e
 |
Hugh Everett III (1930–1982). Ảnh: Robert Lea |
Một trong những câu hỏi lớn nhất mà con người từng đặt ra là: "Chúng ta có đơn độc trong vũ trụ hay không?". Nhưng một câu hỏi thậm chí còn táo bạo hơn: "Liệu có tồn tại nhiều vũ trụ khác ngoài vũ trụ chúng ta đang sống?". Ý tưởng này từng bị xem là phi lý, xa rời thực tế. Tuy nhiên vào năm 1957, nhà vật lý Hugh Everett III đã đề xuất "Lý thuyết đa thế giới", hoặc "lý thuyết đa vũ trụ". Theo đó mỗi sự kiện, mỗi quyết định, mỗi khả năng – dù nhỏ bé đến đâu – đều dẫn đến sự phân tách thực tại thành những nhánh vũ trụ song song, và mỗi nhánh tương ứng với một kết quả khác nhau. Vì vậy, vũ trụ mà chúng ta đang sống không phải là duy nhất.
Đây là một ý tưởng táo bạo, vượt xa hiểu biết của các nhà khoa học đương thời, và đến nay vẫn là một trong những lý thuyết gây ra nhiều tranh cãi.
Everett sinh ra trong một gia đình thuộc tầng lớp trung lưu tại Washington DC, Mỹ vào ngày 11/11/1930. Ngay từ nhỏ ông đã đam mê tìm hiểu toán học và khoa học. Năm 12 tuổi, ông thậm chí đã viết thư cho nhà bác học Albert Einstein để hỏi về bản chất của vũ trụ và những yếu tố giúp các thành phần trong vũ trụ gắn kết với nhau.
Sau khi tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật hóa học tại Đại học Công giáo Mỹ năm 1953, Everett nhận học bổng từ Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) để tiếp tục học lên cao hơn tại Đại học Princeton, một trong những tổ chức nghiên cứu khoa học hàng đầu thế giới lúc bấy giờ. Tại đây, ông lần đầu tiên tiếp xúc với cơ học lượng tử, lĩnh vực nghiên cứu giúp mô tả thế giới vi mô của các hạt nhỏ bé như electron và photon. Các nhà khoa học sử dụng hàm sóng trong toán học để mô tả trạng thái của chúng.
Trong cơ học lượng tử, mọi thứ tuân theo những quy luật rất kỳ lạ. Một hạt có thể xuất hiện ở hai vị trí hoặc tồn tại trong nhiều trạng thái khác nhau cùng lúc, điều mà các nhà vật lý gọi là "chồng chất lượng tử" hoặc "chồng chập lượng tử". Tuy nhiên, khi chúng ta đo lường, trạng thái chồng chất này đột ngột "sụp đổ" về một trạng thái duy nhất. Câu hỏi lớn đặt ra là: điều gì xảy ra với những trạng thái khác mà chúng ta không nhìn thấy?
Khi đó, hầu hết các nhà khoa học tin vào một lý thuyết gọi là "diễn giải Copenhagen". Lý thuyết này cho rằng khi một sự kiện xảy ra, tất cả các khả năng khác sẽ biến mất hoàn toàn, chỉ còn lại kết quả chúng ta quan sát được. Nhưng Everett không đồng ý với quan điểm này.
Vào một buổi tối năm 1954, khi đang uống rượu vang và thảo luận với người bạn cùng lớp Charles Misner về cơ học lượng tử, Everett đã nghĩ ra một ý tưởng táo bạo. Ông cho rằng trạng thái chồng chất của các hạt không thực sự sụp đổ. Thay vào đó, mỗi trạng thái sẽ tồn tại trong một vũ trụ riêng biệt. Nói cách khác, vũ trụ sẽ "phân nhánh" thành vô số thực tại song song, nơi tất cả các kết quả có thể xảy ra đều trở thành hiện thực nhưng ở trong các vũ trụ khác nhau.
Lấy ví dụ dễ hiểu, khi bạn tung một đồng xu, trong một vũ trụ kết quả là "ngửa", nhưng ở một vũ trụ song song, kết quả lại là "sấp". Cả hai kết quả đều tồn tại, và bạn – người thực hiện phép thử – cũng được nhân bản, mỗi phiên bản sống trong một vũ trụ với kết quả khác nhau.
