Được sự đồng ý của Alphabooks – đơn vị giữ bản quyền – Zing trích đăng cuốn sách “Vật lý của những điều tưởng chừng bất khả” của tác giả Michio Kaku.
Trớ trêu thay, nghiên cứu nghiêm túc về thứ bất khả thi lại thường mở ra những lĩnh vực khoa học phong phú và hoàn toàn nằm ngoài dự tính.
Ví dụ, cả thế kỷ tìm kiếm trong vô vọng một “động cơ vĩnh cửu” đã đưa các nhà vật lý đến kết luận loại máy như vậy không thể tồn tại, thúc đẩy họ tìm ra định luật bảo toàn năng lượng và ba định luật của nhiệt động lực học.
Như vậy, việc cố gắng chế tạo động cơ vĩnh cửu đã mở ra một chân trời hoàn toàn mới là nhiệt động lực học làm nền tảng cho động cơ hơi nước, thời đại cơ giới và xã hội công nghiệp hiện đại.
Nghiên cứu những điều bất khả thi
Cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học cho rằng Trái Đất không thể đã tồn tại hàng tỷ năm. Nam tước Kelvin còn quả quyết Trái Đất nóng chảy chỉ mất từ 20 đến 40 triệu năm để nguội đi, ngược lại với quan điểm của giới địa chất học và các nhà sinh học theo trường phái Darwin cho rằng Trái Đất có thể đã hàng tỷ năm tuổi.
Điều không thể ở đây cuối cùng được chứng minh là có thể, nhờ phát hiện của bà Curie và cộng sự về lực hạt nhân, cho thấy cách lõi Trái Đất được duy trì ở trạng thái nóng chảy hàng tỷ năm nhờ sự hấp nhiệt từ các phân rã phóng xạ.
Chúng ta cũng tự đặt mình vào hiểm nguy nếu cứ phớt lờ những điều bất khả. Những năm 1920 và 1930, Robert Goddard, người phát minh ra tên lửa hiện đại, đã trở thành đối tượng chỉ trích kịch liệt của những người nghĩ rằng tên lửa không thể di chuyển trong không gian ngoài vũ trụ. Họ mỉa mai gọi những theo đuổi của ông là “trò ngốc của Goddard”.
Năm 1921, các biên tập viên Thời báo New York gần như đã sỉ vả công trình của ông: “Tiến sĩ Goddard không biết mối liên hệ giữa lực với phản lực và sự cần thiết phải có thứ gì đó chắc chắn hơn chân không để phản lại tác động. Có vẻ như ông thiếu những kiến thức căn bản mà người ta vẫn giảng dạy hàng ngày ở trường phổ thông”.
 |
| Robert Goddard, người phát minh ra tên lửa hiện đại. |
Các biên tập viên nặng lời rằng tên lửa không hề khả thi vì không có không khí để đẩy ngược lại trong môi trường chân không. Thật đáng buồn khi người hiểu được ý tưởng của Goddard về các tên lửa “bất khả thi” này lại là Adolf Hitler. Trong Thế chiến II, hàng rào tên lửa tân tiến đến “bất khả” V-2 của Đức đã gieo rắc nỗi chết chóc và sự tàn phá xuống London.
Nghiên cứu về điều bất khả còn có thể làm thay đổi lịch sử thế giới. Những năm 1930, hầu hết nhà khoa học, thậm chí cả Einstein đều tin rằng bom nguyên tử là “bất khả”.
Các nhà Vật lý đều biết có một năng lượng khổng lồ bị nhốt bên trong hạt nhân nguyên tử, theo phương trình của Einstein E = mc², nhưng năng lượng giải phóng từ từng hạt nhân riêng lẻ lại không mấy đáng kể.
Tuy nhiên, nhà vật lý nguyên tử Leo Szilard nhớ rằng trong tiểu thuyết The World Set free (Thế giới tự do) của H. G. Wells xuất bản năm 1914 mà ông từng đọc, tác giả đã tiên đoán về sự phát triển của bom nguyên tử.
Trong sách, Wells cho rằng bí mật của bom nguyên tử sẽ được một nhà vật lý phát hiện vào năm 1933. Szilard tình cờ biết đến cuốn sách vào năm 1932 và bị nó thôi thúc, để rồi vào năm 1933, đúng như tiên đoán của Wells hai thập kỷ trước.
