Năng lượng của chân không

Hình 10. b) Một siêu tân tinh kiểu Ia tạo thành từ vụ nổ sao lùn trắng. Lực hấp dẫn của nó hút lớp vật chất khí bọc ngoài ngôi sao cặp đôi với nó (trái). Vật chất tích tụ trên bề mặt sao lùn trắng, làm nhiệt độ của nó tăng lên tới 600 triệu độ, gây ra một vụ nổ nhiệt hạch khủng khiếp (phải).

Sự gia tốc của vũ trụ ngụ ý rằng trong thế giới hiện nay tồn tại một lực phản hấp dẫn có cường độ vượt quá lực hấp dẫn tạo bởi vật chất và năng lượng của vũ trụ. Do thiếu thông tin, các nhà vật lý đành gọi lực đẩy này là “năng lượng tối” – sở dĩ gọi là “năng lượng” là bởi vì nó không cấu thành từ vật chất, và “tối” bởi vì giống như vật chất tối ngoại lai, hiện chúng ta hoàn toàn không biết gì về bản chất của nó. Vậy đóng góp toàn phần của năng lượng tối này vào khối lượng và năng lượng của vũ trụ là bao nhiêu? Hai nhóm các nhà nghiên cứu nói trên đã chỉ ra rằng nó chiếm cỡ... 68% mật độ tới hạn, đúng bằng số lượng còn thiếu trong bản kiểm kê trước đó về các thành phần vũ trụ (0,5% vật chất sáng, 31,5% vật chất tối thông thường và ngoại lai) để vũ trụ có chính xác mật độ tới hạn và do đó có hình học là phẳng (hình)!

Hầu như toàn bộ vũ trụ vẫn còn là bí ẩn đối với chúng ta: chúng ta chỉ biết được bản chất của 5% thành phần của nó (0,5% vật chất sáng cộng với 4,5% vật chất tối thông thường). Bản chất của 95% còn lại (27% vật chất tối ngoại lai và 68% năng lượng tối) vẫn còn hoàn toàn là bí ẩn.

Xem ra mọi thứ đều tốt đẹp: khám phá ra sự gia tốc vũ trụ, đo được kích thước góc của các cấu trúc lớn nhất trong bức xạ nền và sự lạm phát của vũ trụ, tất thảy đều nhất trí nói rằng hình học của vũ trụ chúng ta là phẳng. Cứ như là có phép thần, những đám mây đen làm u ám bầu trời Big Bang đã bị xua tan.

Hiện chúng ta có ý tưởng gì về bản chất của năng lượng tối bí ẩn này, thứ năng lượng tạo ra lực phản hấp dẫn làm cho vũ trụ tăng tốc chưa? Trong những chuyến lang thang trong vũ trụ học, chúng ta đã từng có hai cơ hội gặp lực đẩy: một lần vào năm 1917, khi Einstein đưa vào hằng số vũ trụ để xây dựng mô hình vũ trụ tĩnh, và lần thứ hai là vào đầu những năm 1980, khi Alan Guth đề xuất lý thuyết lạm phát và giả chân không. Liệu lực phản hấp dẫn đang hoạt động trong vũ trụ hiện tại có phải là kết quả của hằng số vũ trụ như Einstein tưởng tượng? Hay đó là một giả chân không do trường Higgs tạm thời bị chặn ở một giá trị lớn hơn giá trị nhỏ nhất, giống như giả chân không đã tạo ra lạm phát? Hay nó liên quan đến một hiện tượng hoàn toàn mới và chưa từng được biết đến? Cho đến thời điểm này không ai có thể trả lời dứt khoát những câu hỏi đó.

Dù là thế nào, thì có một điều chắc chắn là lực đẩy trong vũ trụ hiện tại phải lớn hơn nhiều so với lực liên quan tới hằng số vũ trụ của Einstein, bởi vì vũ trụ không tĩnh mà đang tăng tốc. Nó lại phải nhỏ hơn đáng kể so với lực đẩy trong giai đoạn lạm phát, bởi vì gia tốc của vũ trụ quan sát được tại thời điểm hiện tại nhỏ hơn nhiều so với gia tốc trong giai đoạn lạm phát. Trong giai đoạn lạm phát, tốc độ giãn nở của vũ trụ nhanh hơn ánh sáng, và kích thước của nó tăng lên như hàm số mũ theo thời gian với hệ số cỡ 10 3 0 hoặc cao hơn. Trái lại, sau giai đoạn lạm phát, tốc độ giãn nở của vũ trụ đã trở nên nhỏ hơn tốc độ ánh sáng, và từ năm 380.000 vũ trụ chỉ lớn lên với hệ số khoảng 10 3 .

Một thực tế khác dường như đã được xác nhận: dù lực phản hấp dẫn có dạng của hằng số vũ trụ hay một giả chân không của trường Higgs, thì sự tồn tại của nó phải phụ thuộc vào các tính chất của chân không. Như chúng ta đã thấy, ở thang cỡ chiều dài Planck (10 -3 3 cm), chân không của không gian chứa đựng vô số hạt ảo, tạo nên năng lượng chân không (hay năng lượng của điểm zero) có thể gây áp lực âm. Liệu có thể ước tính được năng lượng chân không này nhờ các lý thuyết hiện có không? Xét cho cùng, một khi chúng ta đã tính được tác dụng của các hạt ảo lên các tấm kim loại (hiệu ứng Casimir), thì tại sao lại không thể làm tương tự với chân không của không gian? Về nguyên tắc, chỉ cần xác định tất cả các loại hạt ảo khả hữu – electron, positron, các quark và phản-quark, neutrino và phản-neutrino, và rất nhiều hạt khác – rồi sau đó tính tổng toàn bộ năng lượng của chúng là xong! Biết rằng một số hạt ảo di chuyển chậm chạp, có ít năng lượng, và đóng góp không đáng kể vào tổng năng lượng, trong khi những hạt khác có chuyển động mạnh mẽ và đóng góp đáng kể vào tổng năng lượng.

Tính toán nhìn qua có vẻ đơn giản thế, nhưng khi các nhà vật lý bắt tay vào thực hiện, họ đã thu được một kết quả không có ý nghĩa: năng lượng của chân không thu được bằng cách này hóa ra lại là vô hạn! Trong khoa học, như chúng ta đã thấy, sự xuất hiện của một đại lượng vô hạn là một dấu hiệu chắc chắn cho biết rằng các định luật vật lý đã mất hiệu lực trong tình huống đang được xem xét. Nguyên nhân của kết quả vô hạn này không phải là khó nắm bắt. Nó xuất phát từ nguyên lý bất định Heisenberg. Theo nguyên lý này, hạt có năng lượng càng cao thì tuổi thọ càng ngắn; khoản vay từ ngân hàng Tự nhiên càng lớn, thời gian phải hoàn trả khoản vay càng ngắn. Do đó, về nguyên tắc, có thể tồn tại các hạt ảo có thời gian sống vô cùng ngắn và năng lượng vô hạn. Để tránh những đại lượng vô hạn này, sẽ là khôn ngoan khi loại bỏ tất cả các hạt có thời gian sống ít hơn thời gian Planck 10 -43 giây. Như chúng ta đã thấy, vật lý học đã biết dừng lại đối với những khoảng thời gian ngắn hơn thời gian Planck. Chừng nào chúng ta còn chưa phát triển được một lý thuyết về hấp dẫn lượng tử, thì chúng ta sẽ không thể mô tả hành vi của các hạt có thời gian sống vô cùng ngắn và do đó năng lượng vô cùng lớn. Mặc dù máy gia tốc các hạt cơ bản lớn nhất trên thế giới, LHC tại CERN ở Geneva, có khả năng sinh ra năng lượng của vũ trụ lúc một phần ngàn tỷ giây sau Big Bang, nhưng vẫn còn cách xa năng lượng tồn tại vào thời điểm Planck hàng vạn dặm ( 74 ) .

