Thuyết Tương Đối Hẹp Và Rộng (Tái Bản 2018)

Tôi ngạc nhiên vì không ngờ sau 100 năm, câu hỏi ấy hóa ra vẫn còn mới đối với nhiều người. Thay vì trả lời bạn trẻ ấy, tôi viết bài này. Dường như Nguyễn Xuân Xanh muốn lay động và đánh thức chúng ta. Ông kể cho chúng ta một tấm gương thức tỉnh, đó là cậu bé 15 tuổi Werner Heisenberg. Chúng ta chưa thức tỉnh! Mặc dù lúc ấy cậu bé Heisenberg không hiểu hết cuốn sách của Einstein, nhưng cuốn sách đã đánh thức cậu, mạnh đến nỗi làm cậu thay đổi chí hướng, từ bỏ nguyện vọng học toán để chuyển sang vật lý và để trở thành một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất của thế kỷ 20, tác giả của Nguyên lý bất định nổi tiếng. Điều đó cũng có nghĩa nếu chúng ta hôm nay, nhất là các bạn trẻ, đọc cuốn sách này của Einstein mà nhiều chỗ chưa hiểu thì điều đó có hề gì. Chắc gì một cuốn sách đọc hiểu hết đã thú vị hơn một cuốn sách có nhiều chỗ chưa hiểu? Đây nhé, bạn hãy giở cuốn sách của Einstein ra, Thuyết tương đối hẹp và rộng, sẽ có vô số điều có thể kích thích trí tò mò của bạn. Thí dụ, ngay chương mở đầu: “Ý nghĩa vật lý của các định lý hình học”. Bất kể ai cũng từng học hình học Euclid ở nhà trường. Có thể bạn từng liên hệ môn học này với những đồ vật trong thực tế như nhà cửa, cầu cống, các công trình đồ sộ như kim tự tháp, các tòa cao ố Nhưng có thể sẽ thú vị hơn nhiều nếu bạn liên hệ nó với “hình học của vũ trụ”, cấu trúc của vũ trụ. Khi ấy bạn sẽ đụng đến vật lý, và bạn sẽ ngạc nhiên khám phá ra rằng hình học chính là cái khung không gian của vật lý, thậm chí hình học là một ngành của vật lý, hình học = vật lý! Chính Einstein chứ không phải ai khác đã “khai sáng” cho chúng ta tư tưởng này. Đáng tiếc là với cách dạy học ở nhà trường hiện nay, học trò học hình học mà không hiểu ý nghĩa và vai trò thật sự của nó là gì. Học hình học chỉ để làm mấy bài tập rồi đi thi. Học như thế chán lắm. Nhưng nếu đọc Einstein, chú ý tới cách đặt vấn đề của Einstein, bạn sẽ “vỡ” ra ý nghĩa sâu xa của hình học, và như thế bạn sẽ thấy môn học này thú vị biết bao, quan trọng biết bao. Một thí dụ khác: Mọi chúng ta đều được học ở nhà trường rằng Trái đất quay xung quanh Mặt trời mà không bị văng ra khỏi quỹ đạo là nhờ lực hấp dẫn do Mặt trời tác động vào Trái đất. Nhưng nếu hỏi một học trò rằng Mặt trời không hề có cái tay nào thò ra để giữ Trái đất lại thì làm sao nó có thể tác động vào Trái đất, rất có thể học trò đó sẽ lúng túng rồi trả lời rằng lực hấp dẫn đó có thể tác dụng từ xa xuyên qua một không gian trống rỗng. Einstein sẽ giúp chúng ta hiểu lại vấn đề một cách minh tường hơn. Ông khẳng định rằng không thể có tác động từ xa như thế, và càng không thể có cái không gian trống rỗng đó. Phải có một thứ vật chất trung gian giữa Mặt trời và Trái đất, và lực hấp dẫn truyền qua vật chất trung gian đó – đó là trường hấp dẫn. Khái niệm trường hấp dẫn sẽ không mới lạ nếu bạn đã quen biết với khái niệm trường điện từ. Nhưng điều thú vị ở chỗ Einstein là người đầu tiên nêu lên và giải thích sự tồn tại của trường hấp dẫn. Nếu bạn biết sự kiện khám phá hạt Higgs năm 2012 vừa qua thì bạn càng có cơ hội thấm thía tư tưởng về trường hấp dẫn một cách sâu sắc hơn. Lại một thí dụ khác nữa, vấn đề vũ trụ hữu hạn hay vô hạn vốn nằm trong thắc mắc của con người. Dường như trực giác bảo với chúng ta rằng vũ trụ ắt phải vô hạn. Còn Einstein nghĩ sao? Thoạt tiên, dường như ông cũng suy nghĩ như chúng ta. Nhưng bộ óc thâm thúy của ông dẫn ông đi xa hơn. Ông từng nói một câu bất hủ: “Chỉ có hai thứ vô hạn: vũ trụ và sự ngu dốt của con người, và tôi không dám chắc về cái thứ nhất”. Quả thật ông không dám chắc vũ trụ là vô hạn. Trong mục 31 của cuốn sách viết cho đại chúng về Thuyết tương đối, ông nêu lên “khả năng của một vũ trụ hữu hạn, nhưng không giới hạn”. Để hiểu điều này, bạn phải có những hiểu biết nhất định về hình học phi – Euclid. Einstein viết: “Sự phát triển của hình học phi – Euclid thực tế đã đưa đến nhận thức rằng người ta có thể nghi ngờ về tính vô hạn