Tiểu Luận Về Khoa Học Và Triết Học Nguyễn Tường Bách Nhà Xuất Bản Trẻ tp. Hcm 2004

CÁC MÔ HÌNH CỦA NGUYÊN TỬ

Mười mấy thể kỷ trôi quan, ý niệm về nguyên tử nằm yên trong đầu óc các nhà khoa học. Dù không ai xác nhận hay bác bỏ nó, ý nhiệm về những đơn vị cơ bản làm nền tảng cho thế giới vật chất nghe qua rất dễ tin khi người ta liên tưởng đến một tòa kiến trúc to lớn được xây dựng bằng những viên gạch bé nhỏ hay toàn bộ một ngôn ngữ được hình thành bởi một số những chữ cái nhất định.

Khi Newton khai sinh nền cơ học cổ điển, khi ông lấy một chất điểm bất hoại làm cơ sở, ông đã xem chất điểm đó đại diện cho vật chất có khối lượng. Sự thành công của nền cơ học cổ điển càng làm cho ra dễ liên tưởng rằng, vật chất cuối cùng cũng sẽ do những hạt nhỏ và đặc cứng cấu tạo nên.

Thế nhưng khái niệm nguyên tử như là thành phần nhỏ nhất của vật chất vẫn chưa được khoa học nhắc nhở tới, mãi cho đến đầu thế kỷ thứ 19. Đó là khi một nhà hóa học người Anh tên là John Dalton nêu lên ý niệm về các nguyên tố hóa học cơ bản và về các phản ứng hóa học. Ông cho rằng các nguyên tố hóa học đều do nguyên tử cấu tạo nên; và mọi phản ứng hóa đều do sự liên kết hay tách lìa của nguyên tử mà sinh ra, trong đó các nguyên tử không hề thay hình đổi dạng. Một cấu trúc hóa học chính là sự giao kết của các nguyên tử của những nguyên tố khác nhau trong một tỉ lệ nhất định.

Hai trăm năm đã trôi quan kể từ hình dung đầu tiên đó đến ngày nay nhưng những nhận định của John Dalton vẫn còn giá trị. Quả thực mọi phản ứng hóa học đều là sự hoán chuyển của nguyên tử. Thực tế là hóa học và vật lý cuối cùng đều chỉ là một ngành khoa học duy nhất. Vì những lẽ đó người ta càng thấy vững tin vào ý niệm, nguyên tử phải là cấu trúc cuối cùng của vật chất, hiểu được nguyên tử là hiểu được vật chất. Và nếu có ai khai mở được bí ẩn của nguyên tử, người đó lý giải được thế giới, giải được bài toán của vũ trụ.

Nguyên tử là gì? Chúng phải là những hạt vật chất rất nhỏ và đặc cứng. Năm 1879 nhà khoa học J. Thomson phát hiện bức xạ catod thoát ra từ các phần tử được gọi là “nguyên tử” là một loạt những hạt mang điện tích âm. Ông tính toán được mối quan hệ giữa điện tích và khối lượng của các hạt đó mà ông gọi là electron.Nơi đây Thomson nêu lên một thực tế hoàn toàn mới. Đó là nguyên tử không hề là những hạt đặc cứng mà bản thân nó gồm nhiều phần tử tạo thành. Chưa ai biết các phần tử khác là gì nhưng điều chắc chắn là có một hạt nhỏ tên gọi là electron.

Năm 1888 khoa học phát hiện một số kim loại, khi chúng bị tia cực tím bắn vào thì hiều điện tích âm văng ra. Thomson xác định những điện tích âm đó cũng chính là các electron mà ông biết từ các loại nguyên tử khác. Thế là Thomson đến với một phát hiện cũng quan trọng không kém: nhiều nguyên tử khác nhau có chung một hạt electron như nhau. Sau đó Thomson đưa ra một mô hình về nguyên tử: Nguyên tử có hình cầu, có điện tích dương nhưng được trung hòa bởi các electron nằm trong nguyên tử. Đối với Thomson, electron là “như những hạt nho khô nằm trong một ổ bánh ngọt”. Electron rất nhẹ so với nguyên tử và có thể bị hút ra khỏi nguyên tử bằng một điện trường. Với những phát hiện này Thomson được trao giải Nobel năm 1906.