Ông ngộ ra ý tưởng tăng cường năng lượng của một nguyên tử đơn lẻ bằng phản ứng dây chuyền, giúp năng lượng phân hạch của mỗi hạt nhân urani tăng lên hàng nghìn tỷ lần.
Tiếp đó, Szilard thực hiện một loạt thí nghiệm quan trọng và những cuộc thương thảo bí mật với Einstein cùng Tổng thống Mỹ Franklin Roosevelt, từ đó dẫn đến Kế hoạch Manhattan chế tạo bom nguyên tử.
Hết lần này đến lần khác, chúng ta nhận thấy việc nghiên cứu những điều bất khả thi đã mở ra những viễn cảnh mới mẻ, đẩy lùi các giới hạn của vật lý và hóa học, buộc các nhà khoa học phải định nghĩa lại những gì là “bất khả thi”.
Như bác sĩ, nhà vật lý nổi tiếng người Canada William Osler từng nói: “Triết lý của một thời đại có thể trở nên lỗi thời ở thời đại tiếp theo, sự xuẩn ngốc của ngày hôm qua sẽ trở thành sự thông thái của ngày mai”.
Nhiều nhà vật lý tán thành câu châm ngôn nổi tiếng mà nhà văn người Anh T. H. White trong cuốn The One and Future King (Nhà vua của quá khứ và tương lai): “Những gì không bị cấm đoán thì là bắt buộc!” Chúng ta vẫn luôn tìm thấy dẫn chứng cho điều này trong vật lý. Nếu không có một định luật vật lý nào ngăn cản một hiện tượng mới xảy ra thì rồi chúng ta sẽ thấy hiện tượng đó tồn tại.
(Điều này đã xảy đến vài lần trong công cuộc tìm kiếm các hạt hạ nguyên tử. Bằng cách thăm dò những giới hạn cấm, các nhà vật lý thường phát hiện ra định luật mới).
Như vậy, một hệ quả rút ra được từ câu châm ngôn của T. H. White là: “Những gì không phải là bất khả thi thì là bắt buộc!”
Chẳng hạn, nhà vũ tin học Stephen Hawking từng cố gắng chứng minh du hành thời gian là bất khả bằng cách tìm kiếm một định luật vật lý ngăn cản nó, được ông đặt tên là “phỏng đoán đảm bảo trật tự thời gian”.
Thật không may, sau nhiều năm làm việc vất vả ông vẫn không thể chứng minh được định luật này. Ngược lại trong thực tế, các nhà vật lý đã chứng minh được rằng định luật ngăn cản việc du hành thời gian đang nằm ngoài khả năng toán học hiện nay.
Vì không có định luật vật lý nào cản trở sự tồn tại của cỗ máy thời gian nên các nhà vật lý ngày nay phải nghiêm túc xem xét khả năng có những cỗ máy này.
 |
| Stephen Hawking từng cố gắng chứng minh du hành thời gian là bất khả. |
Mục đích của cuốn sách này là xem xét các công nghệ được xem là “bất khả thi” ở thời nay nhưng có thể sẽ trở nên phổ biến trong vài thập niên cho đến vài thế kỷ tới.
Hiện tại, có một công nghệ “bất khả thi” đang được chứng minh là khả dĩ, đó là khái niệm dịch chuyển xuyên khoảng cách hay viễn tải (ít nhất là ở cấp độ nguyên tử). Mới chỉ vài năm trước, các nhà vật lý còn cho rằng việc gửi hoặc bắn đi một vật từ nơi này đến nơi khác vi phạm các định luật của cơ học lượng tử.
Thực tế, những nhà biên kịch của series Star Trek ban đầu đã bị các nhà vật lý chỉ trích kịch liệt đến nỗi phải thêm vào “cơ cấu bù trừ Heisenberg” để lý giải các thiết bị viễn tải của họ nhằm đối phó với khiếm khuyết khoa học đương thời.
Còn ngày nay nhờ vào những đột phá gần đây, các nhà vật lý có thể viễn tải các nguyên tử qua khoảng cách một căn phòng hoặc đưa các photon vượt sông Danube.
Tiên đoán tương lai
Luôn có đôi chút mạo hiểm khi đưa ra các tiên đoán, đặc biệt đối với các dự báo cho tương lai trong hàng trăm hay hàng nghìn năm tới. Nhà vật lý Neils Bohr rất tâm đắc với câu nói: “Thật khó để đưa ra các tiên đoán, đặc biệt là về tương lai”.
