Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 2) doc

Thiết kế vĩ đại- Stephen
Hawking & Leonard Mlodinow
(Phần 2)
Chương2
Vai tròcủa quy luật
Chú sói Skoll xua đuổi Mặt trăng
Cho đến khi chú bay lên Khu rừng Đau buồn
Còn sói Hati, họ Hridvirnir
Thì ráo riết theo đuổi Mặt trời
“Grimnismal”– Văn thơ Băng đảo cổ
Trongthần thoại của người Viking,Skollvà Hatisăn đuổi mặt trời và mặt
trăng. Khihai con sói bắt gặp nhau, thì cómột kì nhật nguyệt thực.Khi hiện tượng
này xảy ra,mọi người trêntrái đất đổ xô đi cứu mặt trờihoặc mặt trăng bằngcách
la hét càng ồn ào càng tốt nhằm xuađuổi lũ sói. Có nhữngcâu chuyện thần thoại na
ná như vậy trong những nền văn hóakhác. Nhưng sau một thời gian, người ta phải
để ý thấy rằng mặt trời vàmặt trăng sớm hiện ra khỏi phanhật nguyệt thực, cho
dù họ có chạyvòng quanh,lahét, và gõtung mọi thứ lên hay không.Saumột thời
gian, họ cũng phải để ý thấy rằng nhật nguyệt thực không chỉ xảy ra mộtcách ngẫu
nhiên: Chúngxuất hiện đều đặn, với chu kìlặp lại hẳn hoi.Những chu kì lặp lại này
dễ thấy nhất đối với hiện tượngnguyệt thực và đã cho phépnhữngngườiBabylon
cổ đại dự báo nguyệt thực khá chínhxác mặc dù họ khôngnhậnra được rằng
chúng có nguyên do là bởi trái đấtchặn mất ánh sáng của mặt trời. Nhật thực thì
khódự báo hơn vì chúngchỉ có thể trông thấy ở những dải hẹp trên trái đấtrộng
chừng 30dặm thôi. Tuynhiên,một khiđã hiểu thấu,thì rõ ràng chu kìnhật thực
khôngphụ thuộc vào ý thích tùy hứng của cácthế lực siêu nhiên,mà bị chi phối bởi
những quyluật nàođó.
Nhật thực. Người cổ đại không biết nguyên nhân gâyra nhật thực, nhưng họ
thật sự để ý đếnsự xuất hiệncó chu kì của chúng.
Bất chấp một số thành công buổi đầu trong việc dự đoánchuyển động của
các thiên thể,đa số các sự kiện trongtự nhiên trước mắt tổ tiên chúngta là không
thể nào dự báo trướcđược. Núi lửa, động đất, bão tố, dịch bệnh, vàmóng chân mọc

ngược vào trong dường như xảy ra mà chẳngcó nguyên dorõ rànghay chu kìlặp
lại nào hết. Vào thờicổ đại, cái người ta tự nhiên nghĩ đếnlà quycác tác động dữ
dội củatự nhiên cho một vị thần tinhnghịch hay những vị chúa trời ác tính. Các tai
họa được xemlà dấuhiệu của việcchúng ta đã làm điều gì đó xúcphạm đến chúa
trời. Thí dụ, vào khoảng năm5600tCN, núi lửa Mazama ở Oregonbùng nổ, gieovãi
đất đá và trobụi trong nhiều năm,và dẫntới nhiềunăm mưa rào cuối cùng gây
ngập miệngnúi lửa ngày nay gọi là Hồ Miệngnúilửa. Những người thổ dân
Klamath xứ Oregon có mộttruyền thuyếtphù hợpchính xác với từng chi tiết địa
chất của sự kiện trên,nhưng thêmthắt mộtchúthư cấu với việc miêutả mộtngười
là nguyên nhân gieorắc tai ương. Tội lỗi củacon người làngười ta luôncó thể tìm
ra những cách để tự khiển trách. Như truyền thuyết kể lại, Llao,chúa tể Địa ngục,
đã phải lòng cô con gái xinhđẹp tuyệt trần của một thủ lĩnh Klamath.Cô gái cự
tuyệt vị chúa tể, cho nên để trả thù, Llao muốnthiêu trụi xứ Klamath trong biển
lửa. Maythay, theotruyền thuyết, Skell,vị chúa tể Thiênđường, đã thươngxót loài
người và ra tay đấu sức với vị chúa tể cõi âm. Cuối cùng thì Llaobị thương và rơi
trở vào trong ngọn Mazama, để lại một cái hố khổnglồ, vàmiệng hố ấy cuối cùng
thì chứađầynước.