Năm 1911 một nhà vật lý người Anh là Rutherford đi một bước dài trong việc phát hiện cơ cấu của nguyên tử. Trong thời kỳ đó người ta chỉ mới biết tới electron là một phần tử của nguyên tử và phỏng đoán bản thân nguyên tử là một vật có khối lượng được phân bố đều. Rutherford tìm hiểu cơ cấu nguyên tử bằng cách lấy một tấm giấy đồng rất mỏng với độ dày chỉ khoảng 4 micron tấm giấy ấy. Tia alpha là một phát hiện mới trong thời đó, có đặc tính là khá “nặng” so với các nguyên tử khác và mang điện tích cao. Vì thế ông chờ đợi là tia alpha sẽ dễ dàng đục xuyên qua tấm giấy và có thể bị khuếch tán đôi chút. Kết quả làm ông kinh ngạc. Đó là tia alpha xuyên qua thực nhưng lại có một ít bị bắn ngược trở lại. Các tia dội ngược lại là điều không thể vì các hạt alpha vốn quá  nặng và tấm giấy không thể cản được sức “công phá” của tia alpha. Ông thốt lên: “Hầu như không thể tưởng tượng được, cũng như bạn bắn một trái đạn 15 inch vào một tấm giấy lụa và trái đạn dội lại trúng bạn”.

Từ thực tế đó và trên cơ sở số lượng của những tia bị dội lại, bị nghiêng qua một bên và những tia đi thẳng, Rutherford nêu lên một hình dung hoàn toàn mới về nguyên tử: Nguyên tử có một hạt nhân rất bé nhưng chứa gần như tất cả khối lượng và toàn bộ điện tích của nguyên tử. Hạt nhân chính là đối thủ tầm cỡ, đương đầu ngang sức, làm cho những tia alpha dội lại.

Toàn bộ nguyên tử hầu như rỗng không nếu ta nhớ rằng kích thước của nguyên tử gấp khoảng 100.000 lần kích thước hạt nhân. Điều đó có nghĩa nếu nguyên tử to bằng sân bóng đá thì hạt nhân chỉ là một hạt bụi nằm giữa sân. Và các electron cũng là những hạt nhỏ hơn nữa quay vòng nơi chỗ khán giả ngồi xem trận bóng đá.

Thế nên các tia alpha không hề chen lấn mệt nhọc với các nguyên tử như Rutherford tưởng mà chúng thong thả bay trong vườn không nhà trống, qua những khoảng không gian hầu như vô tận. Thính thoảng có tia alpha xui xẻo bị dội vào một vật rất nhỏ nhưng có tỉ trọng cực cao mà ta gọi là nhân nguyên tử, cuối cùng Rutherford nêu lên một mô hình nguyên tử gồm có một hạt nhân mang điện tích dương và nhiều electron mang điện tích âm quay quanh nhân với một bán kính rất lớn. Phần lớn kích thước của nguyên tử là chân không. Chân không - theo quan niệm thời bấy giờ - thì hẳn không có gì để bàn, người ta đi thêm một bước và tập trung xem xét hành tung của electron và của hạt nhân.

Năm 1911, khi Rutherford công bố kết quả nghiên cứu mô hình nguyêntử của mình thì có một sinh viên vừa hoàn thành luận án tiến sĩ vật lý. Đó là một người Đan Mạch, tên là Niels Bohr. Trong năm đó Bohr tìm đến Rutherford và xin cộng tác với ông. Hai năm sau, Bohr công bố ba công trình, nêu lên mô hình mới về nguyên tử. Mô hình này phải là sự tổng hợp hình ảnh của thái dương hệ,  trong đó các hành tinh quay quanh mặt trời của mô hình Rutherford, với phát minh của Max Planck về “bó năng lượng”, với phát hiện của Einstein về “quang tử”.

Theo Bohr, nguyên tử là một cơ cấu gồm hạt nhân nằm giữa với nhiều electron quay tròn xung quanh. Thế nhưng, ý niệm mới của Bohr là các quĩ đạo của electron không hề tùy tiện mà chúng có cấp bậc hẳn hoi, electron chỉ vận hành trong các cấp bậc đó.

