Đa vũ trụ: Từ vũ trụ học thuật tới vũ trụ điện ảnh Marvel

Điện ảnh có lẽ là một trong những cầu nối giúp đưa các ý tưởng khoa học thời thượng nhưng khó hiểu tới đại chúng một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất. Gần đây, hàng loạt các bộ phim khoa học viễn tưởng từ “Vũ trụ điện ảnh Marvel” được sản xuất với cốt truyện dựa trên các ý tưởng khoa học có thể nói là “điên rồ nhất”, “khó hiểu nhất” mà loài người nghĩ ra.

Điển hình trong số đó là bộ phim Doctor Strange in the Multiverse of Madness (tạm dịch: Tiến sĩ Strange trong Đa vũ trụ điên loạn). Ngay ở tiêu đề của bộ phim, ta bắt gặp một thuật ngữ có lẽ hiếm thấy trong cuộc sống thường này, thậm chí tương đối mới mẻ với nhiều nhà khoa học, Đa vũ trụ – Multiverse. Tuy nhiên, với những người nghiên cứu vật lý lý thuyết, đặc biệt với những nhà vũ trụ học, thì thuật ngữ này không có gì xa lạ. Ít nhất họ đã từng nghe, từng đọc các bài giảng, các bài báo khoa học về chủ đề này.

Tuy nhiên với đại chúng thì đây thực sự là những khái niệm khó hiểu. Trong đầu ai đó cũng có thể ong ong với các câu hỏi “Đa vũ trụ là gì” ?, “Cơ sở khoa học cho sự tồn tại của Đa vũ trụ là gì” ?, “Nếu Đa vũ trụ thực sự tồn tại thì làm sao ta có thể nhận biết được nó”? Đây có lẽ cũng là những câu hỏi mà nhiều người sau khi xem phim Tiến sĩ Strange trong Đa vũ trụ điên loạn đặt ra cho bản thân mình. Do đó, bài viết này sẽ giúp các bạn đọc hình dung ra cách trả lời cho các câu hỏi này.

Đầu tiên, Multiverse là gì ? Về mặt ngôn ngữ, Multiverse là một từ ghép của hai từ “Multiple – Nhiều” và “Universe – Vũ trụ”. Điều đó gợi ý cho chúng ta về một Đa vũ trụ – Multiverse, trong đó nhiều vũ trụ cùng tồn tại tách biệt nhau. Để cho dễ hiểu, ta hãy hình dung mỗi vũ trụ như một bong bóng xà phòng. Khi ta thổi nhẹ một đầu ống hút với đầu còn lại đã được nhúng vào dung dịch xà phòng thì ta thấy có rất nhiều bong bóng xà phòng, lớn có, bé có, được hình thành tách biệt nhau và bay lơ lửng trong không khí. Lúc đó, các bong bóng xà phòng này tạo thành một Đa vũ trụ bong bóng. Trong Đa vũ trụ thực sự (nếu tồn tại), vũ trụ chứa Trái đất của chúng ta chỉ là một thành viên như bao vũ trụ khác.

Thứ hai, cơ sở khoa học cho sự tồn tại của Đa vũ trụ là gì ? Trước khi nói về điều này, ta cần biết rằng ý niệm sơ khai về Đa vũ trụ đã ra đời cách đây hàng nghìn năm, từ thời Hy Lạp cổ đại với học thuyết nguyên tử, khi các triết gia thời bấy giờ cho rằng các thế giới song song vô hạn được hình thành từ các va chạm của nguyên tử¹. Trong văn hóa Phương Đông, sự tồn tại của “thế giới bên kia”, nơi những người sau khi qua đời đi sẽ sống ở đó, cũng là một ý niệm mơ hồ về Đa vũ trụ. Trong vũ trụ học hiện đại tồn tại nhiều phiên bản khác nhau của Đa vũ trụ², điển hình như: (i) Đa vũ trụ dựa trên cách diễn giải đa thế giới – many world interpretation của Cơ học lượng tử do H. Everett đề xuất năm 1957 và được B. S. DeWitt phát triển trong khuôn khổ Vũ trụ học lượng tử – Quantum cosmology. Có thể nói, Đa vũ trụ của Everett là lý thuyết Đa vũ trụ dựa trên cơ sở khoa học chặt chẽ đầu tiên; (ii) Đa vũ trụ dựa trên lý thuyết về sự tạo thành vũ trụ từ hư vô do A. Vilenkin đề xuất năm 1982; (iii) Đa vũ trụ dựa trên hàm sóng Hartle-Hawking; (iv) Đa vũ trụ dựa trên lý thuyết vũ trụ lạm phát – Inflationary multiverse. M. Tegmark, giáo sư vật lý của MIT, đã đưa ra bốn cấp độ Đa vũ trụ, dựa trên những lý thuyết Đa vũ trụ đã và đang được đề xuất, như sau³:

Cấp độ 1: Những vùng không gian nằm ngoài chân trời vũ trụ của chúng ta

Ở cấp độ này, vũ trụ chúng ta đang sống chiếm một phần trong không gian rộng vô hạn. Các định luật vật lý là như nhau tại các vũ trụ mặc dù các điều kiện ban đầu hình thành các vũ trụ có thể khác nhau.

