Thế thì, ngoài hi vọng của tôi về sự thám hiểm vũ trụ, tương lai sẽ trông ra sao và khoa học sẽ hỗ trợ chúng ta như thế nào?
Bức tranh khoa học đại chúng về tương lai được thể hiện trong các bộ phim khoa học giả tưởng như Star Trek. Các nhà làm phim Star Trek còn thuyết phục tôi tham gia nữa, không phải vì nó khó đâu.
Sự góp mặt như thế thật là vui, nhưng tôi nhắc tới nó ở đây với quan điểm nghiêm túc. Hầu như toàn bộ các tầm nhìn về tương lai mà chúng ta được biết từ thời H.G. Wells về sau về cơ bản là tĩnh. Chúng thể hiện một xã hội mà trong đa số trường hợp tiến bộ hơn nhiều so với chúng ta, về khoa học, về công nghệ, và về cách tổ chức chính trị. (Yếu tố cuối này có thể không khó.) Trong khoảng thời gian giữa bây giờ và khi ấy phải có những biến đổi to lớn, với những áp lực và thăng trầm đi cùng của chúng. Nhưng, vào lúc chúng ta được chỉ rõ trong tương lai, khoa học, công nghệ và cách tổ chức xã hội được cho là đã đạt tới mức gần như hoàn hảo.
Tôi nghi ngờ bức tranh này và tự hỏi liệu chúng ta có đạt tới một giai đoạn ổn định sau cùng về khoa học và công nghệ hay không. Chẳng có lúc nào trong gần 10.000 năm kể từ Kỉ Băng hà gần đây nhất chủng loài người ở trong tình trạng kiến thức không đổi và công nghệ cố định. Đã có một vài lần thoái trào, như cái chúng ta thường gọi là Những Kỉ nguyên Tăm tối sau sự sụp đổ của đế chế La Mã. Nhưng dân số thế giới, đó là một số đo năng lực công nghệ của chúng ta duy trì sự sống và tự cấp dưỡng, đã tăng lên đều đều, với một vài nút thắt như Cái Chết Đen. Trong 2.000 năm qua, sự gia tăng dân số đã diễn ra theo hàm số mũ – và dân số thế giới nhảy từ 1 tỉ lên khoảng 7,6 tỉ. Những số đo khác về sự phát triển công nghệ trong thời gian gần đây là mức tiêu thụ điện, hay số bài báo khoa học. Chúng cũng thể hiện sự tăng trưởng gần như theo hàm mũ. Thật vậy, ngày nay chúng ta có những kì vọng nâng tầm như thế mà một số người cảm thấy bị lừa dối bởi các chính trị gia và khoa học gia bởi vì chúng ta vẫn chưa đạt tới các tầm nhìn Utopia về tương lai. Ví dụ, bộ phim 2001: A Space Odyssey cho chúng ta thấy một căn cứ trên Mặt Trăng và thực hiện một chuyến bay có người lái, hay theo lời riêng của tôi là cá nhân lái, đến Mộc tinh.
Chẳng có dấu hiệu nào cho thấy sự phát triển khoa học và công nghệ sẽ chậm lại đáng kể hoặc khựng lại trong tương lai gần. Chắc chắn đó không phải thời đại Star Trek, nó chỉ cách nay có 350 năm. Thế nhưng tốc độ tăng trưởng hiện nay không thể tiếp diễn trong thiên niên kỉ tiếp theo. Vào năm 2.600 dân số thế giới sẽ đông đến mức vai kề vai và mức tiêu thụ điện sẽ biến Trái Đất thành hành tinh nóng đỏ. Nếu bạn xếp những quyển sách mới sắp xuẩt bản liền cạnh nhau, thì ở tốc độ sản xuất hiện nay, bạn sẽ phải di chuyển chín mươi dặm trên giờ mới đuổi kịp cuối hàng sách. Tất nhiên, vào năm 2.600, các công trình nghệ thuật và khoa học mới sẽ xuất hiện ở dạng điện tử thay cho sách vở và báo chí giấy. Tuy nhiên, nếu cứ tiếp tục tăng trưởng theo hàm mũ, thì sẽ có mười bài báo mỗi giây trong lĩnh vực vật lí lí thuyết của tôi, và chẳng có thời gian để mà đọc chúng.
