|
 Bài này đề cập vấn đề tương lai có thể đoán trước được hay không và
tương lai có tùy tiện và ngẫu nhiên hay không. Trong thời cổ đại thế
giới có vẻ hơi tùy tiện. Tai họa như lũ lụt và bệnh tật có vẻ như là xảy
ra mà không có báo trước, hoặc không có lí do rõ ràng. Người nguyên thủy
thì cho rằng những hiện tượng tự nhiên như vậy là do các vị thần gây ra,
các vị thần này tính khí thất thường và kì quái. Không có cách gì có thể
đoán được hành động của các vị, và chỉ có hi vọng duy nhất để có được sự
ưu ái của các vị đó là vật tế thần. Rất nhiều người vẫn phần nào đó tin
vào điều đó và cố gắng để có được cơ may. Họ cúng tiến vài thứ nhất định
để họ có thể đạt được điểm cao trong kì thi hoặc để lấy được bằng lái
xe.
Tuy vậy, dần dần người ta phát hiện ra những qui luật nhất định trong
cách xử sự của tự nhiên. Những qui luật này rất rõ ràng trong chuyển
động của vật thể trên trời. Do đó thiên văn học là ngành khoa học đầu
tiên của loài người. Nó dự trên một cơ sở toán học chắc chắn của Newton,
cách đây hơn 300 năm, và đến bây giờ chúng ta vẫn sử dụng lí thuyết của
ông về hấp dẫn để tiên đoán chuyển động của hầu hết các vật thể trên
trời. Sau thiên văn học, các ngành khoa học khác cũng tuân theo những
qui luật tự nhiên nhất định. Điều này dẫn đến ý tưởng về quyết định luận
trong khoa học mà người đầu tiên đưa ra ý tưởng đó là một nhà khoa học
người Pháp Laplace. Theo ông thì tại một thời điểm nào đó, nếu ta biết
vị trí và vận tốc của tất cả các vật thể trong vũ trụ thì ta có thể tính
được trạng thái của chúng tại bất kì thời điểm nào trong quá khứ và
tương lai. Có một câu chuyện thế này: khi Napoleon hỏi Laplace rằng Chúa
có vai trò gì trong một thế giới như vậy? thì ông trả lời rằng “thưa
ngài tôi không cần giả thiết đó” Tôi không nghĩ rằng Laplace cho rằng
Chúa không tồn tại, chỉ là Chúa không can thiệp vào, không phá vỡ các
định luật khoa học mà thôi. Điều này cũng đúng cho mỗi nhà khoa học. Một
định luật khoa học sẽ không là một định luật khoa học nếu nó chỉ đúng
khi có một vài thế lực siêu nhiên quyết định sự vật chuyển động và không
bị can thiệp.
Ý tưởng trạng thái của vũ trụ tại một thời điểm quyết định trạng thái
của vũ trụ tại tất cả các thời điểm khác là nguyên lí trung tâm của khoa
học từ thời Laplace. Điều đó ngụ ý rằng, ít nhất về nguyên tắc, chúng ta
có thể đoán được tương lai. Tuy vậy, trên thực tiễn khả năng của chúng
ta để đoán tương lai lại hoàn toàn bị hạn chế bởi tính phức tạp của các
phương trình, và thực tế rằng các phương trình đó có một tính chất được
gọi là mật trật tự. Những ai đã từng xem phim “Công viên kỉ Jura” sẽ
biết, điều này nghĩa là một nhiễu loạn nhỏ về vị trí, có thể gây ra một
thay đổi lớn khác. Một con bướm vỗ cánh có thể gây ra mưa tại New York.
Vấn đề là điều đó không có tính lặp lại. Lần sau, con bướm vỗ cánh một
loạt những sự vật khác sẽ khác đi và cũng sẽ ảnh hưởng đến thời tiết. Do
đó dự báo thời tiết rất không đáng tin.
