Ghi chú đến thành viên
Gởi Ãá» Tài Má»›i Trả lá»i
 
Ãiá»u Chỉnh
  #1  
Old 24-08-2008, 09:03 AM
mr_robin's Avatar
mr_robin mr_robin is offline
Cái Thế Ma Nhân
 
Tham gia: May 2008
Äến từ: SG
Bài gởi: 37
Thá»i gian online: 7 giá» 22 phút 5 giây
Xu: 0
Thanks: 1
Thanked 0 Times in 0 Posts
Lightbulb Lược sá»­ thá»i gian

LƯỢC SỬ THỜI GIAN
(A Brief History of Time)
Tác Giả:-Steven Hawking - Dịch Giả:-Cao Chi và Phạm Văn Thiá»u
Nhà Xuất Bản Khoa Há»c và Kỹ Thuật - Hanoi 2000

Giá»›i thiệu cuốn sách "Lược sá»­ thá»i gian"

Cuốn sách mà chúng tôi giá»›i thiệu vá»›i các bạn sau đây có tên là "Lược sá»­ thá»i gian" (A Brief History of Time), má»™t cuốn sách tuyệt diệu, được viết bởi má»™t trong những nhà khoa há»c vÄ© đại nhất của thá»i đại chúng ta: nhà toán há»c và vật lý lý thuyết ngÆ°á»i Anh Stephen Hawking.

S.W. Hawking sinh năm 1942. Trong cuá»™c sống cá nhân, ông gặp nhiá»u bất hạnh. Năm 1985, ông bị sÆ°ng phổi và sau khi phẫu thuật mở khí quản, Hawking mất khả năng phát âm. TrÆ°á»›c đó, má»™t căn bệnh tê liệt thần kinh (bệnh ALS) đã gắn chặt ông vào chiếc xe đẩy. Hawking chỉ còn cách làm việc và giao tiếp vá»›i má»i ngÆ°á»i bằng má»™t máy vi tính và má»™t máy tổng hợp tiếng nói lắp liá»n vá»›i ghế. Tuy nhiên, tất cả những bất hạnh này không quật ngã được ý chí của nhà vật lý thiên tài. Hiện nay ông là giáo sÆ° tại Äại há»c Cambridge (Anh), ở chức vụ mà ngày xÆ°a Newton, rồi sau đó là P.A.M. Dirac, đảm nhiệm. Ông chuyên nghiên cứu vá» lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng. Những kết quả thu được cùng vá»›i George Ellis, Roger Penrose,... và nhất là sá»± phát hiện khả năng bức xạ của các các lá»— Ä‘en đã Ä‘Æ°a Hawking lên hàng những nhà vật lý nổi tiếng nhất thế giá»›i.

Cuốn "Lược sá»­ thá»i gian" được viết xong năm 1987. Ngay từ khi ra Ä‘á»i, nó đã trở thành má»™t trong những cuốn sách bán chạy nhất thế giá»›i. "Lược sá»­ thá»i gian" đứng trong danh mục sách bán chạy nhất của New York Times trong 53 tuần, và tại nÆ°á»›c Anh, 205 tuần liá»n nó có tên trong mục sách bán chạy nhất của Sunday Times. Chính Stephen Hawking cÅ©ng phải kinh ngạc. Từ trÆ°á»›c đến nay, chÆ°a có má»™t cuốn sách khoa há»c nào được công chúng đón nhận nồng nhiệt nhÆ° vậy (tuy rằng nhiá»u ngÆ°á»i nói, há» mua nó chỉ để bày ở tủ sách chứ không thá»±c sá»± Ä‘á»c. Vá» Ä‘iểm này, cuốn sách của Hawking cÅ©ng có số phận tÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° Kinh Thánh hoặc các vở kịch của Shakespeare).

Bằng má»™t lối trình bày sáng sủa, giá»ng văn hài hÆ°á»›c, hÆ¡i nhuốm màu bi quan, Stephen Hawking đã dẫn dắt ngÆ°á»i Ä‘á»c phiêu lÆ°u suốt lịch sá»­ vÅ© trụ, từ khi nó còn là má»™t Ä‘iểm kỳ dị vá»›i năng lượng vô cùng lá»›n, cho tá»›i ngày nay. Cuá»™c tìm kiếm của Hawking giúp ngÆ°á»i Ä‘á»c khám phá hết bí mật này đến bí mật khác. Äôi khi ông dụ Ä‘á»™c giả vào những ngá»™ nhận tưởng nhÆ° rất có lý, rồi lại bất ngá» chỉ ra sá»± phi lý trong cách nghÄ©, để rồi phá vỡ má»i ngá»™ nhận. Cuốn sách Ä‘á» cập đến những vấn Ä‘á» nghiêm trá»ng và hóc búa nhất của vật lý lý thuyết, nhÆ° vụ nổ lá»›n, lá»— Ä‘en, không - thá»i gian, thuyết tÆ°Æ¡ng đối, nguyên lý bất định... mà không há» làm bạn Ä‘á»c bị rối.

Bản tiếng Việt mà chúng tôi giá»›i thiệu vá»›i các bạn sau đây được dịch bởi Cao Chi và Phạm Văn Thiá»u, nhà xuất bản Văn hóa Thông tin, Hà Ná»™i, 2000.

Minh Hy


Lá»i giá»›i thiệu của nhà xuất bản Bantam Books

Chúng ta Ä‘ang sống cuá»™c sống hàng ngày của chúng ta mà hầu nhÆ° không hiểu được thế giá»›i xung quanh. Chúng ta cÅ©ng ít khi suy ngẫm vá» cÆ¡ chế đã tạo ra ánh sáng mặt trá»i - má»™t yếu tố quan trá»ng góp phần tạo nên sá»± sống, vá» hấp dẫn - cái chất keo đã kết dính chúng ta vào trái đất, mà nếu khác Ä‘i chúng ta sẽ xoay tít và trôi dạt vào không gian vÅ© trụ, vá» những nguyên tá»­ đã cấu tạo nên tất cả chúng ta - mà chúng ta hoàn toàn lệ thuá»™c vào sá»± bá»n vững của chúng. Chỉ trừ có trẻ em (vì chúng còn biết quá ít để không ngần ngại đặt ra những câu há»i quan trá»ng) còn ít ai trong chúng ta tốn thá»i gian để băn khoăn tại sao tá»± nhiên lại nhÆ° thế này mà không nhÆ° thế khác, vÅ© trụ ra Ä‘á»i từ đâu, hoặc nó có mãi mãi nhÆ° thế này không, liệu có má»™t ngày nào đó thá»i gian sẽ trôi giật lùi, hậu quả có trÆ°á»›c nguyên nhân hay không; hoặc có giá»›i hạn cuối cùng cho sá»± hiểu biết của con ngÆ°á»i hay không? Thậm chí có những đứa trẻ con, mà tôi có gặp má»™t số, muốn biết lá»— Ä‘en là cái gì; cái gì là hạt vật chất nhá» bé nhất, tại sao chúng ta chỉ nhá»› quá khứ mà không nhá»› tÆ°Æ¡ng lai; và nếu lúc bắt đầu là há»—n loạn thì làm thế nào có sá»± trật tá»± nhÆ° ta thấy hôm nay, và tại sao lại có vÅ© trụ.

Trong xã há»™i của chúng ta, các bậc phụ huynh cÅ©ng nhÆ° các thầy giáo vẫn còn thói quen trả lá»i những câu há»i đó bằng cách nhún vai hoặc viện đến các giáo lý mÆ¡ hồ. Má»™t số giáo lý ấy lại hoàn toàn không thích hợp vá»›i những vấn Ä‘á» vừa nêu ở trên, bởi vì chúng phÆ¡i bày quá rõ những hạn chế của sá»± hiểu biết của con ngÆ°á»i.

NhÆ°ng rất nhiá»u môn triết há»c và khoa há»c lại ra Ä‘á»i từ những câu lục vấn nhÆ° vậy. Ngày càng có nhiá»u ngÆ°á»i lá»›n cÅ©ng muốn đặt những câu há»i thuá»™c loại đó và thi thoảng hỠđã nhận được những câu trả lá»i khá lạ lùng. Nằm trung gian giữa các nguyên tá»­ và các vì sao, chúng ta Ä‘ang mở rá»™ng chân trá»i khám phá của chúng ta, nhằm bao quát cả những cái rất nhá» lẫn những cái rất lá»›n.

Mùa xuân năm 1974, khoảng 2 năm trÆ°á»›c khi con tàu vÅ© trụ Viking hạ cánh xuống sao Há»a, tôi có tham dá»± má»™t cuá»™c há»p tổ chức ở Anh, do Há»™i Hoàng gia London tài trợ, bàn vá» vấn Ä‘á» làm thế nào tìm kiếm sá»± sống ngoài Trái đất. Vào giá» giải lao, tôi thấy má»™t cuá»™c há»p lá»›n hÆ¡n nhiá»u được tổ chức ở phòng bên cạnh và vì tò mò tôi bÆ°á»›c vào xem. Thì ra tôi Ä‘ang chứng kiến má»™t nghi lá»… cổ kính, lá»… kết nạp há»™i viên má»›i của Há»™i Hoàng gia London, má»™t trong những tổ chức há»c thuật lâu Ä‘á»i nhất của hành tinh chúng ta. Ở hàng trên cùng, má»™t thanh niên ngồi trong xe đẩy Ä‘ang rất chậm rãi ký tên mình vào cuốn sổ mà ở những trang đầu tiên của nó còn giữ được chữ ký của Isaac Newton. Khi Stephen Hawking, cuối cùng đã ký xong tên mình, những tràng hoan hô nhÆ° sấm nổi lên, ngay từ lúc đó ông đã là cả má»™t huyá»n thoại.

Hiện nay, Hawking là giáo sÆ° toán há»c của trÆ°á»ng Äại há»c Cambridge, vá»›i cÆ°Æ¡ng vị mà trÆ°á»›c đây Newton, rồi sau này P.A.M Dirac - hai nhà nghiên cứu nổi tiếng vá» những cái cá»±c lá»›n và những cái cá»±c nhá» - đảm nhiệm. Hawking là ngÆ°á»i kế tục hết sức xứng đáng của há». Cuốn sách đầu tiên của Hawking dành cho những ngÆ°á»i không phải là chuyên gia này có thể xem là má»™t phần thưởng vá» nhiá»u mặt cho công chúng không chuyên. Cuốn sách hấp dẫn vừa bởi ná»™i dung phong phú của nó, vừa bởi nó cho chúng ta má»™t cái nhìn khái quát qua những công trình của chính tác giả. Cuốn sách chứa đụng những khám phá trên những ranh giá»›i của vật lý há»c, thiên văn há»c, vÅ© trụ há»c và của cả lòng dÅ©ng cảm nữa.

Äây cÅ©ng là cuốn sách vá» Thượng đế... hay đúng hÆ¡n là vá» sá»± không-có-mặt-của-Thượng-đế. Chữ Thượng đế xuất hiện trên nhiá»u trang của cuốn sách này. Hawking đã dấn thân Ä‘i tìm câu trả lá»i cho câu há»i nổi tiếng của Einstein: Liệu Thượng đế có sá»± lá»±a chá»n nào trong việc tạo ra vÅ© trụ này hay không? Hawking đã nhiá»u lần tuyên bố má»™t cách công khai rằng ông có ý định tìm hiểu ý nghÄ©a của Thượng đế. Và từ ná»— lá»±c đó, ông đã rút ra kết luận bất ngá» nhất, ít nhất là cho đến hiện nay, đó là vÅ© trụ không có biên trong không gian, không có bắt đầu và kết thúc trong thá»i gian và chẳng có việc gì cho Äấng sáng thế phải làm ở đây cả.

Peter Guzzardi


Lá»i cảm Æ¡n của Stephen Hawking

Lá»i cảm Æ¡n sau đây được in trong lần xuất bản đầu tiên của cuốn "Lược sá»­ thá»i gian", nhà xuất bản Batam Books, 1987.

Tôi đã quyết định thá»­ viết má»™t cuốn sách phổ thông vá» không gian và thá»i gian sau khi đã Ä‘á»c má»™t loạt bài giảng ở Äại há»c Harvard năm 1982. TrÆ°á»›c đó, cÅ©ng đã có khá nhiá»u cuốn sách viết vá» giai Ä‘oạn đầu của vÅ© trụ và các lá»— Ä‘en, từ những cuốn sách rất hay nhÆ° cuốn “Ba phút đầu tiên†của Steven Weinberg (Bản dịch tiếng Việt của Nhà xuất bản Khoa há»c và Kỹ thuật ra mắt năm 1982 - VnExpress), cho tá»›i những cuốn rất tồi mà tôi không muốn nhắc tên ở đây. Tuy nhiên, tôi cảm thấy chÆ°a có cuốn nào Ä‘á» cập đến những vấn đỠđã dẫn tôi Ä‘i nghiên cứu vÅ© trụ há»c và lý thuyết lượng tá»­ nhÆ°: VÅ© trụ ra Ä‘á»i từ đâu? Nó bắt đầu nhÆ° thế nào và tại sao lại nhÆ° vậy? Nó có kết thúc không, và nếu có thì sẽ kết thúc nhÆ° thế nào? Äó là những vấn Ä‘á» mà tất cả chúng ta Ä‘á»u quan tâm. NhÆ°ng khoa há»c hiện đại đã trở nên chuyên sâu tá»›i mức chỉ có má»™t số ít chuyên gia nắm vững những công cụ toán há»c được dùng để mô tả chúng má»›i có thể hiểu được chúng. Tuy nhiên, những ý tưởng cÆ¡ bản vá» nguồn gốc và số phận của vÅ© trụ vẫn có thể trình bày dÆ°á»›i dạng phổ thông cho những ngÆ°á»i không thuá»™c giá»›i khoa há»c cÅ©ng có thể hiểu được mà không cần tá»›i toán há»c. Äó là mục tiêu mà tôi muốn thá»±c hiện trong cuốn sách này. Mục tiêu đó có đạt được hay không, xin để bạn Ä‘á»c phán xét.

Có ai đó nói vá»›i tôi rằng, má»—i má»™t phÆ°Æ¡ng trình mà tôi Ä‘Æ°a vào cuốn sách sẽ làm giảm số lượng bán Ä‘i má»™t ná»­a. Do đó, tôi quyết định sẽ hoàn toàn không dùng đến má»™t phÆ°Æ¡ng trình nào. Tuy nhiên, cuối cùng tôi cÅ©ng đành phải Ä‘Æ°a vào má»™t phÆ°Æ¡ng trình, đó là phÆ°Æ¡ng trình nổi tiếng của Einstein E =mc2. Tôi hy vá»ng nó sẽ không làm cho má»™t số bạn Ä‘á»c tiá»m tàng của tôi phải hoảng sợ.

Ngoại trừ căn bệnh ALS (bệnh liệt toàn thân), hay bệnh vá» thần kinh chuyển Ä‘á»™ng, ở hầu hết các phÆ°Æ¡ng diện khác, tôi là má»™t ngÆ°á»i may mắn. Nhá» sá»± giúp đỡ và há»— trợ của Jane, vợ tôi và các con Robert, Lucy và Timmy mà tôi có thể sống gần nhÆ° bình thÆ°á»ng và có má»™t sá»± nghiệp thành công. Tôi còn may mắn ở má»™t Ä‘iểm nữa là tôi đã chá»n vật lý lý thuyết, vì tất cả chỉ được làm trong trí óc. Do đó bệnh tật của tôi không phải là má»™t sá»± tàn phế quá nghiêm trá»ng. Tất nhiên, những đồng nghiệp cÅ©ng đã giúp đỡ tôi rất nhiá»u.

Trong giai Ä‘oạn đầu tiên, giai Ä‘oạn “cổ Ä‘iển†của con Ä‘Æ°á»ng sá»± nghiệp, những ngÆ°á»i bạn và cá»™ng sá»± chính của tôi là Roger Penrose, Robert Geroch, Brandon Carter và George Elis. Tôi rất biết Æ¡n sá»± giúp đỡ mà hỠđã dành cho tôi, và vá» công việc mà chúng tôi cùng tiến hành vá»›i nhau. Giai Ä‘oạn này đã được đúc kết thành cuốn sách “Cấu trúc ở thang vÄ© mô của không - thá»i gian†do Elis và tôi viết năm 1973. Tôi không có ý định khuyên Ä‘á»™c giả tìm Ä‘á»c cuốn sách đó để lấy thêm thông tin, bởi vì nó quá chuyên sâu và tÆ°Æ¡ng đối khó Ä‘á»c. Tôi hy vá»ng rằng từ khi viết cuốn sách đó đến nay, tôi đã há»c được cách viết sao cho dá»… hiểu hÆ¡n.

Trong giai Ä‘oạn thứ hai, giai Ä‘oạn “lượng tử†của con Ä‘Æ°á»ng sá»± nghiệp của tôi, từ năm 1974, các cá»™ng sá»± chính của tôi là Gary, Gibsons, Don Page và Jim Hartle. Tôi phải mang Æ¡n há» và các nghiên cứu sinh của tôi rất nhiá»u vì sá»± giúp đỡ to lá»›n của hỠđối vá»›i tôi. Sá»± tiếp xúc vá»›i sinh viên luôn kích thích tôi mạnh mẽ, và tôi hy vá»ng nó đã giúp tôi tránh được những con Ä‘Æ°á»ng mòn.

Khi viết cuốn sách này, tôi đã nhận được sá»± giúp đỡ lá»›n của Brian Whitt, má»™t sinh viên của tôi. Tôi bị sÆ°ng phổi năm 1985, sau khi đã viết song bản thảo đầu tiên. Tôi đã phải phẫu thuật mở khí quản. Sau phẫu thuật, tôi mất khả năng phát âm, và do đó, hầu nhÆ° không còn khả năng giao tiếp nữa. Tôi nghÄ© sẽ không thể hoàn thành được cuốn sách. NhÆ°ng Brian không chỉ giúp tôi sá»­a lại bản thảo mà còn giúp tôi sá»­ dụng chÆ°Æ¡ng trình giao tiếp có tên là Living Center do Walt Woltosz thuá»™c World Plus Inc. ở Sunnyvale, California tặng cho tôi. Vá»›i chÆ°Æ¡ng trình đó, tôi vừa có thể viết sách báo, vừa có thể giao tiếp vá»›i má»i ngÆ°á»i bằng má»™t máy tổng hợp tiếng nói do Speech Plus, cÅ©ng ở Sunnyvale, California, tặng cho tôi. Máy tổng hợp tiếng nói đó và má»™t máy vi tính được David Manson lắp ngay trên chiếc xe đẩy của tôi. Hệ thống này đã làm được má»™t chuyện hoàn toàn bất ngá»: thá»±c tế bây giá» tôi có thể giao tiếp còn tốt hÆ¡n so vá»›i khi tôi chÆ°a bị mất tiếng nói.

Tôi cÅ©ng đã nhận được nhiá»u Ä‘á» nghị hoàn thiện cuốn sách từ nhiá»u ngÆ°á»i đã xem bản thảo sÆ¡ bá»™ của nó. Äặc biệt, ông Peter Guzzardi, biên tập viên của tôi ở nhà xuất bản Bantam Books đã gá»­i cho tôi rất nhiá»u trang nhận xét và yêu cầu vá» những Ä‘iểm ông cảm thấy tôi giải thích chÆ°a thật thá»a đáng lắm. Tôi cÅ©ng phải thú nhận rằng tôi đã cảm thấy rất bá»±c mình khi nhận được những bản liệt kê dài gồm những Ä‘iá»u cần phải sá»­a đổi, nhÆ°ng ông đã hoàn toàn có lý. Tôi tin chắc rằng cuốn sách sở dÄ© hay hÆ¡n chính là do ông đã bắt tôi phải làm việc cận lá»±c.

Tôi cÅ©ng rất cảm Æ¡n những trợ tá của tôi: Colin Williams, David Thomas và Raymond Laflamme; các thÆ° ký Judy Fella, Ann Ralph, Cheryl Billington và Sue Masey; cÅ©ng nhÆ° Ä‘á»™i ngÅ© các há»™ lý của tôi. Cuốn sách này cÅ©ng không thể ra Ä‘á»i nếu không có sợ há»— trợ cho cho nghiên cứu và chi phí y tế của tôi từ TrÆ°á»ng Gonville và Caius, từ Há»™i đồng nghiên cứu khoa há»c và kỹ thuật, cÅ©ng nhÆ° các Quỹ Leverhulme, Mcarthur, Nuffield và Ralph Smith. Tôi xin tá» lòng biết Æ¡n đối vá»›i các cÆ¡ quan đó.

Stephen Hawking
Ngày 20 tháng 10 năm 1987

Lá»i giá»›i thiệu của nhà xuất bản Bantam Books

Chúng ta Ä‘ang sống cuá»™c sống hàng ngày của chúng ta mà hầu nhÆ° không hiểu được thế giá»›i xung quanh. Chúng ta cÅ©ng ít khi suy ngẫm vá» cÆ¡ chế đã tạo ra ánh sáng mặt trá»i - má»™t yếu tố quan trá»ng góp phần tạo nên sá»± sống, vá» hấp dẫn - cái chất keo đã kết dính chúng ta vào trái đất, mà nếu khác Ä‘i chúng ta sẽ xoay tít và trôi dạt vào không gian vÅ© trụ, vá» những nguyên tá»­ đã cấu tạo nên tất cả chúng ta - mà chúng ta hoàn toàn lệ thuá»™c vào sá»± bá»n vững của chúng. Chỉ trừ có trẻ em (vì chúng còn biết quá ít để không ngần ngại đặt ra những câu há»i quan trá»ng) còn ít ai trong chúng ta tốn thá»i gian để băn khoăn tại sao tá»± nhiên lại nhÆ° thế này mà không nhÆ° thế khác, vÅ© trụ ra Ä‘á»i từ đâu, hoặc nó có mãi mãi nhÆ° thế này không, liệu có má»™t ngày nào đó thá»i gian sẽ trôi giật lùi, hậu quả có trÆ°á»›c nguyên nhân hay không; hoặc có giá»›i hạn cuối cùng cho sá»± hiểu biết của con ngÆ°á»i hay không? Thậm chí có những đứa trẻ con, mà tôi có gặp má»™t số, muốn biết lá»— Ä‘en là cái gì; cái gì là hạt vật chất nhá» bé nhất, tại sao chúng ta chỉ nhá»› quá khứ mà không nhá»› tÆ°Æ¡ng lai; và nếu lúc bắt đầu là há»—n loạn thì làm thế nào có sá»± trật tá»± nhÆ° ta thấy hôm nay, và tại sao lại có vÅ© trụ.

Trong xã há»™i của chúng ta, các bậc phụ huynh cÅ©ng nhÆ° các thầy giáo vẫn còn thói quen trả lá»i những câu há»i đó bằng cách nhún vai hoặc viện đến các giáo lý mÆ¡ hồ. Má»™t số giáo lý ấy lại hoàn toàn không thích hợp vá»›i những vấn Ä‘á» vừa nêu ở trên, bởi vì chúng phÆ¡i bày quá rõ những hạn chế của sá»± hiểu biết của con ngÆ°á»i.

NhÆ°ng rất nhiá»u môn triết há»c và khoa há»c lại ra Ä‘á»i từ những câu lục vấn nhÆ° vậy. Ngày càng có nhiá»u ngÆ°á»i lá»›n cÅ©ng muốn đặt những câu há»i thuá»™c loại đó và thi thoảng hỠđã nhận được những câu trả lá»i khá lạ lùng. Nằm trung gian giữa các nguyên tá»­ và các vì sao, chúng ta Ä‘ang mở rá»™ng chân trá»i khám phá của chúng ta, nhằm bao quát cả những cái rất nhá» lẫn những cái rất lá»›n.

Mùa xuân năm 1974, khoảng 2 năm trÆ°á»›c khi con tàu vÅ© trụ Viking hạ cánh xuống sao Há»a, tôi có tham dá»± má»™t cuá»™c há»p tổ chức ở Anh, do Há»™i Hoàng gia London tài trợ, bàn vá» vấn Ä‘á» làm thế nào tìm kiếm sá»± sống ngoài Trái đất. Vào giá» giải lao, tôi thấy má»™t cuá»™c há»p lá»›n hÆ¡n nhiá»u được tổ chức ở phòng bên cạnh và vì tò mò tôi bÆ°á»›c vào xem. Thì ra tôi Ä‘ang chứng kiến má»™t nghi lá»… cổ kính, lá»… kết nạp há»™i viên má»›i của Há»™i Hoàng gia London, má»™t trong những tổ chức há»c thuật lâu Ä‘á»i nhất của hành tinh chúng ta. Ở hàng trên cùng, má»™t thanh niên ngồi trong xe đẩy Ä‘ang rất chậm rãi ký tên mình vào cuốn sổ mà ở những trang đầu tiên của nó còn giữ được chữ ký của Isaac Newton. Khi Stephen Hawking, cuối cùng đã ký xong tên mình, những tràng hoan hô nhÆ° sấm nổi lên, ngay từ lúc đó ông đã là cả má»™t huyá»n thoại.

Hiện nay, Hawking là giáo sÆ° toán há»c của trÆ°á»ng Äại há»c Cambridge, vá»›i cÆ°Æ¡ng vị mà trÆ°á»›c đây Newton, rồi sau này P.A.M Dirac - hai nhà nghiên cứu nổi tiếng vá» những cái cá»±c lá»›n và những cái cá»±c nhá» - đảm nhiệm. Hawking là ngÆ°á»i kế tục hết sức xứng đáng của há». Cuốn sách đầu tiên của Hawking dành cho những ngÆ°á»i không phải là chuyên gia này có thể xem là má»™t phần thưởng vá» nhiá»u mặt cho công chúng không chuyên. Cuốn sách hấp dẫn vừa bởi ná»™i dung phong phú của nó, vừa bởi nó cho chúng ta má»™t cái nhìn khái quát qua những công trình của chính tác giả. Cuốn sách chứa đụng những khám phá trên những ranh giá»›i của vật lý há»c, thiên văn há»c, vÅ© trụ há»c và của cả lòng dÅ©ng cảm nữa.

Äây cÅ©ng là cuốn sách vá» Thượng đế... hay đúng hÆ¡n là vá» sá»± không-có-mặt-của-Thượng-đế. Chữ Thượng đế xuất hiện trên nhiá»u trang của cuốn sách này. Hawking đã dấn thân Ä‘i tìm câu trả lá»i cho câu há»i nổi tiếng của Einstein: Liệu Thượng đế có sá»± lá»±a chá»n nào trong việc tạo ra vÅ© trụ này hay không? Hawking đã nhiá»u lần tuyên bố má»™t cách công khai rằng ông có ý định tìm hiểu ý nghÄ©a của Thượng đế. Và từ ná»— lá»±c đó, ông đã rút ra kết luận bất ngá» nhất, ít nhất là cho đến hiện nay, đó là vÅ© trụ không có biên trong không gian, không có bắt đầu và kết thúc trong thá»i gian và chẳng có việc gì cho Äấng sáng thế phải làm ở đây cả.

Peter Guzzardi


Lá»i cảm Æ¡n của Stephen Hawking

Lá»i cảm Æ¡n sau đây được in trong lần xuất bản đầu tiên của cuốn "Lược sá»­ thá»i gian", nhà xuất bản Batam Books, 1987.