Vậy là các nhà vật lý đã quyết định loại bỏ toàn bộ các hạt ảo có thời gian sống ngắn hơn thời gian Planck và do đó có năng lượng cực lớn khỏi danh sách. Quyết định này, dường như có tính đối phó ở thời điểm hiện nay, biết đâu một ngày nào đó rất có thể sẽ được xác nhận bởi một lý thuyết hấp dẫn lượng tử tương lai. Nói gì thì nói, việc tính toán năng lượng của chân không sau khi loại đi các hạt này liệu có mang lại một kết quả hữu hạn? Câu trả lời là có. Mặc dù vậy, không phải mọi thứ đều tốt đẹp hoàn toàn. Bởi vì năng lượng tính được vẫn cực kỳ lớn – chỉ với sự đóng góp của photon ảo, tổng năng lượng chân không đã cực kỳ lớn, bằng 10 116 jun ( 75 ) , hay gấp tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ lần năng lượng của tất cả các ngôi sao trong vũ trụ quan sát được giải phóng trong toàn bộ cuộc đời của chúng cộng lại. Một năng lượng lớn đến mức lực đẩy sinh ra sẽ phá vỡ toàn bộ các cấu trúc của vũ trụ...

Vẫn chưa hết! Các photon ảo không phải là những hạt duy nhất đóng góp cho năng lượng của chân không, nên chúng ta cũng phải xét tới tất cả các hạt ảo khác. Một số sẽ cho đóng góp dương vào tổng năng lượng của chân không, trong khi một số khác cho đóng góp âm. Do đó việc ước lượng tổng năng lượng của chân không theo lý thuyết chuẩn, có tính đến tất cả các hạt ảo, cho ta một kết quả còn kỳ lạ hơn, và cực kỳ không phù hợp với năng lượng cần thiết để giải thích sự tăng tốc của vũ trụ! Thật vậy, năng lượng chân không tính toán được cao hơn gấp 10 120 lần năng lượng đẩy cần thiết. Nói cách khác, nếu năng lượng đó có mặt trong vũ trụ, các thiên hà, sao, hành tinh và tất cả các cấu trúc khác trong kiến trúc vũ trụ sẽ tan rã, cuộc sống và ý thức sẽ không thể xuất hiện, vũ trụ sẽ trống rỗng và cằn cỗi...

SUSY và lý thuyết dây

Nhà vũ trụ học người Nga Yakov Zeldovich (1914-1987) (hình bên) là người đầu tiên đưa ra vấn đề năng lượng của chân không, nguồn gốc của sự bất đồng lớn chưa từng có giữa lý thuyết và quan sát vào năm 1967. Gần nửa thế kỷ sau, lời giải đáp vẫn chưa xuất hiện. Chúng ta hiện vẫn không biết tại sao các định luật của vật lý đã biết, tức là cơ học lượng tử cho những cái vô cùng bé và thuyết tương đối rộng cho những cái vô cùng lớn, lại cho chúng ta một ước lượng năng lượng của chân không, về bậc độ lớn, lớn hơn một trăm hai mươi lần so với giá trị quan sát thấy. Câu trả lời rất có thể nằm ở thực tế là chúng ta vẫn chưa thể thống nhất được hai lý thuyết trụ cột này thành một lý thuyết duy nhất về hấp dẫn lượng tử, một Lý thuyết của vạn vật.

Bắt đầu từ những năm 1980, như chúng ta đã thấy, các nhà vật lý bắt đầu đầu tư rất nhiều hy vọng (và nỗ lực) vào cái gọi là “lý thuyết dây”, theo đó các hạt cơ bản tạo nên thế giới vật chất không phải là các hạt điểm như những giả thuyết trước đây, mà là những biểu hiện khác nhau của dao động của các dây vô cùng nhỏ bé, cỡ độ dài Planck (10 -33 cm). Nó có vẻ tương ứng với lý thuyết hấp dẫn lượng tử đang được ráo riết tìm kiếm bởi vì, như có phép thần, trong số nhiều mode dao động của các dây có xuất hiện graviton , một hạt giả thuyết, được cho là hạt truyền tương tác hấp dẫn.

Vậy lý thuyết dây đã nói gì với chúng ta về năng lượng của chân không? Theo nó, tổng số các hạt trong vũ trụ phải được nhân đôi. Thực tế, lý thuyết dây dựa trên ý tưởng về siêu đối xứng (viết tắt là SUSY: supersymmetry) được đưa ra vào những năm 1970 để thống nhất vật chất và ánh sáng. SUSY dựa trên nguyên lý đối xứng nhằm kết nối các hạt vật chất có spin bán nguyên (1/2, 3/2...), chẳng hạn electron và quark, gọi chung là các “fermion”, và các hạt có spin nguyên (0, 1...) chẳng hạn photon và những hạt truyền lực khác như các hạt W và Z và các gluon, được biết với tên chung là các “boson”. Trong một vũ trụ do SUSY chi phối, số các hạt cơ bản, cứ như nhờ cú vẩy của chiếc đũa thần, sẽ được nhân đôi, mỗi boson được liên kết với một fermion gọi là hạt siêu đối ứng fermion của nó, và mỗi fermion lại liên kết với một siêu đối ứng boson. Các hạt siêu đối ứng này có mọi khía cạnh giống như hạt bình thường liên kết với nó (cùng khối lượng, cùng điện tích, vv), chỉ trừ spin phải khác nhau 1/2. Ví dụ, siêu đối ứng của photon có spin 0, được gọi là “photino”, có spin 1/2, trong khi electron với spin 1/2 có siêu đối ứng là selectron có spin 0.

Nhưng vũ trụ dường như không phải là siêu đối xứng. Chưa có ai từng nhìn thấy selectron, photino, hoặc các siêu đối ứng khác, mặc dù trên nguyên tắc chúng ta có những máy gia tốc đủ mạnh để làm chúng xuất hiện.

Để cứu SUSY khỏi cái chết chắc chắn, các nhà vật lý đã phải thừa nhận rằng sự đối xứng được công bố giữa các hạt và các hạt siêu đối ứng của chúng đã bị phá vỡ, ít nhất là liên quan đến khối lượng của chúng. Họ phải giả định rằng khối lượng của các siêu hạt này lớn hơn nhiều so với khối lượng của các hạt đối ứng của chúng (hình). Điều này có thể sẽ giải thích được tại sao không phát hiện được chúng, bởi vì khối lượng lớn có nghĩa là năng lượng lớn, và các máy gia tốc trong quá khứ không đạt được năng lượng cần thiết để làm chúng xuất hiện. Có lẽ LHC, máy gia tốc có khả năng tạo ra năng lượng rất lớn, một ngày nào đó sẽ tìm ra các hạt như vậy. Trong khi chờ đợi, SUSY ở dạng ban đầu, trong đó các khối lượng là hoàn toàn như nhau đối với một hạt và siêu đối ứng của nó, dường như không phù hợp với hành vi của tự nhiên.

Siêu đối xứng (SUSY). Lý thuyết dây dự đoán rằng, đối với mỗi hạt cơ bản, phải có một hạt “siêu đối ứng” tương ứng nặng hơn, có spin chênh lệch nhau 1/2. Hiện tại, không có hạt siêu đối ứng nào đã từng được phát hiện.

Khám phá đáng kinh ngạc về gia tốc của vũ trụ vào năm 1998 cho chúng ta thêm một lý do để nghĩ rằng có thể không có sự đối xứng hoàn hảo giữa các boson và fermion. Thực tế, gia tốc vũ trụ ngụ ý năng lượng chân không là khác 0. Nhưng các boson, như photon, các hạt W và Z truyền tương tác điện yếu, hay hạt Higgs, đều có đóng góp dương vào năng lượng của chân không. Trái lại, các fermion, như electron, neutrino và quark, lại cho đóng góp âm. Trước khi khám phá ra sự tăng tốc của vũ trụ, hầu hết các nhà vật lý đều nghĩ rằng phải có một đối xứng hoàn hảo giữa những đóng góp dương của boson và âm của fermion, và chúng sẽ hoàn toàn triệt tiêu nhau. Năng lượng của chân không do đó sẽ không phải là lớn hơn 0 một chút, mà chính xác bằng 0.

