Điều này có lẽ trông có chút triết lí, nhưng thật ra chút ít trầm tư như thế có thể dẫn tới một kết luận nổi bật về bản chất của bản thân không gian, và chúng cho phép chúng ta dấn bước chân đầu tiên theo lộ trình đến với các lí thuyết tương đối của Einstein. Vậy từ sự lí giải của Galileo có thể đưa đến kết luận gì về không gian? Kết luận là như sau: Nếu trên nguyên tắc không thể phát hiện ra chuyển động tuyệt đối, thì suy ra khái niệm một mạng lưới đặc biệt xác định sự “đứng yên” là vô nghĩa, và do đó khái niệm không gian tuyệt đối cũng là vô nghĩa.
Đây là cái quan trọng, nên chúng ta hãy nghiên cứu nó kĩ hơn. Chúng ta đã biết rằng nếu có thể vạch ra một mạng lưới đặc biệt kiểu Aristotle bao trùm toàn bộ vũ trụ, thì chuyển động so với mạng lưới đó có thể được định nghĩa là tuyệt đối. Chúng ta cũng cho rằng vì không thể nào thiết kế một thí nghiệm cho chúng ta biết chúng ta có đang chuyển động hay không, cho nên chúng ta sẽ vứt bỏ khái niệm mạng lưới đó, đơn giản bởi vì chúng ta không bao giờ có thể nêu được nó phải gắn cố định với cái gì. Nhưng khi đó làm thế nào chúng ta định nghĩa vị trí tuyệt đối của một vật? Nói cách khác, chúng ta đang sống ở đâu trong vũ trụ? Không có khái niệm mạng lưới đặc biệt kiểu Aristotle, thì những câu hỏi này không có ý nghĩa khoa học nữa. Tất cả những gì chúng ta có thể nói là vị trí tương đối của các vật mà thôi. Do đó, không có cách nào xác định vị trí tuyệt đối trong không gian, và đó là cái chúng ta muốn nói tới khi chúng ta cho rằng chính khái niệm không gian tuyệt đối là vô nghĩa. Việc nghĩ vũ trụ là một cái hộp khổng lồ, bên trong đó vạn vật dịch chuyển, là một khái niệm mà thí nghiệm không đòi hỏi. Chúng ta không thể cường điệu quá mức mảng lí giải này quan trọng như thế nào. Nhà vật lí vĩ đại Richard Feynman từng nói rằng cho dù lí thuyết của anh đẹp dường nào chăng nữa, cho dù anh có khéo léo dường nào chăng nữa hay tên tuổi của anh có to bự cỡ nào chăng nữa, nhưng nếu lí thuyết của anh mâu thuẫn với thực nghiệm, thì nó sai. Trong phát biểu này có cái cốt lõi của khoa học. Diễn đạt phát biểu này thêm một chút, nếu một khái niệm không thể kiểm tra được bởi thí nghiệm, thì chúng ta chẳng có cách nào nói được nó đúng hay là sai, và đơn giản là nó không có ý nghĩa gì nữa. Tuy nhiên, điều đó có nghĩa là chúng ta vẫn có thể giả định một khái niệm là đúng, cho dù nó không thể kiểm tra được, nhưng cái nguy hiểm của việc làm như thế là nguy cơ chúng ta đang cản trở sự tiến bộ trong tương lai bởi vì chúng ta đang bảo lưu một ý kiến không cần thiết. Vì thế, đã chẳng có cách nào vạch rõ một mạng lưới đặc biệt, thì chúng ta nên từ bỏ khái niệm không gian tuyệt đối, giống hệt như chúng ta đã từ bỏ khái niệm chuyển động tuyệt đối. Vậy thì đã sao! Vâng, việc từ bỏ trụ cột không gian tuyệt đối giữ một vai trò thiết yếu trong việc cho phép Einstein phát triển lí thuyết không gian và thời gian của ông, nhưng việc này sẽ phải chờ cho đến chương tiếp theo. Còn lúc này, chúng ta đã được giải phóng, nhưng chúng ta chưa hành động giống như nhà khoa học đã được giải phóng. Để tăng thêm phần thú vị, chúng ta hãy phát biểu đơn thuần rằng nếu không có không gian tuyệt đối, thì không có cách nào lí giải vì sao hai nhà quan sát phải nhất thiết thống nhất với nhau về kích cỡ của một vật. Điều đó thật sự sẽ khiến bạn thấy lạ - chắc chắn nếu một quả bóng có đường kính 4 cm thì đâu còn chuyện gì để nói, nhưng không có không gian tuyệt đối thì điều đó là không cần thiết.
Cho đến đây, chúng ta đã nói có phần chi tiết về mối liên hệ giữa chuyển động và không gian. Vậy còn thời gian thì sao? Chuyển động được biểu diễn dưới dạng tốc độ, và tốc độ có thể được đo theo dặm trên giờ - nghĩa là quãng đường đi được trong không gian trong một khoảng thời gian nhất định. Như vậy, khái niệm thời gian thật sự đã đi vào suy nghĩ của chúng ta. Ta có thể nói gì về thời gian? Chúng ta có thể làm một thí nghiệm nào đó để chứng minh rằng thời gian là tuyệt đối hay không, hay chúng ta nên từ bỏ khái niệm còn ăn sâu bén rễ hơn nữa này? Mặc dù Galileo có nêu ra khái niệm không gian tuyệt đối, nhưng lí giải của ông chẳng cho chúng ta biết gì về thời gian tuyệt đối. Theo Galileo, thời gian là bất biến. Thời gian bất biến có nghĩa là người ta có thể tưởng tượng ra những cái đồng hồ nhỏ hoàn hảo, tất cả chạy đồng bộ để chỉ thời gian giống nhau, gõ tích tắc tại mỗi thời điểm trong vũ trụ. Một cái đồng hồ có thể ở trên máy bay, một cái trên mặt đất, một cái (giả sử) tại bề mặt của Mặt trời, và một cái quay xung quanh một thiên hà ở xa, và biết rằng chúng là đồng hồ hoàn hảo, chúng sẽ chỉ thời gian giống hệt nhau vào lúc này và mãi mãi về sau. Thật bất ngờ, giả thuyết có vẻ hiển nhiên này hóa ra lại mâu thuẫn trực tiếp với phát biểu của Galileo rằng không có thí nghiệm nào có thể cho chúng ta biết chúng ta có đang chuyển động tuyệt đối hay không. Trông có vẻ khó tin, nhưng bằng chứng thực nghiệm cuối cùng đã đánh đổ khái niệm thời gian tuyệt đối xuất hiện từ loại thí nghiệm mà nhiều người trong chúng ta còn nhớ lúc học ở trường phổ thông: pin, dây dẫn, động cơ và máy phát điện. Để giải quyết vấn đề thời gian tuyệt đối, trước tiên chúng ta làm một chuyến du hành về thế kỉ mười chín, thời kì vàng son của các khám phá điện học và từ học.
Vì sao E = mc2?
(và vì sao chúng ta lại quan tâm?)
BRIAN COX & JEFF FORSHAW
Phần tiếp theo >>
