Công nghệ lượng tử sẽ thay đổi tương lai như thế nào? PHẦN 7: BẢN CHẤT CỦA THỰC TẠI
Chúng ta đã nói về khái niệm, kỹ thuật, công nghệ và viễn kiến gần (trong 10-30 năm tới) của lượng tử. Giờ sẽ là một câu hỏi lớn hơn - mang tính triết học nhiều hơn, có thể lâu dài, tác động ghê gớm hơn - và do đó, vẫn còn đang gây tranh cãi gay gắt, ngay cả trong chính giới khoa học vật lý lượng tử.
Đây cũng là phần cuối của series Lượng tử. Nếu bạn thấy yêu thích hoặc quan tâm, đừng ngần ngại tìm hiểu sâu hơn từ các tạp chí chuyên ngành (đừng lo, các kênh này cũng có những bài viết cho người không chuyên rất dễ hiểu và thú vị).
Lượng tử, kể từ khi ra đời (năm 1900), đã khiến nhân loại phải nhìn thực tại theo cách hoàn toàn khác.
1. Bản chất của thực tại
Triết học trước đây định nghĩa thực tại là toàn bộ những gì tồn tại khách quan hoặc chủ quan, tức là thế giới vật chất có thể đo lường, kiểm chứng.
Trước khi có lượng tử, thực tại được các hệ tư tưởng định nghĩa theo nhiều cách khác nhau. Khoa học cố gắng giải mã các quy luật của tự nhiên, triết học đặt câu hỏi về bản chất của sự tồn tại, còn các tôn giáo lại tìm kiếm ý nghĩa và cội nguồn tâm linh của thực tại.
Trong khoa học, thực tại là vũ trụ vật chất có thể quan sát, đo lường và kiểm chứng thông qua phương pháp thực nghiệm. Vật lý cổ điển coi thực tại là một hệ thống khổng lồ hoạt động theo các quy luật tất định (như cơ học Newton), nơi không gian và thời gian là những thực thể tuyệt đối, độc lập. Vật lý hiện đại (trước khi các lý thuyết lượng tử được công nhận, với nền tảng chủ yếu dựa trên Thuyết tương đối của Einstein) chỉ ra rằng không - thời gian gắn liền với nhau và phụ thuộc vào người quan sát.
Tôn giáo, đặc biệt là tôn giáo khởi nguồn từ Abraham (Do Thái giáo, Kito giáo, Hồi giáo, Druze, Samarit...), định nghĩa thực tại dựa trên Đấng Sáng Tạo. Thực tại tối hậu là Thiên Chúa - đấng toàn năng, vĩnh cửu và là nguyên nhân đầu tiên của mọi sự tồn tại. Thế giới vật chất chỉ là sự sáng tạo hữu hình của Chúa, có bắt đầu và có kết thúc, mang trong mình mục đích và ý nghĩa thiêng liêng.
Triết học phương Đông thường có cái nhìn toàn diện, trực giác và hướng nội về thực tại chứ không đi vào chia nhỏ, phân tích sâu xuống như phương Tây. Phật giáo coi thực tại là dòng chảy biến dịch không ngừng ("vô thường") và mọi hiện tượng đều không có tự tánh ("Vô ngã"), thực tại tối hậu chỉ có thể được thấu hiểu thông qua sự giác ngộ trực tiếp (niết bàn) chứ không thể diễn tả trọn vẹn bằng ngôn ngữ. Ấn Độ giáo dùng hai từ: Brahman (Thực tại tối cao, Bản thể tuyệt đối của vũ trụ) và Atman (Bản ngã, linh hồn cá nhân) để nhấn mạnh thực tại đích thực là sự hợp nhất và nhận ra bản chất đồng nhất giữa Brahman và Atman. Đạo giáo quan niệm thực tại là "Đạo", cội nguồn của vạn vật, vận hành theo lẽ tự nhiên và sự tương tác của hai mặt đối lập (Âm - Dương); "Đạo" là một thực tại vô hình, bao trùm và không thể gọi tên chính xác
Thực tại, theo triết học phương Tây với hơn 2.500 năm vun đắp bởi vô số tên tuổi vĩ đại như Socrates, Plato, Aristotle, Kant, Descartes, Hegel, Karl Marx và Nietzsche - được xây dựng dựa trên 4 giả định:
(1) Thực tại là khách quan. Thế giới tồn tại độc lập với người quan sát. Mặt Trăng vẫn ở đó dù không ai nhìn.
(2) Thực tại có tính địa phương. Vật chỉ bị ảnh hưởng bởi thứ ở gần nó. Ảnh hưởng lan truyền với tốc độ thấp hơn tốc độ ánh sáng. Không có hành động từ xa tức thì.
(3) Thực tại có tính nhân quả. A xảy ra, kéo theo B xảy ra. Nguyên nhân luôn xảy ra trước kết quả. Vì thế, thực tại là "tuyến tính" và thế giới là có thể dự đoán được.
(4) Thực tại có tính tất định. Laplace từng nói: "Nếu biết vị trí và vận tốc mọi hạt, ta có thể tính được cả quá khứ và tương lai của vũ trụ."
Như vậy, bất kể triết học, tôn giáo hay khoa học, đều đồng ý về nền tảng chung của thực tại. Đó là hệ thống vật chất tồn tại độc lập, xác định và liên tục. Chúng ta tạm gọi những quan điểm đó là "thực tại cổ điển".
Einstein - người dành 30 năm cuối cuộc đời bảo vệ thưc tại cổ điển đến cùng - cố chứng minh lượng tử sai. "Mặt Trăng vẫn ở đó ngay cả khi tôi không nhìn vào nó."
Mặt Trăng thì vẫn ở đó, nhưng electron thì không. Rất nhiều thí nghiệm vật lý cùng thời với Einstein và sau này đã chứng minh thực tại cổ điển sai. Lượng tử đã phá vỡ cả bốn giả định của Triết học Phương Tây.
Thí nghiệm khe đôi cho thấy electron không có vị trí xác định trước khi đo. Không phải "chúng ta không biết" - mà là "nó thực sự chưa có". Nghĩa là không có "thực tại khách quan" ở cấp vi mô - thực tại phụ thuộc vào hành động đo lường. Quan sát viên không thể tách khỏi hệ thống. Tính khách quan của thực tại cổ điển bị phá vỡ.
Bất đẳng thức Bell và các thí nghiệm Aspect 1982, Delft 2015, Nobel Vật lý 2022 đã chứng minh hai hạt vướng víu tương quan tức thì dù cách xa vô tận. Như vậy, tự nhiên có bản chất là phi địa phương (non-local). Không gian không hoàn toàn "ngăn cách" các vật. Vũ trụ kết nối theo cách không ai hiểu nổi. Tính địa phương của thực tại cổ điển bị phá vỡ.