Tôi đã quyết định thá»­ viết má»™t cuốn sách phổ thông vá» không gian và thá»i gian sau khi đã Ä‘á»c má»™t loạt bài giảng ở Äại há»c Harvard năm 1982. TrÆ°á»›c đó, cÅ©ng đã có khá nhiá»u cuốn sách viết vá» giai Ä‘oạn đầu của vÅ© trụ và các lá»— Ä‘en, từ những cuốn sách rất hay nhÆ° cuốn “Ba phút đầu tiên†của Steven Weinberg (Bản dịch tiếng Việt của Nhà xuất bản Khoa há»c và Kỹ thuật ra mắt năm 1982 - VnExpress), cho tá»›i những cuốn rất tồi mà tôi không muốn nhắc tên ở đây. Tuy nhiên, tôi cảm thấy chÆ°a có cuốn nào Ä‘á» cập đến những vấn đỠđã dẫn tôi Ä‘i nghiên cứu vÅ© trụ há»c và lý thuyết lượng tá»­ nhÆ°: VÅ© trụ ra Ä‘á»i từ đâu? Nó bắt đầu nhÆ° thế nào và tại sao lại nhÆ° vậy? Nó có kết thúc không, và nếu có thì sẽ kết thúc nhÆ° thế nào? Äó là những vấn Ä‘á» mà tất cả chúng ta Ä‘á»u quan tâm. NhÆ°ng khoa há»c hiện đại đã trở nên chuyên sâu tá»›i mức chỉ có má»™t số ít chuyên gia nắm vững những công cụ toán há»c được dùng để mô tả chúng má»›i có thể hiểu được chúng. Tuy nhiên, những ý tưởng cÆ¡ bản vá» nguồn gốc và số phận của vÅ© trụ vẫn có thể trình bày dÆ°á»›i dạng phổ thông cho những ngÆ°á»i không thuá»™c giá»›i khoa há»c cÅ©ng có thể hiểu được mà không cần tá»›i toán há»c. Äó là mục tiêu mà tôi muốn thá»±c hiện trong cuốn sách này. Mục tiêu đó có đạt được hay không, xin để bạn Ä‘á»c phán xét.

Có ai đó nói vá»›i tôi rằng, má»—i má»™t phÆ°Æ¡ng trình mà tôi Ä‘Æ°a vào cuốn sách sẽ làm giảm số lượng bán Ä‘i má»™t ná»­a. Do đó, tôi quyết định sẽ hoàn toàn không dùng đến má»™t phÆ°Æ¡ng trình nào. Tuy nhiên, cuối cùng tôi cÅ©ng đành phải Ä‘Æ°a vào má»™t phÆ°Æ¡ng trình, đó là phÆ°Æ¡ng trình nổi tiếng của Einstein E =mc2. Tôi hy vá»ng nó sẽ không làm cho má»™t số bạn Ä‘á»c tiá»m tàng của tôi phải hoảng sợ.

Ngoại trừ căn bệnh ALS (bệnh liệt toàn thân), hay bệnh vá» thần kinh chuyển Ä‘á»™ng, ở hầu hết các phÆ°Æ¡ng diện khác, tôi là má»™t ngÆ°á»i may mắn. Nhá» sá»± giúp đỡ và há»— trợ của Jane, vợ tôi và các con Robert, Lucy và Timmy mà tôi có thể sống gần nhÆ° bình thÆ°á»ng và có má»™t sá»± nghiệp thành công. Tôi còn may mắn ở má»™t Ä‘iểm nữa là tôi đã chá»n vật lý lý thuyết, vì tất cả chỉ được làm trong trí óc. Do đó bệnh tật của tôi không phải là má»™t sá»± tàn phế quá nghiêm trá»ng. Tất nhiên, những đồng nghiệp cÅ©ng đã giúp đỡ tôi rất nhiá»u.

Trong giai Ä‘oạn đầu tiên, giai Ä‘oạn “cổ Ä‘iển†của con Ä‘Æ°á»ng sá»± nghiệp, những ngÆ°á»i bạn và cá»™ng sá»± chính của tôi là Roger Penrose, Robert Geroch, Brandon Carter và George Elis. Tôi rất biết Æ¡n sá»± giúp đỡ mà hỠđã dành cho tôi, và vá» công việc mà chúng tôi cùng tiến hành vá»›i nhau. Giai Ä‘oạn này đã được đúc kết thành cuốn sách “Cấu trúc ở thang vÄ© mô của không - thá»i gian†do Elis và tôi viết năm 1973. Tôi không có ý định khuyên Ä‘á»™c giả tìm Ä‘á»c cuốn sách đó để lấy thêm thông tin, bởi vì nó quá chuyên sâu và tÆ°Æ¡ng đối khó Ä‘á»c. Tôi hy vá»ng rằng từ khi viết cuốn sách đó đến nay, tôi đã há»c được cách viết sao cho dá»… hiểu hÆ¡n.

Trong giai Ä‘oạn thứ hai, giai Ä‘oạn “lượng tử†của con Ä‘Æ°á»ng sá»± nghiệp của tôi, từ năm 1974, các cá»™ng sá»± chính của tôi là Gary, Gibsons, Don Page và Jim Hartle. Tôi phải mang Æ¡n há» và các nghiên cứu sinh của tôi rất nhiá»u vì sá»± giúp đỡ to lá»›n của hỠđối vá»›i tôi. Sá»± tiếp xúc vá»›i sinh viên luôn kích thích tôi mạnh mẽ, và tôi hy vá»ng nó đã giúp tôi tránh được những con Ä‘Æ°á»ng mòn.

Khi viết cuốn sách này, tôi đã nhận được sá»± giúp đỡ lá»›n của Brian Whitt, má»™t sinh viên của tôi. Tôi bị sÆ°ng phổi năm 1985, sau khi đã viết song bản thảo đầu tiên. Tôi đã phải phẫu thuật mở khí quản. Sau phẫu thuật, tôi mất khả năng phát âm, và do đó, hầu nhÆ° không còn khả năng giao tiếp nữa. Tôi nghÄ© sẽ không thể hoàn thành được cuốn sách. NhÆ°ng Brian không chỉ giúp tôi sá»­a lại bản thảo mà còn giúp tôi sá»­ dụng chÆ°Æ¡ng trình giao tiếp có tên là Living Center do Walt Woltosz thuá»™c World Plus Inc. ở Sunnyvale, California tặng cho tôi. Vá»›i chÆ°Æ¡ng trình đó, tôi vừa có thể viết sách báo, vừa có thể giao tiếp vá»›i má»i ngÆ°á»i bằng má»™t máy tổng hợp tiếng nói do Speech Plus, cÅ©ng ở Sunnyvale, California, tặng cho tôi. Máy tổng hợp tiếng nói đó và má»™t máy vi tính được David Manson lắp ngay trên chiếc xe đẩy của tôi. Hệ thống này đã làm được má»™t chuyện hoàn toàn bất ngá»: thá»±c tế bây giá» tôi có thể giao tiếp còn tốt hÆ¡n so vá»›i khi tôi chÆ°a bị mất tiếng nói.

Tôi cÅ©ng đã nhận được nhiá»u Ä‘á» nghị hoàn thiện cuốn sách từ nhiá»u ngÆ°á»i đã xem bản thảo sÆ¡ bá»™ của nó. Äặc biệt, ông Peter Guzzardi, biên tập viên của tôi ở nhà xuất bản Bantam Books đã gá»­i cho tôi rất nhiá»u trang nhận xét và yêu cầu vá» những Ä‘iểm ông cảm thấy tôi giải thích chÆ°a thật thá»a đáng lắm. Tôi cÅ©ng phải thú nhận rằng tôi đã cảm thấy rất bá»±c mình khi nhận được những bản liệt kê dài gồm những Ä‘iá»u cần phải sá»­a đổi, nhÆ°ng ông đã hoàn toàn có lý. Tôi tin chắc rằng cuốn sách sở dÄ© hay hÆ¡n chính là do ông đã bắt tôi phải làm việc cận lá»±c.

Tôi cÅ©ng rất cảm Æ¡n những trợ tá của tôi: Colin Williams, David Thomas và Raymond Laflamme; các thÆ° ký Judy Fella, Ann Ralph, Cheryl Billington và Sue Masey; cÅ©ng nhÆ° Ä‘á»™i ngÅ© các há»™ lý của tôi. Cuốn sách này cÅ©ng không thể ra Ä‘á»i nếu không có sợ há»— trợ cho cho nghiên cứu và chi phí y tế của tôi từ TrÆ°á»ng Gonville và Caius, từ Há»™i đồng nghiên cứu khoa há»c và kỹ thuật, cÅ©ng nhÆ° các Quỹ Leverhulme, Mcarthur, Nuffield và Ralph Smith. Tôi xin tá» lòng biết Æ¡n đối vá»›i các cÆ¡ quan đó.

Stephen Hawking
Ngày 20 tháng 10 năm 1987

Lá»i cảm Æ¡n của Stephen Hawking
Lá»i cảm Æ¡n sau đây được in trong lần xuất bản đầu tiên của cuốn "Lược sá»­ thá»i gian", nhà xuất bản Batam Books, 1987.

Tôi đã quyết định thá»­ viết má»™t cuốn sách phổ thông vá» không gian và thá»i gian sau khi đã Ä‘á»c má»™t loạt bài giảng ở Äại há»c Harvard năm 1982. TrÆ°á»›c đó, cÅ©ng đã có khá nhiá»u cuốn sách viết vá» giai Ä‘oạn đầu của vÅ© trụ và các lá»— Ä‘en, từ những cuốn sách rất hay nhÆ° cuốn “Ba phút đầu tiên†của Steven Weinberg (Bản dịch tiếng Việt của Nhà xuất bản Khoa há»c và Kỹ thuật ra mắt năm 1982 - VnExpress), cho tá»›i những cuốn rất tồi mà tôi không muốn nhắc tên ở đây. Tuy nhiên, tôi cảm thấy chÆ°a có cuốn nào Ä‘á» cập đến những vấn đỠđã dẫn tôi Ä‘i nghiên cứu vÅ© trụ há»c và lý thuyết lượng tá»­ nhÆ°: VÅ© trụ ra Ä‘á»i từ đâu? Nó bắt đầu nhÆ° thế nào và tại sao lại nhÆ° vậy? Nó có kết thúc không, và nếu có thì sẽ kết thúc nhÆ° thế nào? Äó là những vấn Ä‘á» mà tất cả chúng ta Ä‘á»u quan tâm. NhÆ°ng khoa há»c hiện đại đã trở nên chuyên sâu tá»›i mức chỉ có má»™t số ít chuyên gia nắm vững những công cụ toán há»c được dùng để mô tả chúng má»›i có thể hiểu được chúng. Tuy nhiên, những ý tưởng cÆ¡ bản vá» nguồn gốc và số phận của vÅ© trụ vẫn có thể trình bày dÆ°á»›i dạng phổ thông cho những ngÆ°á»i không thuá»™c giá»›i khoa há»c cÅ©ng có thể hiểu được mà không cần tá»›i toán há»c. Äó là mục tiêu mà tôi muốn thá»±c hiện trong cuốn sách này. Mục tiêu đó có đạt được hay không, xin để bạn Ä‘á»c phán xét.

Có ai đó nói vá»›i tôi rằng, má»—i má»™t phÆ°Æ¡ng trình mà tôi Ä‘Æ°a vào cuốn sách sẽ làm giảm số lượng bán Ä‘i má»™t ná»­a. Do đó, tôi quyết định sẽ hoàn toàn không dùng đến má»™t phÆ°Æ¡ng trình nào. Tuy nhiên, cuối cùng tôi cÅ©ng đành phải Ä‘Æ°a vào má»™t phÆ°Æ¡ng trình, đó là phÆ°Æ¡ng trình nổi tiếng của Einstein E =mc2. Tôi hy vá»ng nó sẽ không làm cho má»™t số bạn Ä‘á»c tiá»m tàng của tôi phải hoảng sợ.

Ngoại trừ căn bệnh ALS (bệnh liệt toàn thân), hay bệnh vá» thần kinh chuyển Ä‘á»™ng, ở hầu hết các phÆ°Æ¡ng diện khác, tôi là má»™t ngÆ°á»i may mắn. Nhá» sá»± giúp đỡ và há»— trợ của Jane, vợ tôi và các con Robert, Lucy và Timmy mà tôi có thể sống gần nhÆ° bình thÆ°á»ng và có má»™t sá»± nghiệp thành công. Tôi còn may mắn ở má»™t Ä‘iểm nữa là tôi đã chá»n vật lý lý thuyết, vì tất cả chỉ được làm trong trí óc. Do đó bệnh tật của tôi không phải là má»™t sá»± tàn phế quá nghiêm trá»ng. Tất nhiên, những đồng nghiệp cÅ©ng đã giúp đỡ tôi rất nhiá»u.

Trong giai Ä‘oạn đầu tiên, giai Ä‘oạn “cổ Ä‘iển†của con Ä‘Æ°á»ng sá»± nghiệp, những ngÆ°á»i bạn và cá»™ng sá»± chính của tôi là Roger Penrose, Robert Geroch, Brandon Carter và George Elis. Tôi rất biết Æ¡n sá»± giúp đỡ mà hỠđã dành cho tôi, và vá» công việc mà chúng tôi cùng tiến hành vá»›i nhau. Giai Ä‘oạn này đã được đúc kết thành cuốn sách “Cấu trúc ở thang vÄ© mô của không - thá»i gian†do Elis và tôi viết năm 1973. Tôi không có ý định khuyên Ä‘á»™c giả tìm Ä‘á»c cuốn sách đó để lấy thêm thông tin, bởi vì nó quá chuyên sâu và tÆ°Æ¡ng đối khó Ä‘á»c. Tôi hy vá»ng rằng từ khi viết cuốn sách đó đến nay, tôi đã há»c được cách viết sao cho dá»… hiểu hÆ¡n.

Trong giai Ä‘oạn thứ hai, giai Ä‘oạn “lượng tử†của con Ä‘Æ°á»ng sá»± nghiệp của tôi, từ năm 1974, các cá»™ng sá»± chính của tôi là Gary, Gibsons, Don Page và Jim Hartle. Tôi phải mang Æ¡n há» và các nghiên cứu sinh của tôi rất nhiá»u vì sá»± giúp đỡ to lá»›n của hỠđối vá»›i tôi. Sá»± tiếp xúc vá»›i sinh viên luôn kích thích tôi mạnh mẽ, và tôi hy vá»ng nó đã giúp tôi tránh được những con Ä‘Æ°á»ng mòn.

Khi viết cuốn sách này, tôi đã nhận được sá»± giúp đỡ lá»›n của Brian Whitt, má»™t sinh viên của tôi. Tôi bị sÆ°ng phổi năm 1985, sau khi đã viết song bản thảo đầu tiên. Tôi đã phải phẫu thuật mở khí quản. Sau phẫu thuật, tôi mất khả năng phát âm, và do đó, hầu nhÆ° không còn khả năng giao tiếp nữa. Tôi nghÄ© sẽ không thể hoàn thành được cuốn sách. NhÆ°ng Brian không chỉ giúp tôi sá»­a lại bản thảo mà còn giúp tôi sá»­ dụng chÆ°Æ¡ng trình giao tiếp có tên là Living Center do Walt Woltosz thuá»™c World Plus Inc. ở Sunnyvale, California tặng cho tôi. Vá»›i chÆ°Æ¡ng trình đó, tôi vừa có thể viết sách báo, vừa có thể giao tiếp vá»›i má»i ngÆ°á»i bằng má»™t máy tổng hợp tiếng nói do Speech Plus, cÅ©ng ở Sunnyvale, California, tặng cho tôi. Máy tổng hợp tiếng nói đó và má»™t máy vi tính được David Manson lắp ngay trên chiếc xe đẩy của tôi. Hệ thống này đã làm được má»™t chuyện hoàn toàn bất ngá»: thá»±c tế bây giá» tôi có thể giao tiếp còn tốt hÆ¡n so vá»›i khi tôi chÆ°a bị mất tiếng nói.

Tôi cÅ©ng đã nhận được nhiá»u Ä‘á» nghị hoàn thiện cuốn sách từ nhiá»u ngÆ°á»i đã xem bản thảo sÆ¡ bá»™ của nó. Äặc biệt, ông Peter Guzzardi, biên tập viên của tôi ở nhà xuất bản Bantam Books đã gá»­i cho tôi rất nhiá»u trang nhận xét và yêu cầu vá» những Ä‘iểm ông cảm thấy tôi giải thích chÆ°a thật thá»a đáng lắm. Tôi cÅ©ng phải thú nhận rằng tôi đã cảm thấy rất bá»±c mình khi nhận được những bản liệt kê dài gồm những Ä‘iá»u cần phải sá»­a đổi, nhÆ°ng ông đã hoàn toàn có lý. Tôi tin chắc rằng cuốn sách sở dÄ© hay hÆ¡n chính là do ông đã bắt tôi phải làm việc cận lá»±c.

Tôi cÅ©ng rất cảm Æ¡n những trợ tá của tôi: Colin Williams, David Thomas và Raymond Laflamme; các thÆ° ký Judy Fella, Ann Ralph, Cheryl Billington và Sue Masey; cÅ©ng nhÆ° Ä‘á»™i ngÅ© các há»™ lý của tôi. Cuốn sách này cÅ©ng không thể ra Ä‘á»i nếu không có sợ há»— trợ cho cho nghiên cứu và chi phí y tế của tôi từ TrÆ°á»ng Gonville và Caius, từ Há»™i đồng nghiên cứu khoa há»c và kỹ thuật, cÅ©ng nhÆ° các Quỹ Leverhulme, Mcarthur, Nuffield và Ralph Smith. Tôi xin tá» lòng biết Æ¡n đối vá»›i các cÆ¡ quan đó.

Stephen Hawking
Ngày 20 tháng 10 năm 1987



Các chủ đỠkhác cùng chuyên mục này:

Tài sản của mr_robin

Chữ ký của mr_robin
Bạn Äang Nghe Nhạc Tại http://4vn.eu

Bạn đang nghe nhạc tại diễn đàn 4vn.eu -:-http://4vn.eu
Nếu không nghe được nhạc, Bạn hãy thá»­ nhấn vào nút play nhiá»u lần hoặc bấm tổ hợp phím Ctrl+F5 . Nếu muốn Download ca khúc bạn hãy Click chuá»™t phải lên hình và chá»n Save Target As...
Post bài bát này vào trong BLOG của bạn

Trả Lá»i Vá»›i Trích Dẫn
  #2  
Old 24-08-2008, 09:04 AM
mr_robin's Avatar
mr_robin mr_robin is offline
Cái Thế Ma Nhân
 
Tham gia: May 2008
Äến từ: SG
Bài gởi: 37
Thá»i gian online: 7 giá» 22 phút 5 giây
Xu: 0
Thanks: 1
Thanked 0 Times in 0 Posts
ChÆ°Æ¡ng 1:
Bức tranh của chúng ta vỠvũ trụ
Má»™t nhà khoa há»c nổi tiếng (hình nhÆ° là Bertrand Russell) má»™t lần Ä‘á»c trÆ°á»›c công chúng má»™t bài giảng vá» Thiên văn há»c. Ông đã mô tả trái đất quay quanh mặt trá»i nhÆ° thế nào và đến lượt mình, mặt trá»i lại quay quanh tâm của má»™t quần thể khổng lồ các vì sao - mà ngÆ°á»i ta gá»i là thiên hà - ra sao. Khi bài giảng kết thúc, má»™t bà già nhá» bé ngồi ở cuối phòng đứng dậy và nói: “Anh nói vá»›i chúng tôi chuyện nhảm nhí gì vậy? Thế giá»›i thá»±c tế chỉ là má»™t cái Ä‘Ä©a phẳng tá»±a trên lÆ°ng má»™t con rùa khổng lồ mà thôiâ€. Nhà khoa há»c mỉm má»™t nụ cÆ°á»i hạ cố trÆ°á»›c khi trả lá»i: “Thế con rùa ấy tá»±a lên cái gì?â€. “Anh thông minh lắm, anh bạn trẻ ạ, anh rất thông minhâ€, bà già nói, “nhÆ°ng những con rùa cứ xếp chồng lên nhau mãi xuống dÆ°á»›i, chứ còn sao nữaâ€.

Nhiá»u ngÆ°á»i chắc thấy rằng bức tranh vá» vÅ© trụ của chúng ta nhÆ° má»™t cái thang vô tận gồm những con rùa chồng lên nhau là chuyện khá ná»±c cÆ°á»i, nhÆ°ng tại sao chúng ta lại nghÄ© rằng chúng ta hiểu biết hÆ¡n bà già nhá» bé kia? Chúng ta đã biết gì vá» vÅ© trụ và bằng cách nào chúng ta biết vá» nó? VÅ© trụ tá»›i từ đâu và nó sẽ Ä‘i vỠđâu? VÅ© trụ có Ä‘iểm bắt đầu không và nếu có thì Ä‘iá»u gì xảy ra trÆ°á»›c đó? Bản chất của thá»i gian là gì? Nó có Ä‘iểm tận cùng không? Những Ä‘á»™t phá má»›i đây trong vật lý há»c - má»™t phần nhá» những công nghệ má»›i tuyệt xảo - đã Ä‘Æ°a ra câu trả lá»i cho má»™t số câu há»i tồn tại dai dẳng từ xa xÆ°a vừa nêu ở trên. Má»™t ngày nào đó, rất có thể những câu trả lá»i này sẽ trở nên hiển nhiên đối vá»›i chúng ta nhÆ° chuyện trái đất quay xung quanh mặt trá»i hoặc cÅ©ng có thể trở nên ná»±c cÆ°á»i nhÆ° chuyện tháp những con rùa. Chỉ có thá»i gian (dù cho có thế nào Ä‘i nữa) má»›i có thể phán quyết.

Từ rất xa xÆ°a, khoảng năm 340 trÆ°á»›c công nguyên, nhà triết há»c Hy Lạp Aristotle, trong cuốn sách của ông nhan đỠ“Vá» Bầu trá»iâ€, đã Ä‘Æ°a ra hai luận chứng sáng giá chứng minh rằng trái đất có hình cầu chứ không phải là cái Ä‘Ä©a phẳng. Thứ nhất, ông thấy rằng hiện tượng nguyệt thá»±c là do trái đất xen vào giữa mặt trá»i và mặt trăng. Mà bóng của trái đất lên mặt trăng luôn luôn là tròn, Ä‘iá»u này chỉ đúng nếu trái đất có dạng cầu. Nếu trái đất là má»™t cái Ä‘Ä©a phẳng thì bóng của nó phải dẹt nhÆ° hình elip, nếu trong thá»i gian có nguyệt thá»±c mặt trá»i không luôn luôn ở ngay dÆ°á»›i tâm của cái Ä‘Ä©a đó. Thứ hai, từ những chuyến du hành của mình, ngÆ°á»i Hy Lạp biết rằng sao Bắc đẩu nhìn ở phÆ°Æ¡ng nam dÆ°á»ng nhÆ° thấp hÆ¡n khi nhìn ở những vùng phÆ°Æ¡ng bắc! (Bởi vì sao Bắc đẩu nằm ngay trên cá»±c bắc, nên nó dÆ°á»ng nhÆ° ở ngay trên đầu ngÆ°á»i quan sát ở Bắc cá»±c, trong khi đó đối vá»›i ngÆ°á»i quan sát ở xích đạo, nó dÆ°á»ng nhÆ° nằm ngay trên Ä‘Æ°á»ng chân trá»i).

Từ sá»± sai khác vá» vị trí biểu kiến của sao Bắc đẩu ở Ai Cập so vá»›i ở Hy Lạp, Aristotle thậm chí còn Ä‘Æ°a ra má»™t đánh giá vá» chiá»u dài con Ä‘Æ°á»ng vòng quanh trái đất là 400.000 stadia. Hiện nay ta không biết chính xác 1 stadia dài bao nhiêu, nhÆ°ng rất có thể nó bằng khoảng 200 thÆ°á»›c Anh (1 thÆ°á»›c Anh bằng 0,914 mét). NhÆ° vậy, Æ°á»›c lượng của Aristotle lá»›n gần gấp 2 lần con số được chấp nhận hiện nay. Những ngÆ°á»i Hy Lạp thậm chí còn Ä‘Æ°a ra má»™t luận chứng thứ 3 chứng tá» rằng trái đất tròn bởi vì nếu không thì tại sao khi nhìn ra biển, cái đầu tiên mà ngÆ°á»i ta nhìn thấy là cá»™t buồm và chỉ sau đó má»›i nhìn thấy thân con tàu?

Aristotle nghÄ© rằng trái đất đứng yên còn mặt trá»i, mặt trăng, các hành tinh và những ngôi sao chuyển Ä‘á»™ng xung quanh nó theo những quỹ đạo tròn. Ông tin vào Ä‘iá»u đó bởi vì ông cảm thấy - do những nguyên nhân bí ẩn nào đó - rằng trái đất là trung tâm của vÅ© trụ, rằng chuyển Ä‘á»™ng tròn là chuyển Ä‘á»™ng hoàn thiện nhất. à tưởng này đã được Ptolemy phát triển thành má»™t mô hình vÅ© trụ hoàn chỉnh vào thế ká»· thứ 2 sau Công nguyên. Theo mô hình này thì trái đất đứng ở tâm và bao quanh nó là 8 mặt cầu tÆ°Æ¡ng ứng mang mặt trăng, mặt trá»i, các ngôi sao và 5 hành tinh đã biết vào thá»i gian đó: sao Thủy, sao

Kim, sao Há»a, sao Má»™c và sao Thổ (Hình 1.1). Chính các hành tinh lại phải chuyển Ä‘á»™ng trên những vòng tròn nhá» hÆ¡n gắn vá»›i các mặt cầu tÆ°Æ¡ng ứng của chúng để phù hợp vá»›i Ä‘Æ°á»ng Ä‘i quan sát được tÆ°Æ¡ng đối phức tạp của chúng trên bầu trá»i. Mặt cầu ngoài cùng mang các thiên thể được gá»i là các ngôi sao cố định, chúng luôn luôn ở những vị trí cố định đối vá»›i nhau, nhÆ°ng lại cùng nhau quay ngang qua bầu trá»i. Bên ngoài mặt cầu cuối cùng đó là cái gì thì mô hình đó không bao giá» nói má»™t cách rõ ràng, nhÆ°ng chắc chắn nó cho rằng đó là phần của vÅ© trụ mà con ngÆ°á»i không thể quan sát được.

Mô hình của Ptolemy đã tạo ra được má»™t hệ thống tÆ°Æ¡ng đối chính xác để tiên Ä‘oán vị trí của các thiên thể trên bầu trá»i. NhÆ°ng để tiên Ä‘oán những vị trí đó má»™t cách hoàn toàn chính xác, Ptolemy đã phải Ä‘Æ°a ra giả thuyết rằng mặt trăng chuyển Ä‘á»™ng theo má»™t quỹ đạo đôi khi Ä‘Æ°a nó tá»›i gần trái đất tá»›i 2 lần nhá» hÆ¡n so vá»›i ở những thá»i Ä‘iểm khác. Ptolemy đành phải chấp nhận Ä‘iểm yếu đó, nhÆ°ng dẫu sao vỠđại thể, là có thể chấp nhận được. Mô hình này đã được nhà thá» Thiên chúa giáo chuẩn y nhÆ° má»™t bức tranh vá» vÅ© trụ phù hợp vá»›i Kinh Thánh, bởi vì nó có má»™t Æ°u Ä‘iểm rất lá»›n là để dành khá nhiá»u chá»— ở ngoài mặt cầu cuối cùng của các ngôi sao cố định cho thiên Ä‘Æ°á»ng và địa ngục.

