Sách » Khoa Học » Lịch sử các phát minh

Lịch sử và tiến hóa Vũ trụ

Giáo sư là người đo đạc vũ trụ, vậy ông có thể nói chúng ta có vị trí như thế nào trong vũ trụ? Và, đối với bản thân ông, ông cảm thấy mình có vai trò gì trong một tổng thể các kiến trúc siêu vĩ của tự nhiên trong mỗi lần giao hoà với cả một vũ trụ bao la?

Đối với tôi, vũ trụ sẽ không có ý nghĩa gì nếu không có một người quan sát tồn tại để đánh giá vẻ đẹp thánh thiện và sự hài hoà của nó. Vũ trụ học hiện đại đã làm mờ nhạt một cách đáng kể vị trí của con người trong vũ trụ. Kể từ năm 1543, khi Nicolas Copernic (1473 - 1543) trục xuất con người khỏi vị trí trung tâm của vũ trụ. Những khám phá thiên văn đương đại cũng không ngừng làm suy giảm thêm chỗ đứng của con người trong vũ trụ bao la này. Không những chỉ có các hành tinh không ở trung tâm của Hệ Mặt trời, mà tất cả các ngôi sao cũng thế. Mặt trời cũng chỉ là một trong tỷ ngôi sao của Dải Ngân Hà. Và đến lượt mình, thiên hà Ngân Hà cũng chỉ là một thành viên bình thường trong hàng trăm tỷ thiên hà khác trong vũ trụ mà chúng ta quan sát được. Không chỉ có thế, ngày nay chúng ta đã khám phá ra rằng, 96% khối lượng và năng lượng của vũ trụ không phải là vật chất bình thường (proton và neutron), những chất liệu đã cấu tạo nên cơ thể của chúng ta. Con người đã thu nhỏ lại không chỉ trong không gian mà còn cả về mặt thời gian. Nếu ví 14 tỷ năm của vũ

Nicolas Copernic Jacques Monod

trụ như 1 năm, thì con người đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất chỉ vào thời điểm 10 giờ 30 phút ngày 31 tháng 12 (khoảng 2 triệu năm trước, ở một nơi nào đó ở Châu Phi). Có nên tuyệt vọng hay không một khi chúng ta cảm thấy mình hình như rất vô nghĩa trước vũ trụ? Và như thế, có nên chấp nhận quan điểm của nhà sinh học người Pháp đoạt giải Nobel, Jacques Monod (1910-1976), cho rằng “con người xuất hiện một cách tình cờ trong vũ trụ vốn dĩ cũng rất lạnh lùng và dửng dưng”, hay như nhà Vật lý đoạt giải Nobel người Mỹ, “Chúng ta càng hiểu biết về vũ trụ chừng nào, hình như càng thấy vô nghĩa thêm chừng nấy”? Tôi thì không nghĩ như thế. Cho đến khi chúng ta tiếp xúc được với một nền văn minh nào đó ngoài địa cầu, Con Người vẫn còn đóng một vai trò quan trọng, đó là mang cho vũ trụ một ý nghĩa.  

Điều gì đã thôi thúc ông chọn thiên văn học làm mục tiêu theo đuổi? Khi 19 tuổi, ông đã được tiếp xúc với kính thiên văn lớn nhất thế giới lúc bấy giờ trên đỉnh Palomar. Đó có phải là cú hích quyết định sự lựa chọn thiên hướng khoa học của ông?

Murray Gell-Mann Richard Feynman
 Arno PenziasRobert Wilson

Năm 1967, tôi đặt chân đến Caltech để bắt đầu cho những năm học đại học của mình. Tôi thực sự muốn trở thành một nhà vật lý. Đây đúng là thiên đường của khoa học với những nhà vật lý lỗi lạc nhất đoạt giải Nobel như Richard Feynman, một trong những trụ cột của điện động lực học lượng tử. Murray Gell-Mann (sinh1929, Nobel 1969), người đã phát minh ra hạt quark. Tuy nhiên, trong những năm tiếp đó, tôi thực sự đã bị cuốn hút nhiều hơn đối với vật lý thiên văn. Những năm 60 đúng là thời đại hoàng kim của thiên văn học với một vụ mùa bội thu những khám phá vĩ đại trong lịch sử khoa học vũ trụ. Quasar, những thiên thể xa nhất và cũng sáng nhất được biết trong vũ trụ đã được khám phá bi Marteen Schmidt, một trong những giáo sư thiên văn của tôi. Rồi, bức xạ nền viba, những tàn dư của Vụ nổ lớn, được khám phá vào năm 1965 bởi Arno Penzias và Robert Wilson làm việc ở phòng thí nghiệm Bell telephone. Arno Penzias cũng là một thầy giáo của tôi khi tôi làm Ph. D ở Đại học Princeton.

Anthony Hewish Jocelyn Bell William Fowler

Và còn nữa, vào năm 1967, hai nhà thiên văn vô tuyến ở Cambridge là Anthony Hewish (sinh 1924, Nobel 1974) Jocelyn Bell đã khám phá ra Pulsar, những sao neutron quay nhanh,... Hơn nữa, một trong những phòng thí nghiệm hợp tác với Caltech, Phòng thí nghiệm lực đẩy phản lực Jet Propulsion Laboratory (JPL) ở Pasadena, California, đứng đầu và được giao trách nhiệm thực hiện tất cả các chương trình thám hiểm không gian của Mỹ bằng việc sử dụng những trạm thăm dò không người lái. Hiện tại, chương trình thám hiểm hành tinh Hỏa diễn ra hết sức thuận lợi. Tôi còn nhớ mình cảm thấy thú vị biết bao khi một trong những giáo sư của tôi, William Fowler (1911-1995, Nobel  1983), cũng đoạt giải Nobel vật lý về việc giải thích cách tổng hợp các nguyên tố hoá học trong các vì sao, đã đặt một màn hình lớn trong phòng học. Bởi vậy, chúng tôi có thể nhìn những hình ảnh về hành tinh Hỏa được truyền trực tiếp về Trái Đất bởi tàu thám hiểm không gian Mariner 4. Chúng tôi may mắn là những người đầu tiên được nhìn thấy những hình ảnh về bề mặt hành tinh Hỏa ngoạn mục này. Điều này đã chỉ ra một cách rõ ràng rằng, không có bất cứ một sự sống trí tuệ nào trên hành tinh Hỏa. Trước khi có sứ mệnh Mariner 4, người ta vẫn nghĩ rằng có người trên hành tinh Hỏa.