Thứ tự "A→B" và "B→A" có thể tồn tại đồng thời trong trạng thái chồng chất. Nhân quả không còn tuyến tính ở cấp lượng tử. Quyết định "bây giờ" không bị ảnh hưởng bởi hành vi của hạt trong "quá khứ". Ranh giới quá khứ-hiện tại bị mờ đi. Tính nhân quả của thực tại cổ điển bị phá vỡ.
Không thể biết đồng thời vị trí và động lượng với độ chính xác tùy ý (Nguyên lý bất định Heisenberg) - không phải giới hạn công nghệ mà là giới hạn tự nhiên. Sụp đổ hàm sóng với kết quả đo hoàn toàn ngẫu nhiên - không có gì quyết định trước. Laplace's demon không tồn tại ngay cả về lý thuyết. Tính tất định của thực tại cổ điển bị phá vỡ.
Laplace's demon (Con quỷ của Laplace): là một thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng của nhà toán học Pháp Pierre-Simon Laplace đề xuất vào năm 1814. Một trí tuệ siêu phàm (được gọi là "con quỷ") có thể: nếu biết chính xác vị trí và vận tốc của mọi hạt trong vũ trụ ở thời điểm hiện tại, kết hợp với sức mạnh tính toán vô hạn để áp dụng các định luật vật lý (cơ học cổ điển), thì "con quỷ" này có thể tính toán chính xác mọi sự kiện trong quá khứ và dự đoán hoàn toàn tương lai. Học thuyết này bác bỏ sự ngẫu nhiên, khẳng định tính tất định và nhân quả của thực tại. Nhưng dù là một khái niệm mang tính bước ngoặt, sau đó, nó đã bị cơ học lượng tử bác bỏ.
Tóm lại, lý thuyết lượng tử cho thấy, electron không có vị trí xác định trước khi đo. Nó là đám mây xác suất - cùng một lúc tồn tại ở khắp mọi nơi theo cách chồng chất. Chỉ khi đo, electron mới có vị trí xác định hoặc vận tốc xác định, thực tại mới hiện ra. Đo tạo ra thực tại.
Nhưng "đo tạo ra thực tại" nghĩa là gì?
Đến giờ, sau hơn 100 năm cãi nhau, vẫn còn lại 3 cách hiểu khác nhau, không ai biết cách nào đúng (do hậu quả của việc lượng tử vẫn đang luôn thành công về thực nghiệm và toán học, nhưng hầu như vẫn không ai hiểu nổi nó).
Trường phái Copenhagen cho rằng trước khi đo thì "thực tại vô nghĩa", "không có thực tại". Chỉ kết quả đo mới có nghĩa.
Trường phái Đa Vũ Trụ cho rằng mọi kết quả đo đều xảy ra, ở các nhánh vũ trụ song song. (Nên không có chuyện hàm sóng sụp đổ).
Trường phái "Sóng dẫn đường" (lý thuyết của Bohm và triết học của De Broglie) cho rằng các hạt luôn có vị trí xác định và quỹ đạo xác định trong mọi thời điểm, kể cả khi không ai quan sát. Sóng - mô tả trong hàm sóng Schrödinger) - mang tính dẫn đường (pilot wave), định hình trường vận tốc và dẫn dắt hạt di chuyển. Xác suất và sự ngẫu nhiên trong các thí nghiệm lượng tử thực chất đến từ việc chúng ta không biết chính xác vị trí ban đầu của hạt. Lý thuyết Bohm là tất định, và còn đưa tới một đặc điểm quan trọng khác: Vận tốc của một hạt không chỉ phụ thuộc vào chính nó mà còn tức thời bị ảnh hưởng bởi vị trí của các hạt khác trong vũ trụ thông qua một "thế lượng tử".
Tại sao thế giới các hạt lại kỳ lạ?
Chúng ta không biết. Nhưng thực nghiệm đã xác nhận rõ ràng rằng chúng có hành xử kỳ lạ - và kỳ lạ đó không phải do công nghệ đo lường chưa tốt, mà là bản chất tự nhiên của thực tại ở cấp độ siêu nhỏ.
Dù kỳ lạ đến mức nào, những hiệu ứng này là có thật và đã được đo đạc với độ chính xác cao nhất trong lịch sử khoa học. Chip trong điện thoại của bạn, màn hình LED, MRI ở bệnh viện - tất cả hoạt động nhờ những "điều kỳ lạ" này. Thế giới bình thường của chúng ta được xây trên nền tảng kỳ lạ đó.
Lượng tử đúng hơn bất kỳ lý thuyết nào trong lịch sử nhân loại cho đến nay - chính xác đến 1 phần trong 10¹². Nhưng không ai hiểu nó CÓ NGHĨA GÌ về thực tại. Đây là vấn đề lớn nhất của vật lý và khoa học hiện đại nói chung.
2. Vướng víu (rối lượng tử) có phải chỉ là tính phi địa phương?
Electron trong không gian thực sự chưa có trạng thái nào cả. Nó tồn tại ở nhiều khả năng cùng lúc, như sóng trải rộng trong không gian, cho đến khi ai đó nhìn vào.
Tạo hai hạt A và B từ cùng một nguồn, làm cho chúng "vướng víu" lẫn nhau khi vẫn chồng chất. Gửi hai hạt đi hai nơi cách rất xa nhau (hàng chục ngàn km). Đo hạt A, sẽ biết ngay trạng thái hạt B. Không có tín hiệu nào truyền đi. Không có độ trễ. Hai hạt đó không biết trước mình sẽ là gì - chúng thực sự chưa có giá trị cho đến khoảnh khắc đo.
Nhưng B không biết giá trị của mình vì vướng víu hay vì ngẫu nhiên. B phải gọi điện cho A để xác nhận. Cú điện thoại để truyền tin này có tốc độ chậm hơn vận tốc ánh sáng. Vì vậy, dù có vướng víu, thông tin cũng không thể truyền đi với vận tốc nhanh hơn vận tốc ánh sáng. (Gần bằng vận tốc ánh sáng thì có thể nhé, công nghệ PQD - với nhiều thí nghiệm vướng víu của các hạt photon đã được các nhà vật lý Trung Quốc thí nghiệm thành công bằng cách sử dụng vệ tinh lượng tử không gian).
Như vậy, vướng víu không phải kết nối. Hai hạt vướng víu không "giao tiếp" - chúng là một hệ thống đơn lẻ và duy nhất trải rộng qua không gian. Không gian không tách chúng ra. Tương quan xa - gần không có tác dụng với các hạt. Hay khoảng cách chỉ là ảo ảnh ở một mức độ nào đó. Nó được gọi là tính phi địa phương.