Rõ ràng sự tăng trưởng theo hàm mũ hiện nay không thể cứ tiếp tục mãi được. Vậy thì điều gì sẽ xảy ra? Một khả năng là chúng ta sẽ tự quét sạch giống loài mình qua một thảm họa nào đó như chiến tranh hạt nhân chẳng hạn. Dẫu thế chúng ta cũng không hủy diệt hoàn toàn chính mình mà có khả năng chúng ta sẽ rơi vào tình trạng tàn bạo và hỗn mang, giống như cảnh mở đầu bộ phim Terminator.
Vậy chúng ta sẽ phát triển khoa học và công nghệ trong thiên niên kỉ tới như thế nào? Câu hỏi này rất khó trả lời. Thế nhưng hãy để tôi chìa cổ mình ra và liều lĩnh đưa ra những dự đoán của tôi cho tương lai. Tôi sẽ có khả năng đúng nào đó về trăm năm tiếp theo, song phần còn lại của thiên niên kỉ thì hoàn toàn là suy đoán.
Biến đổi khí hậu là một trong những mối nguy trước mắt đối với nhân loại
Hiểu biết hiện đại của chúng ta về khoa học bắt đầu cùng lúc với người châu Âu định cư ở Bắc Mĩ, và vào cuối thế kỉ mười chín có vẻ như chúng ta đã đạt tới hiểu biết đầy đủ về vũ trụ theo cái chúng ta gọi là các định luật cổ điển. Nhưng, như chúng ta đã thấy, trong thế kỉ mười chín các quan sát bắt đầu cho thấy năng lượng xuất hiện thành từng gói rời rạc gọi là các lượng tử và một loại lí thuyết mới gọi là cơ học lượng tử đã được thiết lập bởi Max Planck và những người khác. Lí thuyết này thể hiện một bức tranh hoàn toàn khác về thực tại trong đó vạn vật không có một lịch sử đơn nhất mà có mọi lịch sử khả dĩ, mỗi lịch sử có xác suất riêng của nó. Khi người ta xét đến từng hạt vật chất, các lịch sử hạt khả dĩ phải bao gồm những quỹ đạo chuyển động nhanh hơn ánh sáng và thậm chí đi ngược dòng thời gian. Tuy nhiên, các quỹ đạo đi ngược thời gian này không hề giống các thiên thần đang khiêu vũ trên cặp cà kheo. Chúng có những hệ quả quan sát thực tế. Thậm chí cái chúng ta nghĩ là không gian trống rỗng thật ra là nhung nhúc các hạt chuyển động trong những vòng lặp khép kín trong không gian và thời gian. Nghĩa là, chúng chuyển động xuôi dòng thời gian ở một phía của vòng và đi lùi thời gian ở phía bên kia.
Cái rắc rối là bởi vì có vô số điểm trong không gian và thời gian, thành ra có vô số vòng lặp khép kín khả dĩ của các hạt. Và vô số vòng lặp khép kín của các hạt sẽ có lượng năng lượng vô cùng và làm bẻ cong không gian và thời gian thành một điểm. Ngay cả truyện khoa học giả tưởng cũng chưa từng nghĩ tới thứ gì kì lạ như vậy. Xử lí các năng lượng vô hạn này đòi hỏi một số lí giải thật sự sáng tạo, và phần nhiều công trình vật lí lí thuyết trong hai mươi năm qua đã cố tìm kiếm một lí thuyết trong đó vô số vòng lặp khép kín trong không gian và thời gian triệt tiêu nhau hoàn toàn. Chỉ khi ấy chúng ta mới có thể thống nhất thuyết lượng tử với thuyết tương đối rộng Einstein và đạt tới một lí thuyết hoàn chỉnh về các định luật cơ bản của vũ trụ.