Mariner 4 phóng 1964 Hình chụp Mars gần nhất đầu tiên
kính thiên văn không gian Hubble Hubble 

Hình do Hubble chụp

 Nhưng điều thực sự đã đem lại sự cân bằng cho tôi là cơ hội tuyệt vời được sử dụng kính viễn vọng đường kính 5m trên đỉnh Palomar. Ở thời điểm đó, đây là kính viễn vọng lớn nhất thế giới. Khi chỉ mới 19 tuổi, tôi đã có cơ hội được nhìn vào khoảng không gian xa nhất của vũ trụ và làm việc với kính viễn vọng mà đã được chính nhà khoa học lỗi lạc Hubble sử dụng. Chính ông là người đã khám phá ra sự giãn nở của vũ trụ và bản chất của các thiên hà. Tôi sử dụng kính viễn vọng để giúp một trong những vị giáo sư của tôi tìm kiếm những thiên thể trong vùng phổ khả kiến của một vài pulsar được khám phá trong thời gian gần đây. Vì vậy, vào thời gian cuối của những năm đại học ở Caltech, nơi mà tôi đã nhận bằng cử nhân khoa học về vật lý, tôi đã quyết định đến Princeton để làm tiếp tiến sĩ về vật lý thiên văn. Tôi thực sự đã bị cuốn hút đặc biệt bởi Princeton. Ở đây, có một nhà vật lý thiên văn lỗi lạc, Lyman Spitzer, và tôi muốn theo ông ấy để làm nghiên cứu. Ồng là người mở đường cho vật lý plasma và cũng là cha đẻ của kính không gian Hubble. Và ngày nay, chính cái tên Spitzer đã được đặt tên cho một kính viễn vọng không gian của NASA. Tôi đã không bao giờ hối tiếc khi chọn vật lý thiên văn làm mục tiêu theo đuổi thay vì chọn vật lý hạt cơ bản. Vũ trụ này thật bao la và ẩn chứa bao nhiêu điều bí ẩn mà cho dù ngay cả không phải là một thiên tài như Feynman, bạn cũng vẫn có thể có những cống hiến giá trị trong việc giải mã Cuốn sách lớn của Tự Nhiên. 

Có phải chúng ta đang ở cuối con đường của việc khám phá ra những quy luật cuối cùng của tự nhiên?

Tôi không tin rằng khoa học sẽ giải quyết tất cả những câu hỏi. Đó cũng chính là tại sao tôi đã đặt tên cuốn sách đầu tay của mình “Giai điệu bí ẩn”. Chúng ta sẽ không bao giờ tháo gỡ được hết những bí mật của tự nhiên. Chúng ta có thể tiếp cận đến gần sự thật chứ không bao giờ đặt chân đến cuối con đường để hiểu được tất cả. Khi một câu hỏi được sáng tỏ, sẽ có rất nhiều câu hỏi khác xuất hiện. Trong vũ trụ luôn có những điều huyền diệu và bí ẩn, những điều nằm ngoài trí tưởng tượng và suy luận thuần túy của loài người, vượt xa những gì chúng ta có thể cảm nhận được. Bởi vậy, tôi không đồng ý với những nhà khoa học cho rằng, chúng ta đang đi đến tận cùng của sự hiểu biết, và chỉ trong một vài năm nữa, chúng ta có thể biết tất cả những gì có thể biết được trong vũ trụ. Cuối thế kỷ 19, đã có những nhà khoa học ưu tú nhất, chẳng hạn như nhà khoa học người Anh Lord William Thompson Kelvin (1824-1907), người đã từng tuyên bố về sự kết thúc của vật lý học và tất cả những vấn đề lớn đã được giải quyết. Công việc còn lại của các nhà vật lý chỉ còn là điền vào một vài những con số sau dấu phẩy của những hằng số vật lý, vốn dĩ đã đúng rồi. Ông ta đã sai. Vào những năm đầu của thế kỷ 20, Einstein đã làm một cuộc cách mạng trong cách nhìn của chúng ta về không gian và thời gian, về khối lượng và năng lượng. Và cơ học lượng tử đã làm thay đổi sâu sắc quan điểm của chúng ta về thế giới nguyên tử và hạ nguyên tử. 

Và liệu các nhà thiên văn có hoá thân thành công thành những nhà chiêm tinh thời trung cổ để chiêm nghiệm trong quả cầu pha lê về một định mệnh tối hậu của vũ trụ, cũng như những gì diễn ra ngay ở thời khắc đầu tiên của Big Bang, đằng sau bức tường Planck?

 Bạn biết đó, đầu thế kỷ 21, đó còn là sự thống nhất của 2 lý thuyết thành một lý thuyết, thuyết lượng tử hấp dẫn, mà một thời đã từng làm bận tâm các nhà vật lý. Chỉ với lý thuyết lượng tử hấp dẫn, các nhà vật lý mới có thể vén lên bức màn bí mật của không gian và thời gian bên ngoài bức tường Planck. Lý thuyết hợp thời ngày nay là lý thuyết dây. Lý thuyết này nói rằng, các hạt cơ bản không phải là những điểm mà chúng là kết quả của những dao động tinh tế của những thực thể đơn lẻ vô cùng nhỏ gọi là dây với chiều dài chỉ có 10-33cm, chiều dài Planck. Tuy nhiên, lý thuyết dây không bao giờ được xác minh một cách thực nghiệm. Vì vậy chúng ta cũng sẽ không biết thuyết đó đúng hay sai.