Các electron có thể đổi quĩ đạo, chúng “nhảy cóc” từ quĩ đạo này qua quĩ đạo khác và mỗi quĩ đạo tượng trưng cho một mức độ năng lượng nhất định. Khi electron nằm trong quĩ đạo gần hạt nhân nhất, ta gọi đó là “tình trạng cơ bản” của electron, nơi đó nó mang ít năng lượng nhất. Nếu electron hấp thụ một ít năng lượng đủ cho nó nhẩy lên một quĩ đạo cao hơn thì nó đổi quĩ đạo. Năng lượng đó là một “quang tử” photon. Ngược lại khi một electron từ một qũi đạo cao nhảy xuống một quĩ đạo thấp hơn , nguyên tử nhả ra một photon. Mô hình này cho thấy thiên nhiên không hề liên tục trong việc hấp thụ hay phát tán năng lượng mà “nhảy” từng bước nhỏ, điều mà Max Planck đã phát hiện hơn mười năm trước đó.

Với mô hình này, Bohr lý giải thỏa đáng một loạt những hiện tượng vật lý và hóa học mà với mô hình Rutherford người ta không hiểu được. Thí dụ những vạch tròn trong quang phổ của nguyên tử hydrogen, chúng chính là dấu hiệu của photon được nhả ra khi electron nhảy từ quĩ đạo cao xuống tháp. Người ta cũng giải thích các quang phổ của các hiện tượng kim loại khác bằng mô hình của Borh hết sức dễ dàng. Ngay sau khi Bohr công bố thành tựu này, phòng thí nghiệm của Rutherford cũng minh chứng bằng thực nghiệm lý thuyết của Bohr khi đo dộ dài sóng của các quang tuyến X.

Với mô hình của mình, Bohr là người đầu tiên áp dụng thuyết lượng tử để giải thích cơ cấu của nguyên tử. Điều quan trọng nhất nơi đây là tính chất liên tục mà người ta tưởng là tính chất cơ bản của thiên nhiên nay đã bị gạt bỏ. Với Max Planck người ta biết rằng năng lượng không hề phát tán một cách liên tục mà “từng bó”.  Với Bohr, các quĩ đạo của electron không hề giống như quĩ đạo của các thiên thề quay quanh mặt trời, mà electron “nhảy” từng “bước lượng tử” từ vòng này qua vòng khác. Nơi đây ra bắt đầu thấy có một nhận thức vô cùng mới mẻ đã xuất hiện, đó là tính liên tục của thiên nhiên bị đặt lại vấn đề. Luận đề này mới nghe thì không có gì to tát nhưng nó sẽ đưa đường dẫn lối tới những khám phá vô cùng bất ngờ về sau cũng như sinh ra những nhận thức triết học mà cả những thiên tài đi tiên phong như Max Planck hay Einstein cũng choáng ngợp.

---o0o---

NHỮNG BƯỚC NHẢY LƯỢNG TỬ

Quan niệm hạt ánh sáng của Einstein không làm nhiều người ưa thích, vì ánh sáng vốn là một dạng sóng thì làm sao nó lại là hạt được. Sóng là một hiện tượng tỏa rộng trong không gian, còn hạt là một điểm cụ thể có thể xác định được, làm sao một vật vừa là sóng vừa là hạt được. Đó là một nghịch lý không thể giải thích bằng tư duy vật lý thông thường.

Thế nhưng, hai mô hình vẫn tồn tại song song với nhau. Trong một số hiện tượng nhất định, mô hình sóng lý giải thỏa đáng và tiên đoán được các tiến trình tiếp theo. Trong một số hiện tượng khác, mô hình hạt ánh sáng phải được sử dụng thì người ta mới có thể hiểu được vấn đề. Hơn thế nữa nhà vật lý có thể thiết lập mối quan hệ toán học giữa tính chất của hai mô hình sóng và hạt ánh sáng.

Về mặt toán học, sóng thì có độ dài sóng, còn hạt thìcó một “xung lượng”, tức là tích số giữa khối lượng và vận tốc của hạt. Độ dài sóng (từ đó mà suy ta tần số) là đặc trưng của hiện tượng sóng, còn xung lượng là đặc trưng của hiện tượng hạt. Nay mối liên hệ toán học giữa sóng và hạt được thiết lập giữa dộ dài sóng và xung lượng, biểu thị qua hằng số Planck, với một trị số hết sức nhỏ. Cứ mỗi sóng là ta có một xung lượng nhất định. Độ dài sóng càng ngắn, tức là tần số càng cao thì xung lượng càng mạnh. Qua cách này người ta xem sóng và hạt tương đương về mặt toán học.