Cấp độ 2: Các bong bóng sau lạm phát

Ở cấp độ này, lạm phát vũ trụ – Cosmic inflation được giả định tồn tại ở thời kỳ đầu. Chính lạm phát tạo thành nhiều Đa vũ trụ cấp độ 1. Các Đa vũ trụ cấp độ 1 này có thể được mô tả bởi các phương trình vật lý giống nhau nhưng khác về hằng số vật lý, số chiều, và các thành phần hạt cơ bản.

Cấp độ 3: Đa thế giới của Vật lý lượng tử

Ý tưởng cơ bản của Đa vũ trụ trong cấp độ này đó là khi ta tiến hành một phép đo lượng tử, các khả năng khác của kết quả phép đo sẽ tồn tại trong các thế giới song song với thế giới của chúng ta. Ở cấp độ này, giả thuyết được sử dụng đó là tính chất Unitary của tiến triển theo thời gian – time evolution của hàm sóng phải tồn tại. Các tính chất của Đa vũ trụ trong cấp độ 2 giữ nguyên trong cấp độ này.

Cấp độ 4: Các cấu trúc toán học khác

Ở cấp độ này, giả thuyết được sử dụng đó là các tiên đoán toán học là yếu tố tiên quyết. Hệ quả đó là các cấu trúc toán học khác nhau có thể sẽ dẫn tới các mô hình Đa vũ trụ mà ở đó các Vũ trụ được mô tả bởi các phương trình Vật lý khác nhau.

Theo A. Linde (Đại học Stanford), một trong những nhà tiên phong của lý thuyết vũ trụ lạm phát, các lý thuyết Đa vũ trụ (i)-(iii) đều rất khó để tiếp cận nên chúng không được xem xét sâu rộng như lý thuyết Đa vũ trụ lạm phát (iv)². Trong phân loại của Tegmark, Đa vũ trụ lạm phát thuộc cấp độ 2. Trong lý thuyết này, các nhiễu loạn lượng tử ngẫu nhiên trong thời kỳ lạm phát có thể dẫn tới sự hình thành của các “hạt mầm” vũ trụ khác nhau. Trong các “hạt mầm” này, năng lượng của trường lạm phát sẽ chuyển đổi thành các trường và hạt vật chất –  những viên gạch hình thành nên các vũ trụ. Vũ trụ chứa Trái đất của chúng ta là một trong các vũ trụ này. Trong một bài báo đăng trên tạp chí Physical Review D năm 2010, A. Linde và V. Vanchurin đã ước lượng được có khoảng “e^(e^180)” vũ trụ trong một Đa vũ trụ lạm phát⁶.