 Đối với các nhà vật lý thiên văn, vấn đề cốt yếu nhất cần giải quyết là bản chất chính xác của vật chất tối ngoại lai và năng lượng tối. Đây được coi là nguyên nhân tạo ra sự giãn nở của vũ trụ. Ngày nay vũ trụ được cho là một vũ trụ phẳng với mật độ khối lượng và năng lượng có giá trị bằng với mật độ tới hạn. Điều đó có nghĩa rằng, mọi hành xử của nó nằm giữa một vũ trụ mở với mật độ nhỏ hơn mật độ tới hạn, một vũ trụ như thế sẽ giãn nở mãi mãi theo thời gian, và một vũ trụ đóng với mật độ lớn hơn mật độ tới hạn. Đối với một vũ trụ như thế này sẽ giãn nở tới một bán kính tới hạn và sau đó nó sẽ tự co lại. Chúng ta sẽ được chứng kiến một sự đảo ngược của Big Bang, một Big Crunch (Vụ co lớn). Theo hiểu biết của chúng ta hiện nay, vật chất thường (proton và neutron, những vật liệu cơ bản cấu tạo nên cơ thể chúng ta) chỉ đóng góp một lượng rất khiêm tốn, khoảng 4% vào

Godel và Einstein

mật độ tới hạn, trong khi vật chất ngoại lai đóng góp khoảng 26%. Chúng ta thật sự chưa biết một cách chính xác bản chất của loại vật chất này. Đối với các nhà vật lý, họ nghĩ rằng, chính các hạt nặng tương tác yếu (WIMPs), những hạt được sinh ra từ những thời khắc rất sớm của vũ trụ được tiên đoán bởi lý thuyết siêu đối xứng, là thành phần của vật chất tối ngoại lai. Nhưng chưa ai có thể ghi nhận được những hạt WIMPs. Máy va chạm Hadron lớn LHC ở CERN, khi đi vào hoạt động vào năm 2007, có lẽ sẽ kiểm tra được sự tồn tại của những hạt siêu đối xứng này. Nhưng vẫn còn 70% mật độ của vũ trụ. Vào năm 1998, các nhà vật lý thiên văn đã khám phá ra rằng, chúng xuất hiện trong một dạng của năng lượng tối bí ẩn có tác dụng như một phản hấp dẫn. Với phản hấp dẫn, chúng đóng vai trò lực đẩy hơn là lực hút như hấp dẫn bình thường. Chính Einstein đã từng đề cập tới khái niệm phản hấp dẫn dưới dạng một hằng số vũ trụ học trong phương trình của ông ta về lý thuyết tương đối rộng vào năm 1917. Mục đích của ông là xây dựng một mô hình vũ trụ tĩnh. Nhưng khi Hubble công bố khám phá của mình về sự giãn nở của vũ trụ vào năm 1929 thì lúc đó Einstein mới từ bỏ ý tưởng về hằng số vũ trụ học và tuyên bố rằng “ đó là sai lầm lớn nhất trong cuộc đời của tôi”. Tuy nhiên, hằng số vũ trụ học lại hồi sinh sau hơn năm để giải thích cho sự gia tốc của vũ trụ. Các nhà vật lý không có một quan điểm nhất quán nào về những gì cấu thành nên hằng số vũ trụ học. Một vài nghĩ rằng, lực đẩy nó không phải là không đổi mà biến thiên theo thời gian, khái niệm này gọi là “nguyên tố thứ năm”. Như thế xem ra kiến thức của chúng ta cũng chẳng đến đâu cả. Giống như nhà toán học người Áo, Kurt Godel, đã chứng minh cho thấy, trong một hệ thống số học, sẽ luôn có những mệnh đề không thể mô tả được một cách luận lý bằng những tiên đề nằm ngay trong hệ thống đó (định lý bất toàn của Godel). Tôi nghĩ là chúng ta sẽ không bao giờ hiểu biết hết vũ trụ này thuần túy chỉ bằng lô-gic và lý luận. 

Tôi biết, ông như người cha luôn quan tâm ưu ái và chăm sóc cho những đứa trẻ thiên hà trong vũ trụ. Và mới đây, bằng việc sử dụng kính không gian Hubble, ông đã phát hiện ra một thiên hà trẻ thơ, mà tuổi của nó, được biết, là trẻ hơn tất cả những thiên hà được khám phá trước đó. Vậy ông có thể kể qua đôi chút về khám phá này được không?