Tuy nhiên, má»™t mô hình Ä‘Æ¡n giản hÆ¡n đã được má»™t mục sÆ° ngÆ°á»i Ba Lan, tên là Nicholas Copernicus Ä‘á» xuất vào năm 1554. (Thoạt đầu, có lẽ vì sợ nhà thá» quy là dị giáo, Copernicus đã cho lÆ°u hành mô hình của mình nhÆ° má»™t tác phẩm khuyết danh). à tưởng của ông là mặt trá»i đứng yên, còn trái đất và những hành tinh chuyển Ä‘á»™ng theo những quỹ đạo tròn xung quanh mặt trá»i. Phải mất gần má»™t thế ká»·, ý tưởng này má»›i được chấp nhận má»™t cách thá»±c sá»±. Hai nhà thiên văn - má»™t ngÆ°á»i Äức tên là Johannes Kepler và má»™t ngÆ°á»i Italy tên là Galileo Galilei - đã bắt đầu công khai ủng há»™ há»c thuyết Copernicus, mặc dù những quỹ đạo mà nó tiên Ä‘oán chÆ°a ăn khá»›p hoàn toàn vá»›i những quỹ đạo quan sát được. Và vào năm 1609 má»™t đòn chí mạng đã giáng xuống há»c thuyết Aristotle - Ptolemy. Vào năm đó, Galileo bắt đầu quan sát bầu trá»i bằng chiếc kính thiên văn của ông vừa phát minh ra. Khi quan sát sao Má»™c, Galileo thấy rằng kèm theo nó còn có má»™t số vệ tinh hay nói cách khác là những mặt trăng quay xung quanh nó. Äiá»u này ngụ ý rằng không phải má»i thiên hà Ä‘á»u nhất thiết phải trá»±c tiếp quay xung quanh trái đất, nhÆ° Aristotle và Ptolemy đã nghÄ©. (Tất nhiên vẫn có thể tin rằng trái đất đứng yên ở trung tâm của vÅ© trụ và các mặt trăng của sao Má»™c chuyển Ä‘á»™ng theo những quỹ đạo cá»±c kỳ phức tạp khiến ta có cảm tưởng nhÆ° nó quay quanh sao Má»™c. Tuy nhiên há»c thuyết của Copernicus Ä‘Æ¡n giản hÆ¡n nhiá»u). Cùng thá»i gian đó, Kepler đã cải tiến há»c thuyết của Copernicus bằng cách Ä‘Æ°a ra giả thuyết rằng các hành tinh không chuyển Ä‘á»™ng theo Ä‘Æ°á»ng tròn mà theo Ä‘Æ°á»ng elip. Và những tiên Ä‘oán bấy giá» hoàn toàn ăn khá»›p vá»›i quan sát.

Äối vá»›i Kepler, các quỹ đạo elip Ä‘Æ¡n giản chỉ là má»™t giả thuyết tiện lợi và chính thế nó càng khó chấp nhận bởi vì các elip rõ ràng là kém hoàn thiện hÆ¡n các vòng tròn. Khi phát hiện thấy gần nhÆ° má»™t cách ngẫu nhiên rằng các quỹ đạo elip rất ăn khá»›p vá»›i quan sát, Kepler không sao dung hòa được nó vá»›i ý tưởng của ông cho rằng các hành tinh quay quanh mặt trá»i là do các lá»±c từ. Äiá»u này phải mãi tá»›i sau này, vào năm 1867, má»›i giải thích được, khi Isaac Newton công bố tác phẩm Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Những nguyên lý toán há»c của triết há»c tá»± nhiên) của ông. Có lẽ đây là công trình vật lý há»c quan trá»ng bậc nhất đã được xuất bản từ trÆ°á»›c đến nay. Trong công trình này, Newton không chỉ Ä‘Æ°a ra má»™t lý thuyết mô tả sá»± chuyển Ä‘á»™ng của các vật trong không gian và thá»i gian, mà ông còn phát triển má»™t công cụ toán há»c phức tạp dùng để phân tích các chuyển Ä‘á»™ng đó. HÆ¡n thế nữa, Newton còn Ä‘Æ°a ra má»™t định luật vá» hấp dẫn vÅ© trụ mà theo đó má»—i má»™t vật trong vÅ© trụ Ä‘á»u được hút bởi má»™t vật khác bằng má»™t lá»±c càng mạnh nếu hai vật càng nặng và càng ở gần nhau. Chính lá»±c này đã buá»™c các vật phải rÆ¡i xuống đất.(Câu chuyện kể rằng, do có quả táo rÆ¡i trúng đầu mà Newton đã cảm hứng phát minh ra định luật hấp dẫn vÅ© trụ chắc chắn chỉ là chuyện thêu dệt. Tất cả những Ä‘iá»u mà Newton nói ra chỉ là: ý tưởng vá» hấp dẫn đến vá»›i ông khi Ä‘ang ngồi ở “trạng thái chiêm nghiệm†và “được nảy sinh bởi sá»± rÆ¡i của quả táoâ€). Newton đã chỉ ra rằng theo định luật của ông, lá»±c hấp dẫn sẽ làm cho mặt trăng chuyển Ä‘á»™ng theo quỹ đạo elip xung quanh trái đất và các hành tinh chuyển Ä‘á»™ng theo quỹ đạo elip xung quanh mặt trá»i.

Mô hình Copernicus đã vứt bá» những thiên cầu của Ptolemy và cùng vá»›i chúng vứt bá» luôn ý tưởng cho rằng vÅ© trụ có má»™t biên giá»›i tá»± nhiên. Vì “những ngôi sao cố định†dÆ°á»ng nhÆ° không thay đổi vị trí của chúng trừ sá»± quay xung quanh bầu trá»i do trái đất quay xung quanh trục của nó, nên sẽ là hoàn toàn tá»± nhiên nếu giả thiết rằng các ngôi sao cố định là những thiên thể giống nhÆ° mặt trá»i của chúng ta, nhÆ°ng ở xa hÆ¡n rất nhiá»u. Căn cứ vào lý thuyết hấp dẫn của mình, Newton thấy rằng do các ngôi sao hút nhau nên vá» căn bản chúng không thể là đứng yên được. Vậy liệu chúng có cùng rÆ¡i vào má»™t Ä‘iểm nào đó không? Trong bức thÆ° viết năm 1691 gá»­i Richard Bentley, cÅ©ng là má»™t nhà tÆ° tưởng lá»—i lạc thá»i đó, Newton đã chứng tá» rằng Ä‘iá»u đó thá»±c tế có thể xảy ra nếu chỉ có má»™t số hữu hạn các ngôi sao được phân bố trong má»™t vùng hữu hạn của không gian. NhÆ°ng mặt khác, ông cÅ©ng chỉ ra rằng nếu có má»™t số vô hạn các ngôi sao được phân bố tÆ°Æ¡ng đối đồng Ä‘á»u trong không gian vô tận thì Ä‘iá»u đó không thể xảy ra được, bởi vì khi đó sẽ không có Ä‘iểm nào là trung tâm để cho chúng rÆ¡i vào. Luận chứng này là má»™t ví dụ vá» những cái bẫy mà ta có thể gặp khi nói vá» sá»± vô hạn. Trong vÅ© trụ vô hạn, má»—i má»™t Ä‘iểm Ä‘á»u có thể được xem là má»™t tâm, bởi má»—i má»™t Ä‘iểm Ä‘á»u có má»™t số vô hạn các ngôi sao ở má»—i phía của nó. Cách tiếp cận đúng đắn - mà Ä‘iá»u này phải mãi sau này má»›i có - phải là xem xét má»™t tình trạng hữu hạn trong đó tất cả các ngôi sao sẽ rÆ¡i vào nhau và sau đó đặt câu há»i tình hình sẽ thay đổi nhÆ° thế nào nếu ta thêm vào má»™t số ngôi sao nữa được phân bố gần nhÆ° đồng Ä‘á»u ở ngoài vùng Ä‘ang xét. Theo định luật của Newton thì vá» trung bình, những ngôi sao má»›i thêm vào này cÅ©ng hoàn toàn không làm được Ä‘iá»u gì khác vá»›i những ngôi sao ban đầu, tức là chúng cÅ©ng rÆ¡i nhanh nhÆ° vậy. Chúng ta có thể thêm vào bao nhiêu ngôi sao tùy ý, nhÆ°ng chúng cÅ©ng sẽ rÆ¡i sập vào nhau. Bây giá» thì chúng ta hiểu rằng không thể có má»™t mô hình tÄ©nh vô hạn của vÅ© trụ trong đó hấp dẫn luôn là lá»±c hút.

Äây là sá»± phản ánh lý thú vá» bầu không khí tÆ° tưởng chung của má»™t giai Ä‘oạn trÆ°á»›c thế ká»· hai mÆ°Æ¡i, trong đó không má»™t ai nghÄ© rằng vÅ© trụ Ä‘ang giãn nở hoặc Ä‘ang co lại. Má»i ngÆ°á»i Ä‘á»u thừa nhận rằng hoặc vÅ© trụ tồn tại vÄ©nh cá»­u trong trạng thái không thay đổi, hoặc nó được tạo ra ở má»™t thá»i Ä‘iểm hữu hạn trong quá khứ đã gần giống chúng ta quan sát thấy hiện nay. Äiá»u này có thể má»™t phần là do thiên hÆ°á»›ng của con ngÆ°á»i muốn tin vào những sá»± thật vÄ©nh cá»­u cÅ©ng nhÆ° sá»± tiện lợi mà há» tìm thấy trong ý nghÄ© rằng vÅ© trụ là vÄ©nh cá»­u và không thay đổi, mặc dù ngay bản thân há» cÅ©ng có thể già Ä‘i và chết.



Thậm chí ngay cả những ngÆ°á»i thấy rằng lý thuyết hấp dẫn của Newton chứng tá» vÅ© trụ không thể là tÄ©nh, cÅ©ng không nghÄ© tá»›i chuyện cho rằng nó có thể Ä‘ang giãn nở. Thay vì thế, há» lại có ý định cải biến lý thuyết này bằng cách làm cho lá»±c hấp dẫn trở thành lá»±c đẩy ở những khoảng cách rất lá»›n. Äiá»u này không ảnh hưởng đáng kể đến những tiên Ä‘oán của há» vá» chuyển Ä‘á»™ng của các hành tinh, nhÆ°ng lại cho phép má»™t sá»± dàn trải vô hạn của các ngôi sao còn ở trạng thái cân bằng: những lá»±c hút của các ngôi sao ở gần nhau sẽ được cân bằng bởi lá»±c đẩy từ các ngôi sao ở rất xa. Tuy nhiên, ngày nay chúng ta biết chắc chắn rằng, sá»± cân bằng đó là không bá»n: nếu những ngôi sao ở má»™t vùng nào đó chỉ cần xích lại gần nhau má»™t chút là lá»±c hút giữa chúng sẽ mạnh hÆ¡n và lấn át lá»±c đẩy, và thế là các ngôi sao sẽ tiếp tục co lại vào nhau. Mặt khác, nếu những ngôi sao dịch ra xa nhau má»™t chút là lá»±c đẩy sẽ lại lấn át, và các ngôi sao sẽ chuyển Ä‘á»™ng ra xa nhau.

Má»™t phản bác nữa đối vá»›i mô hình vÅ© trụ tÄ©nh vô hạn thÆ°á»ng được xem là của nhà triết há»c ngÆ°á»i Äức Heinrich Olbers, ngÆ°á»i viết vá» lý thuyết này vào năm 1823. Thá»±c tế thì rất nhiá»u ngÆ°á»i Ä‘Æ°Æ¡ng thá»i của Newton đã nêu ra vấn Ä‘á» này, và bài báo của Olbers thậm chí cÅ©ng không phải là bài đầu tiên chứa Ä‘á»±ng những lý lẽ hợp lý chống lại nó. Tuy nhiên, đây là bài báo đầu tiên được nhiá»u ngÆ°á»i chú ý. Khó khăn là ở chá»— trong má»™t vÅ© trụ tÄ©nh vô hạn thì gần nhÆ° má»—i má»™t Ä‘Æ°á»ng ngắm Ä‘á»u kết thúc trên bá» mặt của má»™t ngôi sao. NhÆ° thế thì toàn bá»™ bầu trá»i sẽ phải sáng chói nhÆ° mặt trá»i, thậm chí cả ban đêm. Lý lẽ phản bác của Olbers cho rằng ánh sáng từ các ngôi sao xa sẽ bị má» nhạt Ä‘i do sá»± hấp thụ của vật chất xen giữa các ngôi sao. Tuy nhiên, dù cho Ä‘iá»u đó có xảy ra Ä‘i nữa thì vật chất xen giữa cuối cùng sẽ nóng lên, cho đến khi nó cÅ©ng phát sáng nhÆ° những ngôi sao. Con Ä‘Æ°á»ng duy nhất tránh được kết luận cho rằng toàn bá»™ bầu trá»i đêm cÅ©ng sáng chói nhÆ° bá» mặt của mặt trá»i là phải giả thiết rằng, các ngôi sao không phát sáng vÄ©nh viá»…n, mà chỉ bật sáng ở má»™t thá»i Ä‘iểm hữu hạn nào đó trong quá khứ. Trong trÆ°á»ng hợp hợp đó, vật chất hấp thụ còn chÆ°a thể đủ nóng, hay ánh sáng từ các ngôi sao xa chÆ°a kịp tá»›i chúng ta. Và Ä‘iá»u này lại đặt ra cho chúng ta má»™t câu há»i: cái gì đã làm cho các ngôi sao bật sáng đầu tiên?

Sá»± bắt đầu của vÅ© trụ, tất nhiên, đã được ngÆ°á»i ta thảo luận từ trÆ°á»›c đó rất lâu. Theo má»™t số lý thuyết vá» vÅ© trụ có từ xa xÆ°a, và theo truyá»n thống của ngÆ°á»i Do Thái giáo/ Thiên Chúa giáo/ Hồi giáo, thì vÅ© trụ bắt đầu có từ má»™t thá»i Ä‘iểm hữu hạn nhÆ°ng chÆ°a thật quá xa trong quá khứ. Má»™t lý lẽ chứng tá» có sá»± bắt đầu đó là cảm giác cần phải có cái “nguyên nhân đầu tiên†để giải thích sá»± tồn tại của vÅ© trụ. (Trong vÅ© trụ, bạn luôn luôn giải thích má»™t sá»± kiện nhÆ° là được gây ra bởi má»™t sá»± kiện khác xảy ra trÆ°á»›c đó, nhÆ°ng sá»± tồn tại của chính bản thân vÅ© trụ chỉ có thể được giải thích bằng cách đó, nếu nó có sá»± bắt đầu). Má»™t lý lẽ nữa do St. Augustine Ä‘Æ°a ra trong cuốn sách của ông nhan Ä‘á» Thành phố của Chúa. Ông chỉ ra rằng, ná»n văn minh còn Ä‘ang tiến bá»™, và chúng ta nhá»› được ai là ngÆ°á»i đã thá»±c hiện kỳ công này hoặc ai đã phát triển kỹ thuật kia. NhÆ° vậy, con ngÆ°á»i và có lẽ cả vÅ© trụ nữa Ä‘á»u chÆ°a thể được trải nghiệm được quá lâu dài. Và đã thừa nhận ngày ra Ä‘á»i của vÅ© trụ vào khoảng 5.000 năm trÆ°á»›c Công nguyên, phù hợp vá»›i sách Chúa sáng tạo ra thế giá»›i (phần Sáng thế ký của Kinh Cá»±u Æ°á»›c). (Äiá»u lý thú là thá»i Ä‘iểm đó không quá xa thá»i Ä‘iểm kết thúc của thá»i kỳ băng hà cuối cùng, khoảng 10.000 năm trÆ°á»›c Công nguyên, thá»i Ä‘iểm mà các nhà khảo cổ nói vá»›i chúng ta rằng ná»n văn minh má»›i thá»±c bắt đầu).

Mặt khác, Aristotle và các triết gia Hy Lạp khác lại không thích ý tưởng vá» sá»± Sáng thế vì nó dính líu quá nhiá»u tá»›i sá»± can thiệp của thần thánh. Do đó há» tin rằng loài ngÆ°á»i và thế giá»›i xung quanh đã tồn tại và sẽ còn tồn tại mãi mãi. Những ngÆ°á»i cổ đại đã xem xét lý lẽ nêu ở trên vá» sá»± tiến bá»™ và há» giải đáp nhÆ° sau: đã có nhiá»u nạn hồng thuá»· hoặc các tai há»a khác xảy ra má»™t cách định kỳ Ä‘Æ°a loài ngÆ°á»i tụt lại Ä‘iểm bắt đầu của ná»n văn minh.

Những vấn Ä‘á»: vÅ© trụ có Ä‘iểm bắt đầu trong thá»i gian và có bị giá»›i hạn trong không gian hay không sau này đã được nhà triết há»c Immannuel Kant xem xét má»™t cách bao quát trong cuốn Phê phán sá»± suy lý thuần tuý, má»™t công trình vÄ© đại (và rất tối nghÄ©a) của ông, được xuất bản năm 1781. Ông gá»i những câu há»i đó là sá»± mâu thuẫn của suy lý thuần tuý, bởi vì ông cảm thấy có những lý lẽ vá»›i sức thuyết phục nhÆ° nhau để tin vào luận Ä‘á» cho rằng vÅ© trụ có Ä‘iểm bắt đầu, cÅ©ng nhÆ° vào phản Ä‘á» cho rằng vÅ© trụ đã tồn tại mãi mãi. Lý lẽ của ông bênh vá»±c luận Ä‘á» là: nếu vÅ© trụ không có Ä‘iểm bắt đầu thì trÆ°á»›c bất kỳ má»™t sá»± kiện nào cÅ©ng có má»™t khoảng thá»i gian vô hạn, Ä‘iá»u này ông cho là vô lý! Lý lẽ của ông bảo vệ phản Ä‘á» là: nếu vÅ© trụ có Ä‘iểm bắt đầu, thì sẽ có má»™t khoảng thá»i gian vô hạn trÆ°á»›c nó, vậy thì tại sao vÅ© trụ lại bắt đầu ở má»™t thá»i Ä‘iểm nào đó? Sá»± thật thì những trÆ°á»ng hợp ông Ä‘Æ°a ra cho cả luận Ä‘á» và phản Ä‘á» Ä‘á»u chỉ là má»™t lý lẽ mà thôi. Cả hai Ä‘á»u dá»±a trên má»™t giả thiết không nói rõ ra cho rằng thá»i gian lùi vô tận vá» phía sau bất kể vÅ© trụ có tồn tại mãi mãi hay không. NhÆ° chúng ta sẽ thấy sau này, khái niệm thá»i gian mất ý nghÄ©a trÆ°á»›c thá»i Ä‘iểm bắt đầu của vÅ© trụ. St. Augustine là ngÆ°á»i đầu tiên đã chỉ ra Ä‘iá»u đó. Khi được há»i: Chúa đã làm gì trÆ°á»›c khi NgÆ°á»i sáng tạo ra thế giá»›i? Ông không đáp: NgÆ°á»i Ä‘ang tạo ra Äịa ngục cho những kẻ đặt những câu há»i nhÆ° vậy. Thay vì thế, ông nói rằng thá»i gian là má»™t tính chất của vÅ© trụ mà Chúa đã tạo ra và thá»i gian không tồn tại trÆ°á»›c khi vÅ© trụ bắt đầu.

Khi mà số đông tin rằng vÅ© trụ vá» căn bản là tÄ©nh và không thay đổi thì câu há»i nó có Ä‘iểm bắt đầu hay không thá»±c tế chỉ là má»™t câu há»i của siêu hình há»c hoặc thần há»c. NgÆ°á»i ta có thể viện lẽ rằng những Ä‘iá»u quan sát được Ä‘á»u phù hợp tốt nhÆ° nhau vá»›i lý thuyết cho rằng nó bắt đầu vận Ä‘á»™ng ở má»™t thá»i Ä‘iểm hữu hạn nào đó, theo cách sao cho dÆ°á»ng nhÆ° là nó đã tồn tại mãi mãi. NhÆ°ng vào năm 1929, Edwin Hubble đã thá»±c hiện má»™t quan sát có tính chất là má»™t cá»™t mốc cho thấy dù bạn nhìn ở đâu thì những thiên hà xa xôi cÅ©ng Ä‘ang chuyển Ä‘á»™ng rất nhanh ra xa chúng ta. Nói má»™t cách khác, vÅ© trụ Ä‘ang giãn nở ra. Äiá»u này có nghÄ©a là, ở những thá»i gian trÆ°á»›c kia các vật gần nhau hÆ¡n. Thá»±c tế, dÆ°á»ng nhÆ° là có má»™t thá»i, mÆ°á»i hoặc hai mÆ°Æ¡i ngàn triệu năm vá» trÆ°á»›c, tất cả chúng Ä‘á»u chính xác ở cùng má»™t chá»— và do đó mật Ä‘á»™ của vÅ© trụ khi đó là vô hạn. Phát minh này cuối cùng đã Ä‘Æ°a câu há»i vá» sá»± bắt đầu vÅ© trụ vào địa hạt của khoa há»c.

Những quan sát của Hubble đã gợi ý rằng có má»™t thá»i Ä‘iểm, được gá»i là vụ nổ lá»›n, tại đó vÅ© trụ vô cùng nhá» và vô cùng đặc (mật Ä‘á»™ vô hạn). DÆ°á»›i những Ä‘iá»u kiện nhÆ° vậy, tất cả các định luật khoa há»c và do đó má»i khả năng tiên Ä‘oán tÆ°Æ¡ng lai Ä‘á»u không dùng được.

Nếu có những sá»± kiện ở trÆ°á»›c Ä‘iểm đó thì chúng không thể ảnh hưởng tá»›i những cái Ä‘ang xảy ra trong hiện tại. Do đó, sá»± tồn tại của chúng có thể bá» qua bởi vì nó không có những hậu quả quan sát được. NgÆ°á»i ta có thể nói rằng thá»i gian có Ä‘iểm bắt đầu ở vụ nổ lá»›n, theo nghÄ©a là những thá»i Ä‘iểm trÆ°á»›c đó không thể xác định được. CÅ©ng cần nhấn mạnh rằng sá»± bắt đầu này của thá»i gian rất khác vá»›i những sá»± bắt đầu đã được xem xét trÆ°á»›c đó. Trong vÅ© trụ tÄ©nh không thay đổi, sá»± bắt đầu của thá»i gian là cái gì đó được áp đặt bởi má»™t Äấng ở ngoài vÅ© trụ, chứ không có má»™t yếu tố nào cho sá»± bắt đầu đó cả. NgÆ°á»i ta có thể tưởng tượng Chúa tạo ra thế giá»›i ở bất kỳ má»™t thá»i Ä‘iểm nào trong quá khứ. Trái lại, nếu vÅ© trụ giãn nở thì có những nguyên nhân vật lý để cần phải có sá»± bắt đầu. NgÆ°á»i ta vẫn còn có thể tưởng tượng Chúa đã tạo ra thế giá»›i ở thá»i Ä‘iểm vụ nổ lá»›n hoặc thậm chí sau đó theo cách sao cho dÆ°á»ng nhÆ° có vụ nổ lá»›n, nhÆ°ng sẽ là vô nghÄ©a nếu cho rằng vÅ© trụ được tạo ra trÆ°á»›c vụ nổ lá»›n. Má»™t vÅ© trụ giãn nở không loại trừ Äấng sáng tạo, nhÆ°ng nó đặt ra những hạn chế khi NgÆ°á»i cần thá»±c hiện công việc của mình!

Äể nói vá» bản chất của vÅ© trụ và thảo luận những vấn Ä‘á» nhÆ°: nó có Ä‘iểm bắt đầu hay kết thúc hay không, các bạn cần hiểu rõ má»™t lý thuyết khoa há»c là nhÆ° thế nào. Ở đây, tôi sẽ lấy má»™t quan niệm má»™c mạc cho rằng lý thuyết chỉ là má»™t mô hình vá» vÅ© trụ, hoặc vá» má»™t phần hạn chế nào đó, của nó cùng vá»›i tập hợp những quy tắc liên hệ các đại lượng của mô hình vá»›i quan sát mà chúng ta sẽ thá»±c hiện. Tất nhiên lý thuyết chỉ tồn tại trong đầu của chúng ta chứ không có má»™t thá»±c tại nào khác (dù nó có thể có ý nghÄ©a gì Ä‘i nữa). Má»™t lý thuyết được xem là tốt nếu nó thá»a mãn hai yêu cầu: nó phải mô tả chính xác má»™t lá»›p rá»™ng lá»›n những quan sát, trên cÆ¡ sở của mô hình chỉ chứa má»™t số ít những phần tá»­ tùy ý; và nó phải Ä‘Æ°a ra được những tiên Ä‘oán vá» các quan sát trong tÆ°Æ¡ng lai. Ví dụ, lý thuyết của Aristotle cho rằng má»i vật Ä‘á»u được cấu tạo nên từ bốn yếu tố: đất, không khí, lá»­a và nÆ°á»›c. Nó có Æ°u Ä‘iểm là khá Ä‘Æ¡n giản, nhÆ°ng lại không Ä‘Æ°a ra được má»™t tiên Ä‘oán xác định nào. Trong khi đó, lý thuyết của Newton vá» hấp dẫn dá»±a trên má»™t mô hình còn Ä‘Æ¡n giản hÆ¡n, trong đó các vật hút nhau bởi má»™t lá»±c tá»· lệ vá»›i má»™t đại lượng được gá»i là khối lượng của vật, và tá»· lệ nghịch vá»›i bình phÆ°Æ¡ng khoảng cách giữa chúng. Thế nhÆ°ng nó lại tiên Ä‘oán được những chuyển Ä‘á»™ng của mặt trá»i, mặt trăng và các hành tinh vá»›i má»™t Ä‘á»™ chính xác cao.

Bất kỳ má»™t lý thuyết vật lý nào cÅ©ng chỉ là tạm thá»i, theo nghÄ©a nó chỉ là má»™t giả thuyết: bạn sẽ không khi nào có thể chứng minh được nó. Dù cho những kết quả thá»±c nghiệm phù hợp vá»›i má»™t lý thuyết vật lý bao nhiêu lần Ä‘i nữa, bạn cÅ©ng không bao giỠđảm bảo được chắc chắn rằng kết quả thí nghiệm lần tá»›i sẽ không mâu thuẫn vá»›i lý thuyết. Trong khi đó, để bác bá» má»™t lý thuyết bạn chỉ cần tìm ra má»™t quan sát không phù hợp vá»›i những tiên Ä‘oán của lý thuyết đó. NhÆ° nhà triết há»c của khoa há»c Karl Popper đã nhấn mạnh, má»™t lý thuyết tốt được đặc trÆ°ng bởi Ä‘iá»u là: nó Ä‘Æ°a ra được nhiá»u tiên Ä‘oán mà vá» nguyên tắc có thể bác bá» bởi quan sát. Má»—i má»™t lần những thá»±c nghiệm má»›i còn phù hợp vá»›i những tiên Ä‘oán thì lý thuyết còn sống sót và niá»m tin của chúng ta vào nó lại được tăng thêm, nhÆ°ng nếu thậm chí chỉ có má»™t quan sát má»›i tá» ra là không phù hợp thì chúng ta cần phải vứt bá» hoặc phải sá»­a đổi lý thuyết đó. Ãt nhất đó là Ä‘iá»u được xem là sẽ xảy ra, nhÆ°ng bạn cÅ©ng luôn luôn có thể đặt vấn Ä‘á» vá» thẩm quyá»n của ngÆ°á»i thá»±c hiện quan sát đó.