Tuy nhiên, nó vẫn không vi phạm thuyết tương đối: không có thông tin hay năng lượng được di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng. Tức hệ thống (của hai hạt) vẫn được bảo toàn theo thời gian. Đây là điều gây sốc cho các nhà vật lý thời kỳ đầu lượng tử (như Einstein, Schrödinger...) khi các phần của vũ trụ vẫn liên hệ với nhau bất kể khoảng cách không gian mà vẫn tuân thủ thuyết tương đối. Ngày trước, vật lý kết luận chính tính địa phương giúp vạn vật bảo toàn thuyết tương đối. Nay, tính phi địa phương cũng vẫn giúp vạn vật bảo toàn thuyết tương đối.
Hai hạt dù ở rất xa, nhưng vẫn như một hệ thống nhất. Trong lý thuyết cổ điển, hai vật ở xa nhau là hai hệ thống riêng biệt hoàn toàn. Nhưng cơ học lượng tử lại cho thấy vũ trụ ở mức sâu hơn thế. Vũ trụ không phải là tập hợp của các vật thể độc lập. Ở mức sâu nhất (cấp lượng tử), nó có tính toàn thể (holistic). Hơn nữa, cái toàn thể này rõ ràng quan trọng hơn các phần.
Vướng víu còn cho thấy một "thực tại" khác. Không gian và thời gian có thể không phải là thứ cơ bản như khoa học và nhân loại vốn giả định. Không gian - thời gian có thể chỉ là mặt nổi của một thực tại sâu hơn - thực tại phi không gian. Đã có rất nhiều lý thuyết đi theo hướng này, như lý thuyết dây, nguyên lý toàn ảnh (holographic principle). Vướng víu trở thành nền tảng quan trọng nhất cho các mô hình nghiên cứu không gian thành công nhất hiện nay (các mô hình đi theo hướng này coi vướng víu là thứ tạo ra không-thời gian mà chúng ta đang thấy). Các kết quả tính toán ra entropy, lỗ đen, không gian cong... đều từ đây mà ra. Tôi vẫn chưa hiểu nổi nhiều lý thuyết trong mảng này, nên chưa thể viết sâu hơn về nó cho các bạn.
3. Tại sao "Đo" lại "Tạo ra thực tại"?
Trong phần cơ bản, tôi có đề cập đến thí nghiệm khe đôi - thí nghiệm nổi tiếng nhất, chứa "mọi bí ẩn của vật lý lượng tử". Dùng súng bắn hạt electron qua 2 khe hẹp vào màn chắn. Trên màn chắn xuất hiện vân giao thoa đặc trưng của sóng, chứng tỏ hạt đã đi đồng thời qua hai khe. Khi đặt máy đo, vân giao thoa biến mất, hạt như biết mình bị theo dõi, liền chọn đúng 1 khe, và không còn vân giao thoa dạng sóng trên màn chắn nữa.
Hệ quả sâu xa nhất: Thực tại không tồn tại độc lập với quan sát. Không phải "máy đo xáo trộn hạt" - mà là "hành động biết đường đi xóa bỏ giao thoa". Kể cả nếu bạn đặt máy đo rồi xóa thông tin trước khi nhìn thì giao thoa sẽ quay lại. (thí nghiệm Quantum eraser)
Thông tin nghĩa là thay đổi. Đo lường - hay hành động nhìn để lấy thông tin - làm thay đổi mọi thứ.
Schrödinger - người phản đối lý thuyết lượng tử - đã nghĩ ra một thí nghiệm tưởng tượng (1935). Cho 1 con mèo vào hộp kín cùng 1 lọ chất độc và một nguyên tử phóng xạ. Nếu nguyên tử phân rã, lọ chất độc sẽ được giải phóng làm con mèo chết. Ông lập luận, với lý thuyết lượng tử, khi chưa mở hộp, nguyên tử ở trạng thái chồng chập, nên con mèo cũng ở trạng thái chồng chập (nửa sống, nửa chết). Chỉ khi mở hộp, con mèo mới ở một trạng thái: sống hoặc chết. Tất nhiên không có chuyện con mèo vừa sống, vừa chết. Schrödinger dùng thí nghiệm này để chế giễu và chí trích lý thuyết lượng tử: nếu lượng tử đúng với electron, thì tại sao không đúng với mèo?
Ngày nay, một người có kiến thức cơ bản về lượng tử cũng có thể trả lời được cho Schrödinger. Đó là do Decoherence (mất liên kết lượng tử). Mèo - một hệ thống lớn gồm vô số hạt - tương tác với quá nhiều thứ nên chồng chất biến mất ngay lập tức. Mèo không hề ở trạng thái lượng tử.
Ở cấp độ hạt, hành động đo để biết thông tin làm thay đổi bản chất thực tại, xóa bỏ hoàn toàn tính lượng tử. Tính chất của một hạt cũng phụ thuộc vào ngữ cảnh đo lường. Bạn không thể đồng thời biết chính xác vị trí và động lượng của electron (nguyên lý bất định Heisenberg). Hơn nữa, giá trị bạn đo được phụ thuộc vào việc bạn chọn đo những đại lượng nào cùng lúc. Thực tại không có “tính chất sẵn có độc lập”, mà được “khai mở” tùy theo cách ta tương tác với nó.
Kết quả đo mang tính ngẫu nhiên. Không phải chúng ta thiếu thông tin, mà ngẫu nhiên là bản chất của thực tại.
Tất cả các kết luận trên đều đã được nhiều thực nghiệm chứng minh, nhưng không có ai diễn giải hay giải thích được hoàn toàn. Tuy nhiên, chúng ta vẫn phải chấp nhận thực tại "phi cổ điển" này.
Schrödinger
4. Không gian trống rỗng?
Chân không là hoàn toàn trống rỗng, không có gì cả - hiểu theo quan điểm vật lý thời kỳ trước lượng tử.
Nhưng lý thuyết lượng tử đã chứng minh rằng: Tự nhiên không hề trống rỗng. Hay trống rỗng không tồn tại trong tự nhiên.
Mọi trường lượng tử (điện từ, electron, quark…) đều có năng lượng điểm zero (zero-point energy).
Nguyên lý bất định Heisenberg đã mở ra khám phá về chân không lượng tử sôi sục.
ΔE · Δt ≥ ℏ/2: Năng lượng và thời gian cũng bất định với nhau. Trong khoảng thời gian Δt cực ngắn thì không gian "trống" có thể có ΔE lớn. Hệ quả là, từ "chân không" (không có gì) liên tục nảy sinh các cặp hạt-phản hạt ảo, tồn tại cực ngắn rồi hủy nhau. Không gian sôi sục ở cấp độ Planck. Chân không sôi sục, rung động liên tục với các dao động lượng tử ở mọi nơi, mọi lúc. Đây không phải là “năng lượng vô tận” có thể khai thác dễ dàng (do tính chất ảo và bảo toàn năng lượng tổng thể), mà là nền tảng của thực tại.