Nhưng khám phá ra sự gia tốc của vũ trụ cho chúng ta biết rằng điều này không thể xảy ra: năng lượng của chân không không bằng 0, mà hơi lớn hơn 0 một chút. Như chúng ta đã thấy, nếu tính tổng các đóng góp dương của năng lượng các boson và tổng đóng góp âm của các fermion, hai kết quả này đều cao hơn rất nhiều (gấp cỡ 10 120 lần) năng lượng chân không quan sát được. Điều này có nghĩa là: để hiểu tại sao năng lượng chân không nhỏ hơn 10 120 lần so với đóng góp riêng biệt của các boson và fermion, chúng ta phải giải thích tại sao đóng góp âm của các fermion lại chính xác bằng và ngược dấu với đóng góp dương của boson, và triệt tiêu nhau một cách chính xác đến 120 chữ số thập phân, cả hai chỉ có thể bắt đầu khác biệt từ chữ số thứ 121 – nói cách khác, trong hiệu số giữa đóng góp dương của các boson và âm của fermion, chữ số đầu tiên khác 0 chỉ xuất hiện sau 120 số 0!

Sự điều chỉnh chính xác một cách kinh hoàng như thế chẳng khác gì ma thuật! Vậy vũ trụ đã làm trò ảo thuật này như thế nào? Bí ẩn của năng lượng chân không vẫn còn nguyên vẹn cho đến khi một đề xuất gọi là “vị nhân” được đưa ra.

Một vũ trụ sinh ra từ chân không

Để thấy rõ ràng hơn, đã đến lúc phải tóm tắt lại những gì mà vũ trụ học hiện đại đã dạy chúng ta về lịch sử của vũ trụ. Nó bắt đầu từ một chân không vi mô đầy năng lượng. Ở các thang nhỏ nhất, nguyên lý bất định làm không gian tan thành vô số các thăng giáng lượng tử. Trong một phần nhỏ của một giây, lạm phát làm khuếch đại theo hàm số mũ những thăng giáng vi mô để làm chúng xuất hiện trong thế giới vĩ mô và sau đó đóng vai trò hạt giống của các thiên hà.

Việc giải phóng năng lượng chân không trong giai đoạn lạm phát ngoài việc gây ra vụ “bang” của Big Bang, còn sinh ra các thành phần vật chất của vũ trụ. Einstein đã dạy chúng ta rằng khối lượng của một hạt vật chất cũng chính là năng lượng của nó chia cho bình phương tốc độ ánh sáng. Khi đồng hồ vũ trụ điểm một phần mười tỷ (10 -10 ) giây, vũ trụ đi vào kỷ nguyên điện yếu và các hạt cơ bản và phản hạt của chúng (như quark và phản quark, và electron và phản electron) xuất hiện. Toàn bộ vũ trụ là một hỗn hợp của các hạt cơ bản. Trong những cái ôm riết chết người, các hạt và phản hạt hủy nhau để trở thành ánh sáng, rồi lại chuyển đổi thành các cặp hạt-phản hạt. Vật chất và ánh sáng xuất hiện và biến mất trong vòng sinh tử không ngừng trong một khoảng thời gian vô cùng nhỏ. Tuy nhiên, sự hủy vật chất-phản vật chất không hoàn toàn triệt để do tự nhiên ưu ái vật chất hơn một chút xíu – cỡ một phần tỷ – so với phản vật chất. Cứ mỗi tỷ phản hạt, sẽ có một tỷ lẻ một hạt. Điều này nghĩa là với mỗi tỷ cặp hạt-phản hạt triệt tiêu nhau để trở thành các photon, sẽ còn lại một hạt vật chất không có đối tác phản hạt. May mắn thay cho chúng ta, bởi vì trong một vũ trụ đối xứng vật chất-phản vật chất hoàn hảo, toàn bộ vật chất và phản vật chất sẽ hủy nhau hết, chỉ còn lại ánh sáng, và chúng ta sẽ không bao giờ có thể xuất hiện.

Khi các khoảnh khắc tiếp tục trôi qua, vũ trụ sẽ lớn dần lên, loãng ra và nguội đi, cho phép hình thành các cấu trúc ngày càng phức tạp hơn. Thật vậy, nhiệt độ cao sẽ gây ra các chuyển động và va chạm dữ dội, dẫn đến sự hủy hoại không thể tránh khỏi của các cấu trúc phức tạp đã được tạo dựng. Để tránh sự hủy diệt này, vũ trụ phải kiên nhẫn chờ đợi cho đến khi nhiệt độ giảm xuống nhằm đạt được sự phức tạp. Tại một phần ngàn giây sau Vụ nổ lớn, khi nhiệt độ của vũ trụ giảm xuống một ngàn tỷ (10 1 2 ) độ Kelvin, các quark kết hợp theo bộ ba để tạo thành các proton và neutron, những viên gạch của vật chất thông thường. Khoảng phút thứ ba, hai loại hạt này kết hợp với nhau tạo thành hạt nhân của hydrogen (một proton) và helium (hai proton và hai neutron). Vào năm 380.000, đến lượt các electron kết hợp với hạt nhân để hình thành các nguyên tử hydrogen và helium. Ba phần tư khối lượng của vũ trụ được tìm thấy dưới dạng các nguyên tử hydrogen, trong khi phần tư còn lại bao gồm các nguyên tử helium ( 76 ) . Các electron, bị mắc kẹt trong nguyên tử, không còn cản trở sự lưu thông của ánh sáng nữa. Màn sương mù bao trùm vũ trụ tan đi và vũ trụ trở nên trong suốt. Anh sáng nguyên thủy, sinh ra trong những khoảnh khắc đầu tiên của giây, cuối cùng có thể lan truyền một cách tự do. Nó đến với chúng ta ngày hôm nay dưới dạng một bức xạ vô tuyến hóa thạch (hay bức xạ nền vũ trụ).

Rồi vài trăm triệu năm trôi qua. Khoảng thời gian này là cần thiết để các thăng giáng mật độ vật chất – các hạt giống thiên hà sinh ra từ chân không và được khuếch đại bởi lạm phát – có thể thông qua lực hấp dẫn hút các thăng giáng vật chất khác và phát triển thành các đám mây khí hydrogen và helium đủ lớn để chúng có thể co sập lại dưới tác dụng của lực hấp dẫn của chính mình. Khí nén sẽ bị nóng lên đến nhiệt độ trên 15 triệu Kelvin. Các phản ứng hạt nhân được khởi phát, tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ. Rồi các khối cầu khí phát sáng: vậy là những ngôi sao đầu tiên đã được sinh ra, chiếu sáng bầu không gian tối đen như mực. Trong hàng tỷ năm tiếp theo, lực hấp dẫn vẫn sẽ tiếp tục tác động. Hàng trăm tỷ ngôi sao sẽ hợp lại với nhau thành các thiên hà, và hàng trăm tỷ thiên hà trong vũ trụ quan sát được sẽ hợp lại thành đám và siêu đám thiên hà để cho ra đời một kiến trúc tuyệt vời trong vũ trụ: những cấu trúc dạng sợi dài và mỏng kéo dài hàng trăm triệu năm ánh sáng, ranh giới của các khoảng trống rộng lớn mênh mông với đường kính hàng chục triệu năm ánh sáng, hoàn toàn trống rỗng không chứa một thiên hà nào. Cái vô cùng bé đã sinh ra cái vô cùng lớn như thế đó ( 77 ) .

Đa vũ trụ

Trong số hàng trăm tỷ thiên hà của vũ trụ quan sát được, có một thiên hà với cái tên thật dịu dàng là Ngân Hà, gần một ngôi sao có tên là Mặt Trời, trên một hành tinh gọi là Trái Đất, các nguyên tử sẽ kết hợp thành các chuỗi DNA, rồi dẫn đến sự sống khoảng 3,8 tỷ năm trước, rồi đến ý thức và con người biết đặt ra những câu hỏi về vũ trụ sinh ra mình. Do có sự hiện diện của chúng ta trong vũ trụ, nên nảy ra một câu hỏi: liệu năng lượng chân không có phải được xác định bởi chính sự kiện đơn giản là chúng ta tồn tại hay không?