Trên thá»±c tế, Ä‘iá»u thÆ°á»ng hay xảy ra là má»™t lý thuyết má»›i thá»±c ra chỉ là sá»± mở rá»™ng của lý thuyết trÆ°á»›c. Ví dụ, những quan sát rất chính xác vá» hành tinh Thủy (mà ta quen gá»i sai là sao Thủy) đã cho thấy sá»± sai khác nhá» giữa chuyển Ä‘á»™ng của nó và những tiên Ä‘oán của lý thuyết hấp dẫn Newton. Sá»± thật là những tiên Ä‘oán của Einstein hoàn toàn ăn khá»›p vá»›i quan sát, trong khi những tiên Ä‘oán của Newton chÆ°a đạt được Ä‘iá»u đó - là má»™t trong những khẳng định có tính chất quyết định đối vá»›i lý thuyết má»›i. Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn thÆ°á»ng xuyên sá»­ dụng lý thuyết của Newton cho những mục đích thá»±c tiá»…n, bởi vì sá»± khác biệt giữa những tiên Ä‘oán của nó và của thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng là rất nhá» trong những tình huống mà chúng ta gặp thÆ°á»ng ngày. (Lý thuyết của Newton cÅ©ng còn má»™t Æ°u Ä‘iểm lá»›n nữa là nó dá»… sá»­ dụng hÆ¡n lý thuyết của Einstein rất nhiá»u).

Mục đích tối hậu của khoa há»c là tạo ra được má»™t lý thuyết duy nhất có khả năng mô tả được toàn bá»™ vÅ© trụ. Tuy nhiên, cách tiếp cận mà phần đông các nhà khoa há»c thá»±c sá»± theo Ä‘uổi là tách vấn Ä‘á» này ra làm hai phần. Thứ nhất là những quy luật cho biết vÅ© trụ sẽ thay đổi nhÆ° thế nào theo thá»i gian. (Nếu chúng ta biết ở má»™t thá»i Ä‘iểm nào đó vÅ© trụ là nhÆ° thế nào thì các định luật vật lý sẽ cho chúng ta biết nó sẽ ra sao ở bất kỳ thá»i Ä‘iểm nào tiếp sau). Thứ hai là vấn Ä‘á» vá» trạng thái ban đầu của vÅ© trụ. Má»™t số ngÆ°á»i cảm thấy rằng có lẽ khoa há»c chỉ nên quan tâm tá»›i phần thứ nhất; há» xem vấn Ä‘á» vá» trạng thái ban đầu của vÅ© trụ là vấn Ä‘á» của siêu hình há»c hoặc của tôn giáo. Há» cho rằng Chúa, Äấng toàn năng có thể cho vÅ© trụ bắt đầu theo bất cứ cách nào mà NgÆ°á»i muốn. CÅ©ng có thể là nhÆ° vậy, nhÆ°ng trong trÆ°á»ng hợp đó NgÆ°á»i cÅ©ng có thể làm cho vÅ© trụ phát triển má»™t cách hoàn toàn tùy ý. NhÆ°ng hóa ra NgÆ°á»i lại chá»n cách làm cho vÅ© trụ tiến triển má»™t cách rất quy củ phù hợp vá»›i má»™t số quy luật. Vì vậy cÅ©ng sẽ là hợp lý nếu giả thiết rằng cÅ©ng có những quy luật chi phối trạng thái ban đầu.

Thá»±c ra, rất khó có thể xây dá»±ng được má»™t lý thuyết mô tả được toàn bá»™ vÅ© trụ trong tổng thể của nó. Thay vì thế, chúng ta phân bài toán thành từng phần và từ đó phát minh ra nhiá»u lý thuyết có tính chất riêng phần. Má»—i má»™t lý thuyết nhÆ° thế mô tả và tiên Ä‘oán chỉ được má»™t lá»›p hạn chế những quan sát, trong khi phải bá» qua ảnh hưởng của những đại lượng khác hoặc biểu diá»…n chúng bằng tập hợp Ä‘Æ¡n giản các con số. CÅ©ng có thể cách tiếp cận này là hoàn toàn sai lầm. Nếu má»i vật trong vÅ© trụ phụ thuá»™c vào nhau má»™t cách căn bản, thì sẽ không thể tiếp cận lá»i giải đầy đủ bằng cách nghiên cứu các phần của bài toán má»™t cách riêng rẽ, cô lập. Tuy nhiên, đó chắc chắn là cách mà chúng ta đã làm ra sá»± tiến bá»™ trong quá khứ. Má»™t ví dụ kinh Ä‘iển lại là lý thuyết hấp dẫn của Newton. Lý thuyết này nói vá»›i chúng ta rằng lá»±c hấp dẫn giữa hai vật chỉ phụ thuá»™c vào má»™t con số gắn liá»n vá»›i má»—i vật - đó là khối lượng của chúng, nhÆ°ng lại hoàn toàn Ä‘á»™c lập vá»›i chuyện vật đó được làm bằng chất gì. NhÆ° vậy ngÆ°á»i ta không cần phải có má»™t lý thuyết vá» cấu trúc và thành phần của mặt trá»i và các hành tinh mà vẫn tính được quỹ đạo của chúng. Ngày nay, các nhà khoa há»c mô tả vÅ© trụ dá»±a trên hai lý thuyết cÆ¡ sở có tính chất riêng phần, đó là thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng và cÆ¡ há»c lượng tá»­. Hai lý thuyết đó là những thành tá»±u trí tuệ vÄ© đại của ná»­a đầu thế ká»· này. Lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng mô tả lá»±c hấp dẫn và cấu trúc cá»±c vÄ© của vÅ© trụ, - cấu trúc từ quy mô ít dặm tá»›i triệu triệu triệu triệu (1 và hai mÆ°Æ¡i bốn số 0 tiếp sau) dặm tức là kích thÆ°á»›c của vÅ© trụ quan sát được. Trái lại, cÆ¡ há»c lượng tá»­ lại mô tả những hiện tượng ở phạm vi cá»±c nhá», cỡ má»™t phần triệu triệu của 1 inch. Tuy nhiên, không may, hai lý thuyết này lại không tÆ°Æ¡ng thích vá»›i nhau - nghÄ©a là cả hai không thể Ä‘á»u đồng thá»i đúng. Má»™t trong những ná»— lá»±c chủ yếu trong vật lý há»c ngày nay và cÅ©ng là Ä‘á» tài chủ yếu của cuốn sách này, đó là tìm kiếm má»™t lý thuyết má»›i có thể dung nạp cả hai lý thuyết trên - lý thuyết lượng tá»­ của hấp dẫn. Hiện chúng ta còn chÆ°a có má»™t lý thuyết nhÆ° vậy và có thể còn lâu má»›i có được, nhÆ°ng chúng ta đã biết được nhiá»u tính chất mà lý thuyết đó cần phải có. Và nhÆ° chúng ta sẽ thấy trong các chÆ°Æ¡ng sau, chúng ta cÅ©ng đã biết khá nhiá»u vá» những tiên Ä‘oán mà lý thuyết lượng tá»­ của hấp dẫn cần phải Ä‘Æ°a ra.

Bây giá», nếu bạn đã tin rằng vÅ© trụ không phải là tùy tiện mà được Ä‘iá»u khiển bởi những quy luật xác định thì Ä‘iá»u tối hậu là cần phải kết hợp những lý thuyết riêng phần thành những lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh có khả năng mô tả má»i Ä‘iá»u trong vÅ© trụ. NhÆ°ng trong quá trình tìm kiếm má»™t lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh nhÆ° vậy, lại vấp phải má»™t nghịch lý rất cÆ¡ bản. Những ý niệm vá» các lý thuyết khoa há»c được phác ra ở trên xem rằng chúng ta là những sinh vật có lý trí tá»± do quan sát vÅ© trụ theo ý chúng ta và rút ra những suy diá»…n logic từ những cái mà chúng ta nhìn thấy. Trong má»™t sÆ¡ đồ nhÆ° thế, sẽ là hợp lý nếu cho rằng chúng ta có thể ngày càng tiến gần tá»›i các quy luật Ä‘iá»u khiển vÅ© trụ. NhÆ°ng nếu quả thá»±c có má»™t lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh, thì nó cÅ©ng sẽ có thể quyết định những hành Ä‘á»™ng của chúng ta. Và nhÆ° vậy tá»± bản thân lý thuyết đó sẽ quyết định kết quả việc tìm kiếm lý thuyết ấy của chúng ta! HÆ¡n nữa, tại sao nó sẽ quyết định rằng chúng ta sẽ Ä‘i tá»›i những kết luận đúng từ những Ä‘iá»u quan sát được? Hay là tại sao nó không thể quyết định để chúng ta rút ra những kết luận sai? Hay là không có má»™t kết luận nào hết?

Câu trả lá»i duy nhất mà tôi có thể Ä‘Æ°a ra cho vấn vấn Ä‘á» này là dá»±a trên nguyên lý chá»n lá»c tá»± nhiên của Darwin. Y tưởng đó nhÆ° sau: trong bất cứ quần thể nào của các cÆ¡ thể tá»± sinh sản, cÅ©ng Ä‘á»u có những biến đổi trong vật liệu di truyá»n và sá»± giáo dưỡng, khiến cho có các cá thể khác nhau. Sá»± khác nhau đó có nghÄ©a là, má»™t số cá thể có khả năng hÆ¡n những cá thể khác trong việc rút ra những kết luận đúng vá» thế giá»›i quanh mình và biết hành Ä‘á»™ng má»™t cách phù hợp. Những cá thể này có sức sống và sinh sản mạnh hÆ¡n, và vì thế, kiểu mẫu hành vi và suy nghÄ© của há» sẽ dần chiếm Æ°u thế. Trong quá khứ, đúng là những cái mà chúng ta gá»i là trí tuệ và phát minh khoa há»c đã truyá»n được cái lợi thế sống sót của con ngÆ°á»i. NhÆ°ng còn chÆ°a rõ ràng là liệu Ä‘iá»u đó có còn đúng trong trÆ°á»ng hợp khi mà những phát minh khoa há»c của chúng ta có thể sẽ tiêu diệt tất cả chúng ta và thậm chí nếu không xảy ra Ä‘iá»u đó, thì má»™t lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh cÅ©ng có thể không làm khác Ä‘i bao nhiêu cÆ¡ há»™i sống sót của chúng ta. Tuy nhiên, vá»›i Ä‘iá»u kiện vÅ© trụ đã tiến triển má»™t cách quy củ, chúng ta có thể hy vá»ng rằng những khả năng suy luận mà sá»± chá»n lá»c tá»± nhiên đã cho chúng ta vẫn còn đắc dụng trong cuá»™c tìm kiếm má»™t lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh và sẽ không dẫn chúng ta tá»›i những kết luận sai lầm.

Vì những lý thuyết riêng phần mà chúng ta đã có đủ để Ä‘Æ°a ra những tiên Ä‘oán vá» tất cả, trừ những tình huống cá»±c Ä‘oan nhất, nên việc tìm kiếm má»™t lý thuyết tối hậu vá» vÅ© trụ khó có thể biện minh trên cÆ¡ sở những ứng dụng thá»±c tiá»…n. (Tuy nhiên, cần phải thấy rằng chính lý lẽ tÆ°Æ¡ng tá»± đã được Ä‘Æ°a ra để chống lại thuyết tÆ°Æ¡ng đối và cÆ¡ há»c lượng tá»­, thế mà chính những lý thuyết này đã mang lại cho chúng ta cả năng lượng hạt nhân lẫn cuá»™c cách mạng vi Ä‘iện tá»­!). Do đó sá»± phát minh ra lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh có thể không giúp gì cho sá»± sống sót của chúng ta. Nó thậm chí cÅ©ng không ảnh hưởng gì đến lối sống của chúng ta. NhÆ°ng ngay từ buổi bình minh của ná»n văn minh, loài ngÆ°á»i đã không bằng lòng nhìn những sá»± kiện nhÆ° những thứ rá»i rạc và không giải thích được. HỠđã khao khát hiểu biết cái trật tá»± nằm sâu kín trong thế giá»›i. Ngày hôm nay chúng ta cÅ©ng vẫn trăn trở muốn biết tại sao chúng ta lại ở đây và chúng ta từ đâu tá»›i. Khát vá»ng tri thức, khát vá»ng sâu xa nhất của loài ngÆ°á»i, đủ để biện minh cho sá»± tìm kiếm liên tục của chúng ta. Và mục đích của chúng ta không gì khác hÆ¡n là sá»± mô tả đầy đủ vÅ© trụ, nÆ¡i chúng ta Ä‘ang sống.
Tài sản của mr_robin

Trả Lá»i Vá»›i Trích Dẫn
  #3  
Old 24-08-2008, 09:05 AM
mr_robin's Avatar
mr_robin mr_robin is offline
Cái Thế Ma Nhân
 
Tham gia: May 2008
Äến từ: SG
Bài gởi: 37
Thá»i gian online: 7 giá» 22 phút 5 giây
Xu: 0
Thanks: 1
Thanked 0 Times in 0 Posts
ChÆ°Æ¡ng II: Không gian và thá»i gian
Những ý niệm của chúng ta hiện nay vá» chuyển Ä‘á»™ng của vật thể bắt nguồn từ Galileo và Newton. TrÆ°á»›c há», ngÆ°á»i ta tin Aristotle, ngÆ°á»i đã nói rằng trạng thái tá»± nhiên của má»™t vật là đứng yên, và nó chỉ chuyển Ä‘á»™ng dÆ°á»›i tác dụng của má»™t lá»±c hoặc má»™t xung lá»±c. Từ đó suy ra rằng, vật nặng sẽ rÆ¡i nhanh hÆ¡n vật nhẹ, bởi vì nó có má»™t lá»±c kéo xuống đất lá»›n hÆ¡n.

Truyá»n thống Aristotle cÅ©ng cho rằng ngÆ°á»i ta có thể rút ra tất cả các định luật Ä‘iá»u khiển vÅ© trụ chỉ bằng tÆ° duy thuần túy, nghÄ©a là không cần kiểm tra bằng quan sát. NhÆ° vậy, cho tá»›i tận Galileo không có ai băn khoăn thá»­ quan sát xem có thá»±c là các vật có trá»ng lượng khác nhau sẽ rÆ¡i vá»›i vận tốc khác nhau hay không. NgÆ°á»i ta kể rằng Galieo đã chứng minh niá»m tin của Aristotle là sai bằng cách thả những vật có trá»ng lượng khác nhau từ tháp nghiêng Pisa. Câu chuyện này chắn hẳn là không có thật, nhÆ°ng Galileo đã làm má»™t việc tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng: ông thả những viên bi có trá»ng lượng khác nhau trên má»™t mặt phẳng nghiêng nhẵn. Tình huống ở đây cÅ©ng tÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° tình huống của các vật rÆ¡i theo phÆ°Æ¡ng thẳng đứng, nhÆ°ng có Ä‘iá»u nó dá»… quan sát hÆ¡n vì vận tốc của các vật nhá» hÆ¡n. Các phép Ä‘o của Galileo chỉ ra rằng các vật tăng tốc vá»›i má»™t nhịp Ä‘á»™ nhÆ° nhau bất kể trá»ng lượng của nó bằng bao nhiêu. Ví dụ, nếu bạn thả má»™t viên bi trên má»™t mặt phẳng nghiêng có Ä‘á»™ nghiêng sao cho cứ 10 m dá»c theo mặt phẳng thì Ä‘á»™ cao lại giảm 1m, thì viên bi sẽ lăn xuống vá»›i vận tốc 1m/s sau 1 giây, 2m/s sau 2 giây... bất kể viên bi nặng bao nhiêu. Tất nhiên, viên bi bằng chì sẽ rÆ¡i nhanh hÆ¡n má»™t chiếc lông chim, nhÆ°ng chiếc lông chim bị làm chậm lại chỉ vì sức cản của không khí mà thôi. Nếu thả hai vật không chịu nhiá»u sức cản không khí, ví dụ nhÆ° hai viên bi Ä‘á»u bằng chì, nhÆ°ng có trá»ng lượng khác nhau, thì chúng sẽ rÆ¡i nhanh nhÆ° nhau.

Những phép Ä‘o của Galileo đã được Newton sá»­ dụng làm cÆ¡ sở cho những định luật vá» chuyển Ä‘á»™ng của ông. Trong những thá»±c nghiệm của Galileo, khi má»™t vật lăn trên mặt phẳng nghiêng, nó luôn luôn chịu tác dụng của cùng má»™t lá»±c (là trá»ng lá»±c của nó) và kết quả là làm cho vận tốc của nó tăng má»™t cách Ä‘á»u đặn. Äiá»u đó chứng tá» rằng, hậu quả thá»±c sá»± của má»™t lá»±c là luôn luôn làm thay đổi vận tốc của má»™t vật, chứ không phải là làm cho nó chuyển Ä‘á»™ng nhÆ° ngÆ°á»i ta nghÄ© trÆ°á»›c đó. Äiá»u này cÅ©ng có nghÄ©a là, bất cứ khi nào vật không chịu tác dụng của má»™t lá»±c, thì nó vẫn tiếp tục chuyển Ä‘á»™ng thẳng vá»›i cùng má»™t vận tốc. à tưởng này đã được phát biểu má»™t cách tÆ°á»ng minh lần đầu tiên trong cuốn Principia Mathematica (Các nguyên lý toán há»c), được công bố năm 1867, của Newton và sau này được biết nhÆ° định luật thứ nhất của Newton. Äịnh luật thứ hai của Newton cho biết Ä‘iá»u gì sẽ xảy ra đối vá»›i má»™t vật khi có má»™t lá»±c tác dụng lên nó. Äịnh luật này phát biểu rằng vật sẽ có gia tốc, hay nói cách khác là sẽ thay đổi vận tốc tá»· lệ vá»›i lá»±c tác dụng lên nó. (Ví dụ, gia tốc sẽ tăng gấp đôi, nếu lá»±c tác dụng tăng gấp đôi). Gia tốc cÅ©ng sẽ càng nhá» nếu khối lượng (lượng vật chất) của vật càng lá»›n.(Cùng má»™t lá»±c tác dụng lên vật có khối lượng lá»›n gấp hai lần sẽ tạo ra má»™t gia tốc nhá» hÆ¡n hai lần). Má»™t ví dụ tÆ°Æ¡ng tá»± lấy ngay từ chiếc ô tô: Ä‘á»™ng cÆ¡ càng mạnh thì gia tốc càng lá»›n, nhÆ°ng vá»›i cùng má»™t Ä‘á»™ng cÆ¡, xe càng nặng thì gia tốc càng nhá».

Ngoài những định luật vá» chuyển Ä‘á»™ng, Newton còn phát minh ra định luật vá» lá»±c hấp dẫn. Äịnh luật này phát biểu rằng má»i vật Ä‘á»u hút má»™t vật khác vá»›i má»™t lá»±c tỉ lệ vá»›i khối lượng của má»—i vật. NhÆ° vậy lá»±c giữa hai vật sẽ mạnh gấp đôi nếu má»™t trong hai vật (ví dụ vật A) có khối lượng tăng gấp hai. Äây là Ä‘iá»u bạn cần phải trông đợi bởi vì có thể xem vật má»›i A được làm từ hai vật có khối lượng ban đầu, và má»—i vật đó sẽ hút vật B vá»›i má»™t lá»±c ban đầu. NhÆ° vậy lá»±c tổng hợp giữa A và B sẽ hai lần lá»›n hÆ¡n lá»±c ban đầu. Và nếu, ví dụ, má»™t trong hai vật có khối lượng hai lần lá»›n hÆ¡n và vật kia có khối lượng ba lần lá»›n hÆ¡n thì lá»±c tác dụng giữa chúng sẽ sáu lần mạnh hÆ¡n. Bây giá» thì ta có thể hiểu tại sao các vật lại rÆ¡i vá»›i má»™t gia tốc nhÆ° nhau: má»™t vật có trá»ng lượng lá»›n gấp hai lần sẽ chịu má»™t lá»±c hấp dẫn kéo xuống mạnh gấp hai lần, nhÆ°ng nó lại có khối lượng lá»›n gấp hai lần. NhÆ° vậy theo định luật 2 của Newton, thì hai kết quả này bù trừ chính xác cho nhau, vì vậy gia tốc của các vật là nhÆ° nhau trong má»i trÆ°á»ng hợp.

Äịnh luật hấp dẫn của Newton cÅ©ng cho chúng ta biết rằng các vật càng ở xa nhau thì lá»±c hấp dẫn càng nhá». Ví dụ, lá»±c hút hấp dẫn của má»™t ngôi sao đúng bằng má»™t phần tÆ° lá»±c hút của má»™t ngôi sao tÆ°Æ¡ng tá»±, nhÆ°ng ở khoảng cách giảm Ä‘i má»™t ná»­a. Äịnh luật này tiên Ä‘oán quỹ đạo của trái đất, mặt trăng và các hành tinh vá»›i Ä‘á»™ chính xác rất cao. Nếu định luật này khác Ä‘i, chẳng hạn, lá»±c hút hấp dẫn của má»™t ngôi sao giảm theo khoảng cách nhanh hÆ¡n, thì quỹ đạo của các hành tinh không còn là hình elip nữa, mà chúng sẽ là những Ä‘Æ°á»ng xoắn ốc vá» phía mặt trá»i. Nếu lá»±c đó lại giảm chậm hÆ¡n, thì lá»±c hấp dẫn từ các ngôi sao xa sẽ lấn át lá»±c hấp dẫn từ mặt trá»i.

Sá»± khác biệt to lá»›n giữa những tÆ° tưởng của Aristotle và những tÆ° tưởng của Galileo và Newton là ở chá»— Aristotle tin rằng trạng thái đứng yên là trạng thái được “ưa thích†hÆ¡n của má»i vật - má»i vật sẽ lấy trạng thái đó, nếu không có má»™t lá»±c hoặc xung lá»±c nào tác dụng vào nó. Äặc biệt, ông cho rằng trái đất là đứng yên. NhÆ°ng từ những định luật của Newton suy ra rằng không có má»™t tiêu chuẩn Ä‘Æ¡n nhất cho sá»± đứng yên. NgÆ°á»i ta hoàn toàn có quyá»n nhÆ° nhau khi nói rằng, vật A là đứng yên và vật B chuyển Ä‘á»™ng vá»›i vận tốc không đổi đối vá»›i vật A hoặc vật B là đứng yên và vật A chuyển Ä‘á»™ng. Ví dụ, nếu tạm gác ra má»™t bên chuyển Ä‘á»™ng quay của trái đất quanh trục của nó và quỹ đạo của nó xung quanh mặt trá»i, ngÆ°á»i ta có thể nói rằng trái đất là đứng yên và Ä‘oàn tàu trên nó chuyển Ä‘á»™ng vá» phía bắc vá»›i vận tốc 90 dặm má»™t giá» hoặc Ä‘oàn tàu là đứng yên còn trái đất chuyển Ä‘á»™ng vá» phía nam cÅ©ng vá»›i vận tốc đó. Nếu ngÆ°á»i ta tiến hành những thí nghiệm của chúng ta vá»›i các vật chuyển Ä‘á»™ng trên con tàu đó thì tất cả các định luật của Newton vẫn còn đúng. Ví dụ, khi đánh bóng bàn trên con tàu đó, ngÆ°á»i ta sẽ thấy rằng quả bóng vẫn tuân theo các định luật của Newton hệt nhÆ° khi bàn bóng đặt cạnh Ä‘Æ°á»ng ray. NhÆ° vậy không có cách nào cho phép ta nói được là con tàu hay trái đất Ä‘ang chuyển Ä‘á»™ng.

Việc không có má»™t tiêu chuẩn tuyệt đối cho sá»± đứng yên có nghÄ©a là ngÆ°á»i ta không thể xác định được hai sá»± kiện xảy ra ở hai thá»i Ä‘iểm khác nhau có cùng ở má»™t vị trí trong không gian hay không. Ví dụ, giả sá»­ quả bóng bàn trên con tàu nảy lên và rÆ¡i xuống chạm bàn ở cùng má»™t chá»— sau khoảng thá»i gian 1 giây. Äối vá»›i ngÆ°á»i đứng cạnh Ä‘Æ°á»ng ray thì hai lần chạm bàn đó xảy ra ở hai vị trí cách nhau 40 m vì con tàu chạy được quãng Ä‘Æ°á»ng đó trong khoảng thá»i gian giữa hai lần quả bóng chạm bàn. Sá»± không tồn tại sá»± đứng yên tuyệt đối, vì vậy, có nghÄ©a là ngÆ°á»i ta không thể gán cho má»™t sá»± kiện má»™t vị trí tuyệt đối trong không gian, nhÆ° Aristotle đã tâm niệm. Vị trí của các sá»± kiện và khoảng cách giữa chúng là khác nhau đối vá»›i ngÆ°á»i ở trên tàu và ngÆ°á»i đứng cạnh Ä‘Æ°á»ng ray và chẳng có lý do gì để thích vị trí của ngÆ°á»i này hÆ¡n vị trí của ngÆ°á»i kia.

Newton là ngÆ°á»i rất băn khoăn vá» sá»± không có vị trí tuyệt đối, hay nhÆ° ngÆ°á»i ta vẫn gá»i là không có không gian tuyệt đối, vì Ä‘iá»u đó không phù hợp vá»›i ý niệm của ông vá» Thượng đế tuyệt đối. Thá»±c tế, Newton đã chối bá», không chấp nhận sá»± không tồn tại của không gian tuyệt đối, mặc dù thậm chí Ä‘iá»u đó đã ngầm chứa trong những định luật của ông. Ông đã bị nhiá»u ngÆ°á»i phê phán nghiêm khắc vì niá»m tin phi lý đó, mà chủ yếu nhất là bởi Giám mục Berkeley, má»™t nhà triết há»c tin rằng má»i đối tượng vật chất và cả không gian lẫn thá»i gian chỉ là má»™t ảo ảnh. Khi ngÆ°á»i ta kể cho tiến sÄ© Johnson nổi tiếng vá» quan Ä‘iểm của Berkeley, ông kêu lá»›n: “Tôi sẽ bác bá» nó nhÆ° thế này này!†và ông đá ngón chân cái vào má»™t hòn đá lá»›n.

Cả Aristotle lẫn Newton Ä‘á»u tin vào thá»i gian tuyệt đối. NghÄ©a là, há» tin rằng ngÆ°á»i ta có thể Ä‘o má»™t cách đàng hoàng khoảng thá»i gian giữa hai sá»± kiện, rằng thá»i gian đó hoàn toàn nhÆ° nhau dù bất kỳ ai tiến hành Ä‘o nó, miá»…n là há» dùng má»™t chiếc đồng hồ tốt. Thá»i gian hoàn toàn tách rá»i và Ä‘á»™c lập vá»›i không gian. Äó là Ä‘iá»u mà nhiá»u ngÆ°á»i xem là chuyện thÆ°á»ng tình. Tuy nhiên, đến lúc chúng ta phải thay đổi những ý niệm của chúng ta vá» không gian và thá»i gian. Mặc dù những quan niệm thông thÆ°á»ng đó của chúng ta vẫn có kết quả tốt khi Ä‘á» cập tá»›i các vật nhÆ° quả táo hoặc các hành tinh là những vật chuyển Ä‘á»™ng tÆ°Æ¡ng đối chậm, nhÆ°ng chúng sẽ hoàn toàn không dùng được nữa đối vá»›i những vật chuyển Ä‘á»™ng vá»›i vận tốc bằng hoặc gần bằng vận tốc ánh sáng.