Vâng, công việc nghiên cứu chính của tôi liên quan đến những thiên hà lùn đặc và trẻ, mà tôi tin rằng, là những hòn đá tảng trong vũ trụ của chúng ta. Những thiên hà này có một lượng nguyên tố nặng rất thấp. Điều này có nghĩa rằng chúng chưa chuyển một phần lớn lượng khí của chúng thành những ngôi sao. Vì vậy, môi trường giữa các vì sao của những thiên hà này gần như là nguyên sơ, không bị vẩn đục bởi sản phẩm của thuật giả kim hạt nhân diễn ra trong lòng của những ngôi sao. Do vậy, chúng cho phép chúng tôi có được cái nhìn thoáng qua về kỷ nguyên của sự hình thành các thiên hà, mà ngày nay chúng ta vẫn còn hiểu biết chưa rõ. Trong sự cộng tác với đồng nghiệp người Ukraina, Yuri Izotov từ đài thiên văn Kiev, tôi sử dụng những thiên hà này để đo độ giàu helium nguyên thuỷ, helium là một trong những nguyên tố nhẹ nguyên sơ (cùng với hydrogen, deuterium, lithium) được tạo ra trong những phút đầu tiên của vũ trụ. Độ giàu helium nguyên thuỷ liên hệ trực tiếp tới lượng vật chất thường (hay vật chất baryon). Đó là cách mà chúng tôi có thể xác định được tổng lượng vật chất baryon trong vũ trụ, chỉ khoảng 4% mật độ tới hạn mà tôi đã nói với bạn trước đó. Chỉ có 0,5% vật chất thường phát sáng (tập trung ở các ngôi sao và thiên hà). Còn lại 3,5% không phát sáng. Các nhà thiên văn tin rằng những khí nóng phát ra tia X (khoảng triệu độ) trong không gian giữa các thiên hà thuộc cụm hoặc đám, và số lớn các đám mây khí trong không gian liên thiên hà được cấu tạo bởi hydrogen trung hoà có thể giải thích cho con số 3,5% này. Gần đây, bằng việc sử dụng kính không gian Hubble, đồng nghiệp Izotov và tôi đã đo được tuổi của thiên hà trẻ nhất được biết trong vũ trụ. Những quan sát tập trung vào một thiên hà lùn, đặc và xanh có tên gọi là I Zwicky 18. Hiện tại, thiên hà này đang trải qua một loạt sự hình thành mãnh liệt của các ngôi sao. Trái với hầu hết những thiên hà mà cũng đang trong quá trình hình thành sao đã biết trước đó, lượng nguyên tố nặng (những nguyên tố được tạo ra bởi những ngôi sao khối lượng lớn và sau đó phóng thích vào môi trường giữa các vì sao bởi những vụ nổ định mệnh gọi là siêu sao mới) trong môi trường giữa các vì sao của I Zwicky cực kỳ nhỏ, chỉ vào khoảng 2% lượng nguyên tố nặng trong môi trường giữa các vì sao và trong các ngôi sao (bao gồm cả Mặt Trời) trong Dải Ngân Hà. Điều này có nghĩa là, khí trong I Zwicky gần như là nguyên sơ và bao gồm hầu hết là hydrogen và helium được tạo ra trong vụ nổ lớn Big Bang, ở một vài phút đầu tiên trong sự tồn tại của vũ trụ. Nó không bị làm giàu bởi sự gia công các nguyên tố của thế hệ các ngôi sao kế tiếp. Vì vậy, sẽ không quá lâu để nghi ngờ rằng, I Zwicky là một thiên hà trẻ, và chỉ bây giờ khí của nó mới hình thành nên các ngôi sao, khoảng tỷ 13 tỷ năm sau Big Bang. Để chưng tỏ rằng I Zwicky là một thiên hà trẻ, phải chứng minh rằng không có một ngôi sao già nào có tuổi lớn hơn 1 tỷ năm (còn gọi là sao khổng lồ đỏ) trong nó. Nhưng các sao khổng lồ đỏ rất mờ, và gần đây, những quan sát cũng không đủ nhạy - thậm chí với cả kính thiên văn lớn nhất trên mặt đất cũng như trong không gian - để chỉ ra liệu những ngôi sao già này có mặt trong I Zwicky hay không? Tình huống đã thay đổi với việc lắp đặt một camera nhạy mới ACS (The Advanced Camera for Surveys) trên kính Hubble bởi các nhà du hành vũ trụ vào tháng 2 năm 2003. Chúng tôi đã sử dụng camera ACS để chụp ảnh I Zwicky với viễn kính Hubble trong suốt 25 vòng quỹ đạo vào tháng 5 năm 2003. Hubble cung cấp những tấm ảnh rõ ràng nhất và sâu xa nhất về I Zwicky 18 chứng tỏ một cách thuyết phục rằng không có ngôi sao khổng lồ đỏ nào có mặt trong I Zwicky 18. Thực tế, ngôi sao già nhất trong I Zwicky không già hơn 500 triệu năm tuổi, quá trẻ nếu đem so sánh với tuổi của vũ trụ là 13,7 tỷ năm. Bởi vậy, I Zwicky là một thiên hà trẻ thơ chân thật trong một vũ trụ người lớn. Thực tế làm cho I Zwicky rất khác thường như thế là bởi vì các thiên hà trẻ được hy vọng là hình thành chỉ vài tỷ năm đầu tiên sau Big Bang, trong vũ trụ có độ dịch về đỏ lớn, chứ không phải là 13 tỷ năm và trong một vũ trụ địa phương. Sự tồn tại của I Zwicky18 chắc chắn đặt ra một viễn cảnh mới trong cách nhìn của chúng ta về con đường mà các thiên hà hình thành. Trong quan điểm hiện tại về sự hình thành các thiên hà, những thiên hà lớn (như Dải Ngân Hà) được nghĩ là phát triển bởi một quá trình trật tự bằng sự hợp nhất những thiên hà lùn nhỏ hơn như I Zwicky 18. Những viên gạch thiên hà này quá mờ và nhỏ để có thể nghiên cứu trong sự dịch về đỏ cao. Do sự gần gũi của nó, I Zwicky cho chúng ta cơ hội để nghiên cứu chi tiết những đơn vị cơ bản từ đó các thiên hà được hình thành nên.

Thiên hà I Zwicky 18 (NASA)

Như giáo sư đã nói, vũ trụ toát lên vẻ đẹp hài hoà và thánh thiện trong sự thống nhất. Nhưng nếu không có con người, vẻ đẹp đó phỏng có ý nghĩa gì? Vậy đâu là cội nguồn để ông giác ngộ ra vẻ đẹp và hạnh phúc cuộc sống?

Đối với tôi, vũ trụ chẳng có ý nghĩa gì cả nếu như không có một loài có trí khôn để có thể thưởng ngoạn được vẻ đẹp cùng sự hòa điệu tuyệt vời của nó. Kể từ năm 1543, khi Copernicus đã làm thay đổi nhận thức cho thấy Trái Đất không còn là trung tâm của vũ trụ, những khám phá của nền thiên văn học đương đại cũng đã không ngừng làm suy giảm thêm chỗ đứng của con người trong vũ trụ, cả trong hai chiều kích không gian lẫn thời gian. Điều này đã đưa đến sự mất cảm hứng của con người trước thế giới mà Blaise Pascal, một triết gia người Pháp nổi tiếng của thế kỷ thứ 17, đã phải đau khổ thốt lên: “Sự im lặng ngàn đời của khoảng không gian vô tận đã làm tôi kinh hãi”. Tuy nhiên cái nhìn ảm đạm này đã và đang thay đổi bởi khoa vũ trụ học đương đại, và thế giới lại trở thành một nguồn hứng khởi. Khoa học đã khám phá ra mối tương liên giữa chúng ta với vũ trụ. Chúng ta được cấu thành từ những đám tinh vân và là hậu duệ của những vì sao. Những loài dã thú là huynh đệ của tất cả chúng ta, những đóa hoa đồng nội và chúng ta cũng đều là anh em họ hàng của nhau. Tất cả chúng ta đều cùng chia sẻ một phả hệ vũ trụ. Sự nhận thức này sẽ làm thẩm thấu vào lòng ta một cảm quan từ bi đối với tất cả mọi loài. Chúng ta nên hiểu một điều rằng, hạnh phúc của chính ta nương tựa vào hạnh phúc của tha nhân. Thế nên tất cả chúng ta cần có một cảm quan về mối trách nhiệm phổ quát đối với Trái Đất ta đang sống. Đây là hành tinh duy nhất trong Thái dương hệ bao bọc sự sống, chúng ta cần nên làm những gì tốt đẹp nhất để bảo vệ nó. Lòng tham và sự khinh xuất của con người đã làm thương tổn đến sự cân bằng sinh thái của hành tinh này. Những vấn nạn về sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu, ô nhiễm môi sinh, hủy hoại tầng ozon không phân biệt ranh giới của một quốc gia nào. Nó chi phối cả toàn thể nhân loại, và tất cả những ai có thiện chí cần ngồi lại làm việc cùng nhau để bảo vệ hành tinh xanh tươi xinh đẹp này. 

