Bài giới thiệu cuốn “From Certainty to Uncertainty” của David Peat, Người dịch: Phạm Việt Hưng, NXB Tri Thức, Tháng 12/2011.

Vào thời điểm bản lề chuyển từ thế kỷ 20 sang thế kỷ 21, tạp chí Times đã bình chọn Albert Einstein là “nhân vật của thế kỷ 20” (person of the century). Hầu hết mọi người đều tán thành với bình chọn này, vì không thể có một nhân vật thứ hai nào đạt được những thành tựu vĩ đại và phi thường như Einstein: Thuyết lượng tử ánh sáng, Thuyết tương đối hẹp, Thuyết tương đối tổng quát, và nhiều công trình quan trọng khác nữa. Nhưng tại sao Lev Landau, nhà vật lý lỗi lạc người Nga trong thập kỷ 1960, lại xếp Niels Bohr ở vị trí (–1) trên trục số, trong khi Einstein tương ứng với vị trí zero[1] (ám chỉ Bohr còn sâu sắc hơn Einstein)? Điều này rất khó hiểu đối với những ai không quan tâm tới vật lý, hoặc làm vật lý nhưng không quan tâm tới những vấn đề thuộc về triết học nhận thức. Để giải đáp thắc mắc này, phải tìm hiểu khá nhiều về vật lý lượng tử, đặc biệt về tư tưởng của hai nhân vật lỗi lạc này xung quanh vấn đề bản chất của hiện thực, thông qua cuộc tranh luận kéo dài của họ về tính bất định lượng tử. Đó là một trong những trang sử hấp dẫn nhất của vật lý học nói riêng và khoa học nói chung. Thông qua trang sử đó, người đọc không chỉ thấy rõ chân dung hai nhà tư tưởng vĩ đại, mà còn chứng kiến một cuộc chuyển biến tư tưởng vô cùng sâu sắc của khoa học từ thế giới quan cổ điển (Einstein) sang thế giới quan hiện đại (Bohr). 

Đối với Einstein, luôn luôn tồn tại một hiện thực khách quan, dù ở bất cứ cấp độ nào – vĩ mô hay hạ nguyên tử – và nhiệm vụ của khoa học đơn giản là làm sao hiểu được hiện thực khách quan đó. Dù đối tượng nghiên cứu là các hành tinh khổng lồ hay các hạt lượng tử vô cùng bé, tất cả đều giống nhau ở chỗ chúng tồn tại khách quan, độc lập với nhận thức của chúng ta. Có lần Einstein nói rằng ông không thể tin mặt trăng sẽ ngừng tồn tại khi chúng ta ngừng quan sát nó – nếu mặt trăng không tồn tại thì vũ trụ sẽ trở thành vô nghĩa và khoa học không đáng để chúng ta phải mất công vì nó. Những gì nói về mặt trăng cũng có thể nói về electron hay bất cứ một hạt lượng tử nào khác. Nếu khoa học có thể thiết lập nên những định luật xác định dưới dạng toán học cho thế giới thông thường thì cớ gì không thể làm được điều đó cho thế giới lượng tử. Đó là tư tưởng của Einstein. Nhưng…

Chính tại đây, vật lý thế kỷ 20 đã bước vào khủng hoảng.

Khi nghiên cứu hiện tượng phóng xạ của radium, Marie Curie khám phá ra một sự thật hoàn toàn bất ngờ: nguyên tử phóng xạ bị phân rã một cách ngẫu nhiên, không tuân thủ bất cứ một quy luật xác định nào cả – có thể tính tuổi cho sự phân huỷ của một nguyên tố phóng xạ nhưng không thể biết một nguyên tử khi nào sẽ bắt đầu phân rã. Không thể chỉ ra một lực, một tương tác cụ thể nào như một nguyên nhân gây ra sự phân huỷ. Luật nhân quả mất hiệu lực khi giải thích hiện tượng phân rã. Hoá ra Tự Nhiên mang tính ngẫu nhiên hơn ta tưởng. Đó là lời cảnh báo đầu tiên!