Cần biết rằng tất cả các thuộc tính của vũ trụ, sự tiến hóa và số phận của nó phụ thuộc một cách rất chính xác vào các định luật vật lý bị chi phối đồng thời bởi một ít con số được gọi là các “hằng số cơ bản của tự nhiên” và những điều kiện ban đầu, nói cách khác là những tính chất mà các bà tiên đã ban cho vũ trụ lúc lọt lòng. Các hằng số vật lý – có khoảng mười lăm số – bao gồm tốc độ ánh sáng, khối lượng các hạt cơ bản, các hằng số quy định cường độ của bốn lực cơ bản của tự nhiên, như hằng số hấp dẫn hoặc hằng số Planck quy định kích thước của các nguyên tử. Còn các điều kiện ban đầu, ví dụ như mật độ của vật chất tối thông thường và ngoại lai và năng lượng tối vào lúc vũ trụ sinh ra, hoặc tốc độ giãn nở ban đầu của vũ trụ. Các nhà vật lý thiên văn đã nhận ra rằng sự tồn tại của sự sống và ý thức trong vũ trụ phụ thuộc vào sự căn chỉnh cực kỳ chính xác các hằng số vật lý và các điều kiện ban đầu đó. Chỉ cần thay đổi các tham số này một chút thôi là vũ trụ sẽ hoàn toàn khác: nó sẽ không thể cưu mang sự sống, và bản thân chúng ta cũng sẽ không tồn tại. Một số tham số yêu cầu độ chính xác cực cao. Chẳng hạn như mật độ vật chất ban đầu của vũ trụ phải được căn chỉnh với độ chính xác tới 100 -60 . Chỉ cần thay đổi chữ số thập phân thứ 60 thôi, là mọi thứ sẽ đảo lộn: vũ trụ sẽ trống rỗng và cằn cỗi. Ngay cả khi việc điều chỉnh các tham số khác không chính xác đến mức như thế, thì kết luận vẫn không thay đổi: bất kỳ sự thay đổi nào đều kéo theo việc loại bỏ sự sống và ý thức. Nhà thiên văn người Pháp gốc Anh Brandon Carter (1942), vào năm 1974, đã đề nghị nâng thực tế này thành “nguyên lý vị nhân” ( anthropos theo tiếng Hy Lạp, có nghĩa là “con người”) ( 78 ) .

Trong một thời gian dài, các nhà vật lý nghĩ rằng Lý thuyết của vạn vật, nếu được tìm ra, có thể sẽ giải thích được giá trị chính xác của các tham số này. Nó có thể cho chúng ta biết, ví dụ, tại sao khối lượng của electron lại nhỏ hơn gần hai ngàn lần proton, tại sao lại có bốn lực cơ bản trong tự nhiên, tại sao lực hấp dẫn lại yếu hơn 10 39 lần so với lực điện từ, hoặc tại sao ánh sáng lại chuyển động với tốc độ 300.000 kilomet mỗi giây. Các nhà vật lý miệt mài làm việc. Nhưng họ đã vỡ mộng. Lý thuyết dây, được cho là Lý thuyết của vạn vật và được đặt rất nhiều hy vọng, đã không thực hiện được lời hứa của nó. Trong khi đó, khái niệm về các vũ trụ song song hoặc đa vũ trụ lại ngày càng trở nên quan trọng hơn trong vật lý hiện đại, khiến chúng ta phải xem xét lại các ý tưởng này một cách triệt để.

Trong quá khứ gần đây, chúng ta vẫn hiểu “vũ trụ” là toàn bộ những gì tồn tại. Nhưng những tiến bộ trong vật lý đã buộc chúng ta phải xem xét lại định nghĩa này, cũng như xem xét một cách nghiêm túc khái niệm về các vũ trụ song song với vũ trụ chúng ta mà chúng ta không thể tiếp cận bằng cách quan sát, một phần hoặc toàn bộ, tất cả tạo thành một đa vũ trụ vô cùng rộng lớn ( 79 ) . Phiên bản đầu tiên của các vũ trụ song song này, mà có lẽ là có khả năng nhất, xuất phát từ lý thuyết “lạm phát vĩnh cửu” của nhà vật lý người Mỹ gốc Nga Andrei Linde (1948) (hình). Theo lý thuyết này, sự giãn nở chóng mặt theo hàm mũ của không gian nguyên thủy, gây bởi một giả chân không tiến tới chân không thật sự, không chỉ xảy ra một lần duy nhất ở một nơi duy nhất, mà xảy ra vô số lần ở vô số địa điểm. Mỗi lần giãn nở như thế lại sinh ra một bong bóng vũ trụ. Như vậy, vũ trụ của chúng ta cũng chỉ là một trong vô vàn các vũ trụ bong bóng khác, tất cả tạo thành một siêu vũ trụ. Đó chính là đa vũ trụ lạm phát (hình trang sau).

Đa vũ trụ lạm phát bao gồm vô số các bong bóng vũ trụ trong một siêu vũ trụ. Mỗi bong bóng vũ trụ tạo ra vô số các bong bóng vũ trụ khác, từ đó tạo ra một sự bùng nổ của các bong bóng vũ trụ, và cứ như thế.

Lý thuyết dây không hề chịu thua kém. Nó cũng cung cấp cho chúng ta phiên bản của riêng mình về đa vũ trụ. Phiên bản đơn giản nhất của lý thuyết dây được gọi là “Lý thuyết M”, trong đó M chỉ từ “membrane” (màng). Lý thuyết M nói răng vũ trụ giống như một brane (màng) (dạng rút gọn của từ “membrane”) có ba chiều không gian và một chiều thời gian nhìn thấy được. Nó cũng đòi hỏi thêm sáu chiều không gian nữa không nhìn thấy ngoài ba chiều mà chúng ta cảm nhận được. Chỉ có điều các chiều phụ thêm này không “phồng lên” bởi quá trình lạm phát lúc ban đầu mà vẫn cuộn lại rất chặt đến mức không thể quan sát được (kích thước của chúng cỡ độ dài Planck, 10 -33 cm). Theo lý thuyết M, các chiều phụ này phải được cuộn chặt lại có dạng hình học rất cụ thể gọi là Calabi-Yau, theo tên của nhà toán học Eugenio Calabi (1923) và Shing-Tung Yau (1949), người đã khám phá ra chúng rất lâu trước khi lý thuyết dây ra đời. Do các dạng hình học Calabi-Yau cực kỳ đa dạng (hình 11, ảnh màu), và do cách mà sáu chiều không gian không nhìn thấy cuộn lại theo một dạng Calabi-Yau, và mỗi một lần như thế lại cho ra đời một vũ trụ khác nhau với bốn chiều nhìn thấy được (gồm ba chiều không gian và một chiều thời gian mà chúng ta biết), nên lý thuyết M tiên đoán sự tồn tại của một số lượng rất lớn các vũ trụ song song với vũ trụ chúng ta. Con số này, bằng với số hình học Calabi-Yau khả hữu và vượt quá trí tưởng tượng phong phú nhất: nó cỡ 10 500 ( 80 ) ! Mỗi vũ trụ màng sẽ có một tổ hợp các hằng số vật lý và các điều kiện ban đầu riêng. Một số sẽ rất giống với vũ trụ của chúng ta, có lẽ chỉ khác ở vị trí hoặc vận tốc của một hạt cơ bản. Một số khác thì khác biệt hoàn toàn với các định luật và hằng số vật lý, các hạt cơ bản, và các lực cơ bản, tất cả đều khác. Như vậy, lý thuyết dây nói với chúng ta rằng vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong số 10 500 vũ trụ song song khác, tạo thành một đa vũ trụ màng rộng lớn (hình trang sau).