Vậy, vũ trụ có tham gia vào trò chơi những con bài số phận, hay việc xuất hiện của chúng ta là sự chọn lọc tất yếu và duy nhất trong vô vàn con đường tiến hoá của tự nhiên? Ngọn lửa của ý thức đã được nhen nhóm như thế nào? Và điều gì thôi thúc ông luôn đặt con người là trung tâm của mọi sự bàn luận?

Ngành vũ trụ học đương đại đồng thời cũng đem đến cho ta nhận thức rằng, vũ trụ này được hoà điệu trong một mức độ chính xác tuyệt vời đảm bảo cho sự xuất hiện của sự sống và ý thức. Nếu vũ trụ này bao la là bởi vì sự mênh mông này cần thiết cho sự xuất hiện một người quan sát có khả năng thưởng thức vẻ đẹp, sự hài hoà đó, và đem đến cho nó một ý nghĩa. Như nhà vật lý học Freeman Dyson đã phát biểu: “Vũ Trụ này đã biết là chúng ta sẽ có mặt”. Sự hiểu biết về mức độ cực kỳ hoà điệu của vũ trụ để cho sự sống và tri giác xuất hiện đến từ sự cấu trúc của những vũ trụ ảo. Tất cả những gì trong vũ trụ này (kể cả những đoá hồng, con người, cây cối, núi non, v.v…) đều được xác định bởi môt loạt khoảng 15 hằng số vât lý (ví dụ như vận tốc ánh sáng, hằng số hấp dẫn, hằng số Planck, khối lượng của electron, điện tích của electron, v.v…) và những điều kiện sơ khởi (cụ thể như độ giãn nở ban đầu, tỷ trọng sơ khởi của vật chất, năng lượng, v.v…) Những nhà vật lý đã xây dựng những vũ trụ ảo bằng cách thay đổi những hằng số vật lý và điều kiện sơ khởi này. Họ đã đi đến một kết luận khá sửng sốt: chỉ cần một thay đổi cực nhỏ trong các hằng số vật lý hay điều kiện sơ khởi, những tinh tú đã không thể hình thành, những nguyên tố nặng đã không được sản sinh và đời sống cũng như tri giác sẽ không bao giờ xuất hiện. Đại bộ phận của cái vũ trụ bao la này sẽ cằn cỗi vô sinh không có cả một con người nhìn ngắm nó. Sự hoà điệu này được biết là cực kỳ chuẩn xác. Cụ thể như tỷ trọng ban đầu (ère de Planck) của vũ trụ phải được điều hoà ở một con số rất chính xác là 10-60. Điều này có thể được đem so sánh với một cung thủ thiện nghệ nhắm trúng mục tiêu 1 centimet vuông (cm²) được đặt cách xa 14 tỷ năm ánh sáng, ngay tận đầu biên của vũ trụ! Cái gì đã tạo nên sự hòa điệu tuyệt vời này? Ta có thể cho đó là một ngẫu nhiên tình cờ. Trong trường hợp này ta cần phải đi đến một giả định rằng đã có sự hiện hữu của vô số vũ trụ (mà các nhà vật lý gọi đó là đa-vũ-trụ.) Đã có không ít những lối giải thích về lý thuyết Big Bang làm cơ sở cho thuyết đa-vũ-trụ. Ví dụ như nhà vật lý Nga, Andrei Linde, đã khai triển lý thuyết cho rằng, vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô số những vũ trụ phát khởi từ vô số lượng những đám bọt lượng tử sơ khai trôi nổi bập bềnh trong vũ-trụ-meta. Đại bộ phận những vũ trụ này vì bao gồm một tổng hợp không chuẩn xác về những hằng số vật lý và điều kiện sơ khởi nên khô chết, ngoại trừ vũ trụ của chúng ta, do một tình cờ may mắn đã có được một tổng hợp hoàn chỉnh, chẳng khác gì một người trúng số độc đắc. Ngược lại, nếu cho rằng chỉ có một vũ trụ duy nhất, thì như thế ta cần giả định là có một nguyên lý sáng tạo chi phối những hằng số vật lý và điều kiện sơ khởi này. Khoa học cũng không thể phân biệt giữa hai khả năng này, thế nên cũng giống như Pascal, chúng ta đành phải chấp nhận một sự đánh cuộc. Riêng phần tôi, tôi bác bỏ chuyện may rủi, bởi nhiều lý do: thứ nhất, mặc nhận một số lượng vô số những vũ trụ song hành với chúng ta mà không thể kiểm chứng được bằng quan sát, điều này không phù hợp với cảm quan của tôi như là một nhà quan sát. Đồng thời sự giả định này vi phạm qui luật Occam cho rằng, ta nên lý giải sự việc bằng giả thiết đơn giản nhất có thể được: tại sao lại phải giả định có vô số lượng những vũ trụ khô chết để chỉ có được một vũ trụ duy nhất nuôi dưỡng sự sống và ý thức? Ngoài ra còn có những lý lẽ khác để bác bỏ chuyện may rủi ngẫu nhiên: Đối với tôi thật khó mà tin rằng cái vũ trụ mà tôi nhìn ngắm qua viễn vọng kính, xinh đẹp, đơn thuần, hài hoà như thế kia lại chỉ là sản phẩm của một sự rủi may. Tôi có thể nói rằng sự hoà điệu của vũ trụ mà tôi đã mô tả trước đây được biết như “nguyên lý vị nhân” (vốn phát xuất từ danh từ “anthropos” có nghĩa là “con người” của Hy Lạp) và tôi đã mô tả trong phiên bản “nguyên lý vị nhân mạnh” của nó. Đồng thời cũng còn có một giải thích trong một phiên bản khác gọi là “nguyên lý vị nhân yếu”, đối với tôi đó là sự lặp thừa: “Vũ trụ có đủ phẩm tánh để cho con người xuất hiện”. Điều này không có nghĩa rằng sự tiến hoá của vũ trụ chỉ nhắm đến con người mà có thể áp dụng chung cho bất cứ loài tri giác ngoài địa cầu nào ở trong vũ trụ này có khả năng nhận thức được v đẹp và sự hài hoà của nó.