Sự thiếu hiểubiết trước các hiện tượng tự nhiên đã đưa nhữngcon người
thời cổ đại phát minh rathần thánh và tôn vinhcác thế lực siêu nhiên trong mọi
mặtđời sống của con người. Có cácvị thần tình yêu và chiến tranh; thần mưa và
thần sấm; kể cả thần động đấtvà thần núi lửa.Khi các vị thần vui vẻ, thì loài người
được hưởng thời tiếttốt, hòabình, và không phải hứng chịu thảmhọa thiên nhiên
và bệnhtật.Khi các vị thần bực dọc, thì xảy ra hạnhán, chiến tranh, dịchhạch và
các loạidịch bệnh. Vì mối quanhệ nhân quả trong tự nhiênkhông hiện rõtrước
con mắtcủa họ,nên nhữngvị thầnnày cóvẻ thật bíhiểm,và loài người sốngnhờ
vào lòng nhân đứccủa họ. Nhưng với Thalesxứ Miletus (khoảng 624tCN – khoảng
546 tCN), cáchnay chừng 2600năm trước, điều đó bắt đầu thay đổi.Quan điểm
nảy sinhlà tự nhiên tuân thủ những nguyên tắc phù hợp có thể hiểu được. Và vì
thế bắt đầu quátrình lâudài làthay thế quanniệm về thế giới thần thánh bằng
quan niệm về một vũ trụ bị chi phối bởi các quy luật tự nhiên, và đượctạo ratheo

một bảnthiết kế mà một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể đọc ra được.
Nhìn theotiến trình lịch sử nhân loại, sự thẩm tra khoahọc là một nỗ lực rất
mới. Giốngloài của chúngta,Homo sapiens, có gốc gác ở vùng hạ Sahara thuộc
châu Phikhoảngnăm200.000 tCN. Ngôn ngữ viết chỉ có niên đạikhoảng năm
7000 tCN, là sản phẩmcủa các xã hội quầntụ xungquanhnhững khuvực trồng
ngũ cốc. (Một số chữ khắc cổ thậm chí nói về khẩu phần biahàngngày cho phép
đối với từng người dân) Nhữngbảnviết taysớm nhất từ nền vănminh vĩ đại thuộc
HiLạpcổ đạicóniênđại vàothế kỉ thứ 9tCN,nhưngđỉnhcaocủa nềnvăn minhđó,
“thời kì cổ điển”, xuất hiện vài trămnăm sauđó, bắt đầuđâu đó trước năm 500
tCN. TheoAristotle (384 tCN– 322 tCN),khoảng thờigian đó Thales đã lần đầu
tiên phát triển ý tưởngchorằng thế giới làcó thể hiểu được, rằng nhữngthứ phức
tạp diễnra xungquanhchúngta có thể giản lược thànhnhữngnguyên lí đơngiản
hơnvà giải thích đượcmà không cần viện dẫn những yếu tố hoangđườnghoặc
thần thánh.
Thales đượcsử sách ghi nhận là người đầu tiêndự báo nhật thựcxảy ra vào
năm 585tCN, mặc dù độ chính xác lớncủa cái ông dự đoán có khả năng chỉ là một
sự may mắn tình cờ.Ông là mộtnhân vậtkhôngrõ ràng tungtích,vì ôngchẳng để
lại bản viết nào của riêng ôngcả. Ngôi nhà của ông là một trong nhữngtrung tâm
trí tuệ nằm trong mộtvùng gọi làIonia, xứ xở thuộc địa củaHi Lạp, và có sứcảnh
hưởngcuối cùng lantỏa đếntận Thổ Nhĩ Kì và Italyở phíatây xaxôi. Nền khoahọc
Ionia là một thành tựuđược đánh dấu bởi sự saymê cao độ trong việché lộ các
quy luật cơ bản nhằm giải thích các hiện tượng tự nhiên,một mốcson chói lọi
trong lịch sử tư tưởng của loài người. Cách tiếp cậncủa họ là duy lí và trong nhiều
trường hợp đưa đến những kết luận giống một cách bất ngờ với cái mà các phương
pháp phức tạp hơn của chúngta đưachúngta đến chỗ tin tưởngnhư ngày nay. Đó
là một sự khởi đầu vĩ đại.Nhưng nhiều thế kỉ trôi qua, phần nhiều khoahọc Ionia
đã bị lãng quên – thỉnhthoảng đâu đó trong lịch sử, nó được khámphátrở lại hay
phátminh ra trở lại.