Hình 11. Bốn dạng Calabi-Yau trong số 10500 dạng khả dĩ. Trong phiên bản đơn giản nhất, lý thuyết dây đòi hỏi thêm sáu chiều không gian, cuộn chặt lại, làm chúng trở nên không thể nhìn thấy được. Sự dồi dào tuyệt vời của các dạng Calabi-Yau tạo nên sự vô cùng đa dạng các cách mà các chiều không gian này có thể cuộn lại.

Các đa vũ trụ màng theo lý thuyết dây. a) Dây được gắn vào các mặt gọi là “màng”. b) Mỗi màng tạo thành một vũ trụ khác biệt, và tập hợp tất cả các màng tạo thành một đa vũ trụ rộng lớn.

Chưa hết, đa vũ trụ cũng xuất hiện trong lý thuyết về “vũ trụ phân nhánh ( 81 ) ” được nhà vật lý người Mỹ Hugh Everett III (1930-1982) đề xuất vào năm 1957, để cung cấp một cách giải thích khác thay thế cách giải thích xác suất cho các hiện tượng nguyên tử và hạ nguyên tử của trường phái Copenhagen ( 82 ) . Theo Niels Bohr, Werner Heisenberg và các đồng nghiệp, chừng nào thiết bị đo chưa được kích hoạt để quan sát, chẳng hạn một electron, chúng ta chỉ có thể mô tả thực tại (tốc độ, vị trí, v.v) của nó bằng một sóng xác suất. Chỉ sau khi phép đo được thực hiện nó mới biến đổi thành một hạt, đặc trưng vị trí hoặc tốc độ. Thông thường, khi có nhiều khả năng hành động hay lựa chọn thay thế, chúng ta sẽ chọn một và loại bỏ tất cả những khả năng còn lại. Tuy nhiên, theo Everett, mỗi lần có sự lựa chọn, vũ trụ phân nhánh thành nhiều bản sao gần như tương tự, và tất cả các tùy chọn và các kịch bản khả dĩ đều có thể trở thành thực tế. Đối với electron, khái niệm vũ trụ song song làm cho vị trí quan sát được và tất cả các vị trí khác của hạt này hay sóng (xác suất) đều khác 0 và hoàn toàn bình đẳng. Electron chiếm tất cả các vị trí dù quan sát được hay không, nhưng mỗi vị trí nằm trong các vũ trụ song song khác nhau. Nói cách khác, tất cả các khả năng đều được thực hiện, nhưng là trong các vũ trụ song song. Vì vậy, trong một vũ trụ, con mèo Schrödinger là chết, nhưng ở một vũ trụ khác nó lại là sống ( 83 ) (hình). Trong một vũ trụ bạn sẽ ở nhà đọc cuốn sách này, ở một vũ trụ khác bạn lại đến rạp chiếu phim. Trong một vũ trụ, Napoléon thua trận Waterloo, trong vũ trụ khác ông ta lại giành chiến thắng. Trong một vũ trụ, sự nóng lên toàn cầu sẽ không xảy ra trong khi đó một Trái Đất khác trở thành không thể sống được. Các vũ trụ song song có những nhà quan sát giống hệt nhau bị phân đôi, nhưng hoàn toàn bị tách rời nhau: sẽ không bao giờ có bất cứ sự liên lạc nào giữa các nhà quan sát thuộc các vũ trụ khác nhau. Một số khác thậm chí còn có những khác biệt cơ bản hơn: các định luật, các hằng số vật lý và các điều kiện ban đầu của chúng sẽ khác biệt hoàn toàn; một số có sự sống và ý thức, trong khi số khác sẽ cằn cỗi, vô sinh. Và các vũ trụ song song này đều là thực như nhau. Đó là đa vũ trụ của các vũ trụ phân nhánh.

Trong đa vũ trụ của các vũ trụ phân nhánh, vũ trụ sẽ phân thành hai mỗi khi có sự lựa chọn hoặc thay thế: sẽ có một vũ trụ trong đó con mèo Schrödinger còn sống và vũ trụ khác trong đó nó chết.

Năng lượng của chân không liệu có được quyết định bởi sự có mặt của chúng ta?

Đối mặt với khái niệm đa vũ trụ được áp đặt ngày càng dai dẳng lên quang cảnh của vũ trụ học đương đại, một số nhà vật lý đã bắt đầu đặt lại vấn đề về một ý tưởng xưa cũ, theo đó tất cả các đặc tính cơ bản của vũ trụ có thể được xác định bởi một lý thuyết vật lý duy nhất, Lý thuyết của vạn vật. Xét cho cùng, nếu có vô số các vũ trụ song song, mỗi vũ trụ có một tổ hợp các hằng số vật lý và các điều kiện ban đầu riêng, thì những hằng số ấy sẽ không còn là “cơ bản” nữa. Vì chúng có thể có bất kỳ giá trị nào, và sẽ không có ý nghĩa gì trong việc cố gắng tìm kiếm một lý thuyết giải nhằm thích tại sao chúng lại có giá trị cụ thể này mà không phải là một giá trị nào khác. Và rồi, nếu bất chấp tất cả những nỗ lực của chúng ta trong gần nửa thế kỷ mà Lý thuyết của vạn vật vẫn không thể ra đời, thì có lẽ đơn giản là nó không tồn tại!

Nhưng nếu chúng ta từ bỏ con đường của lý thuyết này, làm thế nào có thể giải thích được các thuộc tính của vũ trụ chúng ta? Và đặc biệt, để trở lại câu hỏi chúng ta quan tâm ở đây, là tại sao năng lượng của chân không lại có giá trị như nó có, khác 0, bởi vì cần để lý giải sự gia tốc của vũ trụ, nhưng năng lượng ấy là cực kỳ nhỏ vì sự đóng góp dương và âm của các hạt ảo khác nhau trong chân không phải chính xác bằng nhau và trái dấu để triệt tiêu nhau đến chữ số thập phân thứ 120.

Trong tuyệt vọng, một số nhà vật lý đã quay sang con đường vị nhân: năng lượng chân không phải như thế để tương thích với sự tồn tại của chúng ta ( 84 ) . Chẳng hạn, nhà vật lý người Mỹ Steven Weinberg, vào năm 1987 (11 năm trước khi phát hiện sự gia tốc của vũ trụ), đã tính được giá trị năng lượng của chân không (dưới dạng một hằng số vũ trụ kiểu như của Einstein) cần thiết để cho phép sự xuất hiện của sự sống và ý thức trong vũ trụ. Chúng không thể xuất hiện trong một vũ trụ với năng lượng chân không quá dương, ông lý luận: lực phản hấp dẫn rất lớn của nó sẽ gây ra sự giãn nở dữ dội đến mức không có vật chất nào có thể tập hợp lại được dưới tác dụng của lực hấp dẫn hút ( 85 ) để hình thành các ngôi sao, nơi sẽ sản xuất ra các nguyên tố nặng cần thiết cho sự phát triển của sự sống và ý thức. Ngược lại, chúng cũng không thể xuất hiện trong một vũ trụ với năng lượng chân không quá âm: thay vì một lực phản hấp dẫn khổng lồ, năng lượng chân không âm này lại tạo ra một lực hấp dẫn cực lớn, thêm vào với lực hấp dẫn của vật chất, sẽ làm cho vũ trụ co sập lại trong một vụ big crunch (vụ co lớn), trong một khoảng thời gian tương đối ngắn; vũ trụ sẽ không có hàng tỷ năm cần thiết để sinh ra các nguyên tố nặng qua lò giả kim thuật hạt nhân của các ngôi sao, cũng như cho quá trình hình thành của sự sống và ý thức từ các nguyên tố nặng. Tất cả mọi thứ diễn ra trên một sự cân bằng rất tinh tế: Weinberg chứng minh rằng sự tồn tại của chúng ta chỉ có thể nếu vũ trụ có một năng lượng chân không chỉ hơi dương một chút, đủ để lý giải được sự tăng tốc quan sát được của vũ trụ. Nói cách khác, theo nhà vật lý này, giá trị của năng lượng chân không của vũ trụ chúng ta được xác định một cách vị nhân: nghĩa là nó có giá trị như vậy là do sự hiện diện của chúng ta. Trong vô số các vũ trụ song song, chỉ có vũ trụ của chúng ta có những điều kiện cần thiết, và đó là lý do tại sao chúng ta có mặt ở đây để đặt câu hỏi về năng lượng của chân không. Tất cả các vũ trụ khác có năng lượng chân không quá dương hoặc quá âm, đều không có sự sống và ý thức.