Mô hình cấu trúc của vũ trụ được mô phỏng trên máy tính. 

Lội ngược dòng thời gian bằng việc sử dụng những cỗ máy khoa học để ngắm nhìn vũ trụ khi còn non trẻ. Ông có cảm thấy mình thật hạnh phúc hơn khi xoá nhoà ranh giới hiện tại và quá khứ? Với những kỳ tích của công nghệ đó, ông có thể dạo chơi vào quá khứ đến bao lâu?

Đúng vậy, tôi cảm thấy mình thật hạnh phúc mỗi khi được dạo chơi vào quá khứ bằng những kính thiên văn khổng lồ là kết tinh trí tuệ của loài người. Bởi vì sự truyền của ánh sáng không phải là tức thời. Chúng ta nhìn vũ trụ luôn luôn với một độ trễ nhất định. Chúng ta quan sát Mặt Trăng khi nó ở 1 giây về trước, Mặt Trời 8 phút, ngôi sao gần nhất (Proxima Centauri) 4 năm trước, thiên hà gần nhất giống như Dải Ngân Hà (Andromeda) 2,3 triệu năm về trước (ánh sáng rời thiên hà Andromeda ở thời điểm khi con người đầu tiên đi thẳng bằng hai chân trên mặt đất). Mặc dù vận tốc ánh sáng là nhanh nhất trong vũ trụ (300.000 km/s  -một phần bảy giây đồng hồ ánh sáng đã có thể du ngoạn được vòng quanh Trái Đất). Nhưng ánh sáng cũng chỉ là một con rùa nếu đem so sánh với thang vũ trụ. Điều này có nghĩa rằng, kính viễn vọng là một cái máy thời gian. Nó cho phép các nhà thiên văn lội ngược lại quá khứ (nhưng không phải là tương lai) của vũ trụ, xây dựng lại lịch sử của nó, cũng có nghĩa là lịch sử cội nguồn của chúng ta. Với viễn kính lớn nhất ngày nay trên Trái Đất (kính Keck đường kính 10m trên miệng núi lửa đã tắt ở Mauna Kea trên đảo Hawaii) và trong không gian (kính không gian Hubble với đường kính gương 2,4m), chúng ta có thể nhìn ngược về quá khứ 10 tỷ năm về trước, tức là 3-4 tỷ năm sau Big Bang. Về nguyên tắc, kính viễn vọng có thể nhìn ngược lại năm 380.000 sau Big Bang. Trước kỷ nguyên đó, vũ trụ trở nên mờ đục và ánh sáng không thể di chuyển một quãng dài. Vũ trụ giống như chìm vào một đám sương mù dày đặc. Hình ảnh cổ xưa nhất của vũ trụ bắt đầu từ năm 380.000 sau Big Bang: đó là bức xạ nền sóng ngắn, ánh sáng tàn dư lại từ thời khắc của sự sáng thế. Nó đã được nghiên cứu bởi vệ tinh COBE và WMAP của NASA.

 Là một người sùng đạo phật, nhưng ông luôn coi đó là một triết lý sống hơn là một tôn giáo. Ông đồng cảm như thế nào về minh triết phương Đông và duy lý phương Tây. Khoa học, đối với ông, đó có phải là một tôn giáo?