Nhưng có những khác biệt căn bản giữa thời đại của Jules Verne và ngày nay. Hiện tại, các định luật nền tảng của vật lý đã được khám phá. Các nhà vật lý ngày nay hiểu rõ những định luật cơ bản chi phối trong khoảng kích cỡ lên đến 43 bậc độ lớn, từ bên trong hạt proton đến vũ trụ đang giãn nở.
Nhờ đó, họ có thể tự tin đáng kể khi đưa ra những nét khái quát của công nghệ trong tương lai và chỉ ra được sự khác biệt giữa những công nghệ hầu như không thể và những công nghệ thật sự không thể thực hiện được.
Bởi vậy trong cuốn sách này, tôi chia những điểu “bất khả thi” thành ba nhóm.
Đầu tiên là nhóm Bất khả thi loại I. Đây là những công nghệ ngày nay chưa thực hiện được nhưng không vi phạm các định luật vật lý đã biết. Vì vậy chúng có thể khả thi trong thế kỷ này hoặc xa hơn, trong hình thái đã được thay đổi.
Các công nghệ này bao gồm viễn tải, động cơ phản vật chất, một số hình thức ngoại cảm, viễn di (điều khiển các vật bằng ý nghĩ) và tàng hình.
Kế đến là nhóm Bất khả thi loại II. Đây là các công nghệ nằm ở chân trời hiểu biết của chúng ta về thế giới vật lý. Nếu quả thật là khả dĩ thì chúng cũng cần phải chờ hàng vạn đến cả triệu năm nữa mới biến thành sự thật. Các công nghệ này gồm cỗ máy thời gian, du hành siêu không gian và du hành qua các lỗ sâu vũ trụ.
Cuối cùng là nhóm Bất khả thi loại III. Đây là các công nghệ vi phạm các định luật vật lý đã biết. Thật ngạc nhiên là có rất ít công nghệ bất khả thi như vậy. Nếu được chứng minh là khả dĩ, chúng sẽ làm thay đổi căn bản nhận thức của chúng ta về vật lý.
 |
Tôi nghĩ cách phân loại này là hợp lý, vì nhiều công nghệ trong khoa học viễn tưởng bị các nhà khoa học gạt bỏ và coi là hoàn toàn bất khả thi, nhưng đôi khi thật ra họ muốn nói là chúng không thể thưc hiện được đối với nền văn minh còn thô sơ như của chúng ta.
Ví dụ, việc viếng thăm những người ngoài hành tinh thường được xem là bất khả thi vì khoảng cách giữa các ngôi sao là quá lớn. Việc du hành giữa các ngôi sao là hoàn toàn không khả thi đối với nền văn minh của chúng ta, nhưng có thể là hiện thực đối với những nền văn minh đi trước chúng ta hàng nghìn hoặc hàng triệu năm.
Vì vậy, việc sắp xếp những thứ “bất khả thi” như vậy là quan trọng. Các công nghệ là không thể đối với nền văn mình hiện tại của chúng ta không nhất thiết phải là bất khả thì đối với những nền văn minh khác. Nói về những thứ có thể và không thể phải tính đến các công nghệ của hàng vạn đến hàng triệu năm tới.
Carl Sagan từng viết: “Nền văn minh một triệu năm có thể tạo ra những gì? Chúng ta có kính thiên văn vô tuyến và tàu không gian trong vài thập kỷ gần đây khi nền công nghệ của chúng ta mới vài trăm năm tuổi… một nền văn minh tiên tiến vài triệu năm tuổi sẽ vượt xa chúng ta, giống như khi so sánh chính chúng ta với đứa trẻ sơ sinh hay với loài khỉ”.
Trong nghiên cứu, tôi tập trung vào việc cố gắng hoàn thành giấc mơ của Einstein về một “lý thuyết của vạn vật”.
Cá nhân tôi luôn thấy hứng khởi khi được nghiên cứu một “lý thuyết tối hậu” giúp giải quyết trọn vẹn những thách thức “bất khả thi” nhất trong khoa học ngày nay, như liệu việc du hành thời gian có khả thi hay không, có gì nằm ở tâm của hố đen, hay những gì xảy ra trước Vụ Nổ Lớn (Big Bang).
Tôi vẫn mơ mộng về những thứ bất khả thi như một tình yêu của cuộc đời tôi và tự hỏi khi nào những thứ bất khả thi này sẽ trở nên quen thuộc trong cuộc sống thường nhật.