Cuối cùng, nếu Đa vũ trụ thực sự tồn tại thì làm sao ta có thể nhận biết được nó ? Trong phim Tiến sĩ Strange trong Đa vũ trụ điên loạn, tiến sĩ Strange có thể nhìn thấy các phiên bản của mình ở các vũ trụ khác thông qua giấc mơ của mình. Tiến sĩ Strange ở vũ trụ này có đời sống hoàn toàn khác với tiến sĩ Strange ở vũ trụ kia. Thường thì trong giấc mơ, những thứ điên rồ nhất đều có thể xảy ra. Chúng ta hay được nghe những câu chuyện có phần huyền bí về những giấc mơ mà ở đó con cháu gặp lại ông bà đã mất và được họ báo cho những chuyện sẽ xảy ra trong tương lai. Liệu có hay không một vũ trụ khác mà ở đó linh hồn của những người đã mất trú ngụ ? Nhiều nhà vật lý và vũ trụ học hiện vẫn nghi ngờ về sự tồn tại của Đa vũ trụ cũng như khả năng con người có thể quan sát được các vũ trụ khác trong Đa vũ trụ. Điển hình trong số này là các nhà vật lý và vũ trụ học tên tuổi như D. Gross (Giải Nobel Vật lý 2004), R. Penrose (Giải Nobel Vật lý 2020), M. Turner, V. Mukhanov, P. Steinhardt, G. Ellis, C. Rovelli, D. Spergel¹. Một trong những lý do cho việc nghi ngờ này đó là các vũ trụ khác trong Đa vũ trụ nằm ngoài khả năng quan sát của các kính thiên văn hiện đại nhất. Tuy nhiên, nhiều nhà vũ trụ học và vật lý tên tuổi khác lại ủng hộ lý thuyết Đa vũ trụ, điển hình như S. Hawking, A. Guth, A. Linde, L. Susskind, S. Carroll, A. Vilenkin, B. Greene, M. Tegmark¹. Lý do cho việc ủng hộ này đó là sự phù hợp về mặt lý thuyết, dù cho chưa có xác nhận cụ thể về quan sát. Hiện tại, một số nhà thiên văn học và vũ trụ học đang tìm kiếm các dấu hiệu của các vũ trụ khác thông qua các số liệu quan sát về phông nền vũ trụ viba – Cosmic microwave background radiation (CMB), thứ gắn bó chặt chẽ với lý thuyết lạm phát vũ trụ. Cuối năm 2010, S. M. Feeney và đồng nghiệp tuyên bố bằng chứng đầu tiên về sự va chạm của vũ trụ chúng ta đang sống với vũ trụ khác trong Đa vũ trụ lạm phát có thể tìm thấy thông qua các vòng tròn đồng tâm trong CMB đo bởi vệ tinh WMAP của NASA⁷. Năm 2017, T. Shanks và đồng nghiệp cho rằng dị thường Cold Spot trong CMB có thể là dấu hiệu của sự tồn tại của Đa vũ trụ⁸. Thú vị hơn, một số nhà vật lý và vũ trụ học nghĩ tới viễn cảnh có thể đi tới các vũ trụ khác trong Đa vũ trụ thông qua các Lỗ sâu vũ trụ – Cosmological wormhole, ví dụ như trong bài báo của ba nhà vật lý H. Maeda, T.Harada, and B. J.Carr đăng trên tạp chí Physical Review D năm 2009⁹. Liệu đó có phải là cách mà cô bé Chavez sử dụng để di chuyển từ vũ trụ này sang vũ trụ khác trong phim “Tiến sĩ Strange trong Đa vũ trụ điên loạn”?

“Đừng cho rằng họ bịa ra Đa vũ trụ. Một trong những quan niệm sai lầm phổ biến đó là việc coi Đa vũ trụ chỉ là một giả thuyết. Nó là một tiên đoán của các lý thuyết mà chúng ta có những lý do tốt để nghĩ rằng là đúng”, nhà vũ trụ học S. Carroll làm việc tại Caltech nhận định⁴. Dù chưa có bằng chứng quan sát thuyết phục cho sự tồn tại, nhưng Đa vũ trụ đã và đang là một trong những chủ đề gây tò mò nhất trong nhiều năm qua. Không những thế, Đa vũ trụ còn là một “cách thức hợp lý” để các nhà làm phim của vũ trụ điện ảnh Marvel xây dựng, kết nối các câu chuyện huyền bí¹⁰. Nó chắc chắn vẫn là nguồn cảm hứng, chỗ dựa cho nhiều bộ phim của vũ trụ điện ảnh Marvel trong tương lai. Chúng ta chờ đợi xem Đa vũ trụ trong các bộ phim tiếp theo của Marvel có những “nâng cấp vật lý” gì mới mẻ. □

——

* Viện Nghiên cứu Tiên tiến Phenikaa, trường Đại học Phenikaa.

Tài liệu tham khảo

¹ https://en.wikipedia.org/wiki/Multiverse

² A. Linde, A brief history of the multiverse, Rept. Prog. Phys. 80, 022001 (2017) [arXiv:1512.01203].

³ https://space.mit.edu/home/tegmark/multiverse.pdf

⁴ https://www.newscientist.com/article/mg23831840-200-how-to-think-about-the-multiverse/

⁵ https://blogs.scientificamerican.com/observations/long-live-the-multiverse/

⁶ A. Linde and V. Vanchurin, How many universes are in the multiverse?, Phys. Rev. D 81, 083525 (2010) [arXiv:0910.1589].

⁷ https://phys.org/news/2010-12-scientists-evidence-universes.html

⁸ https://physicsworld.com/a/the-enduring-enigma-of-the-cosmic-cold-spot/

⁹ H. Maeda, T. Harada, and B. J. Carr, Cosmological wormholes, Phys. Rev. D 79, 044034 (2009) [arXiv:0901.1153].

¹⁰ https://marvelcinematicuniverse.fandom.com/wiki/Multiverse