Phạm Thanh Bình
Writer
Khoa học là con đường để con người hiểu biết về thế giới và vạn vật trong vũ trụ, giải thoát con người khỏi u mê, vô minh, nhận thức thực sự giá trị của con người là sự sống thông minh. Trước khi con người bước vào thời đại khoa học, hiểu biết của chúng ta về thế giới về cơ bản là trống rỗng, trong mắt người xưa, các hiện tượng tự nhiên như gió, mưa, sấm sét đều là những thứ do thần linh làm chủ.
Chính vì sự thiếu hiểu biết của người cổ đại về các hiện tượng tự nhiên nên họ sợ hãi tự nhiên. Mãi cho đến khi loài người dấn thân vào con đường khoa học, dưới sự dẫn dắt của khoa học, chúng ta mới dần dần khám phá ra một số sự thật về tự nhiên, biết rằng đằng sau chúng không có cái gọi là thần thánh vận hành, mọi thứ đều là sản phẩm của các quy luật khoa học.
Có rất nhiều ngành trong ngôi đền khoa học, trong số đó, vật lý là một môn vĩ đại nhất. Để hiểu được những bí ẩn của vạn vật trên thế giới và những bí ẩn của vũ trụ, chúng ta cần vận dụng các định luật vật lý, và chính bước nhảy vọt trong vật lý học của con người đã khiến nền văn minh nhân loại đạt được bước nhảy vọt về chất. Vật lý là một cách quan trọng để con người khám phá vũ trụ với những sinh vật nhỏ bé.
Chính vì tầm quan trọng của vật lý đối với việc khám phá vũ trụ của con người mà các nhà khoa học vĩ đại nổi tiếng thế giới về cơ bản đều là nhà vật lý. Ví dụ như Newton, Einstein, Hawking… chính sự xuất hiện của những nhà vật lý vĩ đại này đã khiến cho sự khám phá khoa học của nhân loại tiến lên. Galileo mở ra cánh cửa vật lý, Newton đặt nền móng cho cơ học, giúp chúng ta bước đầu hiểu được vũ trụ và các thiên thể, còn Einstein mở ra cánh cửa không gian và thời gian, giúp chúng ta hiểu sâu hơn về những bí mật của vũ trụ.
Bên cạnh những lý thuyết vật lý nghiên cứu bản chất của sự vật vĩ mô ở trên, con người đã bước đầu bước vào cánh cửa của thế giới vi mô, và ngành khoa học nghiên cứu những bí ẩn của thế giới vi mô được gọi là cơ học lượng tử, là hướng khoa học mà các nhà vật lý hướng tới tập trung trong thế kỷ 21.
Trong quá trình khám phá vĩ mô và vi mô, các nhà vật lý cũng đã phát hiện ra một số lý thuyết vật lý làm đảo lộn nhận thức của chúng ta và một số trong số đó đã được xác nhận. Mặc dù vậy, nhiều người vẫn cảm thấy khó chấp nhận nó, tại sao một số người chỉ không muốn chấp nhận một lý thuyết vật lý đã được chứng minh? Để hiểu câu hỏi này, trước tiên chúng ta hãy xem xét ba lý thuyết vật lý đã lật đổ nhận thức.
Theo lý thuyết này, tốc độ ánh sáng là một hằng số và không thay đổi. Thêm bất kỳ tốc độ nào vào tốc độ ánh sáng chỉ mang lại tốc độ ánh sáng. Điều kỳ lạ hơn nữa là tốc độ ánh sáng hóa ra lại là tốc độ vật chất nhanh nhất trong vũ trụ. Không vật thể nào có khối lượng có thể đạt tới tốc độ ánh sáng.
"Nguyên tắc bất biến của tốc độ ánh sáng" có đúng không? Các nhà khoa học đã xác nhận tính đúng đắn của nó thông qua rất nhiều cuộc kiểm chứng, và quả thực đã phát hiện ra rằng những vật thể có khối lượng không bao giờ có thể đạt được vận tốc. Kết quả thực như vậy khiến người ta khó có thể tiếp nhận, tại sao lại như vậy?
Trong nhận thức của chúng ta, tốc độ là vô hạn, miễn là con tàu vũ trụ có thể được cung cấp năng lượng vô hạn, thì tốc độ có thể được gia tốc vô hạn. Tuy nhiên, kết quả của thí nghiệm cho chúng ta biết rằng tốc độ không thể tăng lên vô hạn và nó cũng có giới hạn, đó là tốc độ ánh sáng.
