9. Đa Vũ Trụ - Đa Tâm

Sir Arthur Eddington là người đã đo độ lệch của ánh sáng khi nó đi qua sức hút trọng lực của mặt trời, từ đó đã kiểm chứng và xác nhận Thuyết Tương Đối Rộng của Albert Einstein. Chuyện kể rằng có lần có người hỏi là ông nghĩ sao về Thuyết Tương Đối, khi trên thế giới lúc ấy chỉ có 3 người hiểu lý thuyết này. Eddington giựt mình, hỏi lại: “Ủa, ai là người thứ ba vậy?”

Danh hề Charlie Chaplin, mà ta biết qua cái tên Charlot trong các phim câm của ông, cũng có lần đã nói với Einstein là: “Người ta vỗ tay khen thưởng tôi bởi vì mọi người đều hiểu tôi muốn nói gì, nhưng khi người ta vỗ tay khen ông thì bởi vì không ai hiểu nỗi ông cả!”

Nhưng đó chỉ là khi Thuyết Tương Đối mới ra đời, còn quá mởi mẻ với những tư tưởng và kết luận táo bạo. Ngày nay Thuyết Tương Đối đã trở thành quen thuộc và “dễ hiểu” ngay cả với các sinh viên đại học.

Nhưng với cơ lượng tử thì lại khác.

Richard Feynman là một nhà vật lý được giải Nobel về Thuyết Trường Lượng Tử, với cái “chân không” đầy rẫy năng lượng và các cặp vật chất và phản vật chất như đã có nói qua trong một bài trước đây. (Cũng xin thú thật, vì chịu ảnh hưởng từ một cuốn sách của Richard Feynman, tôi đã chọn con đường vật lý cho chính mình ngay từ khi còn ở bậc trung học ở Việt Nam.) Feynman đã có lần tuyên bố: “Ngày nay thì chúng ta đã hiểu rõ Thuyết Tương Đối, nhưng tôi có thể nói chắc rằng không một ai thấu hiểu cơ lượng tử.” Đấy là lời phát biểu năm 1965, nhưng vẫn đúng cho ngày hôm nay, ở đầu thế kỷ 21 này.

Góp phần thêm vào sự khó hiểu của cơ lượng tử lại cũng không ai khác hơn là Albert Einstein với cái hiệu ứng EPR vào năm 1935 xuất phát từ học viện Princeton IAS, nơi ông đã làm việc cho đến cuối đời. Đến nỗi, Robert Oppenheimer, cha đẻ bom nguyên tử của Hoa Kỳ, đã phải thốt lên rằng: “Princeton là một nhà thương điên, và Einstein là một người hoàn toàn khùng” -- “Princeton is a madhouse and Einstein is completely cuckoo.”

**
Tính bất định là bản chất của cơ lượng tử, không phải do sự thiếu sót trong khả năng đo lường của ta. Khi ta đo vị trí của một hạt electron, ta được một tọa độ nào đó; nhưng khi ta lập lại y hệt cái thí nghiệm này thì ta lại đo được một tọa độ khác, mặc dù ta có cẩn thận bao nhiêu đi nữa.

Cái bất định lượng tử này cũng đã được lợi dụng trong việc tạo ra các con số hoàn toàn ngẫu nhiên, không thể tiên đoán được, thí dụ như trong việc xổ số lotto của chính phủ Anh quốc (UK National Lottery). Xin mở ngoặc là việc xổ số bằng những trái banh như ta thường thấy trên TV thật ra có thể trên nguyên tắc tiên đoán được, nếu ta biết chính xác vị trí ban đầu của các trái banh và hình thể của lồng đựng banh. Mặt khác, các con số gọi là ngẫu nhiên (random numbers) từ máy tính computer thật ra chẳng hoàn toàn là ngẫu nhiên (random) vì chúng được tạo ra từ các công thức toán nên trước sau gì các con số đó cũng sẽ phải lập lại theo một thứ tự nhất định.

Các con số hoàn toàn ngẫu nhiên trong việc đo lường lượng tử thật ra cũng có một cấu trúc nào đó. Thí dụ, trong 100 thí nghiệm thì ta có được 80 lần là hạt điện tử ở vị trí A, còn 10 lần khác thì thấy nó ở B, v.v. Từ đó ta có xác suất ở A là 80%, ở B là 10%, v.v. Nhưng sự ngẫu nhiên vẫn còn đó là vì trước khi thí nghiệm lần thứ 1001 ta sẽ không biết là hạt điện tử nằm đâu chắc chắn, mà chỉ biết được cái xác suất mà thôi.