Nguyên lý bất định Heisenberg buộc mọi trường lượng tử phải có dao động điểm zero. Sôi sục vì thực tại cơ bản tồn tại ở dạng xác suất, không xác định hoàn toàn. Các nhà vật lý gọi đó là "thực tại sâu nhất, mang tính ngẫu nhiên nội tại".
Bằng chứng thực nghiệm - Hiệu ứng Casimir (1948) là kết quả thực nghiệm nổi tiếng nhất chứng minh điều đó. Hai tấm kim loại phẳng, sạch, đặt song song rất gần nhau (khoảng cách micromet hoặc nhỏ hơn) trong chân không. Chúng bị hút lẫn nhau bởi một lực rất nhỏ nhưng có thể đo được.
Lý do: Giữa hai tấm, chỉ những mode dao động (virtual photons) có bước sóng phù hợp mới tồn tại được. Mật độ năng lượng chân không giữa hai tấm thấp hơn bên ngoài khiến tạo áp suất hút vào.
Chân không lượng tử giống như một “biển” vô hình luôn sôi sục với các cặp hạt ảo. Chúng ta không thấy trực tiếp, nhưng lực hút Casimir giữa hai tấm kim loại là “bằng chứng sờ thấy” rõ ràng nhất.
Lực Casimir
Chân không rõ ràng là nền tảng năng động, không phải “không gì cả”. Nó mang năng lượng và ảnh hưởng đến mọi thứ. Nó là nền tảng của mọi thứ. Tất cả các hạt “thật” (electron, photon…) đều tương tác với chân không này. Vật chất và chân không là hai mặt của cùng một thực tại - trường lượng tử. Không gian, thời gian, vật chất chỉ là “sóng” hoặc “kích thích” nổi lên trên nền chân không sôi sục.
Nó giúp giải thích nhiều hiện tượng: độ ổn định của nguyên tử, một phần của năng lượng tối (dark energy) trong vũ trụ (dù còn vấn đề cosmological constant problem - dự đoán lý thuyết lớn hơn thực tế rất nhiều).
Lý thuyết dự đoán năng lượng chân không rất lớn, nhưng thực nghiệm lại cho thấy nó nhỏ bất ngờ (cosmological constant problem) - đây vẫn là một bí ẩn vật lý chưa có lời giải thích.
Chân không sôi sục có thể liên quan đến cấu trúc không-thời gian ở thang Planck, bọt lượng tử (quantum foam), và sự nổi lên của không gian-thời gian từ vướng víu (như chúng ta đã nói ở phần trên).
Điều hay nhất của lý thuyết này là nó có ứng dụng thực tế. Nó được ứng dụng trong công nghệ nano, MEMS, thậm chí có nhiều nơi đã nghĩ tới chuyện khai thác năng lượng chân không.
Thực tại một lần nữa được chứng minh ở cấp độ sâu hơn, cơ bản hơn rất nhiều.
Ngay cả ở mức năng lượng thấp nhất (chân không), mọi thứ vẫn rung lên không ngừng. Do đó, ở cấp độ lượng tử, thực tại luôn "đầy", mọi thứ liên kết nhờ vướng víu và dao động. Do vũ trụ có thể "tự sinh" từ chân không, nên đã hình thành nhiều lý thuyết về lỗ đen và hiện tượng vũ trụ. Nổi tiếng nhất là lý thuyết bức xạ Hawking.
Năm 1974, Hawking đưa ra ý tưởng: Lỗ đen không hoàn toàn đen. Tại chân trời sự kiện (là bức tường một chiều, vào được nhưng không thoát được), cặp hạt ảo nảy sinh. Một hạt rơi vào lỗ đen, một hạt thoát ra ngoài. Hạt thoát ra ngoài thành hạt thật. Để bảo toàn năng lượng, lỗ đen phải bức xạ năng lượng (Hawking radiation) - mất một ít năng lượng tương đương khối lượng - kết quả, hố đen phát ra bức xạ, rồi dần dần "bay hơi". Hiện tượng này chưa quan sát được trực tiếp nhưng được chấp nhận rộng rãi về lý thuyết. Hố đen càng nhỏ, nhiệt độ càng cao, bay hơi càng nhanh. Hố đen siêu lớn (như ở trung tâm thiên hà) bay hơi rất chậm, có thể mất thời gian dài hơn tuổi vũ trụ. Hố đen nhỏ (micro black hole) sẽ bay hơi rất nhanh và nổ tung ở giai đoạn cuối. Để dễ hình dung, hãy tưởng tượng, hố đen không chỉ “nuốt” mọi thứ, mà còn phát ra một chút hơi nhờ trò ảo thuật của lượng tử ngay miệng hố. Nhờ đó, hố đen chậm rãi tan biến như cục nước đá bay hơi.
Lý thuyết này là cầu nối đầu tiên giữa lượng tử (hạt siêu nhỏ) và thuyết tương đối rộng (vật siêu lớn như thiên hà, lỗ đen...). Nó cho thấy không có gì là vĩnh cửu. Lớn như hố đen rồi cũng sẽ chết. Lý thuyết này cũng dẫn đến một vấn đề vật lý lớn khác: thông tin sẽ bị mất khi hố đen bay hơi?
Lý thuyết của Hawking cũng sinh ra bí ẩn lớn nhất vũ trụ học: Hằng số vũ trụ (Λ). Vật lý lượng tử dự đoán năng lượng chân không rất lớn. Quan sát thực tế, nó gần bằng 0. Sai lệch 10¹²⁰ lần và trở thành bất đồng lớn nhất giữa lý thuyết và thực nghiệm trong lịch sử khoa học (đây chính là cái cosmological constant problem vừa nhắc bên trên).
Điều hay ho hơn, phát hiện sự thật về không gian không hề trống rỗng này tưởng như đã thách thức một loạt khái niệm về tính không trong triết học và tôn giáo. Nhưng nó không phá hủy, không làm lỗi thời. Có một sự "tái định nghĩa" hay "diễn giải lại" quan niệm về tính không trong triết học và nhiều tôn giáo nói chung, để bắt kịp với thực tiễn, khiến cho "tính không" ngày nay càng phong phú một cách khó tin.
Tính không không phải khoảng trống chết, mà là nền tảng đầy tiềm năng, nơi mọi hạt và hiện tượng có thể sinh ra và hủy diệt. Các đại sư Phật Giáo hiện đại như Dalai Lama, Thích Nhất Hạnh, hoặc các học giả như Victor Mansfield lấy chân không lượng tử là minh họa khoa học cho Tính Không của đạo Phật trong bài giảng của họ – một “đầy” bên trong “không”.
