Những ngả đường của ánh sáng

Giải mã ánh sáng

Trải dọc theo các cung bậc lịch sử và xuyên suốt các nền văn hóa, các nhà tư tưởng đã cố gắng bước vào vương quốc của ánh sáng để giải mã những bí mật của nó.
Thời cổ đại, ánh sáng luôn được con người sử dụng như một công cụ quyền uy. Sức mạnh của ánh sáng hiện diện trong tất cả các truyền thống tâm linh lớn và những tông đồ tôn giáo đón nhận ánh sáng với một quyền lực siêu hình bất tận. Người Hy Lạp (Empedocles) ví ánh sáng như linh hồn của các vị thần và phát khởi từ ngọn lửa nội tại bên trong mỗi chúng ta. Đối với Cơ đốc giáo, ánh sáng là hiện thân sức mạnh tinh thần của Chúa. Những thánh đường thời Trung Cổ mang đậm kiến trúc gothic, biến thành cung điện ngập tràn những tia sáng để tưởng nhớ vinh quang đấng tối cao.
Những nhà nghệ thuật thì cảm nhận ánh sáng như một sự phô diễn thẩm mỹ của con người về vũ trụ. Cezanne, bên bờ sông thơ mộng, đã vẽ những cảnh giống nhau dưới những tông màu khác biệt. Còn Monet chìm đắm trong suy ngẫm suốt hàng giờ đồng hồ về những hành xử của ánh sáng và các bóng đổ trên tác phẩm điêu khắc trước mặt tiền của thánh đường Rouen. Dù trên phương diện nào đi nữa, ánh sáng cho phép chúng ta thưởng ngoạn và tương tác với thế giới, đóng một vai trò quan trọng khi người họa sỹ muốn trải nghiệm vũ trụ thông qua những bức tranh. Mỗi khi chúng ta nhìn ngắm các bức họa của Rembrandt, Hokusa#, van Gogh hay Monet đều cảm nhận rõ điều này. Tuy nhiên, luật phối cảnh dựa trên nguyên lý truyền thẳng của tia sáng giữa trường phái hội họa phương Đông và phương Tây vẫn thấp thoáng đâu đó một vài điểm khác biệt.
Trong khoa học, ánh sáng đóng một vai trò quan trọng, là sứ giả mang thông tin giữa con người và vũ trụ, cho phép loài người vươn tới các vì sao. Bằng việc giải mã những mật mã vũ trụ mà nó mang theo, nhà khoa học có thể nhận biết được thành phần hóa học của các thiên hà cũng như sự giãn nở không-thời gian, đồng thời hé lộ cho chúng ta về một quá khứ xa xăm, một hiện tại và cả tương lai tối hậu của vũ trụ.
Ban đầu, con người quan niệm rằng, sở dĩ chúng ta nhìn thấy vạn vật trong thế giới là do đôi mắt chiếu các tia sáng lên chúng. Nhưng 1500 năm sau đó, nhà khoa học Ả-Rập Alhazen đã thay đổi suy nghĩ về sự truyền của tia sáng và cho rằng, tia sáng phản chiếu từ vật đến đôi mắt thay vì ngược lại. Xuyên suốt các thế kỷ tiếp sau, những cuộc luận bàn sôi nổi xung quanh bản chất của ánh sáng vẫn không dứt. Trong khi Newton cho rằng ánh sáng có bản chất hạt thì Young, Faraday và Maxwell lại nghĩ, ánh sáng là các sóng truyền trong một môi trường đặc biệt, một chất bí mật gọi là "ether", choán đầy không gian. Thật may mắn, đầu thế kỷ 20, Planck và Einstein đưa ra ý tưởng về các lượng tử ánh sáng và cơ học lượng tử đã dung hòa hai quan điểm đối cực này. Bên cạnh đó, "nguyên lý bổ sung" của Borh cũng đã chỉ ra rằng, hai mặt của ánh sáng không hề loại trừ nhau, mà trái lại, tương hỗ cho nhau. Thực tại mất dần tính khách quan và trở nên chủ quan. Bởi vì ánh sáng, cũng giống như Janus, sẽ là sóng hay hạt hoàn toàn phụ thuộc vào cách thế mà ta quan sát cho nên không thể nói nó hiện hữu như một thực thể tự thân. Một lần nữa chính Einstein đã tống khứ quan niệm về "ether" và tiên đoán đường truyền của tia sáng sẽ vẽ lên bức tranh về sự cong của không-thời gian gây bởi lực hấp dẫn của vạn vật.
Suối nguồn của cuộc sống
Vũ trụ tràn ngập và được trang hoàng bởi ánh sáng. Những tia sáng khởi thủy được sinh ra trong thời khắc đầu tiên của Big Bang, từ một điểm không gian vô cùng nhỏ choán đầy năng lượng và sau đó giãn nở theo một hàm số mũ (gọi là sự lạm phát). Ở đó là cội nguồn của không gian và là bắt đầu của thời gian. Pha lạm phát kết thúc ở thời điểm 10-32 giây sau Vụ nổ. Sau đó, vũ trụ giãn nở chậm dần và ngày nay chúng ta vẫn có thể quan sát được sự giãn nở này. Trải qua những pha tiến hóa bi hùng, chính ánh sáng là nguồn cội hình thành nên những viên gạch vật chất. Từ một chân không choán đầy bởi năng lượng, xuất hiện một thứ súp nguyên thuỷ của vật chất tạo bởi các hạt quark, electron, photon, neutrino và tất cả các phản hạt của chúng. Bởi vì có sự ưu tiên tinh tế cho vật chất hơn là phản vật chất, khoảng một phần tỷ, nên chúng ta sống trong một vũ trụ được cấu thành bởi vật chất với một tỷ lệ khoảng 1 tỷ photon cho mỗi hạt vật chất.

