chẳng dời đi đâu hết lúc cả hai người cùng tới nơi. Nó vẫn ở nguyên đó lúc chúng ta ra về, và có lẽ đêm nào cũng thế. Nhiều cái trong chương mở đầu này sẽ thoạt trông có vẻ mô phạm, nhưng rồi chúng ta sẽ gặp khó với chúng. Suy nghĩ thận trọng về những khái niệm có vẻ hết sức hiển nhiên này sẽ đưa chúng ta sa vào những bước chân của Aristotle, Galileo Galilei, Isaac Newton, và Einstein. Vậy làm thế nào chúng ta có thể định nghĩa chính xác cái chúng ta muốn nói bởi từ “chỗ cũ”? Chúng ta đã biết làm thế nào làm được việc này trên bề mặt Trái đất. Một quả cầu có một tập hợp các đường lưới, các đường vĩ tuyến và kinh tuyến, được vẽ trên bề mặt của nó. Bất kì nơi nào trên mặt đất đều có thể được mô tả bởi hai con số, biểu diễn vị trí đó trên mạng lưới này. Ví dụ, thành phố Manchester ở Anh nằm ở 53 độ 30 phút bắc, và 2 độ 15 phút tây. Hai con số này cho chúng ta biết chính xác nơi tìm thành phố Manchester, biết rằng tất cả chúng ta đều thống nhất với nhau về vị trí của đường xích đạo và kinh tuyến gốc Greenwich. Do đó, bằng cách tương tự thật đơn giản, một cách để xác định vị trí của bất kì địa điểm nào, cho dù có ở trên mặt đất hay không, sẽ là hình dung ra một mạng lưới ảo ba chiều, mở rộng từ phía mặt đất lên cao. Thật vậy, mạng lưới đó cũng có thể mang xuống tiến về phía tâm Trái đất và xuyên sang phía bên kia. Khi đó, chúng ta có thể mô tả mọi thứ trên Trái đất tọa lạc ở đâu so với mạng lưới đó, cho dù trên không trung, trên mặt đất, hoặc dưới lòng đất. Thật vậy, chúng ta không nhất thiết chỉ dừng lại với thế giới này. Mạng lưới đó có thể mở rộng ra khỏi Mặt trăng, vượt qua Mộc tinh, Hải Vương tinh, và Pluto, và vượt qua thậm chí rìa của thiên hà Ngân hà đến những biên giới xa xôi nhất của vũ trụ. Có trong tay mạng lưới khổng lồ, có lẽ lớn vô hạn này, chúng ta có thể tìm ra chỗ của mọi thứ, đó là cái theo lời Woody Allen thì rất hữu ích nếu bạn thuộc loại người hay quên trước quên sau. Vì thế, mạng lưới của chúng ta vạch rõ một vũ đài bên trong đó vạn vật tồn tại, một loại hộp đựng khổng lồ chứa hết tất cả vạn vật trong vũ trụ. Chúng ta thậm chí còn muốn gọi cái vũ đài khổng lồ này là “không gian”.
Hãy trở lại với câu hỏi “chỗ cũ” có nghĩa là gì và trở lại với ví dụ trên máy bay. Bạn có thể cho rằng lúc 12:00 và 12:15 bạn ở cùng một điểm trong không gian. Bây giờ hãy tưởng tượng chuỗi sự kiện đó sẽ trông như thế nào đối với một người đang ngồi trên mặt đất nhìn lên máy bay. Nếu cô ta nhìn thấy chiếc máy bay lướt ngang đầu ở tốc độ 600 dặm trên giờ, thì cô ta sẽ nói rằng lúc 12:00 và 12:15 bạn đã đi được 150 dặm. Nói cách khác, bạn đã ở những nơi khác nhau lúc 12:00 và 12:15. Vậy thì ai đúng? Ai đã di chuyển, và ai vẫn ở tại chỗ?
Nếu bạn không thấy câu trả lời cho câu hỏi khá đơn giản này, thì tình trạng hiểu biết của bạn là khá tốt. Aristotle, một trong những trí tuệ lỗi lạc nhất thời Hi Lạp cổ đại, đã trả lời không đúng. Aristotle sẽ trả lời không chút mập mờ rằng chính bạn, người hành khách ở trên máy bay, mới là người chuyển động. Aristotle tin rằng Trái đất đứng yên tại trung tâm của vũ trụ. Mặt trời, Mặt trăng, các hành tinh, và các sao quay xung quanh Trái đất gắn với 55 quả cầu tinh thể đồng tâm, lồng vào nhau kiểu như búp bê Nga. Vì thế, ông chia sẻ quan niệm làm hài lòng trực giác của chúng ta về không gian: cái hộp hay vũ đài trong đó đặt Trái đất và các quả cầu. Đối với cư dân thời hiện đại, bức tranh vũ trụ chỉ gồm có Trái đất và một tập hợp những quả cầu quay xung quanh này nghe có vẻ khá kì cục. Nhưng hãy suy nghĩ một chút về kết luận mà bạn sẽ nêu ra nếu có ai đó bảo bạn rằng Trái đất quay xung quanh Mặt trời và các sao là những mặt trời ở xa, sáng gấp nhiều nghìn lần ngôi sao quê nhà của chúng ta nhưng ở xa hàng tỉ tỉ dặm đường. Nó nghe chẳng có cảm giác là Trái đất đang trôi giạt trong một vũ trụ mênh mông khôn cùng. Thế giới quan hiện đại của chúng ta thì khó hiểu và thường phản trực giác. Nếu bức tranh vũ trụ mà chúng ta đã phát triển qua hàng nghìn năm thực nghiệm và tư duy là hiển nhiên, thì những trí tuệ lớn thời xưa, ví dụ như Aristotle, cũng đã hiểu như thế. Đó là cái đáng nhớ nếu bạn thấy bất kì khái niệm nào đó trong quyển sách này là khó hiểu; những trí tuệ lỗi lạc nhất thời xưa có lẽ cũng thống nhất với bạn.
Vì sao E = mc2?
(và vì sao chúng ta lại quan tâm?)
BRIAN COX & JEFF FORSHAW
Phần tiếp theo >>