Đối với chúng ta, tốc độ ánh sáng là tốc độ cực nhanh, nhưng đối với vũ trụ bao la, nó chỉ có thể coi là tốc độ rùa bò. Đường kính của Dải Ngân hà là 100.000 năm ánh sáng và sẽ mất 100.000 năm để đi ra ngoài với tốc độ ánh sáng. Dải Ngân hà chỉ là một hạt bụi đối với vũ trụ bao la, hiện tại phạm vi quan sát của con người là khoảng 93 tỷ năm ánh sáng, nếu nó di chuyển với tốc độ ánh sáng thì sẽ mất 93 tỷ năm để đi ra ngoài.
93 tỷ năm, thật là một con số khiến con người tuyệt vọng, cho nên tốc độ ánh sáng là tốc độ cực hạn trong vũ trụ, con người không thể chấp nhận được, nó hạn chế tốc độ khám phá vũ trụ của con người, nếu tốc độ ánh sáng không thể đột phá , điều đó có nghĩa là con người sẽ bị mắc kẹt mãi mãi trong một không gian hạn chế. Và không gian hạn chế có nghĩa là tài nguyên hạn chế, không có tài nguyên, nền văn minh nhân loại sẽ đi đến hồi kết.
Cái gọi là sự chồng chất lượng tử có nghĩa là một hệ lượng tử có thể ở trạng thái chồng chất của các trạng thái lượng tử khác nhau. Lý thuyết "con mèo của Schrödinger" nổi tiếng đã từng được diễn đạt một cách sinh động là "một con mèo có thể vừa sống vừa chết cùng một lúc".
Làm thế nào một con mèo có thể vừa sống vừa chết? Điều này hoàn toàn không thể xảy ra trong thế giới vĩ mô, nhưng trong cơ học lượng tử, hiện tượng kỳ lạ này thực sự tồn tại. Trong thế giới vĩ mô của chúng ta, khi các trạng thái của sự vật ở cùng một thời điểm và không gian thì chúng chỉ có thể tồn tại ở một trạng thái, ví dụ bạn đứng bên trái thì bên phải sẽ không có bạn, khi bạn đứng còn sống, cái chết sẽ không xuất hiện và bạn Khi rẽ trái, bạn không đồng thời rẽ phải.
Không thể có hai trạng thái hoàn toàn khác nhau tồn tại đồng thời trong thế giới vĩ mô, nhưng điều không thể này lại có thể xảy ra trong thế giới lượng tử. Trong thế giới lượng tử, trạng thái bạn đứng bên trái và trạng thái bạn đứng bên phải có thể tồn tại đồng thời, trạng thái bạn sống và trạng thái bạn chết có thể tồn tại đồng thời. Điều này có vẻ rất kỳ lạ phải không? Mặc dù kết quả này rất khó để mọi người chấp nhận, nhưng hiện tượng này đã được khoa học xác nhận.
Cho dù bạn có cố gắng bao nhiêu lần đi chăng nữa thì vẫn có một bức tường trước mặt bạn mà bạn sẽ không bao giờ có thể vượt qua được. Ở thế giới vĩ mô không thể xuyên tường, vậy thế giới lượng tử vi mô thì sao? Những điều không thể xảy ra trong thế giới vĩ mô lại một lần nữa được dàn dựng trong thế giới vi mô.
Qua nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng trong thế giới lượng tử, các hạt có thể xuyên qua các bức tường và không gì có thể ngăn các hạt di chuyển tự do. Mà vật vĩ mô cũng là cấu thành từ các hạt vi mô, vì hạt có thể xuyên qua tường, nên trên lý thuyết vật vĩ mô cũng có thể xuyên qua tường.
Đúng vậy, từ xác suất góc độ mà nói, vĩ mô vật thể cũng có nhất định xuyên tường xác suất, tỷ như thân thể người cũng có nhất định xuyên tường xác suất. Nhưng nó hầu như không thể xảy ra trong thế giới thực. Lý do là xác suất của nó quá thấp khiến chúng ta thất vọng, nó là một giá trị vô cùng gần bằng không.
Đường hầm lượng tử khó được chấp nhận vì nó phá vỡ khái niệm cơ học cổ điển. Các nhà khoa học tin rằng nó có thể liên quan đến nguyên lý bất định. Hiệu ứng đường hầm lượng tử cũng khiến các nhà khoa học nghĩ rằng bản chất của vũ trụ có thể là "không chắc chắn", hơn là vũ trụ có trật tự như chúng ta thấy.
Ba điều trên là những lý thuyết vật lý đã được các nhà khoa học xác nhận và con người khó chấp nhận. Mỗi người trong số họ phản ánh sự phi thường và bí ẩn, đồng thời, nó cũng cho phép chúng ta nhìn thấy những thiếu sót của công nghệ loài người, sự tồn tại là hợp lý và tuân theo các quy luật khoa học. Sở dĩ chúng ta không hiểu được, chủ yếu là bởi vì thực lực khoa học kỹ thuật của nhân loại còn tương đối lạc hậu, đứng trước vũ trụ, lý luận khoa học hiện tại của nhân loại hoàn toàn không có ý nghĩa gì.