Thiên hà I Zwicky 18 là một trong những thiên hà trẻ nhất trong vũ trụ ở gần chúng ta. Ảnh chụp với kính viễn vọng không gian Hubble bởi Trịnh Xuân Thuận và Izotov. (NASA)

span>Thời gian trôi đi, những viên gạch vật chất gắn kết với nhau để hình thành nên những ngôi sao, những quả cầu khí khổng lồ phát ra ánh sáng từ trung tâm bằng việc đốt cháy các nguyên tử thông qua những phản ứng hạt nhân. Người thợ hấp dẫn tiếp theo lại cặm cụi nhào nặn nên các thiên hà, đám thiên hà từ vô vàn vì sao lấp lánh. Sau quá trình tiến hóa kéo dài 13,6 tỷ năm, vũ trụ chúng ta quan sát được chứa hàng trăm tỷ thiên hà, mỗi thiên hà lại cấu thành bởi hàng trăm tỷ ngôi sao. Câu chuyện về vũ trụ cũng là câu chuyện về sự tiến hoá và tổ chức của vật chất. Con đường từ một vũ trụ đồng đều gần như hoàn hảo (đã được đo bởi sự thăng giáng nhiệt độ trong phông bức xạ nền với giá trị 10-5), sau đó, đã tự tổ chức nên một tấm thảm phì nhiêu với những bức tường thiên hà trải dài hàng trăm triệu năm ánh sáng bao quanh những khoảng trống khổng lồ. Tất cả đã dệt nên một bức tranh vũ trụ tuyệt mỹ. Trong bức tranh đó có một thiên hà gọi là Dải Ngân Hà, gần vùng ngoại ô của nó có một ngôi sao mang tên Mặt trời, trong đó tồn tại một hành tinh đặt tên là Trái đất.
Không có người mẹ Mặt trời, chúng ta không có mặt ở đây. Sự sống được nuôi dưỡng bởi các quá trình quang hợp. Ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi các phân tử diệp lục, mang màu xanh cho cây cối, chuyển nước trong thân cây và CO2 trong khí quyển thành oxy và đường. Chặng đường tiến hóa dài dằng dặc của Hệ mặt trời cùng với các quá trình địa chất, hóa học, sinh học... có sự tham gia của ánh sáng đã mang tới sự sống ngập tràn Trái đất sau 4,6 tỷ năm. Rồi trên hành tinh bé bỏng đó con người xuất hiện, những sinh vật có khả năng đặt những câu hỏi về vũ trụ, gán cho nó một nguồn gốc và đánh giá vẻ đẹp thánh thiện cùng sự hòa điệu tuyệt vời của nó. Ánh sáng mang lại cho chúng ta cảm xúc. Một ngày u ám đè nặng tâm hồn trong khi những tia nắng Mặt trời làm cho trái tim chúng ta ngập tràn niềm hạnh phúc. Ánh sáng là suối nguồn của sự sống trên quả đất.