Các học giả Đạo đức kinh ngày nay cũng nhấn mạnh chữ "Vô" - cho rằng Vô là nguồn gốc vạn vật, chân không lượng tử được xem như minh chứng gần gũi nhất với “Vô” này - một trạng thái nền đầy tiềm năng, từ đó “Hữu” (vật chất, không gian, thời gian) nổi lên.
Các triết gia hiện đại (như Heidegger, Sartre, Karen Barad) đã chuyển hóa "trống rỗng như sự thiếu thốn" của triết học cũ sang "trống rỗng là tiềm năng cho sinh sôi và hiện hữu".
Các nhà thần học hiện đại (từ Kitô giáo, Do Thái giáo, Hồi giáo, Hindu...) cũng đã cải tiến để khái niệm "không" trong tôn giáo không mâu thuẫn với "không" trong thực nghiệm từ lượng tử. Chân không lượng tử chính là cách Thượng đế duy trì và sáng tạo liên tục. Hay Brahman là nền tảng tối hậu, vừa “không” (không thể mô tả) vừa “đầy” (toàn năng), nên chân không lượng tử như một biểu hiện vật lý của Brahman. Sự sáng tạo của đức Allah từ "không" cũng phù hợp với ý “từ một thực tại tiềm ẩn”.
Tóm lại, theo các nhà nghiên cứu, “Không” đích thực là nguồn gốc của “Có” - một ý tưởng vốn đã tồn tại hàng nghìn năm trong Đông phương và nay được khoa học hiện đại “chứng minh” theo cách riêng của nó.
5. Liệu có THỜI GIAN và NHÂN QUẢ?
Chúng ta luôn nhìn thời gian là thứ tuyệt đối, một chiều và độc lập. Nhân quả thì nhân luôn đi trước quả, và lan truyền (thông tin, năng lượng) với tốc độ nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ ánh sáng.
Nhưng lượng tử khiến hai khái niệm này bị nghi ngờ dữ dội.
Phương trình Schrödinger là một phương trình lượng tử đối xứng theo thời gian. Nếu đảo ngược hướng thời gian (t → -t), phương trình vẫn đúng. Không có "mũi tên thời gian" trong lượng tử cơ bản. (Nhưng sụp đổ hàm sóng thì không đảo ngược được! Đây là nguồn gốc của mũi tên thời gian nhiệt động lực học - và vẫn là bí ẩn mở.)
Năm 1978, John Wheeler tiến hành thí nghiệm Lựa chọn Trễ. Tương tự thí nghiệm khe đôi lượng tử, khi bắn photon đến màn có 2 khe và photon đã "qua khe" đến detector, bây giờ, bạn mới quyết định có đặt máy đo tại khe không. Kết quả (đã thực nghiệm xác nhận nhiều lần vào năm 2007, 2015 và 2017 với vệ tinh lượng tử): quyết định của bạn ngay bây giờ thay đổi hành vi của hạt trong quá khứ.
Dù photon có đi qua khe hay thiết bị dưới dạng sóng (đi qua cả hai đường cùng lúc) đi chăng nữa, thì chỉ cần cách thiết bị đo được cấu hình ngay sát thời điểm bắt giữ, bản chất của photon sẽ thay đổi ngay lập tức.
Thí nghiệm cho thấy hạt lượng tử không có trạng thái xác định rõ ràng (là sóng hay hạt) trong suốt hành trình bay. Theo nguyên lý bổ sung của Niels Bohr, chính hành động đo lường và quan sát thực tế ở thời điểm cuối cùng mới quyết định cách hạt biểu hiện. Nó không có nghĩa là quá khứ thực sự bị thay đổi, mà là quá khứ không tồn tại trạng thái độc lập ngoài những gì được ghi lại ở hiện tại.
Phần lớn các nhà vật lý đồng thuận rằng thí nghiệm Lựa chọn Trễ không ngụ ý khả năng giao tiếp ngược thời gian (retrocausality), mà chỉ ra giới hạn của cách tư duy thông thường về thực tại vật lý.
Thời gian chỉ là một tham số bên ngoài. Một số học thuyết lượng tử cho rằng thời gian là thứ nổi lên từ vướng víu. Một phần của vũ trụ làm "đồng hồ" cho phần kia, tạo cảm giác thời gian trôi qua. Hàm sóng của toàn bộ vũ trụ (Wheeler-DeWitt equation) có thể là "không có tính thời gian" (timeless). Toàn bộ lịch sử vũ trụ tồn tại như một khối tĩnh, và thời gian chỉ là ảo giác khi chúng ta quan sát một phần nhỏ.
Hơn nữa, nhiều lý thuyết và thực nghiệm lượng tử cho thấy, thời gian không nhất quán ở mức cơ bản. Gần hố đen hoặc ở thang Planck, thời gian có thể bị “xé toạc” bởi quantum foam (bọt lượng tử). Trong một số diễn giải, thời gian có thể không có hướng cố định ở mức vi mô.
Tóm lại, thời gian không phải là nền tảng tuyệt đối, mà có thể là kết quả của các tương quan lượng tử hay vướng víu giữa các phần của vũ trụ.
Thứ tự - hay nhân quả - cũng có thể chồng chất. Quyết định đo lường sau khi photon đã đi qua trong thí nghiệm Lựa chọn Trễ - nhưng vẫn ảnh hưởng đến hành vi của nó ở quá khứ. Thực ra không có du hành ngược thời gian thật, mà cho thấy thực tại lượng tử không có thứ tự nhân quả rõ ràng như chúng ta nghĩ.
Còn vướng víu tạo tương quan tức thì. Đo một hạt, ảnh hưởng ngay tới hạt kia dù cách cực xa nhau, trong khi không có thông tin hay năng lượng nào được truyền đi.
Một số trường phái lý giải lượng tử, cho rằng tương lai có thể ảnh hưởng ngược về quá khứ ở mức lượng tử (dù không truyền thông tin). Hoặc được giải thích theo hướng, khi đo, hàm sóng “sụp đổ” một cách ngẫu nhiên, dường như phá vỡ sự tiến triển nhân quả liên tục, xác định.
Tuy vậy, lý thuyết lượng tử không cho phép truyền thông tin nhanh hơn ánh sáng hay tức thì (no-communication). No-cloning không cho phép sao chép trạng thái lượng tử. No-deleting không thể xóa hoàn toàn. No-broadcasting không thể "phát sóng" trạng thái lượng tử. Những định lý này bảo vệ nhân quả - nhưng theo cách kỳ lạ. Do đó, nhân quả vĩ mô vẫn được bảo toàn.