Hàng loạt nghiên cứu tiếp theo trong khoảng 20 năm đầu tiên của thế kỷ 20 đã xác nhận rằng tính xác định bị vi phạm nghiêm trọng trong thế giới lượng tử, và hệ quả tất yếu của nhận thức này là sự ra đời của Nguyên lý Bất định của Werner Heisenberg trong Cơ học lượng tử, tạo nên một cú shock chưa từng có trong khoa học. Cú shock đó lớn đến nỗi Niels Bohr phải nhấn mạnh: “Nếu cơ học lượng tử chưa gây shock một cách sâu sắc cho bạn thì có nghĩa là bạn chưa hiểu gì về nó”.

Người bị shock nhất chính là Einstein, vì không ai khao khát khám phá ra Cái Đẹp của vũ trụ bằng Einstein. Cái Đẹp phải là cái gì rõ ràng, chắc chắn, xác định. Cái Đẹp không thể mập mờ, bất định. Đó là lý do để Einstein chống lại tư tưởng bất định đến cùng, trong khi Bohr, với tư cách là một thủ lĩnh của tư tưởng mới, cũng bảo vệ tư tưởng bất định đến cùng.

Bohr đã đẩy tư tưởng bất định lượng tử đi xa tới mức không một ai cùng thời có thể theo kịp. Ngay cả Heisenberg cũng bị Bohr bác bỏ khi cố gắng giải thích Nguyên lý Bất định của chính mình bằng những lập luận dựa trên tương tác giữa các hạt theo tinh thần của cơ học thông thường: Heisenberg cho rằng mỗi hành động quan sát sẽ làm nhiễu một trong các đặc trưng của các hạt lượng tử. Bohr cho rằng giải thích này đã phạm sai lầm ngay từ giả định ban đầu khi cho rằng các hạt cơ bản có một vị trí và tốc độ của nó, tức là thừa nhận có một hiện thực lượng tử, trong hiện thực này mỗi đối tượng lượng tử có những đặc trưng của nó, giống như các vật thể thông thường cũng có những đặc trưng như vị trí, vận tốc, v.v. trong thế giới thông thường.

Nói cách khác, Heizenberg đã phạm sai lầm ngay từ trong cách nhận thức: để giải thích một khái niệm hoàn toàn mới của một thế giới hoàn toàn xa lạ, ông vẫn bám víu vào những khái niệm quen thuộc của thế giới thông thường, điều này chẳng khác gì những giải thích về thế giới sau cái chết bằng những gì đã biết trong thế giới sống. Sự bác bỏ của Bohr đối với cách giải thích của Heisenberg làm cho chính Heisenberg cũng phải cảm thấy khó chịu, huống chi một người như Einstein, vốn không chấp nhận Nguyên lý Bất định ngay từ trong nền tảng của nhận thức, bởi theo ông, đó chẳng qua chỉ là biểu hiện của sự bất lực và kém cỏi của nhà khoa học mà thôi.

Quả thật, thấm nhuần tư tưởng bất định theo cách hiểu của Bohr là quá khó khăn, đến nỗi các nhà vật lý ngày nay vẫn còn bối rối khó xử trước những ẩn ý trong tư tưởng của Bohr. Nhà vật lý Basil Hiley nhận xét rằng các nhà vật lý ngày nay miệng thì nói theo Bohr và phủ nhận Einstein, nhưng thực ra phần lớn lại chẳng hiểu những gì Bohr nghĩ và rồi vẫn suy nghĩ như Einstein. Suy nghĩ như Einstein là suy nghĩ theo logic xác định, mà thói quen đó không dễ gì từ bỏ, thậm chí không thể từ bỏ. Đó là một nghịch lý vô cùng trớ trêu khi bước chân vào thế giới lượng tử.