Vậy viễn cảnh sẽ ra sao khi chúng ta khám phá bức tranh hoàn chỉnh này trong thiên niên kỉ tới? Tôi từng nói rằng chúng rất tốt, nhưng khi ấy tôi là người lạc quan. Vào năm 1980, tôi từng nói rằng tôi nghĩ có xác suất 50-50 chúng ta sẽ khám phá một lí thuyết thống nhất hoàn chỉnh trong hai mươi năm tới. Chúng ta đã có một số tiến bộ nổi bật trong quãng thời gian kể từ ấy, song lí thuyết cuối cùng hình như vẫn còn tít ngoài xa. Phải chăng Chén Thánh của vật lí học luôn luôn nằm ngoài tầm với của chúng ta? Tôi không nghĩ thế.
Lúc bắt đầu thế kỉ hai mươi, chúng ta đã hiểu sự vận hành của tự nhiên ở cấp bậc vật lí cổ điển xuống đến một phần trăm của một mili mét. Nghiên cứu về vật lí nguyên tử trong ba mươi năm đầu của thế kỉ đưa chúng ta hiểu đến cấp độ dài một phần triệu của một mili mét. Kể từ ấy, nghiên cứu về vật lí hạt nhân và năng lượng cao tiếp tục đưa chúng ta xuống những cấp độ dài nhỏ hơn một tỉ lần nữa. Có vẻ như chúng ta có thể tiếp tục khám phá những cấu trúc ở cấp bậc độ dài càng lúc càng nhỏ hơn mãi. Tuy nhiên, có một giới hạn đối với chuỗi khám phá này giống như đối với chuỗi búp bê Nga lồng vào nhau. Cuối cùng, người ta dỡ đến con búp bê nhỏ nhất, nó không thể dỡ ra thêm được nữa. Trong vật lí học, con búp bê nhỏ nhất được gọi là độ dài Planck và nó bằng một mili mét chia cho 100.000 tỉ tỉ tỉ. Chúng ta không xây dựng được những máy gia tốc hạt có thể khảo sát những độ dài nhỏ như thế. Chúng sẽ phải lớn hơn hệ Mặt Trời và chúng không có khả năng được phê duyệt trong tình hình tài chính hiện nay. Tuy nhiên, có những hệ quả của các lí thuyết của chúng ta có thể kiểm tra được bằng những máy móc khiêm tốn hơn nhiều.
Sẽ không thể nào khảo sát đến độ dài Planck trong phòng thí nghiệm được, mặc dù chúng ta có thể nghiên cứu Big Bang để có bằng chứng quan sát ở các cấp năng lượng cao hơn và độ dài ngắn hơn so với chúng ta có thể thu được trên Trái Đất. Tuy nhiên, đến một chừng mực nào đó chúng ta sẽ phải dựa trên nét đẹp và sự nhất quán toán học để tìm kiếm lí thuyết tối hậu của tất cả.
Tầm nhìn kiểu Star Trek về tương lai theo đó chúng ta đạt tới một cấp độ tiên tiến nhưng về cơ bản tĩnh tại có thể trở thành hiện thực, xét theo kiến thức của chúng ta về các định luật cơ bản chi phối vũ trụ. Song tôi không nghĩ chúng ta sẽ đạt tới một tình trạng ổn định khi chúng ta sử dụng các định luật này. Lí thuyết tối hậu sẽ không thiết đặt giới hạn nào cho tính phức tạp của các hệ mà chúng ta có thể tạo ra, và tôi nghĩ các phát triển quan trọng nhất của thiên niên kỉ mới sẽ nằm ở chính sự phức tạp này.
.