Về tổng thể, ở mức cơ bản, thời gian và nhân quả không tuyệt đối, mà xấp xỉ, phụ thuộc vào cách chúng ta quan sát và quy mô. Thực tại sâu nhất có thể là khối tĩnh (block universe) hoặc mạng lưới tương quan, trong đó thời gian và nhân quả chỉ nổi lên khi nhìn ở mức vĩ mô. Đây là lý do tại sao việc thống nhất lượng tử với hấp dẫn (quantum gravity) rất khó, vì cả hai lý thuyết có quan niệm khác nhau về thời gian và nhân quả.
Khái niệm về thời gian và nhân quả trong lượng tử cũng tiếp tục thách thức triết học và khoa học cổ điển. Quan điểm được nhiều nhà khoa học đồng thuận nhất hiện nay là: thời gian và nhân quả là công cụ nhận thức của con người, chứ không phải đặc tính tối thượng của thực tại.
6. Tại sao thế giới vĩ mô lại BÌNH THƯỜNG?
Tại sao bạn không thấy mình chồng chất? Tại sao quả bóng tennis không chồng chất? Tại sao con mèo không chồng chất? Tại sao chỉ có electron, photon, quark... ở trạng thái chồng chất?
Tại sao quả táo rơi có vị trí xác định, mà electron không có vị trí xác định?
Tại sao xe chạy ta biết vận tốc chính xác, mà không biết vận tốc của một photon?
Tại sao người ta dự đoán hoàn hảo đường đi của trái bi-a, mà không biết nguyên tử đang và sẽ đi đâu?
Ranh giới ở đâu mà những điều kỳ lạ này biến mất?
Một đứa trẻ giờ cũng biết là do Decoherence (mất liên kết lượng tử). Nhưng điều đáng nói là thời gian decohenrence này có vẻ tỷ lệ với kích thước của vật.
Lượng tử là thế giới các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,0000001mm. Một electron đơn lẻ, cô lập hoàn toàn thì không có decoherence, tức là luôn luôn ở trạng thái lượng tử (trừ khi bị đo, không đo nữa thì trạng thái lượng tử lại quay trở lại, nhưng hàm sóng lúc này đã bị thay đổi).
Một nguyên tử cacbon trong cấu trúc Fullerenecó thời gian decoherence cỡ 10 ps (pico giây, 1ps = 10⁻¹² giây).
Một virus (1 tế bào, cỡ 10.000-hàng triệu nguyên tử) trong thí nghiệm năm 2020 có thời gian decoherence khoảng vài µs.
Một hạt bụi (đường kính vài µm) có thời gian decoherence cỡ vài fs (femto giây, 1fs =10⁻¹⁵ giây).
Một quả bóng tennis có thời gian decoherence 10⁻³⁰ giây - tức người bình thường như chúng ta sẽ không bao giờ thấy.
Một quả bóng tennis gồm 10²³ nguyên tử. Mỗi nguyên tử tương tác với không khí, ánh sáng, trường điện từ - hàng tỷ tỷ "phép đo" mỗi giây. Mỗi tương tác = một "phép đo" làm sụp đổ chồng chất, thông tin lượng tử bị rò rỉ ra môi trường. Trạng thái lượng tử của bóng tennis sụp đổ trong thời gian 10⁻³⁰ giây.
Khi vật chất đủ lớn, tức nó chứa càng nhiều hạt, các hiệu ứng lượng tử sẽ bị trung bình hóa và biến mất.
Cho nên, dù cho mọi thứ - kể cả bạn - đều được tạo từ các hạt lượng tử hành xử kỳ lạ, nhưng ở cấp độ lớn hơn, vật quá lớn, quá nóng, quá ồn ào, môi trường liên tục “xóa sạch” các đặc tính lượng tử, sự kỳ lạ đó "trung bình hóa" thành thế giới bình thường chúng ta sống.
Tuy vậy, decoherence không giải thích tất cả.
Decoherence giải thích tại sao chúng ta không thấy chồng chất, nhưng không giải thích tại sao một kết quả cụ thể xảy ra. Tại sao hạt chọn ↑ thay vì ↓? Không ai biết. Đây vẫn là bí ẩn căn bản của lượng tử. "Vấn đề đo lường" chưa hề được giải quyết sau hơn 100 năm.
Feynman nói: "Nếu bạn nghĩ mình hiểu lượng tử, bạn chưa hiểu lượng tử." Ông ấy không khiêm tốn. Đó là sự thật.
7. Vai trò của Ý THỨC trong lượng tử
Ý thức là điểm giao giữa vật lý, triết học và tâm lý học. Ý thức có vai trò gì trong lượng tử? Chưa có câu trả lời.
Điều gì "gây ra" sụp đổ hàm sóng? Khi nào chính xác nó xảy ra? Máy đo? Hệ thống vật lý lớn? Môi trường? Hay chỉ khi ý thức con người tiếp nhận thông tin? Đây là vấn đề lớn của vật lý còn chưa giải được sau gần100 năm.
Nếu "quan sát" tạo ra thực tại - và ý thức tham gia vào "quan sát" - thì ý thức không chỉ là sản phẩm của vũ trụ vật chất, mà có thể là điều kiện để vũ trụ vật chất tồn tại.
Có rất nhiều quan điểm trái chiều.
Quan điểm cổ điển (von Neumann, Wigner, và sau này một số nhà vật lý) cho rằng ý thức đóng vai trò trung tâm trong lượng tử. Hàm sóng chỉ sụp đổ khi ý thức quan sát. Ý thức là nền tảng của thực tại. Đây từng là quan điểm phổ biến giai đoạn đầu lượng tử. Nhưng ngày nay, hầu như không nhà vật lý hay triết học nào còn chấp nhận nó nữa.
Quan điểm hiện đại (đa số nhà vật lý và triết học ngày nay) cho rằng ý thức không liên quan. Decoherence xảy ra khi hệ tương tác với môi trường - không cần "ý thức" gì cả. “Quan sát” ở đây chỉ là tương tác vật lý, không cần ý thức con người. Một con mèo, một camera, hay thậm chí một hạt bụi cũng có thể gây “đo lường” theo nghĩa này. Một số thí nghiệm cho thấy quá trình sụp đổ (hoặc decoherence) xảy ra trước khi thông tin đến não bộ con người. Ý thức chỉ là người “nhận kết quả”, không phải người “tạo ra” kết quả.
Trường phái Đa Vũ Trụ (Many Worlds) lại cho rằng chẳng có sụp đổ nào cả. Mọi kết quả đều xảy ra ở cách nhánh vũ trụ song song. Hàm sóng luôn tiến triển đơn nhất. Ý thức của bạn chỉ “phân nhánh” theo một trong các khả năng. Thế nên ý thức không có vai trò đặc biệt.