Năm 1676, nhà thiên văn há»c Äan Mạch Ole Christensen Roemer là ngÆ°á»i đầu tiên phát hiện ra rằng ánh sáng truyá»n vá»›i vận tốc hữu hạn, mặc dù rất lá»›n. Ông quan sát thấy rằng thá»i gian để các mặt trăng của sao Má»™c xuất hiện sau khi Ä‘i qua phía sau của hành tinh đó không cách Ä‘á»u nhau nhÆ° ngÆ°á»i ta chỠđợi, nếu các mặt trăng đó chuyển Ä‘á»™ng vòng quanh sao Má»™c vá»›i vận tốc không đổi. Khi trái đất và sao Má»™c quanh xung quanh mặt trá»i, khoảng cách giữa chúng thay đổi. Roemer thấy rằng sá»± che khuất các mặt trăng của sao Má»™c xuất hiện càng muá»™n khi chúng ta càng ở xa hành tinh đó. Ông lý luận rằng Ä‘iá»u đó xảy ra là do ánh sáng từ các mặt trăng đó đến chúng ta mất nhiá»u thá»i gian hÆ¡n khi chúng ta ở xa chúng hÆ¡n. Tuy nhiên, do những phép Ä‘o của ông vá» sá»± biến thiên khoảng cách giữa trái đất và sao Má»™c không được chính xác lắm, nên giá trị vận tốc ánh sáng mà ông xác định được là 140.000 dặm/s, trong khi giá trị hiện nay Ä‘o được của vận tốc này là 186.000 dặm/s (khoảng 300.000 km/s). Dù sao thành tá»±u của Roemer cÅ©ng rất đáng kể, không chỉ trong việc chứng minh được rằng vận tốc của ánh sáng là hữu hạn, mà cả trong việc Ä‘o được vận tốc đó, đặc biệt nó lại được thá»±c hiện 11 năm trÆ°á»›c khi Newton cho xuất bản cuốn Principia Mathematica.

Má»™t lý thuyết đích thá»±c vá» sá»± truyá»n ánh sáng phải mãi tá»›i năm 1865 má»›i ra Ä‘á»i, khi nhà vật lý ngÆ°á»i Anh James Clerk Maxwell đã thành công thống nhất hai lý thuyết riêng phần cho tá»›i thá»i gian đó vẫn được dùng để mô tả riêng biệt các lá»±c Ä‘iện và từ. Các phÆ°Æ¡ng trình của Maxwell tiên Ä‘oán rằng có thể có những nhiá»…u Ä‘á»™ng giống nhÆ° sóng trong má»™t trÆ°á»ng Ä‘iện từ kết hợp, rằng những nhiá»…u Ä‘á»™ng đó sẽ được truyá»n vá»›i má»™t vận tốc cố định giống nhÆ° những gợn sóng trên hồ. Nếu bÆ°á»›c sóng của những sóng đó (khoảng cách của hai đỉnh sóng liên tiếp) là má»™t mét hoặc lá»›n hÆ¡n, thì chúng được gá»i là sóng radio (hay sóng vô tuyến). Những sóng có bÆ°á»›c sóng ngắn hÆ¡n được gá»i là sóng cá»±c ngắn (vá»›i bÆ°á»›c sóng vài centimet) hoặc sóng hồng ngoại (vá»›i bÆ°á»›c sóng lá»›n hÆ¡n mÆ°á»i phần ngàn centimet). Ãnh sáng thấy được có bÆ°á»›c sóng nằm giữa bốn mÆ°Æ¡i phần triệu đến tám mÆ°Æ¡i phần triệu centimet. Những sóng có bÆ°á»›c sóng còn ngắn hÆ¡n nữa là tia tá»­ ngoại, tia - X và các tia gamma.

Lý thuyết của Maxwell tiên Ä‘oán các sóng vô tuyến và sóng ánh sáng truyá»n vá»›i má»™t vận tốc cố định nào đó. NhÆ°ng lý thuyết của Newton đã gạt bá» khái niệm đứng yên tuyệt đối, vì vậy nếu ánh sáng được giả thiết là truyá»n vá»›i má»™t vận tốc cố định, thì cần phải nói vận tốc cố định đó là đối vá»›i cái gì. Do đó ngÆ°á»i ta cho rằng có má»™t chất gá»i là “ether†có mặt ở khắp má»i nÆ¡i, thậm chí cả trong không gian “trống rá»—ngâ€. Các sóng ánh sáng truyá»n qua ether nhÆ° sóng âm truyá»n trong không khí, và do vậy, vận tốc của chúng là đối vá»›i ether. Những ngÆ°á»i quan sát khác nhau chuyển Ä‘á»™ng đối vá»›i ether sẽ thấy ánh sáng Ä‘i tá»›i mình vá»›i những vận tốc khác nhau, nhÆ°ng vận tốc của ánh sáng đối vá»›i ether luôn luôn có má»™t giá trị cố định. Äặc biệt, vì trái đất chuyển Ä‘á»™ng qua ether trên quỹ đạo quay quanh mặt trá»i, nên vận tốc của ánh sáng được Ä‘o theo hÆ°á»›ng chuyển Ä‘á»™ng của trái đất qua ether (khi chúng ta chuyển Ä‘á»™ng tá»›i gần nguồn sáng) sẽ phải lá»›n hÆ¡n vận tốc của ánh sáng hÆ°á»›ng vuông góc vá»›i phÆ°Æ¡ng chuyển Ä‘á»™ng (khi chúng ta không chuyển Ä‘á»™ng hÆ°á»›ng tá»›i nguồn sáng). Năm 1887, Albert Michelson (sau này trở thành ngÆ°á»i Mỹ đầu tiên nhận được giải thưởng Nobel vá» vật lý) và Edward Morley đã thá»±c hiện má»™t thá»±c nghiệm rất tinh xảo tại trÆ°á»ng Khoa há»c ứng dụng Case ở Cleveland. HỠđã so sánh vận tốc ánh sáng theo hÆ°á»›ng chuyển Ä‘á»™ng của trái đất vá»›i vận tốc ánh sáng hÆ°á»›ng vuông góc vá»›i chuyển Ä‘á»™ng của trái đất. Và hỠđã vô cùng ngạc nhiên khi thấy rằng hai vận tốc đó hoàn toàn nhÆ° nhau!

Giữa năm 1887 và năm 1905 có má»™t số ý định, mà chủ yếu là của vật lý ngÆ°á»i Hà Lan Hendrik Lorentz, nhằm giải thích kết quả của thí nghiệm Michelson - Morley bằng sá»± co lại của các vật và sá»± chậm lại của đồng hồ khi chúng chuyển Ä‘á»™ng qua ether. Tuy nhiên, trong bài báo công bố vào năm 1905, Albert Einstein, má»™t nhân viên thuá»™c văn phòng cấp bằng sáng chế phát minh ở Thụy SÄ©, ngÆ°á»i mà trÆ°á»›c đó còn chÆ°a ai biết tá»›i, đã chỉ ra rằng toàn bá»™ ý tưởng vá» ether là không cần thiết nếu ngÆ°á»i ta sẵn lòng vứt bỠý tưởng vá» thá»i gian tuyệt đối. Quan niệm tÆ°Æ¡ng tá»± cÅ©ng đã được má»™t nhà toán há»c hàng đầu của Pháp là Henri Poincaré Ä‘Æ°a ra chỉ ít tuần sau. Tuy nhiên, những lý lẽ của Einstein gần vá»›i vật lý hÆ¡n Poincaré, ngÆ°á»i đã xem vấn Ä‘á» này nhÆ° má»™t vấn Ä‘á» toán há»c. Công lao xây dá»±ng nên lý thuyết má»›i này thÆ°á»ng được thừa nhận là của Einstein, nhÆ°ng Poincaré vẫn thÆ°á»ng được nhắc nhở tá»›i và tên tuổi của ông gắn liá»n vá»›i má»™t phần quan trá»ng của lý thuyết đó.

Tiên Ä‘á» cÆ¡ bản của lý thuyết má»›i - mà ngÆ°á»i ta thÆ°á»ng gá»i là thuyết tÆ°Æ¡ng đối - được phát biểu nhÆ° sau: má»i định luật của khoa há»c là nhÆ° nhau đối vá»›i tất cả những ngÆ°á»i quan sát chuyển Ä‘á»™ng tá»± do bất kể vận tốc của há» là bao nhiêu. Äiá»u này đúng đối vá»›i các định luật của Newton vá» chuyển Ä‘á»™ng, nhÆ°ng bây giá» lý thuyết đó được mở rá»™ng ra bao hàm cả lý thuyết của Maxwell và vận tốc ánh sáng: má»i ngÆ°á»i quan sát Ä‘á»u Ä‘o được vận tốc ánh sáng có giá trị hoàn toàn nhÆ° nhau bất kể há» chuyển Ä‘á»™ng nhanh, chậm nhÆ° thế nào. à tưởng Ä‘Æ¡n giản đó có má»™t số hệ quả rất đáng chú ý. Có lẽ nổi tiếng nhất là hệ quả vá» sá»± tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng của khối lượng và năng lượng được đúc kết trong phÆ°Æ¡ng trình nổi tiếng của Einstein: E = mc2 và định luật nói rằng không có vật nào có thể chuyển Ä‘á»™ng nhanh hÆ¡n ánh sáng. Vì có sá»± tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng giữa năng lượng và khối lượng nên năng lượng mà vật có thể nhá» chuyển Ä‘á»™ng sẽ làm tăng khối lượng của nó. Nói má»™t cách khác, nó sẽ làm cho việc tăng vận tốc của vật trở nên khó khăn hÆ¡n.

Hiệu ứng này chỉ trá»±c sá»± quan trá»ng đối vá»›i các vật chuyển Ä‘á»™ng vá»›i vận tốc gần vá»›i vận tốc ánh sáng. Ví dụ, vận tốc chỉ bằng 10 % vận tốc ánh sáng khối lượng của vật chỉ tăng 0,5 % so vá»›i khối lượng bình thÆ°á»ng, trong khi vận tốc bằng 90 % vận tốc ánh sáng khối lượng của nó còn tăng nhanh hÆ¡n, vì vậy sẽ càng mất nhiá»u năng lượng hÆ¡n để tăng vận tốc của nó lên nữa. Thá»±c tế không bao giá» có thể đạt tá»›i vận tốc của ánh sáng vì khi đó khối lượng của vật sẽ trở thành vô hạn và do sá»± tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng giữa năng lượng và khối lượng, sẽ phải tốn má»™t lượng vô hạn năng lượng để đạt được Ä‘iá»u đó. Vì lý do đó, má»™t vật bình thÆ°á»ng vÄ©nh viá»…n bị tính tÆ°Æ¡ng đối giá»›i hạn chuyển Ä‘á»™ng chỉ chuyển Ä‘á»™ng vá»›i vận tốc nhá» hÆ¡n vận tốc ánh sáng. Chỉ có ánh sáng hoặc các sóng khác không có khối lượng ná»™i tại là có thể chuyển Ä‘á»™ng vá»›i vận tốc ánh sáng.

Má»™t hệ quả cÅ©ng đáng chú ý không kém của thuyết tÆ°Æ¡ng đối là nó đã làm cách mạng những ý niệm của chúng ta vá» không gian và thá»i gian. Trong lý thuyết của Newton, nếu má»™t xung ánh sáng được gá»­i từ nÆ¡i này đến nÆ¡i khác thì những ngÆ°á»i quan sát khác nhau Ä‘á»u nhất trí vá»›i nhau vá» thá»i gian truyá»n xung ánh sáng đó (vì thá»i gian là tuyệt đối). Vì vận tốc ánh sáng chính bằng khoảng cách mà nó truyá»n được chia cho thá»i gian đã tốn để Ä‘i hết quãng Ä‘Æ°á»ng đó, nên những ngÆ°á»i quan sát khác nhau sẽ Ä‘o được vận tốc của ánh sáng có giá trị khác nhau. Trong thuyết tÆ°Æ¡ng đối, trái lại, má»i ngÆ°á»i quan sát Ä‘á»u phải nhất trí vá» giá trị vận tốc của ánh sáng. Tuy nhiên, há» vẫn còn không nhất trí vá» khoảng cách mà ánh sáng đã truyá»n, vì vậy há» cÅ©ng phải không nhất trí vá» thá»i gian mà ánh sáng đã tốn (thá»i gian này bằng khoảng cách ánh sáng đã truyá»n - Ä‘iá»u mà các nhà quan sát không nhất trí - chia cho vận tốc ánh sáng - Ä‘iá»u mà các nhà quan sát Ä‘á»u nhất trí). Nói má»™t cách khác, lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối đã cáo chung cho ý tưởng vá» thá»i gian tuyệt đối! Hóa ra là má»—i ngÆ°á»i quan sát cần phải có má»™t bá»™ Ä‘o thá»i gian riêng của mình nhÆ° được ghi nhận bởi đồng hồ mà há» mang theo và các đồng hồ giống hệt nhau được mang bởi những ngÆ°á»i quan sát khác nhau không nhất thiết phải chỉ nhÆ° nhau.

Má»—i má»™t ngÆ°á»i quan sát có thể dùng radar để biết má»™t sá»± kiện xảy ra ở đâu và khi nào bằng cách gá»­i má»™t xung ánh sáng hoặc sóng vô tuyến. Má»™t phần của xung phản xạ từ sá»± kiện trở vá» và ngÆ°á»i quan sát Ä‘o thá»i gian mà há» nhận được tiếng dá»™i. Thá»i gian xảy ra sá»± kiện khi đó sẽ bằng má»™t ná»­a thá»i gian tính từ khi xung được gá»­i Ä‘i đến khi nhận được tiếng dá»™i trở lại, còn khoảng cách tá»›i sá»± kiện bằng ná»­a số thá»i gian cho hai lượt Ä‘i-vỠđó nhân vá»›i vận tốc ánh sáng. (Má»™t sÆ° kiện, theo ý nghÄ©a này, là má»™t Ä‘iá»u gì đó xảy ra ở má»™t Ä‘iểm duy nhất trong không gian và ở má»™t Ä‘iểm xác định trong thá»i gian).

à tưởng này được minh há»a trên hình 2.1, nó là má»™t ví dụ vá» giản đồ không-thá»i gian. Dùng thủ tục này, những ngÆ°á»i quan sát chuyển Ä‘á»™ng đối vá»›i nhau sẽ gán cho cùng má»™t sá»± kiện những thá»i gian và vị trí khác nhau. Không có những phép Ä‘o của ngÆ°á»i quan sát đặc biệt nào là đúng hÆ¡n những ngÆ°á»i khác, nhÆ°ng tất cả các phép Ä‘o Ä‘á»u quan hệ vá»›i nhau. Bất kỳ má»™t ngÆ°á»i quan sát nào cÅ©ng tính ra được má»™t cách chính xác thá»i gian và vị trí mà má»™t ngÆ°á»i quan sát khác gán cho má»™t sá»± kiện, miá»…n là ngÆ°á»i đó biết được vận tốc tÆ°Æ¡ng đối của ngÆ°á»i kia.

Ngày hôm nay để Ä‘o khoảng cách má»™t cách chính xác, chúng ta vẫn còn dùng phÆ°Æ¡ng pháp nói trên, bởi vì chúng ta có thể Ä‘o thá»i gian chính xác hÆ¡n Ä‘o chiá»u dài. Thá»±c tế, mét được định nghÄ©a là khoảng cách mà ánh sáng Ä‘i được trong khoảng thá»i gian 0,000000003335640952 giây Ä‘o theo đồng hồ nguyên tá»­ xesi. (Nguyên nhân dẫn tá»›i con số lạ lùng này là để nó tÆ°Æ¡ng ứng vá»›i định nghÄ©a có tính chất lịch sá»­ của mét: là khoảng cách giữa hai vạch trên má»™t cái thÆ°á»›c đặc biệt làm bằng bạch kim được giữ ở Paris). NhÆ° vậy chúng ta có thể dùng má»™t Ä‘Æ¡n vị má»›i thuận tiện hÆ¡n, được gá»i là giây-ánh-sáng. Nó Ä‘Æ¡n giản là khoảng cách mà ánh sáng Ä‘i được trong má»™t giây. Trong lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối, bây giá» ta định nghÄ©a khoảng cách thông qua thá»i gian và vận tốc ánh sáng, nhÆ° vậy phải tá»± Ä‘á»™ng suy ra rằng má»i ngÆ°á»i quan sát Ä‘o vận tốc của ánh sáng sẽ nhận được cùng má»™t giá trị (theo định nghÄ©a là 1 mét trong 0,000000003335640952 giây). Khá»i cần phải Ä‘Æ°a vào khái niệm ether, và lại sá»± có mặt của nó không thể được ghi nhận bằng cách nào, nhÆ° thí nghiệm của Michelson - Morley đã chứng tá».

Tuy nhiên, lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối buá»™c chúng ta phải thay đổi má»™t cách căn bản những ý niệm của chúng ta vá» không gian và thá»i gian. Chúng ta buá»™c phải chấp nhận rằng thá»i gian không hoàn toàn tách rá»i và Ä‘á»™c lập vá»›i không gian mà kết hợp vá»›i nó thành má»™t đối tượng gá»i là không - thá»i gian.

Theo kinh nghiệm thông thÆ°á»ng, ngÆ°á»i ta có thể mô tả vị trí của má»™t Ä‘iểm trong không gian bằng ba con số, hay nói cách khác là ba tá»a Ä‘á»™. Ví dụ, ngÆ°á»i ta có thể nói: má»™t Ä‘iểm ở trong phòng cách má»™t bức tÆ°á»ng 7 bá»™, cách má»™t bức tÆ°á»ng khác 3 bá»™, và cao so vá»›i sàn 5 bá»™. Hoặc ngÆ°á»i ta có thể chỉ rõ má»™t Ä‘iểm ở kinh tuyến nào, vÄ© tuyến bao nhiêu và ở Ä‘á»™ cao nào so vá»›i má»±c nÆ°á»›c biển. NgÆ°á»i ta có thể thoải mái dùng ba tá»a Ä‘á»™ thích hợp nào mà mình muốn, mặc dù chúng chỉ có phạm vi ứng dụng hạn chế. Chẳng hạn, chúng ta sẽ không chỉ vị trí của mặt trăng bằng khoảng cách theo phÆ°Æ¡ng bắc và phÆ°Æ¡ng tây so vá»›i rạp xiếc Piccadilly và chiá»u cao của nó so vá»›i má»±c nÆ°á»›c biển. Thay vì thế, ngÆ°á»i ta cần phải mô tả nó qua khoảng cách từ mặt trá»i, khoảng cách từ mặt phẳng quÄ© đạo của các hành tinh và góc giữa Ä‘Æ°á»ng nối mặt trăng vá»›i mặt trá»i và Ä‘Æ°á»ng nối mặt trá»i tá»›i má»™t ngôi sao ở gần nhÆ° sao Alpha của chòm sao Nhân Mã. NhÆ°ng thậm chí những tá»a Ä‘á»™ này cÅ©ng không được dùng nhiá»u để mô tả vị trí của mặt trá»i trong thiên hà của chúng ta hoặc của thiên hà chúng ta trong quần thể thiên hà khu vá»±c. Thá»±c tế, ngÆ°á»i ta có thể mô tả toàn bá»™ vÅ© trụ bằng má»™t tập hợp các mảng gối lên nhau. Trong má»—i má»™t mảng, ngÆ°á»i ta có thể dùng má»™t tập hợp ba tá»a Ä‘á»™ khác nhau để chỉ vị trí của các Ä‘iểm.

Má»™t sá»± kiện là má»™t cái gì đó xảy ra ở má»™t Ä‘iểm đặc biệt trong không gian và ở má»™t thá»i Ä‘iểm đặc biệt. NhÆ° vậy, ngÆ°á»i ta có thể chỉ nó bằng 4 con số hay là 4 tá»a Ä‘á»™. Và lần này cÅ©ng thế, việc lá»±a chá»n các tá»a Ä‘á»™ là tùy ý, ngÆ°á»i ta có thể dùng ba tá»a Ä‘á»™ không gian đã biết và má»™t Ä‘á»™ Ä‘o nào đó của thá»i gian. Trong thuyết tÆ°Æ¡ng đối, không có sá»± phân biệt thá»±c sá»± giữa các tá»a Ä‘á»™ không gian và thá»i gian, cÅ©ng hệt nhÆ° không có sá»± khác biệt thá»±c sá»± giữa hai tá»a Ä‘á»™ không gian. NgÆ°á»i ta có thể chá»n má»™t tập hợp tá»a Ä‘á»™ má»›i, trong đó, chẳng hạn, tá»a Ä‘á»™ không gian thứ nhất là tổ hợp của tá»a Ä‘á»™ không gian cÅ© thứ nhất và thứ hai. Ví dụ, thay vì Ä‘o vị trí của má»™t Ä‘iểm trên mặt đất bằng khoảng cách theo phÆ°Æ¡ng bắc và tây của nó đối vá»›i rạp xiếc Piccadilly ngÆ°á»i ta có thể dùng khoảng cách theo hÆ°á»›ng đông bắc và tây bắc đối vá»›i Piccadilly. CÅ©ng tÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° vậy, trong thuyết tÆ°Æ¡ng đối, ngÆ°á»i ta có thể dùng tá»a Ä‘á»™ thá»i gian má»›i là thá»i gian cÅ© (tính bằng giây) cá»™ng vá»›i khoảng cách (tính bằng giây - ánh sáng) theo hÆ°á»›ng bắc của Piccadilly.

Má»™t cách rất hữu ích để suy nghÄ© vá» bốn tá»a Ä‘á»™ của má»™t sá»± kiện là chỉ vị trí của nó trong má»™t không gian 4 chiá»u, được gá»i là không -thá»i gian. Chúng ta không thể tưởng tượng nổi má»™t không gian 4 chiá»u. Riêng bản thân tôi hình dung má»™t không gian 3 chiá»u cÅ©ng đã vất vả lắm rồi. Tuy nhiên vẽ má»™t sÆ¡ đồ vá» không gian 2 chiá»u thì lại khá dá»… dàng, chẳng hạn nhÆ° vẽ bá» mặt của trái đất (Bá» mặt của trái đất là hai chiá»u vì vị trí của má»™t Ä‘iểm trên đó có thể được ghi bằng hai tá»a Ä‘á»™, kinh Ä‘á»™ và vÄ© Ä‘á»™). Tôi sẽ thÆ°á»ng sá»­ dụng những giản đồ trong đó thá»i gian tăng theo phÆ°Æ¡ng thẳng đứng hÆ°á»›ng lên trên, còn má»™t trong những chiá»u không gian được vẽ theo phÆ°Æ¡ng nằm ngang. Hai chiá»u không gian còn lại sẽ bá» qua, hoặc đôi khi má»™t trong hai chiá»u đó được vẽ theo phối cảnh. (Những giản đồ này được gá»i là giản đồ không-thá»i gian, giống nhÆ° hình 2.1). Ví dụ, trong hình 2.2 thá»i gian được đặt hÆ°á»›ng lên trên vá»›i Ä‘Æ¡n vị là năm, còn khoảng cách nằm dá»c theo Ä‘Æ°á»ng thẳng nối mặt trá»i vá»›i sao Anpha của chòm sao Nhân mã được đặt nằm ngang vá»›i Ä‘Æ¡n vị là dặm. Những con Ä‘Æ°á»ng của mặt trá»i và sao Alpha qua không - thá»i gian là những con Ä‘Æ°á»ng thẳng đứng ở bên trái và bên phải của giản đồ. Tia sáng từ mặt trá»i Ä‘i theo Ä‘Æ°á»ng chéo và phải mất 4 năm má»›i tá»›i được sao Alpha.

NhÆ° chúng ta đã thấy, các phÆ°Æ¡ng trình Maxwell tiên Ä‘oán rằng vận tốc của ánh sáng sẽ là nhÆ° nhau bất kể vận tốc của nguồn sáng bằng bao nhiêu, và Ä‘iá»u này đã được khẳng định bằng nhiá»u phép Ä‘o chính xác.

Äiá»u này suy ra từ sá»± kiện là nếu má»™t xung ánh sáng được phát ra ở má»™t thá»i Ä‘iểm đặc biệt, tại má»™t Ä‘iểm đặc biệt trong không gian, thì sau đó vá»›i thá»i gian nó sẽ lan ra nhÆ° má»™t mặt cầu ánh sáng vá»›i kích thÆ°á»›c và vị trí không phụ thuá»™c vào vận tốc của nguồn sáng. Sau má»™t phần triệu giây, ánh sáng sẽ lan truyá»n, tạo thành má»™t mặt cầu có bán kính 300 mét, sau hai phần triệu giây, bán kính là 600 mét, và cứ nhÆ° vậy mãi. Äiá»u này cÅ©ng giống nhÆ° những gợn sóng truyá»n trên mặt nÆ°á»›c khi có hòn đá ném xuống hồ.

Những gợn sóng truyá»n nhÆ° má»™t vòng tròn cứ lá»›n dần mãi theo thá»i gian. Nếu ta nghÄ© vá» má»™t mô hình ba chiá»u gồm bá» mặt hai chiá»u của hồ và má»™t chiá»u thá»i gian thì vòng tròn lá»›n dần của các gợn sóng sẽ tạo thành má»™t nón có đỉnh nằm đúng tại chá»— và tại thá»i Ä‘iểm hòn đá chạm vào mặt nÆ°á»›c (hình 2.3). TÆ°Æ¡ng tá»±, ánh sáng lan truyá»n từ má»™t sá»± kiện sẽ tạo nên má»™t mặt nón ba chiá»u trong không-thá»i gian 4 chiá»u. Mặt nón đó được gá»i là mặt nón ánh sáng tÆ°Æ¡ng lai của sá»± kiện Ä‘ang xét. CÅ©ng bằng cách nhÆ° vậy ta có thể dá»±ng má»™t mặt nón khác, gá»i là mặt nón ánh sáng quá khứ - đó là tập hợp các sá»± kiện mà từ chúng má»™t xung ánh sáng có thể tá»›i được sá»± kiện Ä‘ang xét ( hình 2.4).

Những mặt nón ánh sáng quá khứ và tÆ°Æ¡ng lai của má»™t sá»± kiện P chia không gian thành ba miá»n (hình 2.5.). TÆ°Æ¡ng lai tuyệt đối của sá»± kiện là vùng nằm trong mặt nón ánh sáng tÆ°Æ¡ng lai của P. Äây là tập hợp của tất cả các sá»± kiện có thể chịu ảnh hưởng của những Ä‘iá»u xảy ra ở P.

Những tín hiệu từ P không thể tá»›i được những sá»± kiện nằm ngoài nón ánh sáng của P bởi vì không gì có thể chuyển Ä‘á»™ng nhanh hÆ¡n ánh sáng. Do vậy mà các sá»± kiện đó không chịu ảnh hưởng những gì xảy ra ở P. Quá khứ tuyệt đối của P là vùng nằm trong nón ánh sáng quá khứ. Äây là tập hợp các sá»± kiện mà từ đó những tín hiệu truyá»n vá»›i vận tốc bằng hoặc nhá» hÆ¡n vận tốc của ánh sáng có thể tá»›i được P. Do đó, tập hợp những sá»± kiện này có thể ảnh hưởng tá»›i những gì xảy ra ở P. Nếu biết được ở má»™t thá»i Ä‘iểm đặc biệt nào đó những gì xảy ra ở má»i nÆ¡i trong vùng không gian nằm trong nón ánh sáng quá khứ của P thì ngÆ°á»i ta có thể tiên Ä‘oán những gì sẽ xảy ra ở P.