Có rất nhiều ngành trong ngôi đền khoa học, trong số đó, vật lý là một môn vĩ đại nhất. Để hiểu được những bí ẩn của vạn vật trên thế giới và những bí ẩn của vũ trụ, chúng ta cần vận dụng các định luật vật lý, và chính bước nhảy vọt trong vật lý học của con người đã khiến nền văn minh nhân loại đạt được bước nhảy vọt về chất. Vật lý là một cách quan trọng để con người khám phá vũ trụ với những sinh vật nhỏ bé.
Chính vì tầm quan trọng của vật lý đối với việc khám phá vũ trụ của con người mà các nhà khoa học vĩ đại nổi tiếng thế giới về cơ bản đều là nhà vật lý. Ví dụ như Newton, Einstein, Hawking… chính sự xuất hiện của những nhà vật lý vĩ đại này đã khiến cho sự khám phá khoa học của nhân loại tiến lên. Galileo mở ra cánh cửa vật lý, Newton đặt nền móng cho cơ học, giúp chúng ta bước đầu hiểu được vũ trụ và các thiên thể, còn Einstein mở ra cánh cửa không gian và thời gian, giúp chúng ta hiểu sâu hơn về những bí mật của vũ trụ.
Bên cạnh những lý thuyết vật lý nghiên cứu bản chất của sự vật vĩ mô ở trên, con người đã bước đầu bước vào cánh cửa của thế giới vi mô, và ngành khoa học nghiên cứu những bí ẩn của thế giới vi mô được gọi là cơ học lượng tử, là hướng khoa học mà các nhà vật lý hướng tới tập trung trong thế kỷ 21.
Trong quá trình khám phá vĩ mô và vi mô, các nhà vật lý cũng đã phát hiện ra một số lý thuyết vật lý làm đảo lộn nhận thức của chúng ta và một số trong số đó đã được xác nhận. Mặc dù vậy, nhiều người vẫn cảm thấy khó chấp nhận nó, tại sao một số người chỉ không muốn chấp nhận một lý thuyết vật lý đã được chứng minh? Để hiểu câu hỏi này, trước tiên chúng ta hãy xem xét ba lý thuyết vật lý đã lật đổ nhận thức.
1. Sự bất biến của vận tốc ánh sáng
Tốc độ là một trọng số quan trọng để con người khám phá những bí ẩn của thế giới và khám phá vũ trụ, không có lợi thế về tốc độ, chúng ta không thể đi khắp trái đất chứ đừng nói đến việc đi ra khỏi trái đất để khám phá ban đầu vũ trụ. Vì vậy, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu sự đột phá của tốc độ, mà thuyết tương đối hẹp của Einstein đã đề xuất “nguyên lý bất biến của tốc độ ánh sáng”.Theo lý thuyết này, tốc độ ánh sáng là một hằng số và không thay đổi. Thêm bất kỳ tốc độ nào vào tốc độ ánh sáng chỉ mang lại tốc độ ánh sáng. Điều kỳ lạ hơn nữa là tốc độ ánh sáng hóa ra lại là tốc độ vật chất nhanh nhất trong vũ trụ. Không vật thể nào có khối lượng có thể đạt tới tốc độ ánh sáng.
"Nguyên tắc bất biến của tốc độ ánh sáng" có đúng không? Các nhà khoa học đã xác nhận tính đúng đắn của nó thông qua rất nhiều cuộc kiểm chứng, và quả thực đã phát hiện ra rằng những vật thể có khối lượng không bao giờ có thể đạt được vận tốc. Kết quả thực như vậy khiến người ta khó có thể tiếp nhận, tại sao lại như vậy?
Đối với chúng ta, tốc độ ánh sáng là tốc độ cực nhanh, nhưng đối với vũ trụ bao la, nó chỉ có thể coi là tốc độ rùa bò. Đường kính của Dải Ngân hà là 100.000 năm ánh sáng và sẽ mất 100.000 năm để đi ra ngoài với tốc độ ánh sáng. Dải Ngân hà chỉ là một hạt bụi đối với vũ trụ bao la, hiện tại phạm vi quan sát của con người là khoảng 93 tỷ năm ánh sáng, nếu nó di chuyển với tốc độ ánh sáng thì sẽ mất 93 tỷ năm để đi ra ngoài.