Khoa học và tâm linh là hai cánh cửa sổ khác nhau cùng mở vào thực tại. Trong cuốn sách của tôi, “Cái vô hạn trong lòng bàn tay” viết chung với Matthieu Ricard, một tăng sĩ Phật giáo người Pháp, tôi đã cố gắng chứng tỏ cho thấy đã có những điểm đồng quy nổi bật giữa quan điểm về thực tại của Phật giáo và nền khoa học đương đại. Ý niệm về duyên khởi, một ý niệm then chốt trong giáo lý Phật giáo tương ứng với tính toàn thể, bất khả phân của thực tại được hàm chứa trong thí nghiệm EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) về các cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử, cùng với thí nghiệm quả lắc Foucault và nguyên lý Mach trong thang đo vũ trụ. Ý niệm về “tánh không” của Phật giáo, với sự vắng mặt về sự hiện hữu tự thân, tương đương với tính chất lưỡng tánh của ánh sáng và vật chất trong cơ học lượng tử của khoa học. Bởi vì một photon sẽ là sóng hay hạt hoàn toàn tùy thuộc vào cách thế mà ta quan sát, cho nên không thể nói là nó hiện hữu như là một thực thể tự thân. Ý niệm về “vô thường”, tương ứng với ý niệm về tiến hoá trong khoa vũ trụ học. Không có gì ở trong thể tĩnh, tất cả đều biến đổi, chuyển động và tiến triển, từ một hạt nguyên tử cực nhỏ cho đến một cấu trúc lớn lao nhất trong vũ trụ. Vũ trụ tự nó cũng đã có một lịch sử. Đồng thời tôi cũng đã nêu ra lãnh vực tiềm ẩn bất đồng: Phật giáo phản bác cái ý niệm về một sự khởi đầu của vũ trụ cũng như về một nguyên lý sáng tạo có khả năng hòa điệu những phẩm tánh của mình, từ đó tạo điều kiện cho con ngưòi và ý thức xuất hiện. Những điểm đồng quy nói trên không làm cho chúng ta ngạc nhiên, bởi vì cả khoa học lẫn Phật giáo đều sử dụng những tiêu chuẩn nghiêm ngặt và chân xác để vươn đến chân lý. Bởi vì mục tiêu của cả hai là mô tả thực tại, họ phải gặp nhau ở những mẩu số chung mà không hề loại trừ nhau. Trong khoa học, những phương pháp cơ bản để khám phá sự thật là thí nghiệm và lý thuyết hóa dựa vào phân tích; trong Phật giáo, quán tưởng là phương pháp chính. Cả hai đều là những cánh cửa sổ cho phép ta hé nhìn vào thực tại. Cả hai đều vững vàng trong những phạm trù chuyên biệt của mình và bổ túc lẫn nhau. Khoa học khám phá dùm ta những kiến thức “qui ước”. Mục tiêu của nó là hiểu rõ thế giới hiện tượng. Những áp dụng kỹ thuật của nó có thể gây nên những hệ quả xấu hay tốt đối với đời sống thể chất của con người. Thế nhưng quán tưởng, khi giúp ta nhìn rõ bản tánh chân thật của thực tại, có mục đích cải thiện nội giới để ta có thể hành động nhằm cải thiện đời sống của tất cả mọi người. Những nhà khoa học còn sử dụng đến những thiết bị tối tân hơn để khám phá thiên nhiên. Trái lại trong hình thức tiếp cận bằng quán tưởng, thiết bị duy nhất là tâm. Hành giả quán sát những tư tưởng của mình được đan kết lại cùng nhau như thế nào và dính mắc vào y ra sao. Y khảo sát cái cơ chế vận hành của hạnh phúc và đau khổ để từ đó cố gắng khám phá ra những tiến trình tâm linh nhằm nâng cao sự an bình nội tâm, làm cho cõi lòng mình rộng mở hơn đối với tha nhân để giúp họ cùng phát triển, cũng như từ đó thấy rõ được những tiến trình gây ra những hệ quả độc hại để loại bỏ chúng. Khoa học cung cấp cho ta những dữ kiện, nhưng không mang lại sự tiến bộ tâm linh và chuyển hoá. Trái lại, sự tiếp cận tâm linh hay quán tưởng chắc chắn phải đưa ta đến một sự chuyển hoá bản thân sâu sắc trong cách thế mà chúng ta nhận thức về thế giới để dẫn đến hành động. Hành giả Phật giáo một khi nhận thức rằng vật thể không hề có hiện hữu tự thân sẽ giảm thiểu sự dính mắc vào chúng, từ đó giảm bớt khổ đau. Nhà khoa học, với cùng một nhận thức như thế, sẽ xoa tay hài lòng, xem đó như là một tiến bộ tri thức hầu sử dụng vào những công trình nghiên cứu khác, sự khám phá này không hề làm thay đổi thị kiến cơ bản của y đối với thế giới và cách thức mà y hướng dẫn đời sống của mình. Khi đối diện với những vấn nạn về đạo đức hay luân lý ngày càng có nhiều sức ép, đặc biệt là trong lãnh vực di truyền học, khoa học cần đến sự trợ giúp của tâm linh để khỏi bỏ quên đi nhân tính của mình. Như Einstein đã phát biểu một câu nói rất đáng tán thưởng: “Tôn giáo của tương lai sẽ là một tôn giáo hoàn vũ. Nó sẽ phải vượt qua một vị Thượng Đế có nhân trạng và tránh xa những học thuyết lẫn giáo điều. Bao gồm cả khoa học tự nhiên và tâm linh, nó sẽ phải được đặt căn bản trên một ý thức tôn giáo phát khởi từ cảm nghiệm về tất cả mọi sự vật, khoa học tự nhiên lẫn tâm linh, và đây được xem như một sự hợp nhất đầy ý nghĩa… Phật giáo là câu trả lời cho sự mô tả này… Nếu có bất kỳ một tôn giáp nào có thể đáp ứng được những nhu cầu của nền khoa học đương đại, thì đó chính là Phật giáo.” Tôi không thể không đồng ý với ông ta. 

Ông hái lượm và thu góp vẻ đẹp của vũ trụ rồi đem phân phát cho mọi người. Tri thức thiên văn vốn rất xa lạ với công chúng nhưng nó đã đến được với công chúng bằng con đường riêng mà ông đã mở lối. Điều gì đã thôi thúc ông tìm đến công chúng? Những tác phẩm khoa học của ông dành cho công chúng nhưng đồng thời cũng là những tác phẩm văn học xuất sắc. Phải chăng sự đồng cảm mạnh mẽ giữa khoa học và văn học được bắt nguồn từ những ngày thơ ấu đầy biến cố?

Như đã trình bày với bạn trong những câu trả lời trước, tốc độ phát triển nhanh chóng về kiến thức khoa học, đặc biệt là trong lãnh vực Vật lý thiên văn và Vũ trụ học đã làm thay đổi một cách sâu xa viễn tưởng triết học về vị trí cùng mối liên hệ của con người đối với vũ trụ. Nói theo ngôn ngữ của nhà triết gia về khoa học Hoa Kỳ, Thomas Kuhn, thì bây giờ chúng ta đang có một phạm lệ mới. Thật là điều đáng tiếc nếu phạm lệ mới này chỉ hạn chế trong giới hàn lâm, chung quanh một vài vị giáo sư đại học. Tôi muốn phô ra những đổi thay tận căn bản của khoa học và triết học cho đông đảo quần chúng, những người có thể có đầu óc tò mò nhưng nhất thiết không cần phải được huấn luyện về khoa học. Khi sáng tác, tôi luôn luôn chú trọng đến văn phong, tránh dùng những ngôn từ khoa học khó hiểu, cố gắng mang chất thơ và văn chương vào tác phẩm để làm giảm nhẹ sự phức tạp của vấn đề. Từ lúc ấu thơ tôi vẫn thường yêu thích thi ca và văn chương chẳng kém gì khoa học. Thế nên trong những tác phẩm của mình, tôi có thể nói về những đề tài triết học hay thần học mà tôi đã không thể thảo luận trong các bài viết về khoa học. 

Công việc của ông là vẽ dần lên từng chi tiết trong một bức tranh vũ trụ tổng thể. Ông có thể mô tả qua về bức tranh đó ngày nay như thế nào được không?