Hãy trở lại với mô hình nguyên tử của Bohr. Mô hình này cho thấy electron nhảy từ quĩ đạo này qua quĩ đạo khác và khi chúng từ cao nhảy xuống thấp thì chúng lại nhả ra một quang tử photon. Mô hình của Bohr đã được thừa nhận là chính xác. Thế thì photon phải hiện hữu thật, tức là hạt ánh sáng có thực. Năm 1923 nhà khoa học Arthur Compton xác nhận tính chất lượng tử của quang tuyến X và cho thêm một bằng cớ thực nghiệm vế tính chất hạt của các bức xạ có độ dài sóng cực nhỏ. Điều đó có nghĩa là ánh sáng dứt khoát vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Không những thế, mọi loại sóng bức xạ - không riêng gì ánh sáng - phải có tính chất của hạt.

Năm 1923, một nhà khoa học người Pháp tên là Louis De Broglie có một ý nghĩ lạ khi quan sát hành tung của electron xuyên qua những cấu trúc pha lê. Ông thấy electron mà cũng có hiện tượng nhiễu xạ, một hiện tượng đặc trưng của sóng. Trong luận án tiến sĩ của mình, ông cho rằng nếu mỗi sóng có tính chất hạt thì mỗi hạt cũng có tính chất sóng – được gọi là “sóng vật chất” – và mối liên hệ toán học giữa hai dạng tồn tại này là như đã nói ở trên, tức là giữa độ dài sóng và xung lượng. Ý niệm này của De Broglie là hết sức kỳ dị, không ai có thể chấp nhận được. Giáo sư chủ nhiệm của ông là Langevin không thể quyết định được nên viết thư hỏi ý kiến của Einstein. Nhà khoa học lớn Einstein trả lời: “Dù cho ý niệm này mới xem ra có vẻ điên rồ, nhưng nó đã bắt đầu lớn mạnh”. Cuối cùng Langevin đồng ý cho De Broglie bảo vệ luận án trong tháng 12.1924. Năm năm sau, De Broglie nhận giải Nobel nhờ phát minh của mình.

Xuất phát từ ý niệm sóng vật chất, người thiết lập phương trình sóng là một nhà vật lý xuất sắc người Áo tên là Schrödinger. Electron là hạt thì nó cũng phải có tính chất sóng. Schrödinger là người đầu tiên nêu phương trình sóng của electron năm 1926 và lý giải được chính xác mọi tính chất của electron. Nền cơ học của ông được gọi là cơ học sóng và nó là một cơ sở  căn bản của nền cơ học lượng tử của thế kỷ 20.

Song song với Schrödinger, một nhà vật lý người Đức tên là Heisenberg xây dựng một phép tính toán khác về chuểyn động của electron mà điều thú vị nhất là kết quả của Schrödinger và của Heisenberg là tương thích với nhau.

Năm 1925, Heisenberg nêu lên một quan điểm thực chứng trong khoa học về cấu trúc nguyên tử bằng cách chỉ nghiên cứu mối quan hệ giữa những đại lượng “có thể quan sát được” như tần số, biên độ, độ phân tán của các bức xạ  để hình thành một phép tính toán mà không cần biết đến mô hình vận hành đích thực của electron.

Đó là thời kỳ mà Heisenberg còn là học trò của nhà vật lý Đức Max Born, Born đã đào tạo khá nhiều người về sau lãnh giải Nobel và bản thân ông cũng lãnh giải Nobel năm 1954. Born nhận ra tài năng đặc biệt của Heisenberg và nhất là phép tính mới, ông cùng Heisenberg và thêm một người thứ ba nữa là Jordan hoàn thiện phép tính này mà người ta gọi là cơ học ma trận. Trong nền cơ học này thì vị trí cũng như xung lượng của các hạt electron không còn là những con số giản đơn nữa mà là những ma trận với nhiều trị số khác nhau, diễn tả tính xác suất của các đại lượng đó. Cơ học ma trận và cơ học sóng của Schrödinger là hai cột trụ của cơ học lượng tử và chúng cho một kết quả như nhau.