Cái giá trị của cơ lượng tử là nó cho ta cái xác suất này qua cái gọi là hàm sóng (wavefunction). Hàm sóng lại là đáp số của phương trình sóng của Schrödinger. Câu hỏi được đặt ra là cái hàm sóng này có phải là một thực thể như sóng âm thanh, hay sóng điện từ không?

Nếu không thực thì tại sao nó lại có thể cho ta cái xác suất trong việc đo lường?

Nhưng nếu nó là một thực thể hiện hữu thì nó mang ý nghĩa gì khi ta có cái trạng thái hoàn toàn nghịch lý giữa hạt và sóng của vật chất, giữa sống và chết của cô mèo Schrödinger? Cũng thế, nếu hàm sóng Schrödinger là có thực thì làm cách nào nó có thể truyền đi nhanh hơn vận tốc ánh sáng trong hiệu ứng EPR, với sự quấn quít bất khả phân của vật chất? (Xin nhắc lại “quấn quít bất khả phân” là khi hai vật A và B vẫn chịu chung một số phận nào đó dù chỉ đã gặp nhau trong quá khứ, nhưng nay đã cách không gian và biệt thời gian.)

**
Để tránh những khó khăn này và để có được một thuyết hợp nhất, Niels Bohr cho rằng những câu hỏi trên đây là vô nghĩa. Và chúng ta chỉ nên nói tới những gì đo lường được mà thôi. Và vì ta không đo được các hàm sóng trực tiếp nên chúng không thể hiện hữu, nó chỉ là những công cụ tính toán trừu tượng trung gian để đi đến cái xác suất cho các kết quả đo lường sau cùng mà thôi.

Xin nhấn mạnh là đây chỉ là một cách diễn dịch của Bohr cho cơ lượng tử, hoàn toàn độc lập với các phương trình toán của thuyết này. Cách diễn dịch này còn được gọi là lối diễn dịch Copenhagen (Copenhagen interpretation) -- vì Copenhagen, thủ đô của Đan Mạch, là nơi Bohr xuất thân.

Theo ông, việc đo lường là cốt lõi của vấn đề: Chính sự đo lường đã tạo nên cái thực thể ngoài kia, qua sự tương tác giữa dụng cụ đo và vật được đo; và những gì không thể đo được trực tiếp không phải là hiện thực!

**
Đo lường được coi là một sự tương tác, nhưng lại là một loại tương tác đặc biệt. Trong sự tương tác thường phải có sự trao đổi năng lượng giữa hai bên, từ đó dẫn đến các kết quả đo đạc. Nhưng cũng có các loại đo lường không cần trao đổi năng lượng, “không tương tác” nhưng cũng có thể dẫn đến những hệ quả quan trọng.

Thí dụ như trong thí nghiệm một hạt photon ánh sáng đi qua hai khe hở, nếu ta đặt máy dò ánh sáng ngay sau khe số 1, và nếu máy dò nhận được một hạt ánh sáng thì dĩ nhiên ta biết là hạt ánh sáng đã đi qua khe số 1. Nhưng nếu ta biết là ánh sáng đã đi qua rồi (và tới được màn hình tuốt đàng kia) mà máy dò ở khe số 1 không báo hiệu gì cả, tức là không có sự tương tác giữa dụng cụ đo và hạt ánh sáng, thì ta vẫn có thể kết luận là nó đã phải đi qua khe số 2.

Nhưng đấy lại là cái nhức đầu của cơ lượng tử. Nếu không có máy dò ánh sáng thì ta sẽ có hiện tượng giao thoa như cũng đã bàn tới tước đây. Nay nếu đặt máy dò sau khe số 1 thì ta lại mất đi hiện tượng giao thoa -- dù khi ánh sáng đã có tương tác với máy dò khi đi qua khe số 1, hay khi ánh sáng đã đi qua khe số 2 mà không biết gì về máy dò đăt tại khe số 1! Cái nhức đầu là nó đã không đi qua khe số 1 mà tại sao lại biết được là có máy dò tại đây?