Thay vì những khó khăn thực tiến, chủ nghĩa quyết định luận khoa học
vẫn giữ giáo lí của mình trong suốt thế kỉ 19. Mặc dù vậy, trong thế kỉ
20, có hai xu hướng phát triển chứng tỏ lí thuyết của Laplace về tiên
đoán chính xác tương lai không thể thực hiện được. Xu hướng đầu tiên là
cơ học lượng tử, được Max Planck, một nhà vật lí người Đức, đưa ra lần
đầu tiên vào năm 1900 như là một giả thiết đặc biệt để giải thích một
nghịch lí. Theo những ý tưởng vật lí cổ điển thế kỉ 19, kể từ thời
Laplace, một vật thể nóng, như là một miếng kim loại nóng đỏ chẳng hạn
sẽ bức xạ năng lượng. Vật thể đó sẽ mất năng lượng vì bức xạ sóng radio,
sóng hồng ngoại, sóng ánh sáng nhìn thấy, sóng tử ngoại, sóng tia X,
sóng tia gamma, tất cả các loại sóng đó sẽ bị bức xạ với một tốc độ như
nhau. Điều đó không chỉ có ý nghĩa là tất cả chúng ta sẽ chết vì ung
thư da mà còn có nghĩa là tất cả mọi thứ trong vũ trụ này đều có một
nhiệt độ như nhau, mà điều này hiển nhiên là không đúng. Tuy vậy Planck
cho thấy rằng người ta có thể tránh được thảm họa đó nếu chúng ta cho
rằng lượng bức xạ không thể có giá trị bất lì liên tục mà thay vào đó
bức xạ chỉ phát ra trong một bó hay một số các giá trị gián đoạn (lượng
tử). Nó giống như là bạn không thể mua đường trong siêu thị với một
lượng bao nhiêu cũng được mà phải là một số bội của một gói đường. Năng
lượng của bó hay lượng tử trong vùng sóng tử ngoại hoặc tia X lớn hơn
trong vùng sóng hồng ngoại hoặc sóng ánh sáng nhìn thấy. Có nghĩa là trừ
vật thể rất nóng, như là mặt trời chẳng hạn, sẽ không đủ năng lượng để
phát lượng tử ở vùng sóng cực tím hoặc tia X. Điều đó giải thích tại
sao chùng ta không bị cháy nắng từ một cốc cà phê.
Plank xem ý tưởng lượng tử như là một thuật toán mà không có bất kì ý
nghĩa vật lí nào. Tuy vậy các nhà vật lí đã tìm thấy những tính chất
khác chỉ có thể được giải thích bằng khái niệm lượng tử. Ví dụ một hạt
vi mô như là một con quay tí hon, quay xung quanh trục của nó. Nhưng
việc quay đó không thể quay bất lì giá trị nào mà là bội số của một đơn
vị cơ bản. Vì đơn vị này rất nhỏ nên người ta không thể phát hiện ra
rằng một con quay bình thường quay những bước gián đoạn mà chỉ thấy nó
quay như là một quá trình liên tục. Nhưng những con quay nhỏ như nguyên
tử thì bản chất gián đoạn lại rất quant trọng.