Phái QBism (của Fuchs, Mermin đưa ra năm 2014) cho rằng lượng tử không mô tả thực tại, nó chỉ mô tả niềm tin của tác nhân (người quan sát) về thực tại. Ý thức ở đây quan trọng theo nghĩa chủ quan, nhưng không phải là lực làm thay đổi thực tại.
Phái Bản thể luận với lý thuyết của Rovelli cho rằng mọi tương tác giữa các hệ thống đều tạo ra “sự kiện”. Ý thức là một hệ thống đặc biệt, nhưng không độc nhất.
Một giả thuyết thiểu số cho rằng ý thức xuất phát từ quá trình lượng tử trong microtubules (các vi ống) của neuron. Ý thức và lượng tử có mối liên hệ sâu, nhưng đây vẫn là ý kiến thiểu số và chưa được chứng minh bằng thực nghiệm.
Như vậy, đa số giới vật lý, triết học và khoa học nói chung ngày nay đều thống nhất ở một điểm: Ý thức không đóng vai trò cơ bản trong cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử hoạt động tốt mà không cần đề cập đến ý thức.
Cái gọi là “hiệu ứng quan sát viên” hay "quan sát khách quan" thực chất là hiệu ứng tương tác (interaction).
Những ai giờ mà vẫn còn nói “ý thức tạo ra thực tại” thường đang dựa vào diễn giải cũ hoặc quan điểm cá nhân, chứ không phải đồng thuận của khoa học hiện đại.
8. Triết học và các khoa học liên quan sẽ phải thay đổi như thế nào?
Thực tại cổ điển đã bị bác bỏ bởi cơ học lượng tử. Nhiều nền móng triết học dày công gây dựng đã bị lung lay rõ rệt (thực tại, nhân quả, thời gian, quan sát khách quan, tính tất định, ý thức). Liệu đã đến lúc triết học xây dựng một lý thuyết khác về thực tại "mới" chưa?
Rồi. Thậm chí nhiều nhánh còn đang phát triển rất rầm rộ nữa. Nhưng chưa có một lý thuyết thống nhất chung nào (do lượng tử và vũ trụ học vẫn chưa phát triển hoàn thiện).
Trường phái Bản thể luận (Ontology) dựa trên thực tại nhiều nhất. Thực tại là gì? Cái tồn tại. Cái gì tồn tại? Vật chất. Vật chất tồn tại độc lập, xác định, liên tục. "Tồn tại" có nghĩa rõ ràng. Nhưng thực nghiệm từ lượng tử đặt dấu hỏi: "Tồn tại" nghĩa là gì khi electron không ở đâu cụ thể cho đến khi đo? Hàm sóng có "tồn tại" không? Hay chỉ là công cụ tính xác suất? Do đó, trường phái này đã "biến đổi" theo hướng mới: Ontic structural realism (Chủ nghĩa hiện thực cấu trúc bản thể) - Không có "vật thể" cơ bản, chỉ có "quan hệ" và "cấu trúc" là thật. Hay một số học giả đổi thành: chỉ có "quá trình" và "sự kiện" là thật.
Carlo Rovelli đưa ra lý thuyết gần với Phật giáo: Thực tại không phải là “vật tự thân”, mà là mối quan hệ giữa các hệ thống. Không có trạng thái tuyệt đối, chỉ có tương quan tương đối.
Nhóm Đa Vũ Trụ (Many Worlds) đang xây dựng lý thuyết ontology với ý tưởng: Toàn bộ thực tại là một hàm sóng khổng lồ, phân nhánh liên tục. Chúng ta chỉ sống trong một nhánh.
Một số triết gia (như Wheeler) cho rằng thực tại không phải “vật” mà là quá trình, thông tin, hoặc tương quan.
Hướng holographic đang được nhiều nhà vật lý-triết gia (Maldacena, Susskind, Van Raamsdonk…) đóng góp thì cho rằng thực tại vĩ mô (không gian, thời gian, vật chất) nổi lên từ vướng víu và thông tin lượng tử ở mức sâu hơn.
Trường phái Nhận thức luận (Epistemology) vốn cho rằng giới hạn nhận thức là giới hạn kỹ thuật. Về lý thuyết, con người có thể biết tất cả tri thức đầy đủ về vũ trụ. Nhưng lượng tử cho thấy: có giới hạn nhận thức cơ bản. Bất định Heisenberg chứng minh rằng ta không thể biết đồng thời vị trí và động lượng của hạt. Tri thức đầy đủ về vũ trụ là khái niệm vô nghĩa về mặt vật lý. Nhiều học thuyết mới đã và vẫn đang được xây dựng, điều chỉnh để triết lý của họ phù hợp với thực tiễn mới.
Phái Nhân quả (Causality) vốn chủ yếu dựa trên tư tưởng của Hume, Kant - cho rằng nhân quả là nền tảng của lý trí và khoa học. A gây ra B theo trật tự thời gian. Nhưng thực tế lượng tử cho thấy hàm sóng sụp đổ tức thì, không có dấu hiệu nào cả, trật tự nhân quả ở trong chồng chất. Do đó, học giả nhóm này đang tập trung trả lời cho câu hỏi: Liệu nhân quả chỉ là đặc tính nổi lên ở cấp vĩ mô, chứ không phải luật cơ bản?
Trường phái Ý chí tự do (Free will với Laplace) trước đây khẳng định vũ trụ tất định, ý chí tự do chỉ là ảo giác. Bạn không "chọn", vì não bộ tuân theo luật Newton. Nhưng lượng tử cho thấy sụp đổ hàm sóng là ngẫu nhiên thực sự - không gì quyết định trước. Nhưng ngẫu nhiên không phải tự do ý chí! Học giả nhóm này tranh luận chưa ngã ngũ, đồng thời xây dựng thuyết Compatibilism mới - Tự do ý chí có thể tồn tại trong khoảng giữa tất định và ngẫu nhiên lượng tử.
Các nhà Phật học hiện đại đang tích hợp lượng tử vào triết học Đông Phương vì thấy có sự tương thích mạnh mẽ giữa nhiều khái niệm Phật giáo, Đạo giáo với hiện thực lượng tử.
Một số hướng mới gần đây nổi lên cho rằng ý thức và thực tại vật lý đồng phát sinh (co-arise), không cái nào là "nền tảng" của cái kia.
Triết học hiện đại đang chuyển từ “triết học của khoa học” sang triết học tham gia vào việc xây dựng khoa học. Làm sao dung hòa thực tại vi mô (phi cổ điển) với kinh nghiệm vĩ mô của con người (ý thức, tự do, đạo đức) là một vấn đề lớn cho triết học hiện nay.