Phần còn lại là vùng không - thá»i gian không nằm trong nón ánh sáng tÆ°Æ¡ng lai hoặc quá khứ của P. Các sá»± kiện trong phần còn lại này không thể ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng bởi những sá»± kiện ở P. Ví dụ, nếu mặt trá»i ngừng chiếu sáng ở chính thá»i Ä‘iểm này, thì nó sẽ không ảnh hưởng tá»›i các sá»± kiện trên trái đất ở ngay thá»i Ä‘iểm đó bởi vì chúng nằm ngoài nón ánh sáng của ánh sáng khi mặt trá»i tắt (hình 2.6). Chúng ta sẽ biết vá» sá»± kiện đó chỉ sau 8 phút - là thá»i gian đủ để ánh sáng Ä‘i từ mặt trá»i đến trái đất. Và chỉ khi này những sá»± kiện trên trái đất má»›i nằm trong nón ánh sáng tÆ°Æ¡ng lai của sá»± kiện ở đó mặt trá»i tắt. TÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° vậy, ở thá»i Ä‘iểm hiện nay chúng ta không thể biết những gì Ä‘ang xảy ra ở những nÆ¡i xa xôi trong vÅ© trụ, bởi vì ánh sáng mà chúng ta thấy từ những thiên hà xa xôi đã rá»i chúng từ hàng triệu năm trÆ°á»›c. NhÆ° vậy, khi chúng ta quan sát vÅ© trụ thì thá»±c ra là chúng ta Ä‘ang thấy nó trong qúa khứ.

Nếu ngÆ°á»i ta bá» qua những hiệu ứng hấp dẫn, nhÆ° Einstein và Poincaré đã làm năm 1905, thì ta có thuyết tÆ°Æ¡ng đối được gá»i là thuyết tÆ°Æ¡ng đối hẹp. Äối vá»›i má»—i sá»± kiện trong không-thá»i gian ta Ä‘á»u có thể dá»±ng má»™t nón ánh sáng (là tập hợp má»i con Ä‘Æ°á»ng khả dÄ© của ánh sáng trong không-thá»i gian được phát ra ở sá»± kiện đó), và vì vận tốc ánh sáng là nhÆ° nhau ở má»—i sá»± kiện và theo má»i hÆ°á»›ng, nên tất cả các nón ánh sáng là nhÆ° nhau và cùng hÆ°á»›ng theo má»™t hÆ°á»›ng. Lý thuyết này cÅ©ng nói vá»›i chúng ta rằng không gì có thể chuyển Ä‘á»™ng nhanh hÆ¡n ánh sáng. Äiá»u đó có nghÄ©a là Ä‘Æ°á»ng Ä‘i của má»i vật qua không-thá»i gian cần phải được biểu diá»…n bằng má»™t Ä‘Æ°á»ng nằm trong nón ánh sáng ở má»—i má»™t sá»± kiện trên nó (hình 2.7.).



Lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối hẹp rất thành công trong việc giải thích sá»± nhÆ° nhau của vận tốc ánh sáng đối vá»›i má»i ngÆ°á»i quan sát (nhÆ° thí nghiệm Michelson - Morley đã chứng tá») và trong sá»± mô tả những Ä‘iá»u xảy ra khi các vật chuyển Ä‘á»™ng vá»›i vận tốc gần vá»›i vận tốc ánh sáng. Tuy nhiên, lý thuyết này lại không hòa hợp vá»›i thuyết hấp dẫn của Newton nói rằng các vật hút nhau vá»›i má»™t lá»±c phụ thuá»™c vào khoảng cách giữa chúng. Äiá»u này có nghÄ©a là, nếu làm cho má»™t vật chuyển Ä‘á»™ng thì lá»±c tác dụng lên các vật khác sẽ thay đổi ngay lập tức. Hay nói má»™t cách khác, các tác dụng hấp dẫn truyá»n vá»›i vận tốc vô hạn, thay vì nó bằng hoặc nhá» hÆ¡n vận tốc ánh sáng nhÆ° thuyết tÆ°Æ¡ng đối hẹp đòi há»i.

Trong khoảng thá»i gian từ năm 1908 đến năm 1914, Einstein đã nhiá»u lần thá»­ tìm má»™t lý thuyết hấp dẫn hòa hợp được vá»›i thuyết tÆ°Æ¡ng đối hẹp, nhÆ°ng đã không thành công. Cuối cùng, vào năm 1915, ông đã Ä‘Æ°a ra được má»™t lý thuyết mà ngày nay chúng ta gá»i là thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng (hay thuyết tÆ°Æ¡ng đối tổng quát). Ông đã Ä‘Æ°a ra má»™t giả thiết có tính chất cách mạng cho rằng hấp dẫn không phải là má»™t lá»±c giống nhÆ° những lá»±c khác mà nó là kết quả của sá»± kiện là: không - thá»i gian không phải phẳng nhÆ° trÆ°á»›c kia ngÆ°á»i ta vẫn tưởng, mà nó cong hay “vênh†đi do sá»± phân bố của khối lượng và năng lượng trong nó. Các vật nhÆ° trái đất không phải được tạo ra để chuyển Ä‘á»™ng trên các quÄ© đạo cong bởi lá»±c hấp dẫn, mà thay vì thế, chúng chuyển Ä‘á»™ng theo Ä‘Æ°á»ng rất gần vá»›i Ä‘Æ°á»ng thẳng trong không gian cong mà ngÆ°á»i ta gá»i là Ä‘Æ°á»ng trắc địa. ÄÆ°á»ng trắc địa là Ä‘Æ°á»ng ngắn nhất (hoặc dài nhất) giữa hai Ä‘iểm cạnh nhau. Ví dụ, bá» mặt trái đất là má»™t không gian cong hai chiá»u.

ÄÆ°á»ng trắc địa trên mặt trái đất chính là vòng tròn lá»›n và nó là Ä‘Æ°á»ng ngắn nhất giữa hai Ä‘iểm trên mặt đất (H.2.8). Vì Ä‘Æ°á»ng trắc địa là Ä‘Æ°á»ng ngắn nhất giữa hai sân bay, nên nó là Ä‘Æ°á»ng mà những ngÆ°á»i dẫn Ä‘Æ°á»ng hàng không hÆ°á»›ng các phi công bay theo. Trong lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng, các vật luôn luôn chuyển Ä‘á»™ng theo các Ä‘Æ°á»ng “thẳng†trong không-thá»i gian 4 chiá»u, nhÆ°ng đối vá»›i chúng ta, chúng có vẻ chuyển Ä‘á»™ng theo những Ä‘Æ°á»ng cong trong không gian 3 chiá»u. (Äiá»u này rất giống vá»›i việc quan sát chiếc máy bay trên má»™t vùng đồi gò. Mặc dù nó bay theo Ä‘Æ°á»ng thẳng trong không gian 3 chiá»u, nhÆ°ng cái bóng của nó lại chuyển Ä‘á»™ng theo má»™t Ä‘Æ°á»ng cong trên mặt đất hai chiá»u).

Khối lượng của mặt trá»i làm cong không-thá»i gian theo cách sao cho mặc dù trái đất chuyển Ä‘á»™ng theo Ä‘Æ°á»ng thẳng trong không-thá»i gian 4 chiá»u, nhÆ°ng nó lại thể hiện đối vá»›i chúng ta là chuyển Ä‘á»™ng theo quÄ© đạo tròn trong không gian ba chiá»u. Và thá»±c tế, quÄ© đạo của các hành tinh được tiên Ä‘oán bởi lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng cÅ©ng chính xác nhÆ° được tiên Ä‘oán bởi lý thuyết hấp dẫn của Newton. Tuy nhiên, trong trÆ°á»ng hợp đối vá»›i sao Thủy, hành tinh gần mặt trá»i nhất, do đó cảm thấy hiệu ứng hấp dẫn mạnh nhất và có quÄ© đạo thuôn dài hÆ¡n, thì thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng tiên Ä‘oán rằng trục dài của elip quÄ© đạo quay quanh mặt trá»i vá»›i vận tốc 1 Ä‘á»™ trong 10 ngàn năm. Mặc dù hiệu ứng là rất nhá», nhÆ°ng nó đã được ghi nhận từ trÆ°á»›c năm 1915 và được dùng nhÆ° má»™t bằng chứng đầu tiên khẳng định lý thuyết của Einstein. Trong những năm gần đây, những Ä‘á»™ lệch thậm chí còn nhá» hÆ¡n nữa của quÄ© đạo các hành tinh khác so vá»›i những tiên Ä‘oán của lý thuyết Newton cÅ©ng đã được Ä‘o bằng rada và cho thấy chúng phù hợp vá»›i những tiên Ä‘oán của thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng.

Những tia sáng cÅ©ng cần phải Ä‘i theo những Ä‘Æ°á»ng trắc địa trong không-thá»i gian. CÅ©ng lại do không gian bị cong nên ánh sáng không còn thể hiện là truyá»n theo Ä‘Æ°á»ng thẳng trong không gian nữa. NhÆ° vậy thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng tiên Ä‘oán rằng anh sáng có thể bị bẻ cong bởi các trÆ°á»ng hấp dẫn. Ví dụ, lý thuyết này tiên Ä‘oán rằng nón ánh sáng của những Ä‘iểm ở gần mặt trá»i sẽ hÆ¡i bị uốn hÆ°á»›ng vào phía trong do tác dụng của khối lượng mặt trá»i. Äiá»u này có nghÄ©a là ánh sáng từ má»™t ngôi sao xa khi Ä‘i qua gần mặt trá»i có thể bị lệch Ä‘i má»™t góc nhá», khiến cho đối vá»›i những ngÆ°á»i quan sát trên mặt đất, ngôi sao đó dÆ°á»ng nhÆ° ở má»™t vị trí khác (H.2.9). Tất nhiên, nếu ánh sáng từ ngôi sao đó luôn luôn Ä‘i qua gần mặt trá»i, thì chúng ta không thể nói tia sáng có bị lệch hay không hoặc thay vì thế ngôi sao có thá»±c sá»± nằm ở đúng chá»— chúng ta nhìn thấy nó hay không. Tuy nhiên, vì trái đất quay quanh mặt trá»i nên những ngôi sao khác nhau có lúc dÆ°á»ng nhÆ° Ä‘i qua phía sau mặt trá»i và ánh sáng của chúng bị lệch. Vì thế những ngôi sao này thay đổi vị trí biểu kiến của chúng đối vá»›i các ngôi sao khác.

ThÆ°á»ng thì rất khó quan sát hiệu ứng này, bởi vì ánh sáng của mặt trá»i làm cho ta không thể quan sát được những ngôi sao có vị trí biểu kiến ở gần mặt trá»i trên bầu trá»i. Tuy nhiên, Ä‘iá»u này có thể làm được trong thá»i gian có nhật thá»±c, khi mà ánh sáng mặt trá»i bị mặt trăng chắn mất. NhÆ°ng tiên Ä‘oán của Einstein không được kiểm chứng ngay lập tức trong năm 1915 vì cuá»™c chiến tranh thế giá»›i lần thứ nhất lúc đó Ä‘ang lan rá»™ng, và phải tá»›i tận năm 1919 má»™t Ä‘oàn thám hiểm Anh khi quan sát nhật thá»±c ở Tây Phi đã chứng tỠđược rằng ánh sáng thá»±c sá»± bị lệch do mặt trá»i đúng nhÆ° lý thuyết đã dá»± Ä‘oán. Sá»± chứng minh lý thuyết của má»™t ngÆ°á»i Äức bởi các nhà khoa há»c Anh đã được nhiệt liệt hoan nghênh nhÆ° má»™t hành Ä‘á»™ng hòa giải vÄ© đại giữa hai nÆ°á»›c sau chiến tranh. Do đó, thật là trá»› trêu khi kiểm tra lại sau đó những bức ảnh mà Ä‘oàn thám hiểm đã chụp, ngÆ°á»i ta phát hiện ra rằng sai số cÅ©ng lá»›n cỡ hiệu ứng mà hỠđịnh Ä‘o. Phép Ä‘o của há» hoàn toàn chỉ là may mắn hoặc má»™t trÆ°á»ng hợp đã biết trÆ°á»›c kết quả mà há» muốn nhận được - má»™t Ä‘iá»u cÅ©ng thÆ°á»ng xảy ra trong khoa há»c. Tuy nhiên, sá»± lệch của tia sáng đã được khẳng định hoàn toàn chính xác bởi nhiá»u quan sát sau này.

Má»™t tiên Ä‘oán khác của thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng là thá»i gian dÆ°á»ng nhÆ° chạy chậm hÆ¡n khi ở gần những vật có khối lượng lá»›n nhÆ° trái đất. Äó là bởi vì má»™t mối liên hệ giữa năng lượng của ánh sáng và tần số của nó (tần số là sóng ánh sáng trong má»™t giây): năng lượng càng lá»›n thì tần số càng cao. Khi ánh sáng truyá»n hÆ°á»›ng lên trong trÆ°á»ng hấp dẫn của trái đất, nó sẽ mất năng lượng và vì thế tần số của nó giảm. (Äiá»u này có nghÄ©a là khoảng thá»i gian giữa hai đỉnh sóng liên tiếp tăng lên). Äối vá»›i ngÆ°á»i ở trên cao má»i chuyện ở phía dÆ°á»›i xảy ra chậm chạp hÆ¡n. Äiá»u tiên Ä‘oán này đã được kiểm chứng vào năm 1962 bằng cách dùng hai đồng hồ rất chính xác: má»™t đặt ở đỉnh và má»™t đặt ở chân má»™t tháp nÆ°á»›c. Äồng hồ ở chân tháp, gần trái đất hÆ¡n, chạy chậm hÆ¡n - hoàn toàn phù hợp vá»›i thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng. Sá»± khác biệt của tốc Ä‘á»™ đồng hồ ở những Ä‘á»™ cao khác nhau trên mặt đất có má»™t tầm quan trá»ng đặc biệt trong thá»±c tiá»…n hiện nay khi ngÆ°á»i ta sá»­ dụng những hệ thống đạo hàng chính xác dá»±a trên những tín hiệu từ vệ tinh. Nếu khi này ngÆ°á»i ta bá» qua những tiên Ä‘oán của thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng, thì vị trí tính toán được có thể sai khác tá»›i vài ba dặm!

Những định luật vá» chuyển Ä‘á»™ng của Newton đã đặt dấu chấm hết cho ý niệm vá» vị trí tuyệt đối trong không gian. Thuyết tÆ°Æ¡ng đối đã vứt bá» khái niệm thá»i gian tuyệt đối. Ta hãy xét hai đứa trẻ sinh đôi. Giả sá»­ rằng má»™t đứa được Ä‘Æ°a lên sống trên đỉnh núi và má»™t đứa sống ở ngang má»±c nÆ°á»›c biển. Äứa thứ nhất sẽ già nhanh hÆ¡n đứa thứ hai. NhÆ° vậy, nếu gặp lại nhau má»™t đứa sẽ già hÆ¡n đứa kia. Trong trÆ°á»ng hợp này sá»± khác nhau vá» tuổi tác sẽ rất nhá», nhÆ°ng nó sẽ lá»›n hÆ¡n rất nhiá»u nếu má»™t đứa thá»±c hiện chuyến du hành dài trong con tàu vÅ© trụ chuyển Ä‘á»™ng vá»›i vận tốc gần vận tốc ánh sáng. Khi trở vá» nó sẽ trẻ hÆ¡n rất nhiá»u so vá»›i đứa ở lại trái đất. Äiá»u này được gá»i là nghịch lý hai đứa trẻ sinh đôi, nhÆ°ng nó là nghịch lý chỉ nếu ý niệm vá» thá»i gian tuyệt đối vẫn còn lẩn quất trong đầu óc chúng ta. Trong lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối không có má»™t thá»i gian tuyệt đối duy nhất, mà thay vì thế má»—i cá nhân có má»™t Ä‘á»™ Ä‘o thá»i gian riêng của mình và Ä‘á»™ Ä‘o đó phụ thuá»™c vào nÆ¡i há» Ä‘ang ở và há» chuyển Ä‘á»™ng nhÆ° thế nào.

TrÆ°á»›c năm 1915, không gian và thá»i gian được xem là má»™t sân khấu cố định nÆ¡i diá»…n ra má»i sá»± kiện và không chịu ảnh hưởng bởi những Ä‘iá»u xảy ra trong nó. Äiá»u này đúng thậm chí cả vá»›i thuyết tÆ°Æ¡ng đối hẹp. Các vật chuyển Ä‘á»™ng, các lá»±c hút và đẩy, nhÆ°ng không gian và thá»i gian vẫn liên tục và không bị ảnh hưởng gì. Và ý nghÄ© cho rằng không gian và thá»i gian cứ tiếp tục nhÆ° thế mãi mãi cÅ©ng là chuyện tá»± nhiên.

Tuy nhiên, tình hình hoàn toàn khác trong thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng. Bây giá» không gian và thá»i gian là những đại lượng Ä‘á»™ng lá»±c: khi má»™t vật chuyển Ä‘á»™ng, hoặc má»™t lá»±c tác dụng, chúng Ä‘á»u ảnh hưởng tá»›i Ä‘á»™ cong của không gian và thá»i gian và đáp lại, cấu trúc của không - thá»i gian sẽ ảnh hưởng tá»›i cách thức mà các vật chuyển Ä‘á»™ng và các lá»±c tác dụng. Không gian và thá»i gian không chỉ có tác Ä‘á»™ng mà còn bị tác Ä‘á»™ng bởi má»i Ä‘iá»u xảy ra trong vÅ© trụ. Chính vì ngÆ°á»i ta không thể nói vá» các sá»± kiện trong vÅ© trụ mà không có khái niệm vá» không gian và thá»i gian, nên trong thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng sẽ trở nên vô nghÄ©a nếu nói vá» không gian và thá»i gian ở ngoài giá»›i hạn của vÅ© trụ. Trong những thập ká»· tiếp sau, sá»± nhận thức má»›i này vá» không gian và thá»i gian đã làm cách mạng quan niệm của chúng ta vá» vÅ© trụ. à tưởng xÆ°a cÅ© cho rằng má»™t vÅ© trụ căn bản không thay đổi có thể đã tồn tại và có thể còn tiếp tục tồn tại đã vÄ©nh viá»…n được thay thế bằng khái niệm má»™t vÅ© trụ Ä‘á»™ng, Ä‘ang giãn nở, má»™t vÅ© trụ dÆ°á»ng nhÆ° đã bắt đầu ở má»™t thá»i Ä‘iểm hữu hạn trong quá khứ và có thể chấm dứt ở má»™t thá»i Ä‘iểm hữu hạn trong tÆ°Æ¡ng lai. Cuá»™c cách mạng này là Ä‘á» tài của chÆ°Æ¡ng tiếp sau. Và những năm sau đó nó cÅ©ng đã là Ä‘iểm xuất phát cho hoạt Ä‘á»™ng của tôi trong lÄ©nh vá»±c vật lý lý thuyết. Roger Penrose và tôi đã chứng tỠđược rằng chính thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng đã ngụ ý vÅ© trụ cần phải có Ä‘iểm bắt đầu và có thể cả Ä‘iểm kết thúc nữa.
Tài sản của mr_robin

Trả Lá»i Vá»›i Trích Dẫn
  #4  
Old 24-08-2008, 09:06 AM
mr_robin's Avatar
mr_robin mr_robin is offline
Cái Thế Ma Nhân
 
Tham gia: May 2008
Äến từ: SG
Bài gởi: 37
Thá»i gian online: 7 giá» 22 phút 5 giây
Xu: 0
Thanks: 1
Thanked 0 Times in 0 Posts
Chương 3: Vũ trụ giãn nở
Nếu ta nhìn lên bầu trá»i vào những đêm quang đãng, không trăng, những vật sáng nhất mà chúng ta nhìn thấy có lẽ là các hành tinh: sao Kim, sao Há»a, sao Má»™c và sao Thổ. CÅ©ng có rất nhiá»u các ngôi sao tÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° mặt trá»i của chúng ta nhÆ°ng ở rất xa. Má»™t số những ngôi sao cố định đó, thá»±c tế, lại dÆ°á»ng nhÆ° thay đổi - dù là rất ít - vị trí tÆ°Æ¡ng đối của chúng vá»›i nhau khi trái đất quay xung quanh mặt trá»i: chúng hoàn toàn không phải là cố định! Sở dÄ© có Ä‘iá»u này là do chúng tÆ°Æ¡ng đối ở gần chúng ta. Khi trái đất quanh xung quanh mặt trá»i, từ những vị trí khác nhau chúng ta thấy chúng trên ná»n của những ngôi sao ở xa hÆ¡n. Äó là má»™t Ä‘iá»u may mắn, vì nó cho phép chúng ta Ä‘o được má»™t cách trá»±c tiếp khoảng cách từ những ngôi sao đó đến chúng ta: chúng càng ở gần thì càng có vẻ di chuyển nhiá»u hÆ¡n.

Ngôi sao gần chúng ta nhất là sao Proxima của chòm sao Nhân Mã được tìm thấy cách chúng ta khoảng 4 năm ánh sáng (nghÄ©a là ánh sáng từ nó phải mất 4 năm má»›i tá»›i được trái đất), hay khoảng hai mÆ°Æ¡i ba triệu triệu dặm. Äa số các ngôi sao khác thấy được bằng mắt thÆ°á»ng nằm cách chúng ta trong khoảng vài trăm năm ánh sáng. Äể so sánh, bạn cần biết rằng mặt trá»i chỉ cách chúng ta có 8 phút ánh sáng! Những ngôi sao thấy được dÆ°á»ng nhÆ° nằm rải rắc trên toàn bá»™ bầu trá»i đêm, nhÆ°ng chúng đặc biệt tập trung trong má»™t dải mà ngÆ°á»i ta gá»i là dải Ngân hà (Milky Way). Rất lâu vá» trÆ°á»›c, vào khoảng năm 1750, Ä‘a số các nhà thiên văn cho rằng sá»± xuất hiện của dải Ngân hà có thể giải thích được nếu phần lá»›n các sao nhìn thấy nằm trong má»™t cấu hình Ä‘Ä©a duy nhất - má»™t ví dụ vá» cái mà hiện nay chúng ta gá»i là thiên hà xoắn ốc. Phải mấy chục năm sau, nhà thiên văn William Herschel má»›i khẳng định được ý tưởng đó của mình bằng cách cần mẫn lập má»™t bá»™ sÆ°u tập vá» vị trí và khoảng cách của má»™t số rất lá»›n các ngôi sao. Thậm chí nhÆ° thế, những ý tưởng này chỉ được chấp nhận hoàn toàn vào đầu thế ká»· này.

Bức tranh hiện đại vá» vÅ© trụ khởi đầu chỉ má»›i vào năm 1924, khi nhà thiên văn ngÆ°á»i Mỹ Edwin Hubble chứng tỠđược rằng thiên hà của chúng ta không phải là thiên hà duy nhất. Thá»±c tế còn có nhiá»u thiên hà khác và giữa chúng là những khoảng không gian trống rá»—ng rá»™ng lá»›n. Äể chứng minh Ä‘iá»u này, ông đã phải xác định khoảng cách đến các thiên hà khác đó. Những thiên hà này ở quá xa chúng ta, nên không giống những ngôi sao gần, chúng dÆ°á»ng nhÆ° thá»±c sá»± cố định. Do đó Hubble buá»™c phải sá»­ dụng các phÆ°Æ¡ng pháp gián tiếp để Ä‘o khoảng cách. NgÆ°á»i ta biết rằng Ä‘á»™ chói biểu kiến của các ngôi sao phụ thuá»™c vào hai yếu tố: ánh sáng nó phát ra bao nhiêu (tức Ä‘á»™ trÆ°ng của nó) và nó ở xa chúng ta tá»›i mức nào. Äối vá»›i những ngôi sao ở gần, chúng ta có thể Ä‘o được cả Ä‘á»™ chói biểu kiến lẫn khoảng cách của chúng và nhÆ° vậy chúng ta có thể tính được cả Ä‘á»™ trÆ°ng của chúng. Ngược lại nếu chúng ta biết được Ä‘á»™ trÆ°ng của các ngôi sao ở các thiên hà khác chúng ta có thể tính được khoảng cách bằng cách Ä‘o Ä‘á»™ chói biển kiến của chúng. Hubble thấy rằng có má»™t số loại sao luôn luôn có cùng Ä‘á»™ trÆ°ng khi chúng ở đủ gần để ta có thể Ä‘o được, do đó ông rút ra kết luận rằng nếu ta tìm thấy những ngôi sao loại đó ở các thiên hà khác thì chúng ta có thể xem rằng chúng cÅ©ng có cùng Ä‘á»™ trÆ°ng - và nhÆ° vậy có thể tính được khoảng cách đến thiên hà đó. Nếu chúng ta có thể làm Ä‘iá»u đó cho nhiá»u ngôi sao trong cùng má»™t thiên hà mà kết quả tính toán Ä‘á»u cho má»™t khoảng cách nhÆ° nhau thì hoàn toàn có thể tin được vào đánh giá của chúng ta.

Theo cách đó Edwin Hubble đã xác định được khoảng cách đến 9 thiên hà khác nhau. Bây giá» thì chúng ta biết rằng thiên hà của chúng ta chỉ là má»™t trong số vài trăm ngàn triệu thiên hà có thể nhìn thấy được bằng các kính thiên văn hiện đại, má»—i má»™t thiên hà lại gồm khoảng vài trăm ngàn triệu ngôi sao. Hình 3.1. là ảnh của má»™t thiên hà xoắn ốc mà chúng ta nghÄ© rằng thiên hà của chúng ta sẽ được nhìn giống nhÆ° thế dÆ°á»›i con mắt của ngÆ°á»i sống ở má»™t thiên hà khác. Chúng ta sống trong má»™t thiên hà có bá» ngang rá»™ng chừng má»™t trăm ngàn năm ánh sáng và quay chậm; các ngôi sao nằm trong các nhánh xoắn của thiên hà quay xung quanh tâm của nó vá»›i vận tốc góc má»™t vòng trong hai trăm triệu năm. Mặt trá»i của chúng ta cÅ©ng chỉ là má»™t ngôi sao bình thÆ°á»ng màu vàng, có kích thÆ°á»›c trung bình và nằm ở mép trong của má»™t nhánh xoắn ốc. Kể từ thá»i Aristotle và Ptolemy, thá»i mà chúng ta nghÄ© rằng trái đất là trung tâm của vÅ© trụ, cho tá»›i ngày nay, - quả thật chúng ta đã Ä‘i được má»™t chặng Ä‘Æ°á»ng rất dài.

Những ngôi sao ở xa chúng ta đến ná»—i, đối vá»›i chúng ta, chúng chỉ là những chấm sáng nhợt nhạt. Chúng ta không thể thấy được kích thÆ°á»›c cÅ©ng nhÆ° hình dạng của chúng. Vậy thì bằng cách nào ta có thể nói vá» các loại sao riêng biệt khác nhau? Äối vá»›i đại Ä‘a số các ngôi sao, chỉ có má»™t nét đặc trÆ°ng mà chúng ta quan sát được - đó là mầu ánh sáng của chúng. Newton đã phát hiện ra rằng nếu ánh sáng mặt trá»i Ä‘i qua má»™t lăng kính nó sẽ tách thành các màu thành phần (còn gá»i là quang phổ của nó) nhÆ° màu của cầu vồng. Bằng cách hÆ°á»›ng kính thiên văn vào má»™t ngôi sao riêng lẻ hay má»™t thiên hà ngÆ°á»i ta có thể quan sát má»™t cách tÆ°Æ¡ng tá»± quang phổ của ánh sáng từ ngôi sao hay thiên hà đó. Những ngôi sao khác nhau có quang phổ khác nhau, nhÆ°ng Ä‘á»™ chói tÆ°Æ¡ng đối của các màu khác nhau luôn luôn chính xác hệt nhÆ° ngÆ°á»i ta mong đợi tìm thấy trong ánh sáng của những vật phát sáng nóng Ä‘á». (Thá»±c tế, ánh sáng được phát ra bởi má»™t vật không trong suốt nóng Ä‘á» có phổ đặc trÆ°ng chỉ phụ thuá»™c vào nhiệt Ä‘á»™ của nó - quang phổ nhiệt. Äiá»u này có nghÄ©a là chúng ta có thể biết nhiệt Ä‘á»™ của ngôi sao từ quang phổ ánh sáng của nó). HÆ¡n nữa, chúng ta còn tìm thấy rằng má»™t số màu rất xác định không có mặt trong quang phổ của ngôi sao, và những màu vắng mặt đó khác nhau đối vá»›i những ngôi sao khác nhau. Vì chúng ta biết rằng má»—i nguyên tố hóa há»c hấp thụ má»™t tập hợp đặc trÆ°ng những màu rất xác định, nên bằng cách đối chiếu những màu này vá»›i những màu vắng mặt trong quang phổ của má»™t ngôi sao, chúng ta có thể xác định được chính xác những nguyên tố nào có mặt trong khí quyển của ngôi sao đó.