Cũng mất một thời gian trước khi con người nhận ra ý nghĩa của tính
chất lượng tử về quyết định luận. Cho đến tận năm 1926, một nhà vật lí
người Đức khác là Werner Heisenberg chỉ ra rằng người ta không thể cùng
đo được vị trí và vận tốc của một hạt một cách chính xác được. Để xem
hạt đó đang ở đâu, người ta cần chiếu sáng hạt đó. Nhưng theo công trình
của Planck, người ta không thể dùng một lượng ánh sáng nhỏ tùy ý, mà ít
nhất là một lượng tử. Lượng tử ánh sáng đó sẽ làm nhiễu loạn hạt đó và
làm thay đổi tốc độ của hạt một cách không tiên đoán được. Để đo vị trí
của hạt một cách chính xác thì ta phải dùng một ánh sáng với bước sóng
ngắn như tia cực tím, tia X hoặc tai gamma. Nhưng cũng lại theo công
trình của Planck, những lượng tử này lại có năng lượng lớn hơn năng
lượng của ánh sáng nhìn thấy do đó chúng sẽ làm nhiễu loạn tốc độ của
hạt nhiều hơn. Và do đó, nếu ta muốn đo vị trí của hạt chính xác bao
nhiêu thì ta lại càng thu được giá trị vận tốc kém chính xác bấy nhiêu
và ngược lại. Điều này được tổng kết trong nguyên lí bất định mà
Heisenberg đã xây dựng, sự bất định về vị trí, thời gian, vận tốc của
hạt luôn lớn hơn một đại lượng gọi là hằng số Planck chia cho khối lượng
của hạt.
Nguyên lí bất định mà Heisenberg làm quan điểm của Laplace về quyết
định luận khoa học, bao gồm hiểu biết về vị trí của hạt trong vũ trụ tại
một thời điểm không còn đúng nữa. Làm thế náo mà ta có thể đoán được
tương lai khi mà ta không thể cùng đo được chính xác vị trí và vận tốc
của hạt tại thời điểm hiện tại? Không cần biết bạn có máy tính tốt the
nào, dữ liệu đầu vào không đúng thí dự đoán đầu ra cũng sẽ không đúng.
Einstein rất không thích thú với tính ngẫu nhiên rất rõ ràng của tự
nhiên. Quan điểm của ông được tổng kết trong một câu nói nổi tiếng “chúa
không chơi trò súc sắc”. Có vẻ như ông cảm thấy rằng tính bất định chỉ
là tạm thời: nhưng vẫn có một sự thực đằng sau đó, nằm trong các hạt,
xác định vị trí và tốc độ và tuân theo các định luật xác định và tuân
theo tinh thần Laplace. Chúa có thể biết sự thực này, bản chất lượng tử
của ánh sáng có thể ngăn chún ta nhìn thấy nó, ngoại trừ thông qua một
thấu kính đặc biệt.
Quan điểm của Eistein là cái bây giờ gọi là các lí thuyết biến số ẩn.
Các lí thuyết biến số ẩn có vẻ xem như là một cách rõ ràng nhất để tránh
nguyên lí bất định trong vật lí. Các lí thuyết này tạo cơ sở cho bức
tranh tinh thần về vũ trụ của rất nhiều nhà khoa học và hầu hết các nhà
triết học. Nhưng các lí thuyết đó hoàn toàn sai. Nhà vật lí người Anh,
John Bell đã phát minh một thí nghiệm có thể phân biệt được các lí
thuyết biến số ẩn. Khi thí nghiệm được tiến hành cẩn thận, các kết quả
kại không phù hợp với các biến số ẩn. Do đó có vẻ như Chúa bị trói buộc
bởi nguyên lí bất định và không thể biết được vị trí và vận tốc của hạt.
Tất cả các bằng chứng chỉ ra Eistein là một con bạc lâu năm, thả con súc
sắc mỗi dịp có thể.