Xét cho cùng thì đó là chuyện trớ trêu của ngôn ngữ: ngôn ngữ của chúng ta, dù là ngôn ngữ thông thường hay ngôn ngữ trừu tượng của toán học, đều là sản phẩm phản ánh cuộc sống thông thường của chúng ta trong đời sống hàng ngày. Sử dụng ngôn ngữ đó để mô tả một thế giới hoàn toàn xa lạ với thế giới thông thường sẽ là điều bất khả, bởi hiện thực của thế giới đó không tương thích với mọi ngôn ngữ mà chúng ta có, thậm chí hiện thực đó có tồn tại hay không, chúng ta cũng không thể khẳng định một cách chắc chắn. Bohr kết luận: “Tất cả chúng ta đều bị treo lơ lửng trong ngôn ngữ”, và đó là một triết luận mà những người quen tư duy logic máy móc không sao hiểu được.

Vậy làm thế nào để hiểu Bohr nói riêng và hiểu những tư tưởng sâu sắc của khoa học thế kỷ 20, tức là của khoa học hiện đại? Một lần nữa, câu trả lời là phải đọc, phải tìm hiểu vật lý không chỉ trên góc độ thuần tuý kỹ thuật, mà trên bình diện tư tưởng. Đáp ứng với đòi hỏi này, một cuốn sách đã ra mắt công chúng:

“Từ xác định đến bất định” (From Certainty to Uncertainty) của David Peat, do Joseph Henry Press, một nhà xuất bản của Viện Hàn lâm Quốc gia Mỹ, xuất bản lần đầu tiên năm 2002 tại Washington DC, đã được chuyển ngữ sang tiếng Việt bởi dịch giả Phạm Việt Hưng, do NXB Tri Thức xuất bản tại Hànội tháng 12/2011.

Lời giới thiệu trên bìa sách viết:

“Các nhà khoa học trước đây tin rằng khoa học hứa hẹn sẽ tìm ra những quy luật xác định. Được xây trên nền tảng của hiện thực và tạo dựng bởi những công cụ khách quan và đáng tin cậy, khoa học tạo ra tri thức một cách nhất quán (phi mâu thuẫn). Nhưng những khám phá gây phiền nhiễu của các nhà khoa học thế kỷ 20 đã để lộ ra rằng tri thức này về căn bản sẽ luôn luôn không hoàn thiện và rằng một sự hiểu biết thực sự về thế giới rốt cuộc lại vượt quá khả năng nắm bắt của chúng ta.

Trong cuốn sách giầu suy tư và đầy thuyết phục này, nhà vật lý David Peat đã khảo sát tư tưởng xác định như một triết học nền tảng đặc trưng cho tư duy của nhân loại trong thế kỷ 19 và mô tả sự đối lập tương phản của nó với sự sụp đổ đến ngỡ ngàng của tư tưởng xác định trong thế kỷ 20. Thật vậy, thế kỷ 19 được đánh dấu bởi chủ nghĩa lạc quan và niềm tin vô hạn vào sức mạnh của tiến bộ và công nghệ.  Tinh thần hăm hở của chúng ta lúc đó thật lớn lao, niềm tin vào khoa học của chúng ta lúc đó thật chắc chắn, đến nỗi chủ tịch Hội Hoàng gia Anh năm 1900 đã tuyên bố mọi thứ quan trọng đều đã được khoa học khám phá ra rồi.

Nhưng không lâu trước đó, những hạt giống của một cuộc cách mạng trong khoa học đã bén rễ.

Những khái niệm do vật lý Newton nêu lên đã bị đổ vỡ tan tành bởi những tư tưởng được đề cập trong cả lý thuyết lượng tử lẫn thuyết tương đối tổng quát. Chúng ta bắt đầu nhận thấy rằng tri thức của chúng ta, dù ở mức tốt nhất, cũng không hoàn hảo – và có thể tình trạng này sẽ kéo dài mãi mãi. Lý thuyết hỗn độn tiến xa tới mức chứng minh cho thấy những giới hạn cố hữu của nhận thức, của khả năng dự đoán, và của khả năng kiểm soát thế giới xung quanh chúng ta.