Theo cơ lượng tử thì giữa hai trường hợp có máy dò và không có máy dò thì chỉ có hàm sóng Schrödinger là khác biệt. Và chính là nhờ vào cái tính sóng bao trùm của hàm sóng này mà ánh sáng biết được máy dò đang hiện diện ở khe số 1, mặc dù nó chỉ đi qua khe số 2 cách đó xa lắc xa lơ.

Như thế thì tại sao Bohr có thể cho rằng hàm sóng không phải là một thực thể? Do đó, người ta đã đưa ra nhiều cách diễn dịch khác nhau cho cơ lượng tử, chấp nhận tính thực tại của hàm sóng, khác với trường phái Copenhagen của Niels Bohr.

**
Thí nghiệm vừa được mô tả đã được thực hiện thành công và cũng đã được đề nghị để dùng trong việc thử bom; coi trái bom nào là trái bị xì, không nổ được, và trái bom nào là bom tốt, mà không cần phải cho nó nổ hết những trái bom tốt.

Trước hết, ta gắn một cơ chế vào các quả bom sao cho nếu trái bom đó là tốt thì nó sẽ tác động như một máy dò ánh sáng, và nổ tung khi nhận được một hạt ánh sáng. Còn nếu nó bị xì thì sẽ không dò được ánh sáng. Rồi bây giờ chỉ cần đem các trái bom lần lượt đặt ngay phía sau của khe hở số 1.

Nếu đó là trái bom xì thì ta có hiện tượng giao thoa, vì cũng như đã không có máy dò ánh sáng nào cả. Vứt bỏ trái xì này đi và đem thay một trái bom khác vào vị trí đó. Nếu trái bom kế tiếp này lại là trái bom tốt thì có hai trường hợp có thể xảy ra. Một là ánh sáng đi qua khe số 1, làm nổ tung trái bom này – thế là ta mất tiêu một trái bom tốt. Hai là hạt ánh sáng đi qua khe số 2, không trực tiếp trao đổi năng lượng với trái bom nên không làm nó phát nổ. Nhưng ta biết đấy lại là trái bom tốt, vì nay ta đã không còn hiện tượng giao thoa nữa với sự hiện diện của khả năng dò ánh sáng của các trái bom tốt.

Cứ tiếp tục như thế, kết quả là ta biết được 100% đâu là bom xì. Còn với bom tốt thì ta mất đi một nửa bị nổ tung trong lúc thử, nhưng vẫn còn lại một nửa bom tốt chưa bị nổ! Ngược lại, nếu ta thử bằng cách cho nổ trực tiếp thì mấy trái bom tốt nổ hết ráo trong lúc thử, không còn trái nào xót lại.

Cơ lượng tử đã cho ta bom nguyên tử và nay lại cho ta cách thử bom!

**
Một trong những cách diễn dịch khác cho cơ lượng tử, với sự chấp nhận tính thực tại của hàm sóng, được gọi là cách “diễn dịch đa thế giới” (Many Worlds Interpretation) do Hugh Everett, cũng đã xuất thân từ Princeton, đề nghị vào năm 1957.

Trong cách diễn dịch này, trong một lần đo nào đấy ta có được kết quả cô mèo Schrödinger còn sống trong thế giới này, thì ngay tức khắc có một thế giới mới khác được phân nhánh sinh ra, nhưng ở đấy ta sẽ có kết quả cô mèo Schrödinger đã chết! Do sự phân nhánh này ta có cả hai kết quả mặc dù trái nghịch nhưng lại ở những thế giới khác nhau. Đây là cách giữ gìn được cái thực thể của hàm sóng, không cho nó biến mất đi khi ta thực hiện sự đo lường, như đã xẩy ra trong lối giải thích của Niels Bohr.

Nhưng các thế giới phân nhánh này lại không thể liên lạc được với nhau, tránh cho ta cái phi lý của sự kiện cô mèo sống nhăn, mà lại biết về cái chết của mình ở thế giới “bên kia!”

Cứ thế, sau mỗi lần đo lường ta lại có các thế giới mới được phân nhánh sinh ra, mỗi thế giới có một kết quả có thể có của việc đo lường. Đây là nguồn gốc của cái gọi là “đa vũ trụ” – multi-verse – thay vì chỉ có một vũ trụ duy nhất – uni-verse.