Cho đến nay, những hệ phức tạp nhất mà chúng ta có chính là cơ thể của chúng ta. Sự sống có vẻ đã khởi nguồn trong các đại dương nguyên thủy bao phủ Trái Đất hồi bốn tỉ năm trước. Làm thế nào điều này xảy ra thì chúng ta không biết. Có lẽ các va chạm ngẫu nhiên giữa các nguyên tử tạo nên các phân tử lớn có thể tự sao chép và tự lắp ráp thành những cấu trúc phức tạp hơn. Cái chúng ta biết là hồi ba tỉ rưỡi năm trước phân tử hết sức phức tạp ADN đã xuất hiện. ADN là nền tảng cho mọi dạng sống trên Trái Đất. Nó có một cấu trúc xoắn kép, giống như cầu thang xoắn ốc, được khám phá bởi Francis Crick và James Watson trong phòng thí nghiệm Cavendish ở Cambridge vào năm 1953. Hai dải xoắn kép liên kết với nhau bằng các cặp base gốc nitrogen giống như các thanh nối trên cầu thang xoắn ốc. Có bốn loại base gốc nitrogen: cytosine, guanine, adenine và thymine. Trật tự trong đó các base gốc nitrogen xuất hiện dọc theo cầu thang xoắn ốc mang thông tin di truyền cho phép phân tử ADN lắp ráp một cấu trúc xung quanh nó và tự sao chép. Khi ADN tiến hành sao chép thỉnh thoảng sẽ xảy ra các sai sót về trật tự của các base dọc theo xoắn ốc. Trong đa số trường hợp, các sai sót trong việc sao chép sẽ làm cho ADN mất khả năng tự sao chép. Các sai sót di truyền như thế, hay các đột biến như tên gọi của chúng, sẽ bị loại trừ. Nhưng trong một vài trường hợp, sai sót hay đột biến ấy sẽ làm tăng xác suất ADN sống sót và sao chép. Như thế, thông tin chứa đựng trong chuỗi base gốc nitrogen sẽ dần dần tiến hóa và tăng tính phức tạp. Sự chọn lọc tự nhiên như vậy của các đột biến được đề xuất đầu tiên bởi một người Cambrige khác, Charles Darwin, vào năm 1858, mặc dù ông không biết cơ chế gây ra nó.
Bởi sự tiến hóa sinh học về cơ bản là một sự dạo chơi ngẫu nhiên trong không gian xác suất di truyền, nên nó diễn ra rất chậm. Tính phức tạp, hay số lượng bit thông tin mã hóa trong ADN, được chi phối đại khái bởi số lượng base gốc nitrogen trong phân tử. Mỗi bit thông tin có thể được xem là đáp án cho một câu hỏi có/không. Trong khoảng hai tỉ năm đầu tiên, tốc độ tăng tính phức tạp phải vào cỡ một bit thông tin trong mỗi trăm năm. Tốc độ tăng tính phức tạp ADN dần dần nâng đến khoảng một bit mỗi năm trong vài triệu năm qua. Nhưng hiện nay chúng ta đang ở giai đoạn mở đầu của một kỉ nguyên mới trong đó chúng ta sẽ có thể tăng tính phức tạp ADN của mình mà không phải chờ đợi quá trình tiến hóa sinh học chậm chạp nữa. Đã có sự biến đổi tương đối ít ở ADN người trong 10.000 năm qua. Nhưng có khả năng chúng ta sẽ có thể thiết kế lại nó hoàn toàn trong nghìn năm tới. Tất nhiên, nhiều người sẽ nói rằng kĩ thuật di truyền trên con người nên bị cấm. Song tôi nghi ngờ khả năng họ sẽ ngăn được nó. Kĩ thuật di truyền trên thực vật và động vật sẽ được phép vì các lí do kinh tế, và ai đó sẽ cố thử nó trên con người. Trừ khi chúng ta có một trật tự thế giới toàn trị, bằng không sẽ có ai đó thiết kế con người nâng cấp ở đâu đó mà thôi.
Rõ ràng việc phát triển những con người nâng cấp sẽ gây ra những vấn đề xã hội và chính trị to lớn đối với những con người không được nâng cấp. Tôi không cổ xúy kĩ thuật di truyền ở người là thứ tốt đẹp, tôi chỉ nói rằng có khả năng nó xảy ra trong thiên niên kỉ tới, dù chúng ta có muốn hay là không. Đây là lí do tôi không tin các tác phẩm khoa học giả tưởng như Star Trek trong đó người ta về cơ bản vẫn như cũ sau 350 năm nữa trong tương lai. Tôi nghĩ chủng loài người, cùng ADN của nó, sẽ tăng tính phức tạp khá nhanh.