Cách nhìn mới về thế giới này có một ảnh hưởng sâu sắc không chỉ đối với khoa học, mà còn đối với nghệ thuật, văn chương, triết học, và quan hệ xã hội. Thế kỷ 21 hiện nay đã bắt đầu bằng một sự chấp nhận khái niệm bất định một cách khiêm tốn, mặc dù không phải là hoàn toàn dễ chịu…”.

Để thấy rõ cuộc chuyển biến tư tưởng “Từ Xác định đến Bất định” trong thế kỷ 20, cần đặc biệt nhấn mạnh rằng khái niệm bất định ở đây không đơn thuần là bất định lượng tử, mà phải được hiểu theo nghĩa rộng là đặc trưng của bất kỳ một hiện tượng hay một quá trình tự nhiên hoặc xã hội nào không cho phép chúng ta dự đoán được kết quả một cách chính xác và chắc chắn.

Với cách hiểu đó, nhận thức về cái bất định biểu lộ theo nhiều cách khác nhau trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhưng kỳ lạ thay, tất cả đều nở rộ trong cùng một thời đại:

Hội hoạ có lẽ là lĩnh vực đi tiên phong trong việc thừa nhận tính bất định như một bản chất của Cái Đẹp, mặc dù nhận thức được Cái Đẹp bất định khó hơn rất nhiều so với Cái Đẹp xác định. Đó là trường phái ấn tượng (impressionism), trong đó ánh sáng, mầu sắc chấp nhận một độ nhoè, nhiều hoặc ít tuỳ theo cảm xúc của hoạ sĩ, nhưng luôn luôn thả lỏng cảm xúc của người xem, cho phép họ thưởng thức Cái Đẹp theo nhiều góc độ khác nhau. Nổi bật trong trường phái này phải kể đến những tên tuổi như Paul Cézanne, Claude Monet, Vincent Van Gogh, … Tiếp theo là trường phái hậu ấn tượng (post-impressionism), rồi lập thể (cubism), trừu tượng (abstractionism), v.v. Trong tất cả những trường phái này, hầu như mọi quy tắc xác định của hội hoạ cổ điển đều bị đổ vỡ.

Trong văn chương, tính bất định lộ rõ trong chủ nghĩa hậu hiện đại (post-modernism), nơi độc giả trở thành chủ thể đồng sáng tạo với tác giả, người đọc có thể thưởng thức tác phảm theo cách đọc riêng của mình.

Trong ngôn ngữ, đó là những khám phá của Ludwig Wittgenstein. Nếu xuất phát từ những bất định lượng tử, Bohr đi tới kết luận vô cùng sâu sắc rằng “tất cả chúng ta đều bị treo lơ lửng trong ngôn ngữ” thì Wittgenstein, bằng con đường ngôn ngữ thuần tuý, cũng khám phá ra rằng “…tính xác định của ngôn ngữ học là một trong số những ảo tưởng của con người đầu thế kỷ 20 … Chúng ta không bao giờ có thể hoàn toàn tránh khỏi tính mơ hồ nhập nhằng trong khi nói. Chúng ta không thể trói buộc thế giới vào từ ngữ. Nhưng rồi từ ngữ lại có rất nhiều thứ để cung cấp cho chúng ta, và cuộc sống của chúng ta sẽ phong phú hơn rất nhiều khi ngôn ngữ không bị bó vào trong một cái áo dành cho người điên[2]”[3].

