Bức tranh lớn của vũ trụ

Lược sử thời gian của Stephen Hawking là một cuốn sách hay dành cho người đọc phổ thông. Tác giả đã trình bày lịch sử hình thành nhận thức của nhân loại đối với vũ trụ. Cuốn sách không sử dụng các công thức phức tạp để diễn giải các vấn đề mà thay vào đó bằng ngôn ngữ tự nhiên hóm hỉnh.

Trong cuốn Lược sử thời gian, Stephen Hawking - một nhà vật lý hàng đầu của thế kỷ 20, đã trình bày quá trình hình thành bức tranh tổng quát của vũ trụ dưới con mắt của các nhà khoa học trong một thời kỳ dài. Nhận thức của nhân loại về thế giới trải qua rất nhiều các góc nhìn và mô hình khác nhau. Trong suốt quá trình lịch sử, từng có những lý thuyết mô tả vũ trụ vô cùng vững chắc đã bị đánh đổ bởi những lý thuyết mới. Có những điều rất hiển nhiên trong thời đại hiện nay nhưng lại là cuộc cách mạng trong quá khứ. Vậy nên liệu thực tại mà chúng ta đang nhìn thấy ở đây có đúng như thế không? Tại sao chúng ta lại nghĩ rằng chúng ta thực sự hiểu biết về thế giới?

Các mốc lý thuyết mình cho là hay được tổng kết trong chương 1 của cuốn sách:

• Một quan niệm cổ xưa nào đó coi thế giới là cái đĩa phẳng dựa lưng trên một con rùa khổng lồ, phía dưới là những con rùa cứ xếp chồng lên nhau mãi xuống dưới.
• Khoảng năm 340 trước công nguyên, nhà triết học Hy Lạp Aristotle, trong cuốn “Về bầu trời” đã chứng minh trái đất có hình cầu dựa trên hiện tượng nguyệt thực và vị trí của sao bắc đẩu. Aristotle cho rằng trái đất đứng yên còn mặt trời, mặt trăng, các hành tinh và những ngôi sao chuyển động xung quanh theo quỹ đạo tròn, hay còn gọi là thuyết địa tâm.
• Khoảng thế kỷ thứ 2 sau công nguyên, Ptolemy phát triển một mô hình vũ trụ hoàn chỉnh với trái đất ở tâm, bao quanh là 8 mặt cầu tương ứng mang mặt trăng, mặt trời, các ngôi sao và 5 hành tinh đã biết vào thời đó. Mặt cầu ngoài cùng mang những ngôi sao luôn ở vị trí cố định. Mô hình này được nhà thờ Thiên chúa giáo chuẩn y.
• Năm 1554, Nocholas Copernicus, một mục sư người Ba Lan, đã đề xuất mô hình cho rằng mặt trời đứng yên, còn trái đất và các hành tinh chuyển động theo những quỹ đạo tròn xung quanh mặt trời.
• Hai nhà thiên văn học Johannes Kepler (người Đức) và Galileo Galilei (người Ý) đã công khai ủng hộ học thuyết Copernicus. Hai ông này dựa trên những quan sát trực tiếp bằng kính thiên văn. Kepler đề xuất các hành tinh quay quanh mặt trời theo hình elip.
• Năm 1867, Isaac Newton, trong tác phẩm “Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên”, đã mô tả chuyển động của các vật trong không gian và thời gian, đồng thời phát triển một công cụ toán học để phân tích chuyển động đó. Lúc này, các nhà khoa học tin rằng vũ trụ là tĩnh.
• Năm 1781, nhà triết học Immannuel Kant, trong cuốn “Phê phán sự suy lý thuần túy” cho rằng vũ trụ không có điểm bắt đầu vì như vậy thời gian sẽ lùi lại vô hạn trước nó. Sau đó, St. Augustine là người đầu tiên chỉ ra rằng “thời gian là một tính chất của vũ trụ mà Chúa đã tạo ra” và thời gian không tồn tại trước khi vũ trụ bắt đầu.
• Năm 1929, Edwin Hubble đã quan sát và chỉ ra rằng vũ trụ đang giãn nở. Từ đó, gợi ý rằng vũ trụ có thời điểm bắt đầu mà tại đó vũ trụ vô cùng nhỏ và vô cùng đặc. Những sự kiện ở trước thời điểm đó không thể ảnh hưởng tới những cái đang xảy ra trong hiện tại.

Trong vũ trụ tĩnh không thay đổi, sự bắt đầu của thời gian là cái gì đó được áp đặt bởi một Đấng ở ngoài vũ trụ, chứ không có yếu tố nào cho sự bắt đầu đó cả. Trái lại, nếu vũ trụ giãn nở thì có những nguyên nhân vật lý để cần phải có sự bắt đầu. Một vũ trụ giãn nở không loại trừ Đấng sáng tạo, nhưng nó đặt ra những hạn chế khi Người cần thực hiện công việc của mình!

Lý thuyết chỉ tồn tại trong đầu của chúng ta chứ không có một thực tại nào khác. Một lý thuyết được xem là tốt nếu nó thỏa mãn hai yêu cầu: nó phải mô tả chính xác một lớp rộng lớn những quan sát, trên cơ sở của mô hình chỉ chứa một số ít những phần tử tùy ý; và nó phải đưa ra được những tiên đoán về các quan sát trong tương lai.

• Trong bài báo công bố năm 1905, Albert Einstein đề ra thuyết tương đối hẹp, phát biểu rằng: mọi định luật của khoa học là như nhau đối với tất cả những người quan sát chuyển động tự do bất kể vận tốc của họ là bao nhiêu (phương trình E = mc2). Chúng ta không thể tách rời thời gian và không gian mà kết hợp thành một đối tượng gọi là không-thời gian.
• Năm 1915, Albert Einstein đưa ra thuyết tương đối rộng, cho rằng: lực hấp dẫn không phải là một lực như các lực khác, mà là kết quả của sự kiện: không-thời gian không phẳng mà có sự cong hay “vênh” đi so sự phân bố của khối lượng và năng lượng trong nó. Các vật thể như Trái Đất chuyển động theo đường rất gần với đường thẳng trong không gian cong mà người ta gọi là đường trắc địa.

Trong các chương sau, cuốn sách đi sâu vào giải thích các hiện tượng như vũ trụ giãn nở, nguyên lý bất định trong cơ học lượng tử, lỗ đen, nguồn gốc và số phận của vũ trụ, mũi tên thời gian. Cuối cùng tác giả trình bày về quá trình đi tìm một Lý thuyết thống nhất của vật lý, là một công việc vẫn đang được tiếp tục.

Nguyên lý vị nhân là một điểm khá hay được đề cập để trả lời cho câu hỏi “Tại sao chúng ta lại thấy vũ trụ như vậy?”. Trong lịch sử, con người thường có xu hướng cho mình là trung tâm của vũ trụ và điều này ảnh hưởng nhiều đến nhận thức về thế giới. Phải mất rất nhiều thời gian để phá bỏ những quan điểm ăn sâu gốc rễ để thay thế bằng một lý thuyết đúng đắn hơn.

Lược sử thời gian là một cuốn sách hay dành cho những ai ham mê vật lý hiện đại nhưng không có điều kiện nghiên cứu chuyên sâu.