Mới nghe qua tưởng chừng như chuyện đùa, nhưng cái “diễn dịch đa thế giới” này đã được một số người chấp nhận và dùng để giải thích tính thực tại của hàm sóng, sự bất định biểu kiến trong việc đo lường, bao gồm luôn hiện tượng “quấn quít bất khả phân.” Nó cũng giúp loại bỏ cái cần thiết của sự hiện diện của một người quan sát từ bên ngoài. Điều này có sức thu hút hấp dẫn với các nhà vũ trụ học vì theo đó thì cái vũ trụ này không cần phải được quan sát mà vẫn hiện hữu. Đây là điều hoàn toàn trái ngược với cái lập luận của Niels Bohr là mặt trăng kia (hay vũ trụ này cũng thế) sẽ không thể gọi là hiện hữu nếu không có người quan sát từ bên ngoài.

**
“Diễn dịch đa thế giới” cũng có thể giúp giải quyết một luận lý logic phản bác lại việc đi ngược thời gian về quá khứ như trong các cuốn phim khoa học giả tưởng. Lý luận này cho rằng nếu người con của tôi trong tương lai đi có thể ngược về quá khứ, lúc tôi còn chưa có con, và nếu cô ta lỡ tay giết chết tôi, thì làm sao cô ta có thể hiện hữu trong tương lai để mà có thể đi ngược lại quá khứ?

Vậy thì cô ta chỉ có thể đi ngược lại quá khứ nhưng không thể làm thay đổi được cái dĩ vãng của mình. Như thế thì có khác chi lúc ta ngồi trước màn hình coi lại một cuộn phim chứa đầy kỷ niệm dĩ vãng, và rồi đành bất lực với những gì đã xẩy ra.

Hoặc là cô ấy chỉ có thể đi về quá khứ của một nhánh vũ trụ trong thuyết đa thế giới, đa vũ trụ, khác với cái vũ trụ cô ấy khởi hành. Và rồi có chuyện gì xảy ra đi nữa thì chỉ có cái tương lai trong cái nhánh vũ trụ đó bị ảnh hưởng mà thôi. Do đó sẽ không đưa tới những sự việc phi lý trong cái vũ trụ đầu tiên mà từ đó cô đã khởi hành.

**
Cái diễn dịch đa thế giới này có vẽ quá xa xỉ và phung phí; cứ mỗi lần đo lường là nhiều nhánh vũ trụ mới lại đươc sinh ra! Và năng lượng cũng lại không được bảo toàn với sự phân nhánh liên tục này.

Năm 1988 hai nhà vật lý David Albert và Bary Loewer đã đề nghị thay cái “đa thế giới” này bằng cái “đa tâm.” Trong “diễn dịch đa tâm” (Multi Minds Interpretation) mới mẻ này thì mỗi lần đo lường là mỗi lần cái tâm của người quan sát (chứ không phải là cái thế giới vật chất này) lại bị phân nhánh thành nhiều cái tâm, mỗi cái tâm tương ứng với một kết quả có thể có của việc đo lường. Chính mỗi một cái tâm đó đã tạo cho ta cái ảo tưởng là ta đang sống trong một vũ trụ duy nhất. Cốt lõi là mỗi cái vũ trụ cách biệt ngoài kia là do một cái tâm nào đó tạo ra! Cái ngoài kia được thay thế bằng cái trong đây -- “thiên tại nội, nhân tại ngoại.”

**
Thế thì, cái thế giới ta đang sống ngay lúc này là “hiện thực” trong ngoặc kép, hay chỉ là vọng tâm, một ảo vọng của cái tâm bị chia nhánh trong lượt đo lường lần cuối cùng? Đâu là thực đâu là hư?

Thế thì, cái thế giới ta đang sống ngay lúc này có khác chi cái giấc mộng hóa bướm Hồ Mộng Điệp của Trang Tử ngày xưa?
“Bước vào mộng Châu biến thành Bướm,
Bước ra khỏi mộng Bướm biến thành Châu.
Như vậy Bướm là Châu? Hay Châu là Bướm?
Đâu là thực đâu là hư?
Từ thực biến thành hư, từ hư biến thành thực.
Từ Châu biến thành Bướm, từ Bướm biến thành Châu.
Trong hư có thực trong thực có hư,
Trong âm có dương, trong dương có âm.
Đây gọi là sự biến hóa giữa vạn vật
Đó chính là cái Đạo của Lão Tử, Trang Tử.”
(Quên Đi)



Kiều Tiến Dũng
Melbourne, Úc Châu
Tháng Tám, 2013