Thế nhưng công lao quan trọng nhất của Born là người đầu tiên nêu lên cách giải thích các hàm số sóng của Schrödinger, ông cho rằng ta phải xem các hàm số đó nói lên “xác suất lưu trú” của electron, chúng cho biết xác suất hiện hữu của một electron tại một thời điểm nhất định. Đó là cách diễn giải đầu tiên về cơ học lượng tử, ngành cơ học này là khoa học nói về hành tung của các hạt hạ nguyên tử, nhưng không phải về “số phận” từng hạt mà nói chung về một số lượng rất lớn các hạt, trong dạng phát biểu về xác suất hay thống kê của chúng. Về sau ta sẽ làm quen với nhiều cách lý giải khác và sẽ thấy cơ học lượng tử đề ra nhiều vấn đề triết học hết sức hóc búa.

Năm 1927, Heisenberg nêu lên nguyên lý bất định của hạt điện tử, trong đó ta không thể cùng một lúc đo được chính xác vị trí và vận tố (hay chính xác hơn: xung lượng) của electron. Sự bất khả đó không xuất phát từ thiết bị đo thiếu chính xác mà nó có tính nguyên tắc: Một khi biết được chính xác vận tốc của electron thì không thể có quan niệm về một vị trí chính xác và ngược lại.

Để thấy sự khác biệt căn bản giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tử ở đây ta hãy nêu lên một hiện tượng. Trong cơ học cổ điển, ta có thể tính trước được vị trí, vận tốc của vật thể sau một thời gian vận động. Thí dụ một vật bay với vận tốc 1m/s, bay đến một vách tường cách đó 2m. Sau hai giây vật thể sẽ đụng vách và ta biết rõ nó sẽ gặp vách ở chỗ nào. Trong cơ học cổ điển, quĩ đạo của vật trong thời gian và không gian là được xác định rõ.

Tình hình lại không xảy ra như thế đối với một electron. Giả định electron bay từ bên trái và xuyên qua một khe thẳng đứng để gặp một vách tường ở bên phải. Hạt electron đó sẽ gặp vách tường và sinh ra một chấm đen, nhưng gặp ở chỗ nào thì ta không biết được. Quĩ đạo của nó không được xác định. Thế nhưng nếu ta bắn rất nhiều hạt electron thì dựa trên những chấm đen khác nhau mà ta biết được xác suất phân bố, tức là chỗ nào có “hy vọng” hạt electron sẽ gặp vách tường. Xác suất phân bố có hình dạng của một sóng, và nơi có biên độ cao nhất là nơi có hy vọng hạt electron sẽ bắn trúng vách tường chỗ đó.

Cơ học lượng tử mô tả đúng như kết quả của thực nghiệm, tức là nó đưa ra những lời giải của phương trình sóng Schrödinger, nhưng những sóng này là sóng xác suất, chúng diễn tả khả năng mà ta “bắt gặp” được một hạt electron trong quá trình vận động của nó. Trong quá trình đó thì vận tốc và vị trí của hạt không thể cùng lúc xác định chính xác về vận động của những hạt riêng lẻ mà chỉ có những kết luận có tính chất thống kê về một số lượng lớn các hạt. Nhờ tính thống kê về hoạt động của số lượng lớn các hạt mà các thiết bị điện tử, các phản ứng hạt nhân... lại vận hành đúng như người ta tiên đoán.

Dù thế, tính chất xác suất của sự mô tả electron cũng như nguyên lý bất định trong các trị số cơ học của chúng là hết sức khó hiểu với nền vật lý cổ điển. Thực tế là, chúng tạo nên một cuộc cách mạng trong nhận thức luận của con người về thế giới vi mô, thế giới cơ sở của vật chất và đề ra vô số vấn đề về triết học mà đến nay vẫn còn được bàn cãi ráo riết.