Trong toán học, tính bất định đã được khẳng định bởi Định Lý Bất toàn (Theorem of Incompleteness) của Kurt Gödel, trong đó chỉ ra rằng toán học chứa đựng những chân lý không thể quyết định được (không thể chứng minh và cũng không thể phủ nhận). Đó là lý do làm tan vỡ “Giấc mơ về một lý thuyết cuối cùng của toán học” (một tham vọng ảo tưởng của Chủ nghĩa toán học hình thức trong thế kỷ 20), buộc toán học phải quay lại những chủ đề nghiên cứu mang ý nghĩa thiết thực. Định lý Gödel khẳng định rằng nhận thức có giới hạn. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong khoa học computer, và cũng đặc biệt có ý nghĩa đối với vật lý học hiện đại – nó cảnh báo “Giấc mơ về một lý thuyết cuối cùng”[4] của vật lý học cũng có nguy cơ tan vỡ. Điều này đã được Stephen Hawking thảo luận kỹ trong bài giảng “Gödel & sự kết thúc của vật lý”, nhưng vì khuôn khổ hạn hẹp của một bài báo, xin dành chủ đề này cho bài báo kỳ sau.

Xem thế thì thấy bất định có mặt ở khắp nơi!

Nhưng… phải chăng trong thế giới thông thường, nơi Cơ học Newton phát huy tác dụng, vũ trụ là xác định?

Chẳng phải cuối thế kỷ 19, Cơ học Newton đã được coi như một thứ lý thuyết về mọi thứ rồi đó sao? Chẳng phải Cơ học Newton đã cho phép thiên văn học dự đoán chính xác sự xuất hiện của những hành tinh chưa từng biết đó sao? Chẳng phải Cơ học Newton là cơ sở hình thành Quyết định luận Laplace (Laplace’s Determinism) đó sao?

Nhưng lời giải Bài toán Ba vật thể do Henri Poincaré công bố trên tạp chí Acta Mathematica Tháng 11 năm 1890 đã chỉ ra rằng không thể dự đoán chính xác tương lai của các hệ động lực học phức tạp, vì những hệ này có bản chất hỗn độn. Vì thế, mặc dù Poincaré không hề nêu lên một lý thuyết nào được gọi là Lý thuyết Hỗn độn, ông vẫn được coi là cha đẻ của lý thuyết này. Nếu Lý thuyết hỗn độn được phát biểu sớm hơn, ngay khi Albert Einstein đang còn sống, không biết Einstein có chống đối lý thuyết này như ông đã từng chống đối Nguyên lý Bất định hay không? Nhưng điều chắc chắn là từ cuối thập kỷ 1960 đến nay, khoa học đã thừa nhận bản chất hỗn độn và bất định của rất nhiều hệ thống tự nhiên, sinh học, kinh tế, và xã hội, khi những hệ này trở nên đủ lớn và đủ phức tạp. Đó là lý do để cuốn sách của David Peat đặc biệt ưu tiên lý thuyết này: nếu Chương 1 dành cho bất định lượng tử chỉ có 27 trang thì Chương 6 có tới 40 trang dành cho Lý thuyết Hỗn độn. Điều này nói lên rằng những khái niệm về hỗn độn đã trở nên quan trọng chừng nào đối với cuộc sống của xã hội hiện đại.

Kết:

Bản chất bất định của thế giới có ý nghĩa gì với chúng ta? Lời giới thiệu sách cũng đã trả lời: “Gợi ra những bài học mà chúng ta có thể học từ lịch sử, David Peat đã suy xét vấn đề làm thế nào để chúng ta tìm cách điều chỉnh cuộc sống của chúng ta thích hợp với một tương lai bất định”.

Thật vậy, thuyết tiến hoá nói rằng sinh vật có khả năng thích nghi với môi trường xung quanh. Con người là sinh vật thông minh nhất, do đó phải có khả năng thích nghi tốt nhất. Nhưng muốn thích nghi với môi trường, con người phải nắm vững bản chất của nó. Nếu bản chất của môi trường là bất định, chúng ta phải hiểu rõ bản chất đó để làm sao thích ứng với nó một cách hợp lý và hiệu quả nhất.

Ngày 01 tháng 12 năm 2011

PVHg