Trong những năm 1920, khi các nhà thiên văn bắt đầu quan sát quang phổ của các ngôi sao thuá»™c những thiên hà khác, hỠđã tìm thấy má»™t Ä‘iá»u rất đặc biệt: có những tập hợp đặc trÆ°ng các màu vắng mặt giống hệt nhÆ° đối vá»›i những ngôi sao trong thiên hà chúng ta, nhÆ°ng chúng bị dịch Ä‘i cùng má»™t lượng tÆ°Æ¡ng đối vá» phía Ä‘á» của quang phổ. Äể hiểu được ý nghÄ©a của Ä‘iá»u này, chúng ta trÆ°á»›c hết cần phải tìm hiểu vá» hiệu ứng Doppler. NhÆ° chúng ta đã thấy, ánh sáng thấy được gồm những thăng giáng, hay những sóng, trong trÆ°á»ng Ä‘iện từ. Tần số (hay số sóng trong má»™t giây) của ánh sáng là rất cao, trài dài từ bốn đến bảy trăm triệu triệu sóng trong má»™t giây. Các tần số khác nhau của ánh sáng được mắt ngÆ°á»i nhìn thấy nhÆ° những màu khác nhau. Những ánh sáng có tần số thấp nhất nằm ở phía Ä‘á» của quang phổ và những ánh sáng có tần số cao nhất nằm ở phía tím của nó. Bây giá» chúng ta hãy hình dung má»™t nguồn sáng ở cách chúng ta má»™t khoảng không đổi, tá»· nhÆ° má»™t ngôi sao, và phát sóng ánh sáng có tần số không đổi. Rõ ràng là tần số của các sóng mà chúng ta nhận được cÅ©ng chính là tần số mà chúng đã được nguồn phát ra. (TrÆ°á»ng hấp dẫn của thiên hà chÆ°a đủ mạnh để gây ra hiệu ứng đáng kể). Bây giá» giả thá»­ rằng nguồn sóng bắt đầu chuyển Ä‘á»™ng hÆ°á»›ng vá» phía chúng ta. Khi nguồn phát má»™t đỉnh sóng tiếp theo thì nó ở gần chúng ta hÆ¡n, vì vậy thá»i gian để đỉnh sóng đó tá»›i được chúng ta sẽ ít hÆ¡n so vá»›i khi nguồn sóng đứng yên. Äiá»u này có nghÄ©a là thá»i gian giữa hai đỉnh sóng tá»›i chúng ta là nhá» hÆ¡n và do đó số sóng mà chúng ta nhận được trong má»™t giây (tức là tần số) sẽ lá»›n hÆ¡n so vá»›i khi nguồn sóng đứng im. TÆ°Æ¡ng ứng, nếu nguồn sóng Ä‘i ra xa chúng ta thì tần số mà chúng ta nhận được sẽ thấp hÆ¡n. Do đó, trong trÆ°á»ng hợp ánh sáng Ä‘iá»u này có nghÄ©a là những ngôi sao chuyển Ä‘á»™ng ra xa chúng ta sẽ có quang phổ dịch vá» phía Ä‘á» của quang phổ (hiện tượng dịch vá» phía Ä‘á») và những ngôi sao chuyển Ä‘á»™ng vá» phía chúng ta sẽ có quang phổ dịch vá» phía tím. Mối quan hệ này giữa tần số và vận tốc - được gá»i là hiệu ứng Doppler - là má»™t kinh nghiệm hàng ngày. Hãy lắng nghe má»™t chiếc xe ô tô chạy trên Ä‘Æ°á»ng: khi chiếc xe tiến lại gần, tiếng Ä‘á»™ng cÆ¡ của nó nghe bổng hÆ¡n (tức là tần số sóng âm cao hÆ¡n), còn khi nó Ä‘i ra xa âm của nó nghe trầm hÆ¡n. Äối vá»›i các sóng vô tuyến cÅ©ng tÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° vậy. Thá»±c tế cảnh sát đã dùng hiệu ứng Doppler để xác định vận tốc của các xe ô tô bằng cách Ä‘o tần số của các xung sóng vô tuyến phản xạ từ các xe đó.

Sau khi chứng minh được sá»± tồn tại của các thiên hà khác, trong những năm tiếp sau, Hubble đã dành nhiá»u thá»i gian để lập má»™t kho dữ liệu vá» khoảng cách giữa các thiên hà và quan sát quang phổ của các thiên hà đó. Vào thá»i gian ấy, nhiá»u ngÆ°á»i nhÄ© rằng các thiên hà chuyển Ä‘á»™ng hoàn toàn ngẫu nhiên, cho nên há» chỠđợi tìm thấy những quang phổ dịch vá» phía tím cÅ©ng nhiá»u nhÆ° những quang phổ dịch vá» phía Ä‘á». Do đó, ngÆ°á»i ta hết sức ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng Ä‘a số các thiên hà Ä‘á»u có quang phổ dịch vá» phía Ä‘á»: nghÄ©a là gần nhÆ° tất cả chúng Ä‘ang chuyển Ä‘á»™ng ra xa chúng ta! Äiá»u còn ngạc nhiên hÆ¡n nữa là phát hiện mà Hubble công bố năm 1929: thậm chí Ä‘á»™ dịch vá» phía Ä‘á» của thiên hà cÅ©ng không phải là ngẫu nhiên, mà nó tá»· lệ thuận vá»›i khoảng cách giữa thiên hà đó và chúng ta. Hoặc nói má»™t cách khác, thiên hà càng ở xa thì nó chuyển Ä‘á»™ng ra xa càng nhanh! Có nghÄ©a là vÅ© trụ không phải là tÄ©nh nhÆ° trÆ°á»›c kia ngÆ°á»i ta vẫn tưởng, mà nó thá»±c tế Ä‘ang giãn nở, khoảng cách giữa các thiên hà ngày càng tăng lên theo thá»i gian.

Phát minh vÅ© trụ Ä‘ang giãn nở là má»™t trong những cuá»™c cách mạng trí tuệ vÄ© đại của thế ká»· 20. Vá»›i nhận thức muá»™n màng, thì việc chỉ ngạc nhiên mà tá»± há»i tại sao trÆ°á»›c kia không ai nghÄ© tá»›i Ä‘iá»u đó là chuyện quá dá»… dàng. Newton và những ngÆ°á»i khác lẽ ra phải thấy rằng vÅ© trụ tÄ©nh sá»›m hay muá»™n rồi cÅ©ng sẽ co lại dÆ°á»›i ảnh hưởng của hấp dẫn. NhÆ°ng bây giá», ta hãy cứ giả thá»­ rằng vÅ© trụ Ä‘ang giãn nở. Nếu nó giãn nở đủ chậm, thì lá»±c hấp dẫn sẽ làm cho nó cuối cùng sẽ ngừng giãn nở và sau đó sẽ bắt đầu co lại. Tuy nhiên, nếu vÅ© trụ giãn nở vá»›i vận tốc nhanh hÆ¡n má»™t vận tốc giá»›i hạn nào đó, thì lá»±c hấp dẫn sẽ không bao giỠđủ mạnh để làm dừng nó lại và vÅ© trụ sẽ tiếp tục giãn nở mãi mãi. Äiá»u này cÅ©ng hÆ¡i giống nhÆ° khi ngÆ°á»i ta phóng má»™t tên lá»­a lên không trung từ mặt đất. Nếu nó có vận tốc nhá» thì lá»±c hấp dẫn cuối cùng sẽ làm nó dừng lại và bắt đầu rÆ¡i xuống. Ngược lại, nếu tên lá»­a có vận tốc lá»›n hÆ¡n má»™t vận tốc tá»›i hạn nào đó (khoảng bảy dặm trong má»™t giây), thì lá»±c hấp dẫn sẽ không còn đủ mạnh để kéo nó lại nữa, và nó sẽ tiếp tục rá»i xa trái đất mãi mãi.

Tính chất đó của vÅ© trụ lẽ ra có thể hoàn toàn được tiên Ä‘oán từ lý thuyết hấp dẫn của Newton ở bất kỳ thá»i Ä‘iểm nào của thế ká»· 19, 18, thậm chí ở cuối thế ká»· 16. NhÆ°ng vì niá»m tin vào vÅ© trụ tÄ©nh quá mạnh tá»›i mức nó vẫn còn dai dẳng cho tá»›i đầu thế ká»· 20. Thậm chí ngay cả Einstein, khi xây dá»±ng thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng vào năm 1915, cÅ©ng Ä‘inh ninh rằng vÅ© trụ cần phải là tÄ©nh. Vì thế ông đã phải sá»­a đổi lý thuyết của mình để Ä‘iá»u đó có thể xảy ra, bằng cách Ä‘Æ°a vào những phÆ°Æ¡ng trình của mình cái được gá»i là "hằng số vÅ© trụ". Einstein đã Ä‘Æ°a vào má»™t lá»±c “phản hấp dẫn†má»›i, mà không giống nhÆ° những lá»±c khác, nó không có xuất xứ từ má»™t nguồn đặc biệt nào, mà được tạo dá»±ng ngay trong cấu trúc của không-thá»i gian. Ông đặt ra yêu cầu là không-thá»i gian có xu hÆ°á»›ng ná»™i tại là nở ra, và Ä‘iá»u đó là để cân bằng chính xác vá»›i lá»±c hút của toàn bá»™ vật chất trong vÅ© trụ, sao cho kết quả thu được là má»™t vÅ© trụ tÄ©nh. DÆ°á»ng nhÆ° chỉ có má»™t ngÆ°á»i muốn chấp nhận thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng ở dạng ban đầu của nó, đó là nhà vật lý và toán há»c ngÆ°á»i Nga Alexander Friedmann. Và trong khi Einstein và các nhà vật lý khác tìm má»i cách để lảng tránh sá»± tiên Ä‘oán vá» má»™t vÅ© trụ không tÄ©nh, thì Friedmann đã chấp nhận và bắt tay vào giải thích nó.

Friedmann đã Ä‘Æ°a ra hai giả thiết rất Ä‘Æ¡n giản vá» vÅ© trụ: đó là vÅ© trụ đồng nhất theo má»i hÆ°á»›ng mà chúng ta quan sát, và Ä‘iá»u này cÅ©ng đúng vá»›i bất kỳ vị trí quan sát nào. Chỉ từ hai ý tưởng đó, Friedmann đã chứng tỠđược rằng chúng ta không thể chỠđợi vÅ© trụ chỉ là tÄ©nh. Thá»±c tế, vào năm 1922, ít năm trÆ°á»›c phát minh của Hubble, Friedmann đã tiên Ä‘oán chính xác Ä‘iá»u mà Hubble tìm ra!

Giả thiết cho rằng vÅ© trụ nhìn y hệt nhau theo má»i hÆ°á»›ng rõ ràng là không đúng vá»›i thá»±c tế. Ví dụ, nhÆ° chúng ta đã thấy, những ngôi sao khác trong thiên hà chúng ta tạo nên má»™t dải sáng nổi bật trên ná»n trá»i đêm, tức là dải Ngân hà. NhÆ°ng nếu chúng ta quan sát những thiên hà ở xa thì số lượng của chúng tÆ°Æ¡ng đối giống nhau. NhÆ° vậy, vỠđại thể thì vÅ© trụ có thể xem là nhÆ° nhau theo má»i hÆ°á»›ng, vá»›i Ä‘iá»u kiện là ta phải nhìn nó ở qui mô lá»›n so vá»›i kích thÆ°á»›c giữa các thiên hà, và bá» qua những sai khác ở qui mô nhá». Trong má»™t thá»i gian dài, Ä‘iá»u này đã đủ biện minh cho giả thiết của Friedmann nhÆ° má»™t phép gần đúng thô đối vá»›i vÅ© trụ thá»±c. NhÆ°ng gần đây hÆ¡n, má»™t sá»± tình cá» may mắn đã chỉ ra rằng giả thiết của Friedmann thá»±c tế là sá»± mô tả khá chính xác vÅ© trụ của chúng ta.

Năm 1965, hai nhà vật lý Mỹ làm việc ở phòng thí nghiệm của hãng Bell Telephone ở New Jersey là Arno Penzias và Robert Wilson Ä‘ang tiến hành trắc nghiệm má»™t máy dò sóng cá»±c ngắn rất nhạy. (Sóng cá»±c ngắn cÅ©ng giống nhÆ° ánh sáng nhÆ°ng vá»›i tần số chỉ cỡ 10 ngàn triệu sóng trong 1 giây). Penzias và Wilson rất băn khoăn khi há» phát hiện ra rằng máy dò của hỠđã ghi được quá nhiá»u tiếng ồn hÆ¡n mức cần thiết. Tiếng ồn này dÆ°á»ng nhÆ° không đến theo má»™t phÆ°Æ¡ng đặc biệt nào. Äầu tiên há» phát hiện có phân chim trong máy, sau đó hỠđã kiểm tra má»i khả năng có thể há»ng hóc, nhÆ°ng tất cả Ä‘á»u bị loại trừ. Há» cÅ©ng biết rằng má»i loại tiếng ồn bên trong bầu khí quyển sẽ mạnh hÆ¡n khi máy dò không hÆ°á»›ng theo phÆ°Æ¡ng thẳng đứng, bởi vì các tia sáng truyá»n trong khí quyển sẽ thu được ở gần Ä‘Æ°á»ng chân trá»i nhiá»u hÆ¡n là trên đỉnh đầu. NhÆ°ng tiếng ồn thái quá ở đây lại nhÆ° nhau theo má»i phÆ°Æ¡ng mà há» hÆ°á»›ng đầu dò tá»›i và nhÆ° vậy nó phải tá»›i từ bên ngoài khí quyển. Tiếng ồn này cÅ©ng nhÆ° nhau cả ngày lẫn đêm trong suốt cả năm bất kể trái đất vẫn quay quanh trục của nó và quay quanh mặt trá»i. Äiá»u này chứng tá» bức xạ phải tá»›i từ bên ngoài hệ mặt trá»i, thậm chí từ ngoài cả thiên hà chúng ta, vì nếu không nó sẽ thay đổi khi chuyển Ä‘á»™ng của trái đất làm cho máy dò hÆ°á»›ng theo những hÆ°á»›ng khác nhau. Thá»±c tế, chúng ta biết rằng bức xạ đó tá»›i được chúng ta đã phải Ä‘i qua phần lá»›n vùng vÅ© trụ quan sát được và vì nó nhÆ° nhau theo các phÆ°Æ¡ng khác nhau nên vÅ© trụ cÅ©ng cần phải nhÆ° nhau theo má»i phÆ°Æ¡ng, nếu chỉ xét trên qui mô lá»›n. Bây giá» thì chúng ta đã biết rằng bất kể nhìn theo phÆ°Æ¡ng nào, thì tiếng ồn đó cÅ©ng chỉ biến thiên không bao giá» vượt quá má»™t phần vạn. NhÆ° vậy, Penzias và Wilson hoàn toàn tình cỠđã phát hiện được má»™t bằng chứng khá chính xác khẳng định giả thiết thứ nhất của Friedmann.

Gần khoảng thá»i gian đó, hai nhà vật lý Mỹ ở gần Äại há»c Princeton là Bod Dicke và Jim Peebles cÅ©ng Ä‘ang quan tâm tá»›i các sóng cá»±c ngắn. Há» Ä‘ang làm việc theo má»™t Ä‘á» xuất của George Gamow (ngÆ°á»i đã má»™t thá»i là sinh viên của Alexander Friedmann) cho rằng vÅ© trụ ở thá»i kỳ đầu phải rất nóng và đặc, đồng thá»i phát sáng nóng, trắng. Dicke và Peebles lý luận rằng chúng ta hiện nay vẫn còn có thể thấy được ánh sáng chói lá»i đó của vÅ© trụ ở thá»i kỳ đầu, bởi vì ánh sáng từ những phần rất xa của vÅ© trụ chỉ bây giá» má»›i đến được chá»— chúng ta. Tuy nhiên, sá»± giãn nở của vÅ© trụ có nghÄ©a là ánh sáng Ä‘á» phải dịch rất mạnh vá» phía Ä‘á» khiến cho bây giá» chúng ta thấy nó dÆ°á»›i dạng bức xạ viba (sóng cá»±c ngắn). Dicke và Peebles Ä‘ang chuẩn bị tìm kiếm bức xạ đó thì Penzias và Wilson nghe nói vá» công trình của há» và hai ông hiểu ngay rằng mình đã phát hiện được chính bức xạ đó. Vì thế mà Penzias và Wilson đã được trao giải thưởng Nobel vá» vật lý năm 1978 (má»™t Ä‘iá»u hÆ¡i chua chát đối vá»›i Dicke và Peebles, ấy là chÆ°a nói tá»›i Gamow!).

GiỠđây thoạt nhìn thì toàn bá»™ bằng chứng đó - bằng chứng xác nhận rằng vÅ© trụ nhìn nhÆ° nhau theo bất kỳ hÆ°á»›ng nào mà chúng ta quan sát - có thể dẫn đến ý nghÄ© cho rằng có má»™t cái gì đó đặc biệt vá» vị trí của chúng ta trong vÅ© trụ. Äặc biệt, có thể nghÄ© rằng nếu chúng ta quan sát thấy tất cả các thiên hà khác Ä‘ang chuyển Ä‘á»™ng ra xa chúng ta, thì chúng ta cần phải ở trung tâm của vÅ© trụ. Tuy nhiên, cÅ©ng có má»™t cách giải thích khác: vÅ© trụ cÅ©ng phải nhÆ° nhau theo má»i hÆ°á»›ng khi nó được quan sát từ bất kỳ má»™t thiên hà nào khác. NhÆ°ng, nhÆ° chúng ta đã thấy, đó chính là giả thiết thứ hai của Friedmann. Hiện chúng ta chÆ°a có bằng chứng khoa há»c để khẳng định hay bác bá» giả thiết đó. Chúng ta tin nó chỉ trên cÆ¡ sở của sá»± khiêm tốn: sẽ là quá nổi bật nếu vÅ© trụ là nhÆ° nhau theo má»i phÆ°Æ¡ng xung quanh chúng ta, nhÆ°ng lại không nhÆ° thế xung quanh các Ä‘iểm khác trong vÅ© trụ. Trong mô hình của Friedmann tất cả các thiên hà Ä‘á»u chuyển Ä‘á»™ng ra xa nhau. Tình huống này khá giống má»™t quả bóng bay, trên mặt có vẽ nhiá»u chấm màu, Ä‘ang được thổi căng lên từ từ. Khi quả bóng căng lên, khoảng cách giữa các chấm màu tăng lên, nhÆ°ng không thể nói chấm màu nào là trung tâm của sá»± giãn nở đó. HÆ¡n nữa các chấm càng xa nhau thì chúng chuyển Ä‘á»™ng ra xa nhau càng nhanh. TÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° vậy, trong mô hình của Friedmann vận tốc mà hai thiên hà chuyển Ä‘á»™ng ra xa nhau tá»· lệ vá»›i những khoảng cách giữa chúng. NhÆ° vậy, mô hình này tiên Ä‘oán rằng má»i sá»± dịch vá» phía Ä‘á» của má»™t thiên hà tá»· lệ thuận vá»›i khoảng cách từ nó đến chúng ta, đúng nhÆ° Hubble đã phát hiện. Mặc dù thành công của mô hình và tiên Ä‘oán của nó vá» những quan sát của Hubble, nhÆ°ng công trình của Friedmann ít được biết tá»›i, cho tá»›i khi những mô hình tÆ°Æ¡ng tá»± được phát minh bởi nhà vật lý Mỹ Howard Robertson và nhà toán há»c Anh Arthur Walker, để giải thích phát hiện của Hubble vá» sá»± giãn nở Ä‘á»u của vÅ© trụ.
Tài sản của mr_robin

Trả Lá»i Vá»›i Trích Dẫn
  #5  
Old 24-08-2008, 09:11 AM
mr_robin's Avatar
mr_robin mr_robin is offline
Cái Thế Ma Nhân
 
Tham gia: May 2008
Äến từ: SG
Bài gởi: 37
Thá»i gian online: 7 giá» 22 phút 5 giây
Xu: 0
Thanks: 1
Thanked 0 Times in 0 Posts
Chương 4: Nguyên lý bất định
Thành công của nhiá»u lý thuyết khoa há»c mà đặc biệt là lý thuyết hấp dẫn của Newton đã Ä‘Æ°a nhà khoa há»c Pháp, hầu tÆ°á»›c Laplace, vào thế ká»· 19 tá»›i lập luận rằng vÅ© trụ là hoàn toàn tất định. Ông cho rằng có má»™t tập hợp các định luật khoa há»c cho phép chúng ta tiên Ä‘oán được má»i chuyện xảy ra trong vÅ© trụ, miá»…n là chúng ta phải biết được trạng thái đầy đủ của vÅ© trụ ở má»™t thá»i Ä‘iểm. Ví dụ, nếu chúng ta biết vị trí và vận tốc của mặt trá»i và các hành tinh ở má»™t thá»i Ä‘iểm, thì chúng ta có thể dùng các định luật Newton tính được trạng thái của hệ mặt trá»i ở bất kể thá»i Ä‘iểm nào khác. Quyết định luận dÆ°á»ng nhÆ° khá hiển nhiên trong trÆ°á»ng hợp này, nhÆ°ng Laplace còn Ä‘i xa hÆ¡n nữa, ông cho rằng có những qui luật tÆ°Æ¡ng tá»± Ä‘iá»u khiển má»i thứ khác nữa, kể cả hành vi của con ngÆ°á»i.

Há»c thuyết vá» quyết định luận khoa há»c đã bị chống đối rất mạnh bởi nhiá»u ngÆ°á»i, những ngÆ°á»i cảm thấy rằng nó xâm phạm đến sá»± tá»± do can thiệp của Chúa vào thế giá»›i này, nhÆ°ng nó vẫn còn má»™t sứ mạng vá»›i tính cách là tiêu chuẩn của khoa há»c cho tá»›i tận đầu thế ká»· này. Má»™t trong những chỉ dẫn đầu tiên cho thấy niá»m tin đó cần phải vứt bá» là khi những tính toán của hai nhà khoa há»c Anh, huân tÆ°á»›c Rayleigh và ngài James Jeans, cho kết quả là: má»™t đối tượng hay vật thể nóng, chẳng hạn má»™t ngôi sao, cần phải phát xạ năng lượng vá»›i tốc Ä‘á»™ vô hạn. Theo những định luật mà ngÆ°á»i ta tin là đúng ở thá»i gian đó thì má»™t vật thể nóng cần phải phát ra các sóng Ä‘iện từ (nhÆ° sóng vô tuyến, ánh sáng thấy được, hoặc tia X) nhÆ° nhau ở má»i tần số. Ví dụ, má»™t vật thể nóng cần phải phát xạ má»™t lượng năng lượng nhÆ° nhau trong các sóng có tần số nằm giữa má»™t và hai triệu triệu sóng má»™t giây cÅ©ng nhÆ° trong các sóng có tần số nằm giữa hai và ba triệu triệu sóng má»™t giây. Và vì số sóng trong má»™t giây là không có giá»›i hạn, nên Ä‘iá»u này có nghÄ©a là tổng năng lượng phát ra là vô hạn.

Äể tránh cái kết quả rõ ràng là vô lý này, nhà khoa há»c ngÆ°á»i Äức Max Planck vào năm 1900 đã cho rằng ánh sáng, tia X và các sóng khác không thể được phát xạ vá»›i má»™t tốc Ä‘á»™ tùy ý, mà thành từng phần nhất định mà ông gá»i là lượng tá»­. HÆ¡n nữa, má»—i má»™t lượng tá»­ lại có má»™t lượng năng lượng nhất định, năng lượng này càng lá»›n nếu tần số của sóng càng cao, vì vậy ở tần số đủ cao, sá»± phát xạ chỉ má»™t lượng tá»­ thôi cÅ©ng có thể đòi há»i má»™t năng lượng lá»›n hÆ¡n năng lượng vốn có của vật. NhÆ° vậy sá»± phát xạ ở tần số cao phải được rút bá»›t Ä‘i, khi đó tốc Ä‘á»™ mất năng lượng của vật má»›i còn là hữu hạn.

Giả thuyết lượng tá»­ đã giải thích rất tốt tốc Ä‘á»™ phát xạ của các vật nóng, nhÆ°ng những ngụ ý của nó đối vá»›i quyết định luận thì mãi tá»›i tận năm 1926, khi má»™t nhà khoa há»c Äức khác là Werner Heisenberg phát biểu nguyên lý bất định nổi tiếng của mình, thì ngÆ°á»i ta má»›i nhận thức được. Äể tiên Ä‘oán vị trí và vận tốc trong tÆ°Æ¡ng lai của má»™t hạt, ngÆ°á»i ta cần phải Ä‘o vị trí và vận tốc hiện thá»i của nó má»™t cách chính xác. Má»™t cách hiển nhiên để làm việc này là chiếu ánh sáng lên hạt. Má»™t số sóng ánh sáng bị tán xạ bởi hạt và Ä‘iá»u đó sẽ chỉ vị trí của nó. Tuy nhiên, ngÆ°á»i ta không thể xác định vị trí của hạt chính xác hÆ¡n khoảng cách giữa hai đỉnh sóng của ánh sáng, vì vậy ngÆ°á»i ta phải dùng ánh sáng có bÆ°á»›c sóng ngắn để Ä‘o chính xác vị trí của hạt. NhÆ°ng theo giả thuyết lượng tá»­ của Planck, ngÆ°á»i ta không thể dùng má»™t lượng ánh sáng nhá» tùy ý được, mà phải dùng ít nhất má»™t lượng tá»­. Lượng tá»­ này sẽ làm nhiá»…u Ä‘á»™ng hạt và làm thay đổi vận tốc của hạt má»™t cách không thể tiên Ä‘oán được. HÆ¡n nữa, càng Ä‘o chính xác vị trí của hạt, thì phải cần dùng ánh sáng có bÆ°á»›c càng ngắn, nghÄ©a là năng lượng của má»™t lượng tá»­ càng cao. Và vì thế vận tốc của hạt sẽ bị nhiá»…u Ä‘á»™ng má»™t lượng càng lá»›n. Nói má»™t cách khác, bạn càng cố gắng Ä‘o vị trí của hạt chính xác bao nhiêu thì bạn sẽ Ä‘o được vận tốc của nó kém chính xác bấy nhiêu, và ngược lại. Heisenberg đã chứng tỠđược rằng Ä‘á»™ bất định vá» vị trí của hạt nhân vá»›i Ä‘á»™ bất định vá» vận tốc của nó nhân vá»›i khối lượng của hạt không bao giá» nhá» hÆ¡n má»™t lượng xác định - lượng đó là hằng số Planck. HÆ¡n nữa, giá»›i hạn này không phụ thuá»™c vào cách Ä‘o vị trí và vận tốc của hạt hoặc vào loại hạt: nguyên lý bất định của Heisenberg là má»™t tính chất căn bản không thể tránh khá»i của thế giá»›i.