Các nhà khoa học khác thì sẵn sàng hơn Eistein để biến đổi quan điểm
quyết định luận cổ điển thế kỉ thứ 19. Một lí thuyết mới được gọi là cơ
học lượng tử do Heisenberg, nhà vật lí người Áo Erwin Schroedinger, nhà
vật lí người Anh Paul Dirac đưa ra. Mặc dù cơ học lượng tử đã ra đời
được khoảng 70 năm nhưng những người dùng nó để tính toán vẫn chưa hiểu
và đánh giá đúng nó. Và nó liên quan đến chúng ta vì nó là một bức tranh
hoàn toàn khác về vũ trụ và thực tại. Trong cơ học lượng tử, vị trí và
vận tốc của hạt không xác định được chính xác nhưng thay vào đó chúng
được biểu diễn bởi cái gọi là hàm sóng. Trong mỗi điểm trong không gian
đại diện bởi một con số. Độ lớn của biên độ của hàm sóng xác định xác
suất tìm thấy hạt tại vị trí đó. Tốc độ mà tại đó hàm sóng thay đổi từ
điểm này sang điểm khác sẽ cho tốc độ của hạt. Ta có thể có một hàm
sóng mà đạt giá trị cao nhất trong một vùng rất hẹp. Tức là bất định về
vị trí là nhỏ. Nhưng hàm sóng này lại thay đổi lên và xuống rất rất
nhanh gần đỉnh của sóng. Do đó tính bất định về tốc độ là rất lớn. Tương
tự như vậy chúng ta có tính bất định về tốc độ nhỏ nhưng bất định về vị
trí lại lớn.
Hàm sóng bao gồm các thông tin về vị trí và vận tốc của hạt. Nếu bạn
biết hàm sóng tại một thời điểm thì giá trị của nó tại những thời điểm
khác được xác định bởi một phương trình gọi là phương trình
Schroedinger. Do đó ta vẫn có cái gì đó quyết định luận, nhưng nó không
phải là thứ quyết định luận mà Laplace đã hình dung. Thay vào việc có
thể đoán được vị trí và tốc độ của hạt, tất cả những điều ta đoán được
chỉ là hàm sóng mà thôi. Tức là ta chỉ có thể đoán được một nửa những
điều mà chúng ta có thể đoán được từ lí thuyết cổ điển thế kỉ 19 (vận
tốc hoặc vị trí chứ không phải cả hai). Mặc dù cơ học lượng tử dẫn tới
tính bất định, khi chúng ta cố gắng đoán vị trí và vận tốc thì chúng ta
vẫn có thể đoán được tổ hợp vị trí và vậ tốc với một tính xác định nào
đó. Tuy vậy độ bất định này có vẻ như kém đi cùng với những phát triển
mới đây. Bài toán nảy sinh vì hấp dẫn có thể làm cong không-thời gian
rất nhiều, có những vùng mà ta không quan sát.
Khá thú vị là Laplace đã viết một bái báo vào năm 1799 về vấn đề một
số ngôi sao có một trường hấp dẫn đủ mạnh mà ánh sáng không thể thoát ra
được và bị trôn vào trong ngôi sao. Thậm chí ông còn tính toán là một
ngôi sao mật độ giống như mặt trời nhưng có khối lượng lớn hơn 250 lần
có tính chất đó. Mặc dù Laplace có thể không nhận ra rằng, ý tưởng như
vậy cũng đã được một nhà vật lí người Anh, John Mitchell đưa ra 16 năm
trước đó. Cả hai ông đã cho rằng ánh sáng là các hạt có thể bị lực hấp
dẫn tác dụng và có thể rơi vào các ngôi sao. Nhưng một thí nghiệm rất
nổi tiếng do hai nhà vật lí Mĩ là Michenson và Morley vào năm 1887, cho
thấy rằng ánh sáng luôn luôn di chuyển với tốc độ 186000 dặm/giờ, không
phụ thuộc vào việc ánh sáng đó đến từ đâu. Làm thế nào mà hấp dẫn có thể
làm chậm ánh sáng được?
Điều đó rõ ràng là không thể theo các khái niệm về không-thời gian đã
được chấp nhận. Nhưng vào năm 1915 Eistein đã đưa ra lí thuyết tương đối
rộng. Theo lí thuyết này, không gian và thời gian không còn cách biệt và
không phải là những thực thể độc lập nữa. Thay vào đó chúng chỉ là các
chiều khác nhau của một thực thể duy nhất được gọi là không-thời gian.
Không-thời gian này không phẳng mà bị uốn cong bởi vật chất và năng
lượng trong không-thời gian đó. Để hiểu điều này chúng ta hãy xem một
tấm cao su, và vật thể đặt trên tấm cao su đó đại diện cho một ngôi sao.