Hiện nay, tính chất xác suất của cơ học lương tử khi xác định số lượng lớn của các hạt cơ bản được xem là có sự thừa nhận chung của cộng đồng vật lý. Thế nhưng, cách diễn giải cơ học lượng tử để tìm hiểu “số phận” của một hạt, hay tìm hiểu sự vận động đích thực của sự vật, hay lý giải thế giới thực chất là gì thì lại vô cùng khác nhau. Một trong những kết luận cốt tủy nhất của cơ học lượng tử là, khi hai hạt có điều kiện ban đầu (vị trí và vận tốc) như nhau thì diễn biến về sau của chúng không nhất thiết phải giống nhau. Điều đó đặt vấn đề tính “nhân quả” trong ngành cơ học này. Ngoài ra cần nói thêm là điều kiện đầu của một hạt cũng không thể được xác định chính xác, cũng lại vì nguyên lý bất định.

Ngày nay người ta cho rằng có ít nhất tám phép diễn giải cơ học lượng tử. Ngoài phép diễn giải thống kê thì lý thuyết được xem như chuẩn mực là phép diễn giải Copenhagen mà những người chủ đạo là Bohr và Heisenberg. Theo quan điểm này thì sự vật đích thực không phải là hạt cũng chẳng phải là sóng. Sóng và hạt đều chỉ là dạng xuất hiện của sự vật khi người quan sát tra tìm nó theo cách này hay cách khác. Tính chất của sự vật nhờ cả sóng lẫn hạt mà được hiểu rõ, được xác định. Đó là nguyên lý bổ túc nổi tiếng của Niels Bohr.

Theo phép diễn giải Copenhagen thì sự vật nằm trong một thể “khả dĩ”, được biểu diễn bằng các hàm số sóng. Khi quan sát viên truy tìm để đo lường vật đó – thí dụ tìm vị trí của nó – với thiết bị đo lường, quan sát viên đã “ép” sự vật phải lấy một vị trí, quan sát viên đã làm “sụp đổ” dạng sóng của nó. Thế nên chính sự truy tìm của quan sát viên đã can thiệp vào sự vật và vì thế mà ta không thể tách rời người quan sát và vật bị quan sát. Còn nếu sự vật không được quan sát thì hạt nằm ở đâu, vận hành thế nào, sự vật thực chất là gì, câu hỏi đó đối với phép diễn giải Copenhagen là “vô nghĩa”. Trên nguyên tắc, ta không thể biết những điều đó và trường phái Copenhagen cũng chỉ làm việc với những đại lượng có thể quan sát được (quan niệm thực chứng). Phép lý giải này rất mới mẻ so với nền cơ học cổ điển; và chính Bohr, cha đẻ của phép này nói: “Những ai mới đầu không choáng váng với nền cơ học lượng tử thì kẻ đó chưa hiểu nó”.

Phép diễn giải này tuy không thỏa mãn được nhiều nhà vật lý nhưng hiện nay nó được thừa nhận nhiều nhất vì không có cách lý giải nào tốt hơn. Einstein cho đến cuối đời vẫn không chấp nhận tính xác suất của cơ học lượng tử, và ông từ chối phép diễn giải Copenhagen. Ông nói đầy ẩn dụ: “Thượng đế không chơi trò xúc xắc”. Einstein cho rằng sở dĩ cơ học lượng tử phải chấp nhận tính xác suất vì nó “không đầy đủ”. Thế nhưng Einstein cũng phải thừa nhận là lý thuyết cơ học lượng tử trong bản thân nó là “nhất quán”. Điều đó có nghĩa, muốn vượt lên tính xác suất của cơ học lượng tử, con người phải phát hiện một hệ thống cơ học hoàn toàn mới mẻ.

Một phép lý giải khác là quan điểm “đa thế giới” do nhà vật lý Mỹ Hugh Everett nêu lên năm 1957. Theo quan điểm này thì các hàm số sóng Schrödinger – thay  vì chỉ là thể “khả dĩ” như quan niệm của phái Copenhagen – thì mỗi sóng là một thế giới thực có. Các hàm số sóng chẳng hề “sụp đổ” gì cả mà chúng đều là một thế giới riêng biệt. Vì sự vật gồm vô số sóng giao thoa nên sự vật tồn tại thực sự cùng lúc trong vô số sóng giao thoa nên sự vật tồn tại thực sự cùng lúc trong vô số thế giới. Các thế giới này không phải là những thế giới song hành với nhau mà chúng bị chia chẻ từ một dạng đi trước nó. Mỗi lần nhà vật lý xác định hay đo lường một sự vật, tức là nắm bắt nó trong một thế giới nhất định thì lập tức sự vật có nhiều dạng biến thiên khả dĩ và mỗi dạng đó hóa hiện ngay thành một thế giới mới. Sự vật “tự tách ra” thành nhiều sự vật, cả các thiết bị đo lường lẫn người quan sát cũng bị tách ra để trở thành những thế giới với đầy đủ mọi tính chất của nó.