Nhiều nhà tư tưởng cho rằng chúng ta đang ở giai đoạn “cách mạng Copernicus thứ hai”: Không chỉ Trái Đất không phải trung tâm, mà con người và cách nhìn cổ điển cũng không phải trung tâm của thực tại.
Triết học không chỉ “bị lung lay” mà đang được tái sinh. Nó đang kết hợp chặt chẽ hơn với vật lý, khoa học nhận thức, và thậm chí thiền định/tâm lý học để xây dựng một ontology mới: thực tại là mạng lưới tương quan động, có sự nổi lên, có sự tham gia, chứ không phải tập hợp các vật thể cố định.
Ngoài triết học, tái định nghĩa thực tại từ lượng tử còn khiến một số ngành khoa học khác bị ảnh hưởng sâu.
Khoa học thần kinh cũng phải trả lời câu hỏi: Ý thức có phải lượng tử? Các học giả vẫn đưa ra nhiều ý tưởng đầy tranh cãi, thiếu bằng chứng thực nghiệm. Một số học giả thần kinh học cho rằng ý thức phát sinh từ sụp đổ hàm sóng trong vi ống của tế bào thần kinh. Nhưng não quá ấm, ẩm, ồn ào khiến decoherence xảy ra quá nhanh (vài fs) để ý thức khai thác. Matthew Fisher năm 2015 cho rằng hạt nhân phospho trong não có thể duy trì coherence nhưng chưa chứng minh được bằng thực nghiệm. Một điều chắc chắn: Ý thức là bí ẩn lớn nhất của khoa học. Lượng tử có thể liên quan - nhưng chưa ai biết cách chứng minh hay giải thích hợp lý.
Vũ trụ học cũng phải loay hoay với vô số câu hỏi liên quan giữa vũ trụ và lượng tử. Liệu lượng tử có phải là nguồn gốc của mọi thứ trong vũ trụ không? Có một lý thuyết khá thú vị - Lạm phát vũ trụ (Cosmic inflation) - cho rằng vũ trụ giãn nở cực nhanh sau Big Bang. Các thăng giáng lượng tử trong chân không trở thành cấu trúc vũ trụ vĩ mô (thiên hà, sao). Mỗi con người chúng ta - được tạo từ vật chất - là sản phẩm của thăng giáng lượng tử ngẫu nhiên từ 13.8 tỷ năm trước. Nhưng nếu Big Bang bắt đầu từ thăng giáng lượng tử, thì "không có gì" trước đó nghĩa là gì?
Lý thuyết thông tin cũng bị đảo lộn từ các khám phá lượng tử. Thực tại có phải là thông tin? John Wheeler (cha đẻ của lỗ đen) cho rằng thực tại vật lý phát sinh từ thông tin. Mọi thứ ở cấp cơ bản là thông tin, không phải vật chất. Phái Holographic cho rằng vũ trụ có thể là "hologram". Học thuyết của Maldacena, Susskind (2013) lại cho rằng vướng víu lượng tử và wormhole không-thời gian là cùng một thứ.
9. Những câu hỏi vẫn chưa có lời giải
Dưới đây là một số câu hỏi (nổi bật) trong vật lý lượng tử vẫn chưa có câu trả lời:
(1) Tại sao sụp đổ hàm sóng lại xảy ra?
Điều gì quyết định một kết quả cụ thể? Ngẫu nhiên hoàn toàn? Hay có cơ chế ẩn nào đó? Đây là vấn đề nền tảng nhất của lý thuyết.
(2) Tại sao thế giới vĩ mô lại "bình thường"?
Decoherence giải thích tại sao chúng ta không THẤY chồng chất vĩ mô, nhưng không giải thích tại sao một kết quả cụ thể xảy ra. Ranh giới lượng tử / cổ điển ở đâu mới là chính xác?
(3) Mâu thuẫn giữa lượng tử và thuyết tương đối rộng
Lượng tử mô tả thế giới vi mô hoàn hảo. Thuyết tương đối rộng mô tả vũ trụ, trọng lực và không-thời gian hoàn hảo. Hai lý thuyết này có nhiều vấn đề mâu thuẫn nhau - và chưa ai tìm ra hay biết lý thuyết thống nhất là gì.
(4) Ý thức là gì? Có liên quan tới lượng tử không?
Nằm trong danh sách Vấn đề khó (Hard Problem of Consciousness của Chalmers, 1995): Tại sao trải nghiệm chủ quan (thấy màu đỏ, cảm thấy đau) tồn tại? Tại sao không chỉ là xử lý thông tin "trong bóng tối"?
(5) Diễn giải nào phù hợp với cơ học lượng tử?
Có quá nhiều cách diễn giải lượng tử với vô số trường phái. Liệu có thể tạo ra một thí nghiệm dứt khoát phân biệt chúng, để chọn ra một diễn giải duy nhất cho lượng tử?
(6) Nghịch lý thông tin hố đen
Khi hố đen bay hơi theo bức xạ Hawking, thông tin về vật chất rơi vào bên trong đi đâu? Lượng tử yêu cầu thông tin được bảo toàn, nhưng thuyết tương đối dường như cho phép nó mất. Mâu thuẫn lớn.Lý thuyết lượng tử dự đoán năng lượng chân không khổng lồ, nhưng quan sát cho thấy nó gần như bằng không (sai lệch khoảng 10¹²⁰ lần). Tại sao có sai lệch khổng lồ này?
(8) Bản chất của thực tại là gì?
Chính là ý tưởng của bài viết này. Thực tại có khách quan độc lập hay chỉ là mạng lưới tương quan? Không gian-thời gian có thực sự cơ bản hay chỉ nổi lên từ vướng víu? Tất nhiên chưa có câu trả lời.
(9) Mũi tên thời gian theo một hướng? hai hướng? đa hướng? không hướng?
Chúng ta thấy thời gian chỉ chảy một chiều. Nhưng phương trình lượng tử là thuận nghịch (hai chiều như nhau). Thời gian có liên quan đến entropy và điều kiện ban đầu của vũ trụ không? hay cũng là một phần của thực tại nổi lên từ vướng víu?
Còn nhiều câu hỏi khác, không thể kể hết ra đây được.
Phần lớn các nhà vật lý đồng ý rằng cơ học lượng tử cực kỳ thành công về mặt dự đoán, nhưng chưa hoàn chỉnh ở mức nền tảng. Nhiều tiến bộ đang diễn ra trong cơ học lượng tử, vũ trụ học, quan sát hố đen, và các mô hình holographic.
Giải quyết hết những câu hỏi này có thể đòi hỏi một cuộc cách mạng lớn hơn cả lượng tử.
- END-
Nhận xét
Đăng nhận xét