Khối lượng của vật thể tạo ra một áp lực lên miếng cao su và vùng cao su
quanh vật thể bị cong đi. Nếu ta lăn một hòn bi lên tấm cao su thì hướng
chuyển động của hòn bi đó sẽ vị cong đi so với phương chuyển động thẳng
ban đầu. Năm 1919 nhóm quan sát người Anh, trong thì nghiệm ở Tây phi
quan sát ánh sáng từ một ngôi sao xa đi gần mặt trời trong thời điểm
nhật thực. Họ nhận ra rằng ảnh của ngôi sao bị dich chuyển đi so với vị
trí bình thường. Điều này chỉ ra rằng hướng của ánh sáng từ ngôi sao xa
đó bị uốn cong bởi không-thời gian cong gần mặt trời. Lí thuyết tương
đối được khẳng định.
Bây giờ ta đặt vật thể nặng hơn nữa và mật độ cao hơn nữa lên tấm cao
su nó sẽ kéo tấm cao su đó biến dạng nhiều hơn nữa. Cho đến một khối
lượng và kích thước tới hạn nào đó nó sẽ tạo thành một cái hố sâu không
đáy trên tấm cao su và hạt có thể rơi vào đó mà không thể quay trở lại
được. Những điều tương tự cũng xảy ra trong không-thời gian của thuyết
tương đối. Một ngôi sao sẽ làm cong và biến dạng không-thời gian gần nó,
ngôi sao càng đặc và càng lớn thì độ cong càng tăng. Nếu một ngôi sao
lớn, sau khi đốt hết năng lượng hạt nhân của nó, lạnh đi và co lại xuống
đến một kích thước tới hạn, nó sẽ tạo ra một cái hố sâu không đáy trong
không-thời gian mà ánh sáng không thể thoát ra được. Những vật thể như
vậy được gọi là những hố đen, do một nhà vật lí người Mĩ John Weeler,
người đầu tiên nhận ra tầm quan trọng và vấn đề mà các hố đen đặt ra.
Cái tên đó nhanh chóng được chấp nhận. Người Mĩ gợi ý một cái gì đó tối
và bí ẩn trong khi đó người Anh đã liên hệ với “hố đen ở Calcuta”. Nhưng
người Pháp, tính cách Pháp, nhìn thấy một ý nghĩa “risqué” hơn. Rất
nhiều năm họ cho rằng cái tên “trou noir” là tầm thường. Và cuối cùng họ
cũng phải chấp nhận cái tên đó. Người phản đối một cái tên như vậy có
phải là người thắng cuộc không?
Bây giờ chúng ta đã quan sát về các hố đen trong rất nhiều các vật
thể, từ hệ sao đôi đến tâm thiên hà. Nói chung bây giờ người ta chấp
nhận sự tồn tại của hố đen. Nhưng ngoài khía cạnh là đối tượng cho những
chuyện khoa học viễn tưởng, ý nghĩa của các hố đen đối với quyết định
luận khoa học như thế nào? Câu trả lời nằm trong miếng giấy gián trước
cửa văn phòng của tôi: “những hố đen là hoàn toàn đen”. Không chỉ có
những hạt và nhà du hành vũ trụ không may mắn nếu rơi vào hố đen sẽ
không bao giờ quay trở lại được, và cả những thông tin mà họ mang cũng
sẽ bị mất mãi mãi, ít nhất là mất đối với vùng vụ trụ của chúng ta. Bạn
có thể ném một cái TV, một chiếc nhẫn kim cương hay kẻ thù nguy hiểm
nhất của bạn vào hố đen, và tất cả những điều mà hố đen sẽ nhớ là tổng
khối lượng và trạng thái quay. John Weeler gọi như thế này “hố đen không
có tóc”. Đối với người Pháp, điều này khẳng định tính nghi ngờ của họ.