93 tỷ năm, thật là một con số khiến con người tuyệt vọng, cho nên tốc độ ánh sáng là tốc độ cực hạn trong vũ trụ, con người không thể chấp nhận được, nó hạn chế tốc độ khám phá vũ trụ của con người, nếu tốc độ ánh sáng không thể đột phá , điều đó có nghĩa là con người sẽ bị mắc kẹt mãi mãi trong một không gian hạn chế. Và không gian hạn chế có nghĩa là tài nguyên hạn chế, không có tài nguyên, nền văn minh nhân loại sẽ đi đến hồi kết.
2. Sự chồng chất lượng tử kỳ lạ
Chúng ta đều biết rằng có một thế giới vi mô đằng sau thế giới vĩ mô, và khoa học về thế giới vi mô được gọi là cơ học lượng tử, trong cơ học lượng tử, có nhiều hiện tượng lật đổ lý thuyết vĩ mô, chẳng hạn như Lượng tử kỳ lạ sự chồng chất.Cái gọi là sự chồng chất lượng tử có nghĩa là một hệ lượng tử có thể ở trạng thái chồng chất của các trạng thái lượng tử khác nhau. Lý thuyết "con mèo của Schrödinger" nổi tiếng đã từng được diễn đạt một cách sinh động là "một con mèo có thể vừa sống vừa chết cùng một lúc".
Làm thế nào một con mèo có thể vừa sống vừa chết? Điều này hoàn toàn không thể xảy ra trong thế giới vĩ mô, nhưng trong cơ học lượng tử, hiện tượng kỳ lạ này thực sự tồn tại. Trong thế giới vĩ mô của chúng ta, khi các trạng thái của sự vật ở cùng một thời điểm và không gian thì chúng chỉ có thể tồn tại ở một trạng thái, ví dụ bạn đứng bên trái thì bên phải sẽ không có bạn, khi bạn đứng còn sống, cái chết sẽ không xuất hiện và bạn Khi rẽ trái, bạn không đồng thời rẽ phải.
3. Hiện tượng đường hầm lượng tử
Hiện tượng đường hầm lượng tử cũng là một hiện tượng kỳ diệu trong thế giới lượng tử, tôi tin rằng nhiều bạn từng nhiều lần gặp giấc mơ này trong đời: đó là họ có thể tự do xuyên qua các bức tường một cách kỳ diệu, siêu năng lực xuyên tường cũng được thể hiện trong một số bộ phim, vì vậy trong thế giới thực, ai đó có thể làm điều đó? Câu trả lời là không.Cho dù bạn có cố gắng bao nhiêu lần đi chăng nữa thì vẫn có một bức tường trước mặt bạn mà bạn sẽ không bao giờ có thể vượt qua được. Ở thế giới vĩ mô không thể xuyên tường, vậy thế giới lượng tử vi mô thì sao? Những điều không thể xảy ra trong thế giới vĩ mô lại một lần nữa được dàn dựng trong thế giới vi mô.
Qua nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng trong thế giới lượng tử, các hạt có thể xuyên qua các bức tường và không gì có thể ngăn các hạt di chuyển tự do. Mà vật vĩ mô cũng là cấu thành từ các hạt vi mô, vì hạt có thể xuyên qua tường, nên trên lý thuyết vật vĩ mô cũng có thể xuyên qua tường.
Đúng vậy, từ xác suất góc độ mà nói, vĩ mô vật thể cũng có nhất định xuyên tường xác suất, tỷ như thân thể người cũng có nhất định xuyên tường xác suất. Nhưng nó hầu như không thể xảy ra trong thế giới thực. Lý do là xác suất của nó quá thấp khiến chúng ta thất vọng, nó là một giá trị vô cùng gần bằng không.
Đường hầm lượng tử khó được chấp nhận vì nó phá vỡ khái niệm cơ học cổ điển. Các nhà khoa học tin rằng nó có thể liên quan đến nguyên lý bất định. Hiệu ứng đường hầm lượng tử cũng khiến các nhà khoa học nghĩ rằng bản chất của vũ trụ có thể là "không chắc chắn", hơn là vũ trụ có trật tự như chúng ta thấy.
Ba điều trên là những lý thuyết vật lý đã được các nhà khoa học xác nhận và con người khó chấp nhận. Mỗi người trong số họ phản ánh sự phi thường và bí ẩn, đồng thời, nó cũng cho phép chúng ta nhìn thấy những thiếu sót của công nghệ loài người, sự tồn tại là hợp lý và tuân theo các quy luật khoa học. Sở dĩ chúng ta không hiểu được, chủ yếu là bởi vì thực lực khoa học kỹ thuật của nhân loại còn tương đối lạc hậu, đứng trước vũ trụ, lý luận khoa học hiện tại của nhân loại hoàn toàn không có ý nghĩa gì.