Nguyên lý bất định có những ngụ ý sâu sắc đối vá»›i cách mà chúng ta nhìn nhận thế giá»›i. Thậm chí sau hÆ¡n 50 năm chúng vẫn chÆ°a được nhiá»u nhà triết há»c đánh giá đầy đủ và vẫn còn là Ä‘á» tài của nhiá»u cuá»™c tranh luận. Nguyên lý bất định đã phát tín hiệu vá» sá»± cáo chung cho giấc mÆ¡ của Laplace vá» má»™t lý thuyết khoa há»c, má»™t mô hình của vÅ© trụ hoàn toàn có tính chất tất định: ngÆ°á»i ta chắc chắn không thể tiên Ä‘oán những sá»± kiện tÆ°Æ¡ng lai má»™t cách chính xác nếu nhÆ° ngÆ°á»i ta không thể dù chỉ là Ä‘o trạng thái hiện thá»i của vÅ© trụ má»™t cách chính xác! Chúng ta vẫn còn có thể cho rằng có má»™t tập hợp các định luật hoàn toàn quyết định các sá»± kiện dành riêng cho má»™t đấng siêu nhiên nào đó, ngÆ°á»i có thể quan sát trạng thái hiện thá»i của vÅ© trụ mà không làm nhiá»…u Ä‘á»™ng nó. Tuy nhiên, những mô hình nhÆ° thế không lợi lá»™c bao nhiêu đối vá»›i những ngÆ°á»i trần thế chúng ta. Tốt hÆ¡n là hãy sá»­ dụng nguyên lý tiết kiệm được biết nhÆ° lưỡi dao cạo của Occam và cắt bá» Ä‘i tất cả những nét đặc biệt của lý thuyết mà ta không thể quan sát được. Cách tiếp cận này đã dẫn Heisenberg, Edwin Schrodinger và Paul Dirac vào những năm 20 xây dá»±ng lại cÆ¡ há»c trên cÆ¡ sở của nguyên lý bất định thành má»™t lý thuyết má»›i gá»i là cÆ¡ há»c lượng tá»­. Trong lý thuyết này, các hạt không có vị trí, không có vận tốc tách bạch và không hoàn toàn xác định. Thay vì thế chúng có má»™t trạng thái lượng tá»­ là tổ hợp của vị trí và vận tốc.

Nói chung, cÆ¡ há»c lượng tá»­ không tiên Ä‘oán má»™t kết quả xác định duy nhất cho má»™t quan sát. Thay vì thế, nó tiên Ä‘oán má»™t số kết cục khả dÄ© khác nhau và nói cho chúng ta biết má»—i má»™t kết cục đó là nhÆ° thế nào. NghÄ©a là, nếu ta tiến hành cùng má»™t phép Ä‘o trên má»™t số lá»›n các hệ tÆ°Æ¡ng tá»± nhau, má»—i má»™t hệ Ä‘á»u khởi phát má»™t cách hệt nhÆ° nhau, thì ta sẽ thấy rằng kết quả của phép Ä‘o có thể là A trong má»™t số trÆ°á»ng hợp, là B trong má»™t số trÆ°á»ng hợp khác...NgÆ°á»i ta có thể tiên Ä‘oán được gần đúng số lần xuất hiện A hoặc B, nhÆ°ng ngÆ°á»i ta không thể tiên Ä‘oán má»™t kết quả đặc biệt nào của chỉ má»™t phép Ä‘o. Do đó, cÆ¡ há»c lượng tá»­ đã Ä‘Æ°a vào khoa há»c má»™t yếu tố không thể tránh khá»i - đó là yếu tố không thể tiên Ä‘oán hay yếu tố ngẫu nhiên. Einstein đã kịch liệt phản đối Ä‘iá»u này, mặc dù ông đã đóng vai trò quan trá»ng trong sá»± phát triển những ý tưởng đó. Einstein đã được trao giải thưởng Nobel vì những đóng góp của ông đối vá»›i thuyết lượng tá»­. Tuy nhiên ông không bao giá» chấp nhận rằng vÅ© trụ lại được Ä‘iá»u khiển bởi sá»± may rủi. Những tình cảm của ông đã được cô đúc trong câu nói nổi tiếng sau: “Chúa không chÆ¡i trò xúc xắcâ€. Tuy nhiên, phần lá»›n các nhà khoa há»c khác lại sẵn sàng chấp nhận cÆ¡ há»c lượng tá»­ vì nó phù hợp tuyệt vá»i vá»›i thá»±c nghiệm. Quả thật đây là má»™t lý thuyết thành công rá»±c rỡ và là cÆ¡ sở cho hầu hết các khoa há»c và công nghệ hiện đại. Nó Ä‘iá»u khiển hành vi của các tranzito và các mạch tích hợp - những thành phần căn bản của các dụng cụ Ä‘iện tá»­ nhÆ° máy thu hình và computer, đồng thá»i cÅ©ng là ná»n tảng của hóa há»c và sinh há»c hiện đại. LÄ©nh vá»±c duy nhất của vật lý mà cÆ¡ há»c lượng tá»­ còn chÆ°a thâm nhập vào má»™t cách thích đáng là hấp dẫn và cấu trúc của vÅ© trụ ở qui mô lá»›n.

Mặc dù ánh sáng được tạo bởi các sóng, nhÆ°ng giả thuyết lượng tá»­ của Planck nói vá»›i chúng ta rằng trong má»™t số phÆ°Æ¡ng diện nó xá»­ sá»± nhÆ° là được tạo thành từ các hạt: nó có thể được phát xạ hoặc hấp thụ chỉ theo từng phần riêng biệt hay theo các lượng tá»­. CÅ©ng nhÆ° vây, nguyên lý bất định Heisenberg lại ngụ ý rằng trên má»™t số phÆ°Æ¡ng diện các hạt lại xá»­ sá»± nhÆ° các sóng: chúng không có vị trí xác định mà bị “nhoè†đi vá»›i má»™t phân bố xác suất nào đó. Lý thuyết cÆ¡ há»c lượng tá»­ được xây dá»±ng trên má»™t loại toán há»c hoàn toàn má»›i. Nó không mô tả thế giá»›i thá»±c bằng các sóng và các hạt nữa và chỉ có những quan sát thế giá»›i là có thể được mô tả bằng những khái niệm đó. NhÆ° vậy là giữa sóng và hạt trong cÆ¡ há»c lượng tá»­ có tính hai mặt: đối vá»›i má»™t số mục đích sẽ rất lợi ích nếu xem hạt nhÆ° các sóng và đối vá»›i những mục đích khác thì sẽ tốt hÆ¡n nếu xem sóng nhÆ° các hạt. Má»™t hệ quả quan trá»ng của Ä‘iá»u này là ngÆ°á»i ta có thể quan sát được cái gá»i là hiện tượng giao thoa giữa hai tập hợp sóng hoặc hạt. Tức là, các đỉnh của tập hợp sóng này có thể trùng vá»›i các hõm của tập hợp kia. Hai tập hợp sóng khi đó sẽ triệt tiêu lẫn nhau hÆ¡n là cá»™ng lại để trở thành mạnh hÆ¡n nhÆ° ngÆ°á»i ta chỠđợi (H.4.1). Má»™t ví dụ quen thuá»™c của hiện tượng giao thoa ánh sáng là các màu thÆ°á»ng thấy trên các bong bóng xà phòng. Hiện tượng này được gây bởi sá»± phản xạ ánh sáng ở hai mặt biên của màng má»ng nÆ°á»›c tạo nên bong bóng. Ãnh sáng trắng gồm các sóng ánh sáng có bÆ°á»›c sóng khác nhau, tức là có màu sắc khác nhau. Äối vá»›i má»™t số bÆ°á»›c sóng, đỉnh của các sóng phản xạ từ má»™t mặt biên trùng vá»›i hõm sóng được phản xạ từ mặt biên kia. Các màu tÆ°Æ¡ng ứng vá»›i các bÆ°á»›c sóng này sẽ vắng mặt trong ánh sáng phản xạ và do đó ánh sáng này hóa ra có màu.



Sá»± giao thoa cÅ©ng có thể xảy ra đối vá»›i các hạt vì tính hai mặt được Ä‘Æ°a vào bởi cÆ¡ há»c lượng tá»­. Má»™t ví dụ nổi tiếng là cái được gá»i là thí nghiệm hai - khe (H.4.2). Xét má»™t màn chắn có hai khe hẹp song song nhau. Ở má»™t phía của màn chắn, ngÆ°á»i ta đặt má»™t nguồn sáng có màu xác định (tức là có bÆ°á»›c sóng xác định). Äa số ánh sáng sẽ đập vào màn chắn, chỉ có má»™t lượng nhá» Ä‘i qua hai khe thôi. Bây giá» giả sá»­ đặt má»™t màn hứng ở phía bên kia của màn chắn sáng. Má»i Ä‘iểm trên màn hứng sẽ Ä‘á»u nhận được sóng ánh sáng tá»›i từ hai khe. Tuy nhiên, nói chung, lá»™ trình mà ánh sáng Ä‘i từ nguồn tá»›i màn hứng qua khe sẽ là khác nhau. Äiá»u này có nghÄ©a là các sóng ánh sáng tá»›i màn hứng từ hai khe sẽ không trùng pha nhau: ở má»™t số chá»— các sóng sẽ triệt tiêu nhau và ở má»™t số chá»— khác chúng sẽ tăng cÆ°á»ng nhau. Kết quả là ta sẽ nhận được bức tranh đặc trÆ°ng gồm những vân tối và sáng xen kẽ nhau.

Äiá»u đáng lÆ°u ý là ngÆ°á»i ta cÅ©ng nhận được bức tranh các vân hệt nhÆ° vậy nếu thay nguồn sáng bằng nguồn hạt, chẳng hạn nhÆ° các electron có vận tốc xác định (nghÄ©a là sóng tÆ°Æ¡ng ứng có bÆ°á»›c sóng xác định). Äiá»u nay xem ra hết sức lạ lùng, bởi vì nếu chỉ có hai khe thôi thì ta sẽ không nhận được hệ vân nào hết mà chỉ thu được má»™t phân bố Ä‘á»u đặn của các electron trên màn hứng. Do đó ngÆ°á»i ta có thể nghÄ© rằng việc mở thêm má»™t khe nữa sẽ chỉ làm tăng số electron đập vào má»—i Ä‘iểm trên màn hứng, nhÆ°ng do hiện tÆ°Æ¡ng giao thoa, nó lại làm giảm con số đó ở má»™t số chá»—. Nếu các electron được gá»­i qua hai khe má»—i lần má»™t hạt, thì ngÆ°á»i ta chỠđợi rằng má»—i má»™t hạt sẽ Ä‘i qua khe này hoặc khe kia và nhÆ° vậy sẽ xá»­ sá»± hệt nhÆ° khi chỉ có má»™t khe, nghÄ©a là sẽ cho má»™t phân bố Ä‘á»u trên màn hứng. NhÆ°ng thá»±c tế, thậm chí cả khi gá»­i má»—i lần má»™t electron, các vân giao thoa vẫn cứ xuất hiện. Do đó má»—i electron phải đồng thá»i Ä‘i qua cả hai khe.

Hiện tÆ°Æ¡ng giao thoa giữa các hạt là hiện tượng có tính chất quyết định đối vá»›i sá»± tìm hiểu của chúng ta vá» cấu trúc nguyên tá»­ - phân tá»­ cÆ¡ bản của hóa há»c, sinh há»c và các Ä‘Æ¡n nguyên tạo nên bản thân chúng ta và các vật xung quanh chúng ta. Ở đầu thế ká»· này, ngÆ°á»i ta nghÄ© rằng nguyên tá»­ khá giống vá»›i hệ mặt trá»i, trong đó các electron (mang Ä‘iện âm) quay xung quanh má»™t hạt nhân ở trung tâm mang Ä‘iện dÆ°Æ¡ng, tÆ°Æ¡ng tá»± nhÆ° các hành tinh quay xung quanh mặt trá»i. Lá»±c hút giữa Ä‘iện âm và Ä‘iện dÆ°Æ¡ng được xem là lá»±c để giữ các electron trên quÄ© đạo của chúng hệt nhÆ° lá»±c hút hấp dẫn giữa mặt trá»i và các hành tinh giữ cho các hành tinh ở trên quÄ© đạo của chúng. NhÆ°ng ở đây có má»™t khó khăn, đó là các định luật của cÆ¡ há»c và Ä‘iện há»c (trÆ°á»›c cÆ¡ há»c lượng tá»­), lại tiên Ä‘oán rằng các electron sẽ mất dần năng lượng và vì thế sẽ chuyển Ä‘á»™ng theo Ä‘Æ°á»ng xoáy trôn ốc Ä‘i vào cho tá»›i khi rÆ¡i vào hạt nhân. Äiá»u đó có nghÄ©a là nguyên tá»­, và thá»±c tế là toàn bá»™ vật chất, sẽ suy sập rất nhanh vá» trạng thái có mật Ä‘á»™ rất cao. Lá»i giải má»™t phần của bài toán này đã được nhà khoa há»c Äan Mạch Niels Bohr tìm ra vào năm 1913. Ông cho rằng các electron không thể chuyển Ä‘á»™ng theo những quỹ đạo cách hạt nhân má»™t khoảng tùy ý mà chỉ theo những quỹ đạo có khoảng cách xác định. Và nếu còn giả thiết thêm rằng trên má»™t quÄ© đạo nhÆ° thế chỉ có thể có má»™t hoặc hai electron thì bài toán vá» sá»± suy sập của nguyên tá»­ xem nhÆ° đã được giải quyết, bởi vì các electron không thể chuyển Ä‘á»™ng xoáy trôn ốc Ä‘i vào mãi để lấp đầy các quỹ đạo vá»›i các khoảng cách và năng lượng nhá» hÆ¡n.

Mô hình này đã giải thích khá tốt cấu trúc của nguyên tá»­ Ä‘Æ¡n giản nhất - nguyên tá»­ hydro - chỉ có má»™t electron quay xung quanh hạt nhân. NhÆ°ng ngÆ°á»i ta còn chÆ°a rõ phải mở rá»™ng nó nhÆ° thế nào cho các nguyên tá»­ phức tạp hÆ¡n. HÆ¡n nữa, ý tưởng vá» má»™t tập hợp hạn chế các quỹ đạo được phép dÆ°á»ng nhÆ° là khá tùy tiện. Lý thuyết má»›i - tức cÆ¡ há»c lượng tá»­ - đã giải quyết được khó khăn này. Nó phát hiện ra rằng các electron quay xung quanh hạt nhân có thể xem nhÆ° má»™t sóng có bÆ°á»›c sóng phụ thuá»™c vào vận tốc của nó. Äối vá»›i má»™t số quỹ đạo có chiá»u dài tÆ°Æ¡ng ứng vá»›i má»™t số nguyên lần bÆ°á»›c sóng của electron, đỉnh sóng luôn luôn ở những vị trí nhất định sau má»—i lần quay, vì vậy các sóng được cá»™ng lại: những quỹ đạo này tÆ°Æ¡ng ứng vá»›i các quỹ đạo được phép của Bohr. Tuy nhiên đối vá»›i các quỹ đạo có chiá»u dài không bằng số nguyên lần bÆ°á»›c sóng, thì má»—i đỉnh sóng cuối cùng sẽ bị triệt tiêu bởi má»™t hõm sóng khi các electron chuyển Ä‘á»™ng tròn: những quỹ đạo này là không được phép.

Má»™t cách rất hay để hình dung lưỡng tính sóng/hạt là cái được gá»i là phép lấy tổng theo các lịch sá»­ quỹ đạo do nhà khoa há»c ngÆ°á»i Mỹ Rirchard Feynman Ä‘á» xuất. Trong cách tiếp cận này, hạt được xem là không có má»™t lịch sá»­ hay má»™t quỹ đạo duy nhất trong không - thá»i gian. Thay vì thế, ngÆ°á»i ta xem nó Ä‘i từ A đến B theo má»i quỹ đạo khả dÄ©. Má»—i má»™t quỹ đạo được gắn liá»n vá»›i hai con số: má»™t số biểu diá»…n biên Ä‘á»™ của sóng, còn số kia biểu diá»…n vị trí trong chu kỳ (tức là ở đỉnh sóng hay ở hõm sóng). Xác suất để hạt Ä‘i từ A đến B tìm được bằng cách cá»™ng các sóng cho tất cả các quỹ đạo. Nói chung, nếu ngÆ°á»i ta so sánh tập hợp các quỹ đạo ở lân cận nhau, thì pha hay vị trí trên chu kỳ sẽ khác nhau nhiá»u. Äiá»u này có nghÄ©a là các sóng gắn liá»n vá»›i những quỹ đạo đó sẽ gần nhÆ° hoàn toàn triệt tiêu nhau. Tuy nhiên, đối vá»›i má»™t số tập hợp các quỹ đạo lân cận nhau, pha không thay đổi nhiá»u lắm giữa các quỹ đạo. Những sóng của các quỹ đạo này sẽ không triệt tiêu nhau. Những quỹ đạo đó tÆ°Æ¡ng ứng vá»›i các quỹ đạo được phép của Bohr.

Vá»›i những ý tưởng đó, và dÆ°á»›i má»™t dạng toán há»c cụ thể, ngÆ°á»i ta có thể tính không khó khăn lắm những quỹ đạo được phép trong những nguyên tá»­ phức tạp hÆ¡n, thậm chí trong cả các phân tá»­ được tạo thành từ nhiá»u nguyên tá»­ liên kết vá»›i nhau bằng các electron chuyển Ä‘á»™ng trên những quỹ đạo vòng quanh nhiá»u hạt nhân. Vì cấu trúc của phân tá»­ và các phản ứng của chúng vá»›i nhau là cÆ¡ sở của toàn bá»™ hóa há»c và sinh há»c, nên cÆ¡ há»c lượng tá»­, vá» nguyên tắc, tiên Ä‘oán được hầu nhÆ° má»i thứ xung quanh chúng ta trong giá»›i hạn do nguyên lý bất định quy định. (Tuy vậy, trên thá»±c tế, những tính toán của các hệ chứa nhiá»u electron là quá phức tạp và tá»± chúng ta không thể làm được).

Lý thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng của Einstein dÆ°á»ng nhÆ° Ä‘iá»u khiển cấu trúc của vÅ© trụ trên quy mô lá»›n. Nó được gá»i là lý thuyết cổ Ä‘iển, tức là nó chÆ°a tính đến nguyên lý bất định của cÆ¡ há»c lượng tá»­. Nguyên nhân tại sao Ä‘iá»u này lại không dẫn đến những bất đồng vá»›i quan sát là vì tất cả những trÆ°á»ng hấp dẫn mà chúng ta thÆ°á»ng gặp Ä‘á»u rất yếu. Tuy nhiên, những định lý vá» kỳ dị được thảo luận ở trên chỉ ra rằng trÆ°á»ng hấp dẫn sẽ trở nên rất mạnh ít nhất trong hai tình huống: các lá»— Ä‘en và vụ nổ lá»›n. Trong các trÆ°á»ng hấp dẫn mạnh nhÆ° thế, những hiệu ứng của cÆ¡ há»c lượng tá»­ sẽ trở nên quan trá»ng. Theo nghÄ©a đó thì thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng cổ Ä‘iển bằng sá»± tiên Ä‘oán những mật Ä‘á»™ vô hạn, đã tiên Ä‘oán cả sá»± sụp đổ của chính mình, cÅ©ng hệt nhÆ° cÆ¡ há»c cổ Ä‘iển (tức là phi lượng tá»­) đã tiên Ä‘oán sá»± sụp đổ của nó bằng cách cho rằng các nguyên tá»­ sẽ suy sập vá» trạng thái có mật Ä‘á»™ vô hạn. Chúng ta hiện còn chÆ°a có má»™t lý thuyết hòa hợp hoàn chỉnh thống nhất thuyết tÆ°Æ¡ng đối rá»™ng vá»›i cÆ¡ há»c lượng tá»­, nhÆ°ng chúng ta đã biết nhiá»u đặc Ä‘iểm mà lý thuyết đó phải có. Các hệ quả rút ra từ những đặc Ä‘iểm này đối vá»›i lá»— Ä‘en và vụ nổ lá»›n sẽ được mô tả trong các chÆ°Æ¡ng sau. Tuy nhiên, bây giá» chúng ta sẽ chuyển sang những ná»— lá»±c má»›i đây nhằm tổng kết sá»± hiểu biết của chúng ta vá» các lá»±c khác nhau trong tá»± nhiên thành má»™t lý thuyết lượng tá»­ thống nhất và duy nhất.

Chương 5: Các hạt cơ bản và các lực trong tự nhiên
Aristotle tin rằng toàn bộ vật chất trong vũ trụ được tạo thành từ bốn yếu tố cơ bản: đất, không khí, nước và lửa. Các yếu tố này được tác động bởi hai lực: lực hấp dẫn có xu hướng làm chìm xuống đối với đất và nước và lực nâng có xu hướng làm nâng lên đối với không khí và lửa. Sự phân chia nội dung của vũ trụ thành vật chất và các lực như thế vẫn còn được dùng cho đến ngày nay.

Aristotle cÅ©ng tin rằng vật chất là liên tục, tức là ngÆ°á»i ta có thể phân chia má»™t mẩu vật chất ngày càng nhá» mà không có má»™t giá»›i hạn nào: ngÆ°á»i ta không bao giá» Ä‘i tá»›i má»™t hạt vật chất mà không thể phân chia được nữa. Tuy nhiên má»™t số ít ngÆ°á»i Hy Lạp, chẳng hạn nhÆ° Democritus, lại cho rằng vật chất vốn có dạng hạt và vạn vật được tạo thành từ má»™t số lá»›n các loại nguyên tá»­ (atom) khác nhau (atom theo tiếng Hy Lạp có nghÄ©a là “không thể phân chia được nữaâ€). Cuá»™c tranh cãi kéo dài hàng thế ká»· mà không bên nào có má»™t bằng chứng thá»±c tế nào. Mãi tá»›i năm 1830, John Dalton - nhà vật lý và hóa há»c ngÆ°á»i Anh - đã chỉ ra rằng việc các hợp chất hóa há»c luôn luôn được hóa hợp theo những tá»· lệ nhất định có thể được giải thích là do các nguyên tá»­ đã cụm lại vá»›i nhau tạo nên những Ä‘Æ¡n nguyên gá»i là phân tá»­. Tuy nhiên, cho tá»›i tận những năm đầu thế ká»· này, cuá»™c tranh luận giữa hai trÆ°á»ng phái tÆ° tưởng má»›i ngã ngÅ© vá»›i phần thắng thuá»™c vá» những ngÆ°á»i theo nguyên tá»­ luận. Einstein là ngÆ°á»i đã Ä‘Æ°a ra được má»™t bằng chứng vật lý quan trá»ng. Trong má»™t bài báo viết năm 1905, chỉ ít tuần trÆ°á»›c bài báo nổi tiếng vá» thuyết tÆ°Æ¡ng đối hẹp, Einstein đã chỉ ra rằng cái được gá»i là chuyển Ä‘á»™ng Brown - tức là chuyển Ä‘á»™ng không Ä‘á»u đặn, ngẫu nhiên của các hạt bụi lÆ¡ lá»­ng trong má»™t chất lá»ng - có thể được giải thích nhÆ° là kết quả của sá»± va chạm của các nguyên tá»­ chất lá»ng vá»›i các hạt bụi.

Vào thá»i gian đó cÅ©ng đã có những nghi ngỠđối vá»›i giả thuyết cho rằng các nguyên tá»­ là không thể phân chia được. Vài năm trÆ°á»›c đó, má»™t nghiên cứu sinh của trÆ°á»ng Trinity College, Cambridge, là J.J. Thomson đã chứng minh được sá»± tồn tại của má»™t hạt vật chất mà ông gá»i là electron. Äó là má»™t hạt có khối lượng nhá» hÆ¡n khối lượng của nguyên tá»­ nhẹ nhất khoảng má»™t ngàn lần. Ông đã dùng má»™t dụng cụ khá giống vá»›i chiếc đèn hình của má»™t máy thu hình hiện đại: má»™t sợi kim loại nóng Ä‘á» phát ra các hạt electron và bởi vì các hạt này mang Ä‘iện âm nên có thể dùng má»™t Ä‘iện trÆ°á»ng để gia tốc của chúng hÆ°á»›ng tá»›i má»™t màn phủ photpho. Khi các hạt này đập vào màn, chúng sẽ gây ra những chá»›p sáng. Chẳng bao lâu sau, ngÆ°á»i ta thấy rằng các hạt electron đó bắn ra từ chính bên trong các nguyên tá»­ và vào năm 1911, nhà vật lý ngÆ°á»i Anh Ernest Rutherford cuối cùng đã chứng tỠđược rằng các nguyên tá»­ vật chất có cấu trúc bên trong: chúng tạo bởi má»™t hạt nhân cá»±c kỳ nhá» mang Ä‘iện dÆ°Æ¡ng và các electron quay quanh hạt nhân đó. Ông rút ra Ä‘iá»u này từ việc phân tích sá»± lệch hÆ°á»›ng của các hạt alpha - hạt mang Ä‘iện dÆ°Æ¡ng do các nguyên tá»­ phóng xạ phát ra - khi va chạm vá»›i các nguyên tá»­

Thoạt đầu ngÆ°á»i ta nghÄ© rằng hạt nhân nguyên tá»­ được tạo bởi electron và má»™t số hạt mang Ä‘iện dÆ°Æ¡ng gá»i là proton (theo tiếng Hy Lạp proton có nghÄ©a là “đầu tiênâ€, vì ngÆ°á»i ta nghÄ© rằng nó là Ä‘Æ¡n nguyên cÆ¡ bản tạo nên vật chất). Tuy nhiên, vào năm 1932 má»™t đồng nghiệp của Rutherford ở Cambridge là James Chadwick đã phát hiện ra rằng hạt nhân còn chứa má»™t hạt khác gá»i là neutron. Äó là hạt có khối lượng gần nhÆ° proton nhÆ°ng không mang Ä‘iện. Chadwick đã được trao giải thưởng Nobel vì phát minh này và được bầu làm hiệu trưởng của trÆ°á»ng Gonville và Caius College, Cambridge (trÆ°á»ng mà hiện tôi là thành viên của ban giám hiệu). Sau này ông đã phải từ chức hiệu trưởng vì bất đồng vá»›i các thành viên trong ban giám hiệu. Sá»± bất đồng trong trÆ°á»ng còn gay gắt hÆ¡n khi nhóm các thành viên lãnh đạo trẻ trở vá» sau chiến tranh đã bá» phiếu loại các thành viên già ra khá»i các chức vụ của nhà trÆ°á»ng mà hỠđã giữ quá lâu. Chuyện này xảy ra trÆ°á»›c thá»i của tôi.
Tài sản của mr_robin

Trả Lá»i Vá»›i Trích Dẫn
Trả lá»i

Từ khóa được google tìm thấy
äèñêè, àíèìå, îïåëü, ïðàâäà, ïðîáëåìû

Ãiá»u Chỉnh


©2008 - 2014. Bản quyá»n thuá»™c vá» hệ thống vui chÆ¡i giải trí 4vn.euâ„¢
Diễn đàn phát triển dựa trên sự đóng góp của tất cả các thành viên
Tất cả các bài viết tại 4vn.eu thuá»™c quyá»n sở hữu của ngÆ°á»i đăng bài
Vui lòng ghi rõ nguồn gốc khi các bạn sử dụng thông tin tại 4vn.eu™