Khi mà người ta nghĩ rằng những hố đen tiếp tục tồn tại mãi mãi, thì
việc mất thông tin có vẻ như không thành vấn đề gì. Người ta có thể nói
thông tin vẫn tồn tại trong lòng hố đen. Chỉ có điều là từ bên ngời hố
đen người ta không thể nói được nó là gì mà thôi. Tuy vậy tình huống sẽ
thay đổi khi tôi phát hiện ra là hố đen không phải là hoàn toàn đen. Cơ
học lượng tử buộc hố đen phát các hạt và bức xạ với một tốc độ đều đặn.
Điều này làm cho tôi và những người khác cực kì ngạc nhiên. Nhưng sau
khi đó thì mọi thứ rất rõ ràng. Điều chúng tôi nghĩ là chân không không
phải là trống rỗng mà được lấp đầy bởi các hạt và phản hạt. Những hạt và
phản hạt này sinh ra trong một điểm của không-thời gian tách khỏi nhau
rồi lại hủy nhau. Những hạt và phản hạt này xuất hiện do một trường
(khác không) do ánh sáng hoặc hấp dẫn mang tới. Điều đó có nghĩa là giá
trị của trường có vị trí chính xác và tốc độ hoặc tốc độ thay đổi chính
xác. Điều này lại mâu thuẫn với nguyên lí bất định đòi hỏi một hạt không
thể có đồng thời cả vị trí và tốc độ một cách chính xác. Do đó tất cả
các trường đều có một cái gọi là thăng giáng chân không. Do đặc tính
lượng tử của tự nhiên, ta có thể giả thích những thăng giáng chân không
này dựa vào khái niệm hạt và phản hạt mà tôi đã mô tả ở trên.
Những cặp hạt xuất hiện trong tất cả những biến đổi của các hạt cơ
bản. Chúng được gọi là những hạt ảo, vì thậm chí chúng xuất hiện trong
chân không chúng ta cũng không thể dùng các máy đo hạt để đo chúng một
cách trực tiếp. Tuy vậy những hiệu ứng gián tiếp của các hạt ảo hoặc
thăng gián chân không được quan sát trong rất nhiều thí nghiệm, và sự
tồn tại của chúng được khẳng định. Xung quanh một hố đen, một thành phần
của cặp hạt và phản hạt bị rơi vào hố đen, để lại hạt kia không có bạn
đồng hành và không bị hủy. Hạt bị bỏ rơi này cũng có thể bị rơi vào
trong hố đen nhưng nó cũng có thể thoát ra một khoảng cách xa hơn khỏi
hố đen để trở thành hạt thực và có thể đo được bằng máy đo hạt. Đối với
người quan sát đứng xa hố đen thì sẽ thấy các hạt đó được phát ra từ hố
đen.
Điều đó giải thích tại sao hố đen không phải là hoàn toàn đen, cũng
cần thấy rằng sự phát xạ phụ thuộc vào kích thước của hố đen và tốc độ
quay của nó. Nhưng bởi vì hố đen không có tóc, theo như thuật ngữ của
Weeller, bức xạ không phụ thuộc vào những cái rơi vào hố đen. Không quan
trọng bạn ném một cái TV, chiếc nhẫn kim cương hay kẻ thù nguy hiểm của
bạn vào hố đen, những thứ thoát ra luôn luôn là giống nhau.