Phải nghĩ thế nào về lời giải thích mang tính vị nhân về giá trị năng lượng của chân không này? Nó đặt chúng ta trong một tình huống rất khó xử, bởi vì nó dựa trên giả thuyết đa vũ trụ. Mà các vũ trụ song song lại không thể tiếp cận để quan sát được: chúng ta không bao giờ có thể trực tiếp xác minh sự tồn tại của các vũ trụ đó. Bằng kính thiên văn, chúng ta chỉ có thể tiếp cận với vũ trụ quan sát được, giới hạn bởi một mặt cầu-chân trời có bán kính 47 tỷ năm ánh sáng. Giới hạn này không phải là do sự áp đặt của công nghệ (về nguyên tắc, chúng ta có thể xây dựng các kính thiên văn ngày càng lớn và thấy được các đối tượng càng mờ và xa hơn) mà là của tốc độ ánh sáng. Ánh sáng của các thiên hà bên kia mặt cầu-chân trời không đủ thời gian để đến được với chúng ta trong 13,8 tỷ năm của vũ trụ. Toàn bộ vũ trụ, mà các nhà thiên văn học tin rằng có bán kính gấp hai triệu tỷ tỷ lần so với vũ trụ quan sát được, sẽ vĩnh viễn nằm ngoài khả năng của chúng ta. Tương tự, các vũ trụ song song của đa vũ trụ lạm phát thậm chí còn ở xa hơn, tức là cũng sẽ nằm ngoài tầm của các kính thiên văn. Trong lý thuyết M, vũ trụ song song của đa vũ trụ màng, về nguyên tác, rất giống với chúng ta, ở rất gần vũ trụ màng của chúng la, nhưng cũng không thể tiếp cận được chúng để quan sát bởi vì chúng nằm trong các chiều không gian khác. Còn với lý thuyết về các vũ trụ phân nhánh, nó thậm chí dường như thoát khỏi mọi kiểm chứng thực nghiệm: nó tiên đoán các hiện tượng giống hệt với những tiên đoán của cơ học lượng tử trong phiên bản xác suất của nó, và không có cách nào phân biệt được bằng thực nghiệm hai phiên bản và xác minh rằng vũ trụ phân nhánh thực sự được chia thành vô số bản sao bất cứ khi nào có sự lựa chọn hay quyết định.

Trong tình trạng hiểu biết hiện tại của chúng ta, dường như không có thực nghiệm hay quan sát nào có thể xác nhận hoặc phủ nhận sự tồn tại của đa vũ trụ vào một khi nào đó. Khái niệm này là “không thể bác bỏ”, theo thuật ngữ của triết gia người Áo Karl Popper (1902-1994), và do đó không phải là khoa học. Khoa học, xin nhắc lại một lần nữa, là dựa vào sự tác động qua lại thường xuyên giữa quan sát và lý thuyết, và nếu không có quá trình thường hằng này, thì khoa học sẽ sớm sa lầy vào siêu hình. Giải thích mang tính vị nhân về năng lượng của chân không do đó rất không thỏa đáng.

Tương lai của một vũ trụ tăng tốc độ giãn nở

Vậy tương lai của vũ trụ sẽ như thế nào? Sau giai đoạn giãn nở điên cuồng trong pha lạm phát, từ 10 - 3 4 đến 10 -32 giây, vũ trụ chuyển sang giãn nở bình lặng hơn và chậm rãi hơn ( 86 ) . Do lực hấp dẫn gây ra bởi vật chất và ánh sáng đối ngược với lực bùng nổ do năng lượng của chân không gây ra, vũ trụ trải qua giai đoạn giảm tốc trong bảy tỷ năm đầu tiên của nó. Nhưng từ tám tỷ năm trước, chuyển động giảm tốc đã biến thành chuyển động tăng tốc. Hành vi này tương tự như chuyển động của một chiếc xe hơi dừng lại ở đèn đỏ: người lái xe nhấn phanh, xe sẽ giảm tốc độ cho đến khi nó dừng lại hoàn toàn; khi đèn chuyển sang xanh, người lái xe đạp ga và xe tăng tốc vài giây trước khi đạt tốc độ không đổi. Còn vũ trụ thì, nó sẽ tiếp tục tăng tốc đến thời gian vô tận.

Tại sao vũ trụ phải mất tới bảy tỷ năm để chuyển từ chuyển động giảm tốc sang chuyển động tăng tốc? Tại sao năng lượng của chân không với lực đẩy do nó gây ra không thể hiện sớm hơn? Thực tế, lực này luôn hiện diện, nhưng ẩn trong bóng tối, từ lúc khởi đầu của vũ trụ. Chỉ có điều là trong bảy tỷ năm đầu tiên nó quá yếu, không thể vượt qua được lực hấp dẫn do vật chất (thông thường và ngoại lai) và ánh sáng của vũ trụ gây ra. Đó là lúc lực hấp dẫn thống trị và làm giảm tốc độ giãn nở. Nhưng thời gian vốn ưu ái năng lượng của chân không, nó chỉ cần kiên nhẫn và chờ đợi thời điểm phù hợp để chiếm quyền kiểm soát các sự kiện. Thực tế, khi thời gian trôi qua và thể tích của vũ trụ tăng lên, mật độ vật chất và bức xạ không ngừng giảm đi (nhớ rằng mật độ tỷ lệ nghịch với thể tích) trong khi mật độ năng lượng của chân không vẫn không đổi (vì, như chúng ta đã thấy, áp lực âm của chân không đã phân phối năng lượng cho không gian trong quá trình giãn nở). Sau tám tỷ năm, lực đẩy của năng lượng chân không chiếm ưu thế so với lực hấp dẫn hút của vật chất và bức xạ, và vũ trụ chuyển sang chế độ tăng tốc.

Sự kiểm kê các thành phần năng lượng (ánh sáng cũng là một dạng năng lượng) và vật chất trong vũ trụ cũng như các quan sát kích thước góc của những thăng giáng mật độ trong bức xạ nền, như đã nói, đã phát lộ cho chúng ta biết rằng chúng ta đang sống trong một vũ trụ có hình học phẳng, có độ cong bằng 0 và mật độ bằng mật độ tới hạn. Sự tăng tốc độ giãn nở của vũ trụ sẽ là vĩnh viễn. Vũ trụ sẽ tiếp tục loãng hơn và nguội đi. Nhiệt độ của bức xạ nền, ngày nay chỉ khoảng ba Kelvin hay -270 độ C, sẽ tiếp tục giảm dần, tiến dần tới 0 độ tuyệt đối (hay 0 Kelvin), nhiệt độ mà ở đó mọi chuyển động nguyên tử đều chấm dứt. Khi thời gian trôi qua, bầu trời sẽ ngày càng thưa dần các thiên hà. Do sự tăng tốc độ giãn nở của vũ trụ, các thiên hà xa xôi sẽ chạy ra xa dải Ngân Hà ngày một nhanh, cho tới khi bằng và thậm chí vượt quá tốc độ ánh sáng ( 87 ) . Những thiên hà này sẽ biến mất khỏi tầm quan sát của chúng ta. Thật vậy, hiệu ứng Doppler sẽ làm cho ánh sáng của chúng tới chúng ta ngày càng dịch về phía đỏ. Nói cách khác, bước sóng ánh sáng (khoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai hõm liên tiếp của sóng ánh sáng) đến từ một thiên hà xa xôi sẽ tăng lên khi thời gian trôi qua: ánh sáng ban đầu của nó nằm trong phạm vi khả kiến sẽ chuyển dịch dần sang ánh sáng hồng ngoại, ánh sáng vi sóng, và sau đó là ánh sáng vô tuyến, cho đến khi bước sóng lớn đến mức nó sẽ vượt quá cả kích thước của vũ trụ; và tại thời điểm này, thiên hà sẽ biến mất mãi mãi khỏi tầm nhìn của chúng ta. Các phép tính cho thấy, do bị cuốn đi bởi sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ, vài trăm tỷ thiên hà của vũ trụ quan sát được hiện nay sẽ trở nên không còn nhìn thấy nữa đối với chúng ta sau khoảng hai ngàn tỷ năm nữa, nghĩa là gấp khoảng một trăm lần tuổi hiện tại của vũ trụ. So với sự tồn tại một trăm năm của chúng ta, khoảng thời gian này có vẻ rất lớn, nhưng xét cho cùng nó cũng chỉ là một cái chớp mắt so với vĩnh cửu.