Theo truyền thuyết, công thức toán học đầu tiêncủa cái ngày naychúngta
gọi là một quy luậttự nhiên cótừ một con người thờikì Ionia tên gọi là Pythagoras

(khoảng580 tCN– khoảng 490tCN), nổi tiếng với địnhlí mangtênông: bình
phươngcạnh huyền(cạnh dàinhất) của mộttamgiác vuông bằng tổng bình
phươngcủa haicạnh còn lại. Sử sáchkể rằng Pythagorasđã pháthiện ramối liên
hệ số học giữa chiều dài cácsợi dây dùngtrong các nhạccụ và sự kết hợp hài hòa
của âm thanh.Theo ngônngữ ngày nay,chúngta sẽ mô tả mối liên hệ đó bằngcách
nói rằng tần số - số dao động trong mỗi giây –của mộtsợi dây daođộng dưới một
sức căng cố định tỉ lệ nghịch với chiều dài củasợidây. Từ quan điểm thựctiễn,
điều này lí giải vì saođàn ghita bassphải có dây dài hơn đànghita thường.
Pythagoras cólẽ không thậtsự phát hiện ra điều này –và có lẽ ông cũngchẳng
khámphá ra định lí mang tênông – nhưng cóbằngchứng cho thấy vào thời đại của
ông, người ta đã biết tới mộtsố liên hệ giữa chiều dài dây nhạc cụ và phách. Nếu
đúngnhư vậy thì người ta có thể gọi công thứctoán học đơngiản đó là thí dụ đầu
tiên của cái ngày naychúng ta gọi là vậtlí lí thuyết.
Ionia. Các học giả ở Ioniacổ đại nằm trong số những người đầu tiênlí giải
các hiện tượng tự nhiên quacác quyluậtcủa tự nhiên thay vì dựa trênthần thánh.
Ngoài định luật dây đàncủaPythagoras ra,những địnhluật vậtlí duy nhất
được biết chính xác đối với người cổ đại là bađịnh luậtđược mô tả chi tiếtbởi
Archimedes (khoảng 287tCN – khoảng 212 tCN), nhà vật lí lỗi lạcnhất thờicổ đại.
Theo thuật ngữ ngày nay thì định luật đòn bẩy lí giải rằng những lực nhỏ có thể
nâng nhữngđối trọnglớn vì đòn bẩy khuếch đại lựctheo tỉ số của haikhoảng cách
đến điểm tựa của đòn bẩy.Định luật sự nổi phát biểu rằng mọi vật nhúngtrong
một chấtlỏng sẽ chịu một lựchướng lên bằng với trọng lượng của phần chất lỏng
bị chiếm chỗ.Và định luật phảnxạ ánh sáng thừa nhận rằng góc hợp giữamột
chùmánh sáng và gươngbằngvới góchợp giữa gương và chùm tiaphản xạ. Nhưng
Archimedes không gọichúng lànhững định luật, ông cũng khônglí giải chúng theo
kiểu liên hệ với sự quan sátvà đo đạc. Thay vì thế, ông xemchúng như thể chúng là
những địnhlí thuần túytoán học, trong mộthệ tiên đề giống hệt như cáiEuclid
sáng tạo chobộ môn hình học.
Khi hệ tư tưởngIonia lan rộng,ở Ionia xuất hiện những con người nhìnthấy
vũ trụ có mộttrật tự bên trong, mộttrật tự có thể hiểu được thông quaquansát và

lí giải. Anaximander(khoảng 610tCN – khoảng546 tCN),một người bạn và có lẽ là
học trò của Thales,chorằng vìcon người lúcmới sinhkhôngcókhả năngtự tồn tại,
cho nên nếu những conngười đầu tiên bằngcáchnào đó được mangđến trên trái
đất lúc mớisơ sinh, thì loài người chẳng thể sống sót. Trong cái có lẽ là sự nhận
thức mơ hồ đầu tiên về sự tiến hóa của nhân loại, như Anaximander lí giải, loài
ngườiphảitiến hóa từ nhữngloài độngvậtkhác cóconnhỏ mớisinh cứng cáp hơn.