Vậy thì những điều đó liên hệ gì với quyết định luận, liên hệ gì với
chủ đề mà bài viết này đề cập. Điều cho thấy ở đây là những trạng thái
đầu vào như TV, nhẫn kim cương và thậm chí con người cũng chỉ có chung
một kết cục, ít nhất là đối với người quan sát bên ngoài hố đen. Nhưng
trong bức tranh của Laplace về quyết định luận thì có một mối liên hệ
một – một về trạng thái đầu và trạng thái cuối. Nếu bạn biết trạng thái
của vũ trụ tại một thời điểm trong quá khứ, thì bạn có thể tiên đoán
được tương lai. Tương tự như vậy nếu bạn biết được tương lai thì bạn có
thể tính toán được những việc đã xảy ra trong quá khứ. Sự ra đời của cơ
học lượng tử vào những năm 20 đã làm giảm một nửa khả năng tiên đoán
tương lai, nhưng vẫn tồn tại mối liên hệ một – một giữa các trạng thái
của vũ trụ tại các thời điểm khác nhau. Nếu con người có thể biết hàm
sóng tại một thời điểm thì có thể tính được hàm sóng tại bất kì thời
điểm nào.
Tuy vậy với các hố đen, tình trạng lại khó khăn hơn. Tất cả mọi thứ
sẽ có cùng một kết cục không phụ thuộc vào những thứ bạn ném vào hố đen
đó. Do đó không tồn tại mối quan hệ một – một giữa trạng thái đầu và
cuối bên ngoài hố đen. Nhưng vẫn có một mối liên hệ một – một giữa các
trạng thái đầu và cuối bên trong và bên ngoài hố đen. Nhưng điểm quan
trọng đó là sự phát xạ của các hạt và sóng bởi hố đen sẽ làm cho hố đen
mất năng lượng và trở nên nhỏ đi. Thậm chí hố đen có thể giảm đến không
và sẽ biến mất. Sau đó thì điều gì sẽ xảy ra đối với các vật thể rơi vào
hố đen, với tất cả những người nhảy vào hoặc bị đẩy vào đó ? Họ không
thể nhảy ra được bởi vì không có đủ năng lượng hoặc khối lượng còn lại
trong hố đen để gửi họ trở lại. Họ có thể sẽ đi đến một vũ trụ khác,
nhưng đối với chúng ta, những người đủ không ngoan để không nhảy vào hố
đen, việc đi vào một vũ trụ khác hay không chẳng có gì khác biệt. Thậm
chí những thông tin về những vật thể rơi vào hố đen cũng không thể thoát
ra được và cuối cùng thì hố đen biến mất. Thông tin không thể được
truyền đi một cách tự do giống như những thông tin điện thoại của bạn .
Truyền thông tin cần một năng lượng nhất định, và khi hố đen biến mất
thì nó không có đủ năng lượng để truyền thông tin được nữa.
Tất cả những điều nói trên có nghĩa là đối với những người quan sát
trong vùng vũ trụ của chúng ta, thông tin bị biến mất hoàn toàn khi hố
đen hình thành và biến mất. Việc mất thông tin có nghĩa là chúng ta sẽ
tiên đoán được ít hơn những điều chúng ta nghĩ dựa trên cơ sở của lí
thuyết lượng tử. Trong lí thuyết lượng tử, người ta có thể đoán được vận
tốc và vị trí của hạt với một độ tin cậy nhất định vì vẫn còn đoán được
tổ hợp giữa vị trí và vận tốc. Nhưng trong trường hợp hố đen, việc tiên
đoán nói trên được thực hiện cho cả hạt và phản hạt. Nhưng chúng ta chỉ
có thể đo được hạt phát ra mà thôi. Thậm chí cả về nguyên tắc ta cũng
không có cách nào có thể đo được hạt rơi vào hố đen. Dó đó ta có thể nói
rằng hạt bị rơi vào hố đen đó có thể ở bất kì trạng thái nào. Điều này
nghĩa là không thể đoán được chắc chắn về hạt thoát ra khỏi hố đen (vì
ta chỉ có thể đoán được trạng thái của cặp hạt, một thành phần của nó
rơi vào hố đen thì không thể biết, do đó không thể biết thành phần còn
lại. Ví dụ : xy = 2, nếu x = 2 thì y = 1, còn nếu x không biết thì cũng
không biết y, - Dạ Trạch). Chúng ta có thể tính được xác suất mà hạt có
vị trí này hoặc tốc độ kia. Nhưng không có mối liên hệ giữa vị trí và
vận tốc của hạt đang xem xét vì mối liên hệ đó lại phụ thuộc vào hạt
khác mà ta không thể quan sát được (hạt rơi vào hố đen – Dạ Trạch). Do
đó Eistein có vẻ như sai khi nói « Chúa không chơi trò súc sắc ». Không
chỉ Chúa chơi trò súc sắc mà thỉnh thoảng Chúa còn làm cho chúng ta lẫn
lộn bằng việc reo con súc sắc ở nơi mà chúng ta không thấy được.