Bằng cách nào đó, chủng loài người cần cải thiện chất lượng tinh thần và vật chất của nó nếu muốn đương đầu với thế giới phức tạp dần xung quanh nó và đáp ứng những thách thức mới như du hành không gian. Và nó cũng cần phải tăng tính phức tạp của nó nếu các hệ thống sinh học muốn dẫn trước các hệ thống điện tử. Hiện nay, máy vi tính có ưu thế về tốc độ, nhưng chúng không biểu hiện dấu hiệu của trí thông minh. Điều này không có gì bất ngờ bởi vì các máy tính hiện nay của chúng ta kém phức tạp hơn bộ não của con sâu đất, một loài chẳng đáng lưu tâm về sức mạnh trí tuệ của nó. Thế nhưng các máy tính đại khái tuân theo một phiên bản của Định luật Moore, nó nói rằng tốc độ và mức phức tạp của chúng tăng gấp đôi sau mỗi mười tám tháng. Nó là một trong những tăng trưởng theo hàm mũ không thể cứ tiếp tục mãi mãi, và thật vậy nó đã bắt đầu chậm lại. Tuy nhiên, tốc độ cải tiến nhanh chóng có lẽ sẽ vẫn tiếp tục cho đến khi máy tính có độ phức tạp tương đương với bộ não người. Một số người nói rằng máy tính sẽ không bao giờ biểu hiện trí thông minh thật sự, dù thế nào chăng nữa. Nhưng theo tôi thì nếu các phân tử hóa học rất phức tạp có thể hoạt động ở loài người để khiến chúng thông minh, thì những mạch điện tử phức tạp không kém cũng có thể khiến máy tính hành xử theo một kiểu thông minh nào đó. Và nếu chúng thông minh thì chúng có thể tiếp tục thiết kế các máy tính còn phức tạp hơn và thông minh hơn nữa.
Đây là lí do tôi không tin vào bức tranh khoa học giả tưởng về một tương lai tiến bộ nhưng không khác xưa. Thay vậy, tôi kì vọng sự phức tạp tăng lên ở tốc độ nhanh, cả trong sinh quyển và điện tử quyển. Không phải đa số điều này sẽ xảy ra trong trăm năm tới, song đó là tất cả những cái chúng ta có thể dự báo xác thực. Vào cuối thiên niên kỉ tới, nếu chúng ta tồn tại đến khi ấy, sự thay đổi ấy sẽ là cơ bản.
Lincoln Steffens từng nói, “Tôi đã nhìn thấy tương lai và nó vận hành.” Thật ra ông đang nói về Liên Xô, đó là cái ngày nay chúng ta biết chẳng vận hành suôn sẻ gì. Tuy nhiên, tôi nghĩ trật tự thế giới hiện nay có một tương lai, song nó sẽ rất khác.
--
Hiểm họa lớn nhất đối với tương lai của hành tinh này là gì?
Đó là một vụ va chạm tiểu hành tinh – một hiểm họa mà chúng ta chẳng thể phòng tránh. Nhưng vụ va chạm tiểu hành tinh lớn gần đây nhất đã xảy ra hồi sáu mươi sáu triệu năm trước và diệt sạch loài khủng long. Một hiểm họa nhãn tiền hơn là sự biến đổi khí hậu mất kiểm soát. Sự gia tăng nhiệt độ đại dương sẽ làm tan chảy băng ở hai cực và làm giải phóng những lượng lớn carbon dioxide. Cả hai hiệu ứng có thể biến khí hậu của chúng ta thành như của Kim tinh với nhiệt độ 250 độ bách phân (482 độ Fahrenheit).
Giải đáp nhanh những câu hỏi lớn | Stephen Hawking