Đối với tôi, vũ trụ chẳng có ý nghĩa gì cả nếu như không có một loài có trí khôn để có thể thưởng ngoạn được vẻ đẹp cùng sự hòa điệu tuyệt vời của nó. Và tôi cũng không tin rằng khoa học sẽ giải quyết tất cả những câu hỏi. Chúng ta sẽ không bao giờ tháo gỡ được hết những bí mật của tự nhiên. Chúng ta có thể tiếp cận đến gần sự thật chứ không bao giờ đặt chân đến cuối con đường để hiểu được tất cả. Khi một câu hỏi được sáng tỏ, sẽ có rất nhiều câu hỏi khác xuất hiện. Trong vũ trụ luôn có những điều huyền diệu và bí ẩn, những điều nằm ngoài trí tưởng tượng và suy luận thuần tuý của loài người, vượt xa những gì chúng ta có thể cảm nhận được

Mặc dù ánh sáng và năng lượng vô cùng cần thiết cho sự tồn tại của chúng ta, nhưng vật chất sáng nhìn thấy chỉ cấu thành 0,5% tổng khối lượng và năng lượng của toàn vũ trụ, 99,5% còn lại là vật chất tối và chỉ nhận biết được thông qua ảnh hưởng hấp dẫn trực tiếp của nó. Bên cạnh đó, tồn tại thế hệ các hạt vật chất ngoại lai cũng được sinh ra cùng với ánh sáng trong phần tỷ tỷ giây đầu tiên khi vũ trụ chào đời. Rồi đâu đó trong khắp cõi vũ trụ mênh mông, ẩn chứa những nhà tù ánh sáng, những lỗ đen với sức hút ma quái không hề ban phát cho ánh sáng một ân huệ để trốn thoát. Tất cả đã tạo nên những khối lượng tàng hình còn lại của vũ trụ.
Tất yếu hay ngẫu nhiên
Tuy nhiên, sự sống không đơn thuần chỉ là một trò cá cược. Ngành vũ trụ học đương đại đồng thời cũng đem đến cho ta nhận thức rằng, vũ trụ này được hòa điệu trong một mức độ chính xác tuyệt vời đảm bảo cho sự xuất hiện của sự sống và ý thức. Nếu vũ trụ này bao la là bởi vì sự mênh mông này cần thiết cho sự xuất hiện một người quan sát có khả năng thưởng thức vẻ đẹp, sự hài hòa đó, và đem đến cho nó một ý nghĩa. Như nhà vật lý học Freeman Dyson đã phát biểu:

Tinh vân Carina (NGC 3372) với những ngôi sao trẻ được hình thành

"Vũ Trụ này đã biết là chúng ta sẽ có mặt". Tất cả những gì trong vũ trụ này đều được xác định bởi một loạt khoảng 15 hằng số vật lý (như vận tốc ánh sáng, hằng số hấp dẫn, hằng số Planck, khối lượng của electron...) và những điều kiện sơ khởi (như độ giãn nở ban đầu), tỷ trọng ban đầu của vũ trụ phải được điều hòa ở một con số rất chính xác là 10-60. Điều này có thể được đem so sánh với một cung thủ thiện nghệ nhắm trúng mục tiêu 1centimet vuông được đặt cách xa 14 tỷ năm ánh sáng, ngay tận đầu biên của vũ trụ!
Đi tìm sự hòa điệu
Những sinh vật có tri giác như chúng ta có thể đặt câu hỏi: Cái gì đã tạo nên sự hòa điệu tuyệt vời này? Chúng ta có thể cho đó là một ngẫu nhiên tình cờ. Trong trường hợp này ta cần phải đi đến một giả định rằng đã có sự hiện hữu của vô số vũ trụ (mà các nhà vật lý gọi đó là đa-vũ-trụ). Đã có không ít những lối giải thích về lý thuyết Big Bang làm cơ sở cho thuyết đa-vũ-trụ. Ví dụ như nhà vật lý Nga, Andrei Linde, đã khai triển lý thuyết cho rằng, vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô số những vũ trụ phát khởi từ vô số lượng những đám bọt lượng tử sơ khai trôi nổi bập bềnh trong vũ trụ meta.