Rất nhiều nhà khoa học giống như Eistein tin tưởng sâu sắc vào quyết
định luận. Nhưng không như Eistein, họ chấp nhận việc giảm khả năng tiên
đoán mà thuyết lượng tử đã chỉ ra. Nhưng như thế cũng nhiều rồi, họ
không thích giảm thêm nữa như hố đen đã cho thấy. Do đó họ cho rằng
thông tin không bị mất xuống hố đen nhưng họ cũng không tìm được cơ chế
cho thông tin quay trở lại. Đó là niềm tin của một con chiên ngoan đạo
chung thủy với vũ trụ được an bài do Laplace đã tạo ra. Vũ trụ không xử
sự như người ta đã từng nghĩ. Vũ trụ tiếp tục làm cho chúng ta ngạc
nhiên.
Ta có thể nghĩ rằng quyết định luận bị phá vỡ ở gần hố đen là không
quan trọng vì chúng ta ở cách xa hố đen gần nhất vài năm ánh sáng. Nhưng
nguyên lí bất định ngụ ý rằng tất cả các vùng không gian có thể tràn đầy
những hố đen nhỏ không nhìn thấy có thể xuất hiện rồi lại mất đi. Ta sẽ
nghĩ rằng các hạt và thông tin có thể rơi vào những hố đen này và sẽ bị
mất đi. Vì những hố đen như thế rất nhỏ, hàng trăm tỉ tỉ lần nhỏ hơn hạt
nhân của nguyên tử nên tốc độ thông tin mất đi là rất nhỏ. Do đó, các
định luật khoa học trở nên có tính quyết định. Nhưng trong những trường
hợp tới hạn, như vũ trụ thủa ban đầu, hay va chạm của hạt năng lượng cao
, thì sự mất thông tin trở nên đáng kể. Điều đó dẫn đến tính không thể
tiên đoán trong sự phát triển của vũ trụ.
Tóm lại, vấn đề tôi đã nói là vũ trụ phát triển theo một cách tùy ý hay
một cách có thể đoán trước được. Theo quan điểm cổ điển từ thời Laplace, thì
tương lai của các hạt được xác định hoàn toàn nếu ta biết vị trí và vận tốc
của hạt tại một thời điểm nào đó. Quan điểm này bị thay đổi khi Heisenberg
đưa ra nguyên lí bất định cho rằng không thể đoán được chính xác vị trí và
vận tốc của hạt. Tuy vậy vẫn có thể đoán được tổ hợp vị trí và vận tốc.
Nhưng thậm chí việc tiên đoán khiêm tốn này cũng biến mất khi tính đến tác
động của hố đen. Việc mất hạt và thông tin vào hố đen đồng nghĩa với việc
các hạt thoát ra là ngẫu nhiên. Người ta có thể tính được xác suất chứ không
thể tính chính xác. Do đó tương lai của vũ trụ không phải hoàn toàn được xác
định bởi các định luật khoa học và trạng thái vũ trụ hiện tại như Laplace đã
từng nghĩ. Chúa vẫn tiếp tục trò chơi súc sắc với chúng ta.
Nguyên văn tiếng Anh
Does God Play Dice?
Stephen Hawking
Người dịch: Dạ Trạch
|
Gửi bài này cho bạn bè