Chúng ta hãy quay lại với một ví dụ quen thuộc nhưng được Everett nhìn nhận theo một góc độ mới – thí nghiệm "con mèo của Schrödinger". Trong thí nghiệm này, một con mèo bị nhốt trong hộp kín cùng với một thiết bị chứa chất độc, có thể kích hoạt hoặc không tùy thuộc vào việc một hạt nguyên tử phân rã ngẫu nhiên. Theo cách hiểu truyền thống, trước khi mở hộp, con mèo ở trạng thái chồng chất – vừa sống, vừa chết. Nhưng theo lý thuyết của Everett, khi chúng ta mở hộp, vũ trụ sẽ phân nhánh thành hai thực tại: một nhánh nơi con mèo sống, và một nhánh nơi con mèo chết. Quan sát viên trong mỗi nhánh sẽ chỉ nhận thức được kết quả xảy ra trong nhánh của mình, và không thể nhận ra sự tồn tại của nhánh kia.
Everett tiếp tục phát triển ý tưởng của mình và trình bày nó trong luận án tiến sĩ vào năm 1957, mở ra một góc nhìn hoàn toàn mới trong cơ học lượng tử với "lý thuyết đa vũ trụ". Trong công trình này, ông xây dựng các phép toán nhằm giải quyết vấn đề đo lường trong cơ học lượng tử, một thách thức đã làm đau đầu các nhà vật lý trong nhiều thập kỷ.
Tuy nhiên, lý thuyết của Everett ban đầu không được các nhà khoa học thời bấy giờ đón nhận một cách tích cực. Họ không thể chấp nhận ý tưởng vũ trụ có thể phân nhánh thành vô số thực tại khác nhau chỉ vì một phép đo lường đơn giản. Nhà vật lý nổi tiếng Niels Bohr thậm chí đã gọi lý thuyết của ông là "thần học" và cho rằng nó quá trừu tượng để có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Everett cảm thấy thất vọng trước sự chỉ trích của cộng đồng khoa học, vì vậy ông quyết định từ bỏ vật lý lý thuyết, chuyển sang lĩnh vực toán học ứng dụng và nghiên cứu quân sự. Năm 1956, ông bắt đầu làm việc cho Lầu Năm Góc, nơi ông tham gia vào nhiều dự án quân sự quan trọng, bao gồm việc tính toán hậu quả của chiến tranh hạt nhân và phát triển các mô hình toán học để tối ưu hóa hệ thống phòng thủ tên lửa.
Một trong những đóng góp lớn nhất của ông trong giai đoạn này là phát triển khái niệm "sự hủy diệt lẫn nhau". Theo đó, bất kỳ cuộc chiến tranh hạt nhân nào cũng sẽ dẫn đến hậu quả thảm khốc, có thể dẫn đến sự hủy diệt hoàn toàn của cả hai bên tham chiến. Ý tưởng này đóng vai trò quan trọng trong việc giữ gìn hòa bình trong thời kỳ Chiến tranh Lạnh.
Trong nhiều năm, lý thuyết đa vũ trụ của Everett gần như bị lãng quên. Tuy nhiên, vào thập niên 1970, các nhà vật lý như Bryce DeWitt đã nhận ra tiềm năng của lý thuyết này trong việc giải thích các hiện tượng lượng tử phức tạp. Ngày nay, lý thuyết đa thế giới không chỉ được các nhà vật lý xem xét một cách nghiêm túc mà còn trở thành nguồn cảm hứng cho nhiều tác phẩm văn hóa đại chúng.
Trong lĩnh vực giải trí, ý tưởng về vũ trụ song song đã trở thành nguồn cảm hứng cho một số tác phẩm điện ảnh và văn học. Ví dụ, bộ phim "Everything Everywhere All at Once" đã khai thác khái niệm này để kể câu chuyện về một người phụ nữ bình thường có thể truy cập vào kỹ năng của các phiên bản khác nhau của chính mình trong những vũ trụ song song, từ đó xây dựng một câu chuyện vừa hài hước vừa cảm động. Ngay cả trong truyện tranh, các nhà xuất bản như DC Comics và Marvel đã khai thác ý tưởng đa vũ trụ để tạo ra những cốt truyện đầy sáng tạo và lôi cuốn.
Ý tưởng cho rằng vũ trụ là một mạng lưới vô tận các thực tại song song không chỉ mở rộng hiểu biết của chúng ta về khoa học, mà còn khiến chúng ta phải suy nghĩ sâu sắc hơn về vị trí và ý nghĩa của bản thân trong vũ trụ rộng lớn này.
Nguồn: APS Physics, Scientificamerican, Nature
Bài đăng KH&PT số 1322 (số 50/2024)
Trịnh Thủy tổng hợp