Ở Sicily, Empedocles(khoảng 490tCN – khoảng 430tCN) đã quan sát công dụng
của một thiếtbị gọi làcái đồnghồ nước.Thỉnh thoảng đượcdùng làmmôi múc
nước, nó gồm một quả cầucó một cáicổ hở và những lỗ nhỏ dưới đáy. Khi dìm
trong nướcthì nước tràn đầyvào bên trong, và khiđó nếu như ngườita đậy nắp cổ
lại, thì có thể nâng đồng hồ nước lênmà nước bên trong không chảy ra ngoài.
Empedocles để ý thấynếu như bạn đậy nắp cổ lạitrướckhi dìm nóvào trongnước,
thì nước không tràn vào bêntrongđồng hồ nướcđược. Ông lí giải rằng một cáigì
đó không nhìn thấy đã ngăn khôngcho nước tràn qua các lỗ nhỏ vào trong quả
cầu – ôngđã khám pháchấtliệu ngày nay chúng ta gọi là không khí.
Cũng khoảngthờigiantrên,Democritus(khoảng460tCN –khoảng370 tCN),
quê xứ thuộc địa Ionia ở miềnbắc HiLạp, thì suy nghĩ về cái xảy ra khibạn đập vỡ
hay cắt một vật thành từng mảnh. Ôngcho rằng bạn không thể nào tiếp tục quá
trìnhđó mộtcách vô hạn. Thay vào đó, ông chorằng mọi thứ, kể cả mọi sinh vật
sống, cấu tạo từ nhữnghạt cơ bản không thể nào phân tách haychia nhỏ ra được
nữa. Ông đặttên cho nhữnghạt vật chất tốihậu này là nguyên tử, theo từ nguyên
Hi Lạp có nghĩalà “không thể chia cắt”. Democritustin rằng mỗi hiện tượng vật
chất là sản phẩm của sự va chạmcủa cácnguyêntử. Theo quanđiểmcủa ông,đặt
tên lànguyêntử luận, tất cả các nguyên tử liên tục chuyểnđộng trong không gian
và, trừ khicó sự tác động,chúng chuyển động mãimãi thẳngvề phía trước. Ngày
nay, quanđiểmđó được gọi là định luật quán tính.
Quan điểmmang tính cách mạngcho rằng chúngta là những cư dân bình
thường củavũ trụ, chứ chẳngphải giống loài đặcbiệt hiện hữu tại trung tâm của
vũ trụ, lần đầutiên đượcbảo vệ bởi Aristarchus (khoảng 310 tCN –khoảng230
tCN), một trongnhững nhà khoahọcIoniacuối cùng.Chỉ một trong những tính

toáncủa ông còn sótlại, đó là mộtphân tíchhình học phức tạp củanhững quan sát
tỉ mĩ của ông về kích cỡ của cái bóng củaTrái đất in lên trên mặttrăng trongmột kì
nguyệtthực. Ông kếtluận từ số liệu của ôngrằng Mặttrời phải lớn hơn rấtnhiều
so với Trái đất.Có lẽ lấy cảmhứngtừ quan điểm chorằng những vật thể nhỏ bé
phải quayvòngxung quanh nhữngvật thể đồ sộ chứ không thể nào khác đi, nên
ông trở thànhngười đầu tiên cho rằng Trái đất khôngphải nằm tại trungtâm của
hệ hành tinh của chúng ta, màthay vì thế, nó và cáchành tinh khác quay xung
quanh mặt trời lớnhơn nhiều. Đó là mộttiến bộ nhỏ từ sự nhận thức trái đất chỉ là
một hành tinhbìnhthường cho đến quan điểm rằng mặttrời của chúng ta chẳng
có gì đặcbiệt hết. Aristarchus nghingờ vào điều này và ôngtin rằng các ngôisao
mà chúng ta thấy trên bầu trời đêm thật ra chẳng là gì ngoài những mặttrời ở xa.