 Lý thuyết thịnh hành nhất của vũ trụ ngày nay là thuyết Vụ nổ lớn Big Bang. Các nhà vật lý thiên văn nghĩ rằng, vũ trụ của chúng ta được bắt đầu khoảng 14 tỷ năm về trước từ một trạng thái vô cùng nóng, đặc, nhỏ trong một Vụ nổ và đẩy các hợp phần của vũ trụ ra khỏi nhau. Vũ trụ giãn nở theo một hàm số mũ (gọi là sự lạm phát). Ở đó là cội nguồn của không gian và là bắt đầu của thời gian. Pha lạm phát kết thúc ở thời điểm 10-32 giây sau Vụ nổ. Sau đó, vũ trụ giãn nở chậm dần và ngày nay chúng ta vẫn có thể quan sát được sự giãn nở đó. Câu chuyện về vũ trụ cũng là câu chuyện về sự tiến hoá và tổ chức của vật chất. Từ một chân không choáng đầy bởi năng lượng, xuất hiện một thứ xúp nguyên thuỷ của vật chất tạo bởi các hạt quark, electron, photon, notrino và tất cả các phản hạt của chúng. Bởi vì có sự ưu tiên tinh tế cho vật chất hơn là phản vật chất, khoảng một phần tỷ, nên chúng ta sống trong một vũ trụ được cấu thành bởi vật chất với một tỷ lệ khoảng tỷ photon cho mỗi hạt vật chất. Sau đó, cứ 3 hạt quark kết hợp với nhau để tạo nên proton và neutron. Proton và neutron được xem là những viên gạch tạo nên những ngưyên tố nguyên thuỷ, chủ yếu là hydrogen và helium, cộng thêm một chút ít deuterium và lithium. Sau vài phút đầu tiên, khoảng 3/4 khối lượng của vũ trụ là hydrogen và còn lại 1/4 là helium. Những chất liệu cấu tạo nên các ngôi sao và thiên hà mà ngày nay chúng ta quan sát thấy. Vũ trụ vẫn còn mờ đục cho đến 380.000 năm sau Vụ nổ. Về sau khi vũ trụ đã đủ lạnh (khoảng 10.000 K) để cho phép tạo thành các nguyên tử, và từ đây nó bắt đầu trở nên trong suốt. Đó cũng là thời điểm bức xạ nền được sinh ra và ngập tràn toàn bộ vũ trụ mà ngày nay chúng ta quan sát được dưới dạng sóng ngắn. Bắt giữ trong những giếng thế sâu của vật chất tối, các đám mây hydrogen và helium co lại dưới sức hấp dẫn của riêng nó để hình thành nên những ngôi sao và thiên hà sau này. Ngày nay, sau một quá trình tiến hoá 14 tỷ năm, vũ trụ quan sát được chứa hàng trăm tỷ thiên hà, mỗi thiên hà lại cấu thành bởi hàng trăm tỷ ngôi sao như Mặt Trời. Tất cả đã dệt nên bức thảm vũ trụ tuyệt mỹ. Trong bức tranh vũ trụ đó, có một thiên hà gọi là Dải Ngân Hà, ở vùng ngoại ô của nó có một ngôi sao đặt tên là Mặt Trời và một hành tinh mang tên Trái Đất. Rồi trên hành tinh nhỏ nhoi đó đã xuất hiện loài người có khả năng đặt những câu hỏi về vũ trụ, gán cho nó một nguồn gốc và có thể đánh giá vẻ đẹp và sự hài hoà của nó. Những nghiên cứu của riêng tôi tập trung vào sự hình thành và tiên hoá của các thiên hà: con đường mà từ một vũ trụ đồng đều gần như hoàn hảo (đã được đo bởi sự thăng giáng nhiệt độ trong phông bức xạ nền với giá trị 10-5), sau đó, nó đã tự tổ chức và dệt nên một tấm thảm phì nhiêu với những bức tường thiên hà trải dài hàng trăm triệu năm ánh sáng bao quanh những khoảng trống khổng lồ.

 Cuối cùng, giáo sư muốn nhắn nhủ điều gì với những nhà khoa học và công chúng yêu khoa học Việt Nam, đặc biệt là các bạn trẻ?

Nhờ vào Internet, những khám phá và ấn phẩm cập nhật nhất đều đến được với mọi người chỉ bằng động tác gõ nhẹ vào máy tính. Vì vậy, sinh viên và những nhà nghiên cứu, hoặc bất cứ ai quan tâm đến khoa học đều cố gắng theo kịp sự phát triển mới nhất trên Internet. Khoa học ở Việt Nam vẫn tụt hậu đằng sau một thế giới phát triển. Chúng ta cần học hỏi từ những quốc gia tiên tiến hơn. Tôi nghĩ rằng, sự hợp tác quốc tế và viếng thăm những phòng thí nghiệm lớn trên thế giới là cần thiết. Việc này có thể được thực hiện thông qua những quan hệ cá nhân giữa các nhà nghiên cứu, hoặc cũng có thể thông qua những hiệp ước nghiên cứu và giáo dục giữa Việt Nam và các quốc gia khác. Đối với sinh viên muốn ra nước ngoài nghiên cứu cho một trình độ cao hơn, tôi khuyên họ đầu tiên phải thông thạo tiếng Anh, một ngôn ngữ khoa học quốc tế. Một điểm TOEFL tốt cũng cần để được chấp nhận vào một trường đại học tốt ở Mỹ. Sau đó họ nên truy cập những thông tin trên Website của trường đại học mà họ quan tâm, và tìm kiếm những điều kiện cho sự hỗ trợ tài chính dưới dạng một trợ lý giảng dạy hoặc nghiên cứu. Tiếp đó là họ nên gửi đơn tới trường đại học mong muốn để hoàn tất sự giúp đỡ tài chính với những duyệt đơn khác. Một điểm kiểm tra GRE tốt cũng rất cần thiết. Đây là con đường mà tôi đã đi để theo đuổi việc học tập của mình ở Caltech và Princeton ở Mỹ.

Xin cảm ơn giáo sư. 

Bài phỏng vấn do Nguyễn Đức Phường, hội Thiên văn-Vũ trụ Việt Nam, Phòng Thiên văn vật lý, ĐHSP Hà Nội thực hiện. Nhà nghiên cứu Lê Công Đa chuyển ngữ cuộc đối thoại.

Trịnh Xuân Thuận