của không gian chúng ta, mà không rơi vào mâu thuẫn với các định luật của tư duy, hay với kinh nghiệ”. Nói đến hình học phi – Euclid, bạn hãy nghĩ đến một không gian cong như mặt cầu chẳng hạn (không gian hai chiều cong). Trên mặt ấy (trong không gian ấy), bạn có thể vẽ một đường đi kéo dài vô tận. Đó là hình ảnh của một thế giới không có giới hạn nằm trong một thế giới hữu hạn. Chỉ có một tuyệt đối: cái gì cũng tương đối! Phải nói rõ thêm rằng phần tư liệu lịch sử của cuốn sách là tuyệt vời. Tôi tìm thấy ở đó nhiều tư tưởng sâu sắc mà bất cứ một người yêu vật lý nào, thậm chí bất cứ ai có tư tưởng và quan tâm đến các tư tưởng triết học tự nhiên, cũng cần biết và nên biết. Chẳng hạn, tư tưởng của Arthur Eddington về các mô hình vũ trụ: “Ptolemy trên Trái đất và Copernicus trên Mặt trời, cả hai tư duy về cùng một vũ trụ bên ngoài. Nhưng những kinh nghiệm của họ khác nhau, và chính trong quá trình trải nghiệm các sự kiện mà họ trở nên gắn chặt vào hệ quy chiếu không gian và thời gian – các hệ khác nhau tùy theo các hoàn cảnh cục bộ của người quan sát đã trải nghiệm sự kiện. Đó là, tôi xin trích học thuyết của Kant, “không gian và thời gian là những dạng của kinh nghiệm”. Hệ quy chiếu không có sẵn trong trời đất. Nó chỉ được đặt ra bởi người quan sát và lệ thuộc vào anh ta” (trang 244). Gần tương tự như thế, Ernst Mach cũng viết: “Nếu vẫn còn có tác giả hiện đại tự để cho mình bị cám dỗ bởi các lý lẽ của Newton lấy từ thùng nước để phân biệt chuyển động tuyệt đối và tương đối, đó là vì quan điểm của Ptolemy hay Copernicus lại là những cách lý giải của chúng ta, và cả hai đều là thực tồn như nhau cả”. Những tư tưởng nói trên hoàn toàn phù hợp với tư tưởng Stephen Hawking và Leonard Mlodinow trong bài “Lý thuyết về mọi thứ, một lý thuyết khó đạt được”, trên Scientific American số tháng 10-2010. Hai ông viết: “Một ví dụ nổi tiếng trong thế giới của chúng ta về những bức tranh khác nhau của hiện thực là sự tương phản giữa mô hình vũ trụ địa tâm của Ptolemy và mô hình nhật tâm của Copernicus. Mặc dù chẳng có gì khác thường đối với nhiều người khi nói rằng Copernicus đã chứng minh Ptolemy sai, nhưng thật ra nói như thế là không đúng. Giống như trong trường hợp quan điểm của chúng ta khác với cá vàng, người ta có thể sử dụng hoặc bức tranh này hoặc bức tranh kia như một mô hình của vũ trụ, bởi vì chúng ta có thể giải thích quan sát của chúng ta về vũ trụ bằng cách giả định hoặc Trái đất đứng yên hoặc Mặt trời đứng yên”. Cách hiểu nói trên là hết sức quan trọng và cần thiết để đi tới một nhận định cho rằng thay vì có một lý thuyết duy nhất giải thích được mọi hiện tượng, mà vật lý học gán cho tên gọi là “Lý thuyết về mọi thứ” (Theory of Everything), chúng ta phải chấp nhận có nhiều lý thuyết khác nhau, không có lý thuyết nào là đầy đủ và hoàn chỉnh, mỗi lý thuyết chỉ có thể mô tả một đặc trưng nào đó của hiện thực, như các bản đồ chồng chất lên nhau cùng mô tả thế giới, mỗi bản đồ phản ánh một đặc trưng của thế giới. Tư tưởng nói trên cũng đặc biệt quan trọng và cần thiết để hiểu tư tưởng về cái tương đối – tư tưởng xuyên suốt nhận thức của khoa học hiện đại đến nỗi có phát biểu cho rằng chỉ có một cái tuyệt đối là cái gì cũng tương đối! Ngay cả những người có vốn hiểu biết khoa học ở bậc đại học và trên đại học cũng có thể tìm thấy nhiều bất ngờ thú vị trong cuốn sách này của Einstein, đặc biệt khi nó được bổ sung những lời dẫn nhập của dịch giả Nguyễn Xuân Xanh. Bản thân tôi, một độc giả yêu toán lý và từng có lúc tưởng mình đã hiểu rõ Thuyết tương đối, cũng tìm thấy nhiều bài học sâu sắc hơn qua cuốn sách này. Điều đặc biệt thú vị ở chỗ những diễn giải ở đây là của chính Einstein. Kể từ cuốn Thế giới như tôi thấy là cuốn sách do chính Einstein viết được xuất bản lần đầu tiên tại Việt Nam (Nhà xuất bản Tri Thức xuất bản năm 2005), đến nay cuốn Thuyết tương đối hẹp và rộng có lẽ là cuốn thứ hai cũng do chính Einstein viết đến với độc giả Việt Nam một cách trực tiếp. PHẠM VIỆT HƯNG (Sydney)