Ánh sáng là khởi nguồn của sự sống và sự hòa điệu của vũ trụ gói gém cả trong từng cánh hoa

Đại bộ phận những vũ trụ này vì bao gồm một tổng hợp không chuẩn xác về những hằng số vật lý và điều kiện sơ khởi nên khô chết, ngoại trừ vũ trụ của chúng ta, do một tình cờ may mắn đã có được một tổng hợp hoàn chỉnh, chẳng khác gì một người trúng số độc đắc. Ngược lại, nếu cho rằng chỉ có một vũ trụ duy nhất, thì như thế ta cần giả định là có một nguyên lý sáng tạo chi phối những hằng số vật lý và điều kiện sơ khởi này. Khoa học cũng không thể phân biệt giữa hai khả năng này, thế nên cũng giống như Pascal, chúng ta đành phải chấp nhận một sự đánh cuộc. Riêng phần tôi, tôi bác bỏ chuyện may rủi, bởi nhiều lý do: thứ nhất, mặc nhận một số lượng vô số những vũ trụ song hành với chúng ta mà không thể kiểm chứng được bằng quan sát, điều này không phù hợp với cảm quan của tôi như là một nhà quan sát. Đồng thời sự giả định này vi phạm qui luật Occam cho rằng, ta nên lý giải sự việc bằng giả thiết đơn giản nhất có thể được: tại sao lại phải giả định có vô số lượng những vũ trụ khô chết để chỉ có được một vũ trụ duy nhất nuôi dưỡng sự sống và ý thức? Ngoài ra còn có những lý lẽ khác để bác bỏ chuyện may rủi ngẫu nhiên: Đối với tôi thật khó mà tin rằng cái vũ trụ mà tôi nhìn ngắm qua viễn vọng kính, xinh đẹp, đơn thuần, hài hòa như thế kia lại chỉ là sản phẩm của một sự rủi may.

Con người đã thu nhỏ lại không chỉ trong không gian mà còn cả về mặt thời gian. Nếu ví 14 tỷ năm của vũ trụ như 1 năm, thì con người đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất chỉ vào thời điểm 10giờ 30 phút ngày 31 tháng 12 (khoảng 2 triệu năm trước, ở một nơi nào đó của châu Phi). Có nên tuyệt vọng hay không một khi chúng ta cảm thấy mình hình như rất vô nghĩa trước vũ trụ? Và như thế, có nên chấp nhận quan điểm của nhà sinh học người Pháp đoạt giải Nobel, Jacques Monod, cho rằng "con người xuất hiện một cách tình cờ trong vũ trụ vốn dĩ cũng rất lạnh lùng và dửng dưng", hay như nhà Vật lý đoạt giải Nobel người Mỹ, "Chúng ta càng hiểu biết về vũ trụ chừng nào, hình như càng thấy vô nghĩa thêm chừng nấy"? Tôi thì không nghĩ như thế. Cho đến khi chúng ta tiếp xúc được với một nền văn minh nào đó ngoài địa cầu, Con người vẫn còn đóng một vai trò quan trọng, đó là mang cho vũ trụ một ý nghĩa.

span>Tôi có thể nói rằng sự hòa điệu của vũ trụ mà tôi đã mô tả trước đây được biết như "nguyên lý vị nhân" (vốn phát xuất từ danh từ "anthropos" có nghĩa là "con người" của Hy Lạp) và tôi đã mô tả trong phiên bản "nguyên lý vị nhân mạnh" của nó. Đồng thời cũng còn có một giải thích trong một phiên bản khác gọi là "nguyên lý vị nhân yếu", đối với tôi đó là sự lặp thừa: "Vũ trụ có đủ phẩm tánh để cho con người xuất hiện". Điều này không có nghĩa rằng sự tiến hóa của vũ trụ chỉ nhắm đến con người mà có thể áp dụng chung cho bất cứ loài tri giác ngoài địa cầu nào ở trong vũ trụ này có khả năng nhận thức được vẽ đẹp và sự hài hòa của nó.
---------------------
* GS Trịnh Xuân Thuận (Đại học Virginia) vừa nhận được giải thưởng Gran Prix Moron của Viện Hàn lâm Pháp cho tác phẩm gần đây của ông "Những Con Đường Của Ánh Sáng". Đây được đánh giá là một tác phẩm khoa học và triết học sâu sắc đối với công chúng yêu khoa học. Cuốn sách đã được dịch ra tiếng Việt và sẽ được NXB Trẻ phát hành vào đầu năm nay.