Liệu điều này có nghĩa là Ngân Hà sẽ chỉ còn lại đơn độc trong không gian bao la tối đen như mực? Không, bởi vì nó là một phần trong một cấu trúc kỳ vĩ của vũ trụ được gọi là “Siêu đám địa phương”. Cấu trúc khổng lồ và phức tạp này chứa khoảng mười ngàn thiên hà tập hợp thành các cụm vài chục thiên hà – Ngân Hà nằm trong Cụm địa phương bao gồm thiên hà Andromeda (hình 12, ảnh màu) và vài chục thiên hà lùn – hoặc thành các đám chứa hàng ngàn thiên hà. Do lực hấp dẫn liên kết các thiên hà của Siêu đám địa phương, nên chúng sẽ không bị tan rã trong tương lại vì sự tăng tốc giãn nở của vũ trụ. Những thiên hà thuộc Siêu đám này sẽ luôn có mặt để làm mãn nhãn con cháu chút chít chụt chịt của chúng ta. Nhưng trong tương lai xa, chúng sẽ không còn là các thực thể riêng biệt nữa: lực hấp dẫn sẽ làm chúng lao về phía nhau để tạo thành một Siêu thiên hà. Chẳng hạn, dải Ngân Hà rồi sẽ hợp nhất với thiên hà láng giềng Andromeda sau khoảng bốn tỷ năm. Trong hai ngàn tỷ năm nữa, hậu thế của chúng ta sẽ có ấn tượng rằng toàn bộ vũ trụ quy gọn chỉ còn là một Siêu thiên hà và bao quanh siêu thiên hà đó chỉ là không gian trống rỗng. Khi ấy chúng sẽ nghĩ một cách sai lầm rằng không gian này là tĩnh, bởi vì không có thiên hà nào khác ở ngoài Siêu thiên hà, chúng sẽ không còn các cọc tiêu vũ trụ nào nữa để đo sự giãn nở của vũ trụ, ấy là chưa nói đến chuyển động tăng tốc của nó! Trớ trêu hơn nữa, các nhà thiên văn của tương lai xa xôi sẽ có cùng một nhận định – mà hoàn toàn sai lầm – về thế giới như cách đây khoảng một thế kỷ, vào năm 1915, khi tổ tiên của chúng ta tin rằng vũ trụ chỉ được giới hạn trong dải Ngân Hà và rằng không gian xung quanh nó là tĩnh và trống rỗng!

12. Thiên hà Andromeda (hay Messier 31) cách Trái Đất 2,3 triệu năm ánh sáng, là thiên hà giống và gần nhất của dải Ngân Hà. Cùng với dải Ngân Hà, nó chiếm tỷ trọng lớn khối lượng của Cụm thiên hà địa phương bao gồm thêm khoảng 20 thiên hà lùn có khối lượng nhỏ hơn.

Nhưng có thể sẽ không mất hết tất cả. Điều gì sẽ xảy ra với bức xạ nền tràn ngập khắp nơi trong vũ trụ? Con cháu chúng ta liệu có thể quan sát nó để suy luận, như chúng ta đã làm, rằng trong quá khứ vũ trụ đã có một trạng thái cực kỳ nhỏ, nóng và đặc, và rằng nó đã được sinh ra trong một vụ nổ dữ dội của không gian gọi là “Big Bang”? Thật không may, ngay cả quan sát này chúng cũng không thể có được. Thật vậy, không gian giữa các vì sao của Siêu thiên hà, kết quả của sự hợp nhất các thiên hà riêng lẻ thuộc Siêu đám địa phương, sẽ chứa đầy khí nóng lên đến hàng triệu độ bởi va chạm của các thiên hà. Mà nhiệt độ cao đồng nghĩa với chuyển động dữ dội. Các nguyên tử khí sẽ va chạm và bị ion hóa, tức mất đi các electron của chúng. Khí giữa các vì sao sẽ trở thành cái mà các nhà vật lý gọi là “plasma”, chứa đầy hạt nhân nguyên tử và các electron tự do. Chúng sẽ ngăn chặn sự di chuyển của các photon vô tuyến của bức xạ nên từ bên ngoài Siêu thiên hà vào bên trong (nơi có dải Ngân Hà), do đó các nhà thiên văn học trên Trái Đất trong tương lai sẽ không bao giờ quan sát được bức xạ đó nữa ( 88 ) . Đối với những con cháu xa xôi của chúng ta, câu chuyện về Big Bang, sự giãn nở của vũ trụ, vật chất tối và năng lượng của chân không sẽ giống như một huyền thoại tuyệt vời về một nền văn minh cổ xưa đã biến mất, được tưởng tượng ra để giải thích nguồn gốc của thế giới, nhưng không dựa trên bất kỳ quan sát thực tế nào.

Vật lý hiện đại đã dạy chúng ta rằng chân không là nguồn gốc của tất cả mọi thứ: vũ trụ được sinh ra từ chân không, tất cả các thành phần của vũ trụ cũng xuất phát từ chân không và chân không cũng quy định chuyển động của nó. Sau đây chúng ta sẽ thấy rằng, thật đáng kinh ngạc, quan niệm này về thế giới lại rất gần với các truyền thống tâm linh lớn của phương Đông: Ấn Độ giáo, Đạo giáo và Phật giáo.

Chương VI. Đạo của cái Không Tri thức lý tính, tri thức huyền bí

Liệu có mối liên hệ gì giữa tri thức khoa học với các truyền thống tâm linh phương Đông không? Cách tiếp cận thực tế của hai lĩnh vực đó thoạt nhìn dường như hoàn toàn đối lập. Để đột phá những bí mật của tự nhiên, nhà khoa học chủ yếu dựa vào trí tuệ và lý trí của mình. Bằng cách sử dụng những công cụ tinh xảo để thu thập các dữ liệu quan sát và thực nghiệm – từ các kính thiên văn dùng cho những cái vô cùng lớn, đến các kính hiển vi hoặc máy gia tốc hạt dùng cho những cái vô cùng bé – họ không ngừng đo đạc, phân chia, phân loại, phân tích hay so sánh để nghiên cứu hiện thực. Để diễn tả các quy luật tự nhiên, họ sử dụng một ngôn ngữ đã phát triển rất cao là toán học. Trực giác không phải là thứ vắng mặt trong khoa học, nhưng nó chỉ hữu ích nếu được hỗ trợ bởi một mô hình hoặc một lý thuyết được xây dựng trong một cấu trúc toán học chặt chẽ và nhất quán. Cách tiếp cận của khoa học về cơ bản là mang tính quy giản luận: nó dựa trên ý tưởng cho rằng tự nhiên có thể được phân chia thành các bộ phận, mỗi bộ phận có thể được nghiên cứu một cách độc lập, và chỉ cần nghiên cứu những thuộc tính của các bộ phận là có thể hiểu được tính chất của toàn thể. Nếu phân tích một phần nhỏ của vũ trụ mà không hiểu được toàn thể thì khoa học không thể phát triển. Ví dụ, tôi sẽ không thể thực hiện công việc của mình với tư cách một nhà thiên văn, nếu tôi hiểu được quỹ đạo của Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời, mà không tính đến tương tác hấp dẫn của tất cả các ngôi sao và các thiên hà trong vũ trụ. Mặc dù khoa học đương đại đã chứng tỏ một thực tế là vũ trụ tạo thành một tổng thể phụ thuộc lẫn nhau một cách khăng khít, nhưng phương pháp quy giản luận đã cho thấy nó rất hiệu quả.