Theo quan điểm đa thế giới thì vũ trụ là một vũ trụ lượng tử, nó đã bị chia chẻ từ vô thủy để sinh ra vô số vũ trụ. Chúng ta là người “tình cờ” sống trong vũ trụ này và hầu như chắc chắn có những “phiên bản” của chúng ra đang sống ở những vũ trụ khác.

Phép diễn giải “đa thế giới” này nghe qua thật hết sức điên rồ và không được nhiều người thừa nhận. Thế nhưng, phải chăng phép diễn giải Copenhagen cũng “điên rồ” không kém? Thật ra những kết luận của cơ học lượng tử cũng bất ngờ và khó tính như những kết luận kỳ lạ về không gian, thời gian, khối lượng... của nền vật lý tương đối khi Einstein đề ra lần đầu.

Gần đây nhất phép diễn giải đa thế giới này lại được các nhà vật lý xuất sắc đương thời coi trọng. Người ta cho rằng, mặc dù không ai tưởng tượng được một hình ảnh đa thế giới, đa vũ trụ nhưng hệ quả toán học của cơ học lượng tử buộc ta phải chấp nhận thuyết đa thế giới, nếu ta không muốn chấp nhận vai trò của ý thức con người trong phép diễn giải Copenhagen. Vấn đề rất lớn được đặt ra về vai trò của ý thức là, trong phạm vi nhỏ của nguyên tử thì có ý thức của người quan sát thật, còn bản thân cả vũ trụ thì ai quan sát nó. Ai là kẻ đứng ngoài để quan sát vũ trụ? M.Gell-Mann thắc mắc như thế, còn K.Gödel thì cho rằng vũ trụ “tự quan sát và đo lường bản thân mình”.

Thế nên Gell-Mann và một lý thuyết gia xuất sắc khác của nền vật lý đương thời là S.Hawking đứng về phía thuyết đa thế giới. Hai ông cho rằng danh xưng “thuyết đa thế giới” là không chính xác, họ đề nghị “thuyết đa số phận”. Trong hình ảnh này, mỗi sự vật lúc bị chia chẻ, có một “số phận” riêng diễn ra trong một thế giới riêng. Ngoài hai nhà vật lý này còn có Feynman và S.Weinberg cũng chấp nhận thuyết đa thế giới.

Cả phép lý giải Copenhagen lẫn quan niệm “đa thế giới” đều đặt lại một quan niệm mới về thực tại, đó là trong trường hợp nào ta gọi thực tại là có và không có. Nền vật lý cổ điển quan niệm có một thực tại độc lập, tồn tại tự nó. Với trường phái Copenhagen, ta có thể quan niệm thực tại chỉ có khi ta quan sát và đo lường nó. Khi ta không quan sát một vật thì vật đó không tồn tại. Ngược lại, với quan niệm “đa thế giới” ta có thể nói rằng có vô số thế giới, vô số thực tại, tất cả đều có. Mỗi thế giới được xác định là vừa hiện hữu thì lập tức nó lại sinh ra nhiều thế giới khác. Ta có thể nói, hai trường phái diễn giải cơ học lượng tử đó là hai cực biên của luận đề có-không mà về sau ta sẽ trở lại và soi sáng chúng dưới một ánh sáng khác.

Như ta thấy, nền cơ học lượng tử nêu lên nhiều luận điểm hết sức hóc búa về triết học, chúng chạm đến lĩnh vực của bản thể học và thậm chí của tôn giáo. Về các luận điểm này hiện nay không có sự đồng thuận nào trong cộng đồng vật lý.

Luận đề có-không nói trên sẽ được trở lại trong các chương sau và chính nó là nội dung của sách này khi ta tìm hiểu các quan niệm triết học khác, nhất là của Phật giáo.

---o0o---