Trái lại, nhà hiền triết không có ý định phân mảnh thực tại thành các phần nhỏ, mà lại cố gắng nắm bắt thực tại trong tính tổng thể của nó. Cách tiếp cận của họ không phải theo quy giản luận mà là theo cách toàn diện. Họ không cần viện đến các dụng cụ đo lường tinh xảo và những quan sát phức tạp, vốn là cơ sở thực nghiệm của khoa học hiện đại. Dụng cụ duy nhất mà họ sử dụng chính là tâm trí của mình. Những phát biểu của các truyền thống tâm linh về thế giới hiện tượng không được diễn đạt bằng ngôn ngữ toán học có cấu trúc và phát triển cao. Chúng có bản chất định tính hơn là định lượng. Trực giác và kinh nghiệm nội tại đóng vai trò hàng đầu trong cách tiếp cận chiêm nghiệm hơn là trí tuệ và lý trí. Và trước hết, cách tiếp cận của khoa học và của tâm linh có bản chất hoàn toàn khác nhau: trong khi sự hiểu thấu thế giới hiện tượng bên ngoài là mục tiêu hàng đầu của khoa học, thì sự hoàn thiện tồn tại bên trong để giảm bớt đau khổ và đạt được sự thanh thản và hạnh phúc mới là mối quan tâm chính của các truyền thống tâm linh. Chẳng hạn, Phật giáo quan tâm tới bản chất tối hậu của thế giới vật chất không phải là để hiểu cách vận hành của tự nhiên, mà vì khi đạt được chân lý tuyệt đối và xua tan được sự vô minh, chúng ta có thể giải phóng mình khỏi những khổ đau do việc gắn kết sai lầm bản thân với thực tại biểu kiến của thế giới bên ngoài, và nhờ vậy mà đạt được tiến bộ trong sự hoàn thiện nội tâm chúng ta.

Với phương pháp và mục tiêu khác biệt như thế, liệu có hợp lý khi ta so sánh quan điểm của khoa học và truyền thống tâm linh phương Đông về thực tại, và đặc biệt về chủ đề liên quan đến chúng ta ở đây: khái niệm cái Không? Câu trả lời khẳng định dứt khoát là có. Sự kết hợp tri thức lý tính và huyền bí chỉ có thể làm giàu có và phong phú thêm mà thôi. Nó chỉ có thể tạo ra các tổng hợp bất ngờ, các quan điểm mới và các câu hỏi mới. Như nhà vật lý Werner Heisenberg đã nói rất rõ: “Tham vọng vượt qua những đối lập, bao gồm việc tổng hợp thâu tóm cả hiểu biết lý tính và kinh nghiệm huyền bí về tính thống nhất, là chuyện thần thoại ( mythos ), là cuộc tìm kiếm, dù nói ra hay không, của thời đại chúng ta ( 89 ) .”

Cái Không tràn đầy của phương Đông

Giống như ở phương Tây, khái niệm về hư vô và cái Không trong các truyền thống phương Đông xuất hiện trong bối cảnh các thần thoại về sự sáng thế. Chúng ta đã thấy rằng trong phần lớn những câu chuyện thần thoại phương Tây, vũ trụ không phải chuyển đổi từ hư vô sang một cái gì đó, từ không tồn tại đến hiện hữu, mà vũ trụ hầu như luôn luôn nảy sinh từ một môi trường đã có từ trước. Đối với người Hy Lạp, thể nền nguyên thủy là một trong bốn nguyên tố chính: thường là nước, nhưng cũng có thể là không khí, lửa, và đất, và được thêm vào một nguyên tố thứ năm là ether. Ý niệm cái Không và sự hỗn mang ban đầu gắn liền với nó đã tạo ra một nỗi sợ hãi siêu hình và phải lảng xa nó bằng mọi giá. Chúng ta đã thấy rằng chính vì sự sợ hãi hư vô mà số 0 đã không được phát minh bởi người Hy Lạp, bất chấp sự tiến bộ đầy ấn tượng của họ trong toán học.

Ngược lại với phương Tây, khái niệm cái Không đã được các nền văn minh phương Đông đón nhận một cách cởi mở. Chẳng hạn, nó đã đóng vai trò chủ đạo trong Ấn Độ giáo. Trong kinh Rig-Veda (thế kỷ 12-10 trước CN), một bộ sưu tập các kinh tụng ca của Ấn Độ cổ đại, được viết bằng tiếng Phạn khoảng năm 1500 đến năm 900 trước CN, và là một trong bốn bộ kinh kinh điển của Ấn Độ giáo, một thần thoại về sáng thế viết như sau:

Không có tồn tại đồng thời cũng không có không-tồn tại

Không có không gian cũng chẳng có bầu trời ở ngoài kia

Nó chứa gì? Nó ở đâu? Ai coi sóc nó?

Liệu nó có nước sâu, nước vô đáy?

Kinh Rig-Veda nói rằng ngay từ đầu “không có tồn tại”. Nhưng nó cũng không khẳng định rằng mọi thứ lúc đầu đều chỉ là hư vô vì ngay sau đó, nó viết thêm: “Cũng không có không-tồn tại. Nói cách khác, cái Không nguyên thủy không phải là không có gì, mà là chứa đầy tiềm năng. Đó là những tiềm năng sẽ được hiện thực hóa để sinh ra vũ trụ và các thành phần của nó. Trong Ấn Độ giáo, vô số sự vật và hiện tượng bao quanh chúng ta và tạo nên hiện thực chính là biểu hiện của một nguyên lý sáng tạo ẩn phía sau, được gọi là Brahman trong tiếng Phạn. Brahman , nguồn gốc của vạn vật, thường được mô tả là trống rỗng và vô hình vô tướng. Nhưng không nên nhầm lẫn cái Không đó với hư vô vì Brahman là cốt lõi của mọi hình thái và nguồn gốc của mọi sự sống. Nó là ý thức vũ trụ hiện diện trong mọi vật. Nó là linh hồn phổ quát đối ngược với linh hồn cá nhân, được gọi là atman , được tái sinh và ở trong mỗi chúng ta. Kinh Upanishad miêu tả nó như sau:

Brahman là sự sống, Brahman là niềm vui,

Brahman là cái Không,

Thực chất niềm vui, không gì khác, chỉ là cái Không

Và cái Không thực chất, không gì khác, chỉ là niềm vui.

Ý tưởng về một cái Không đầy tràn là nguồn gốc của vạn vật cũng có mặt trong Đạo giáo. Sinh ra ở Trung Quốc vào thế kỷ 5 trước CN, dòng tư tưởng này xuất hiện gần như đồng thời với Nho giáo. Hai trường phái tư tưởng này đại diện hoàn hảo cho hai thái cực bổ sung cho nhau của tính cách Trung Hoa: Nho giáo phản ánh phương diện thực dụng cao – làm thế nào sống trong xã hội, cư xử thế nào với người xung quanh, tôn kính tổ tiên thế nào... – trong khi Đạo giáo phản ánh phương diện siêu việt, lý tưởng chủ nghĩa của nó – làm thế nào vượt lên trên những đòi hỏi, những dằn vặt và mâu thuẫn của cuộc sống đời thường để đạt tới những đỉnh cao của minh triết. Đạo giáo là một triết lý của tự nhiên và của mối quan hệ giữa con người với tự nhiên: con người chỉ có thể nhận thức được nếu phù hợp với trật tự tự nhiên, nếu có thể buông mình theo trực giác và hành động một cách t?