Ông đã nói về sự tiến hóa lâu dài
của Vũ trụ trên con đường dẫn tới sự sống. Vậy ông có nghĩ rằng
ngoài Trái Đất ra, sự sống có thể tồn tại ở những nơi khác không?
Có, điều đó rất có thể. Tôi không
thấy tại sao chỉ có chúng ta là những người duy nhất được lựa chọn.
Dải Ngân Hà của chúng ta chứa tới 100 tỷ ngôi sao, trong đó có nhiều
tỷ ngôi tương tự như Mặt Trời của chúng ta. Nếu các ngôi sao này có
kèm theo một bầu đoàn các hành tinh như hệ Mặt Trời của chúng ta,
thì chắc sẽ có những hành tinh ở đủ xa Mặt Trời của chúng để nhiệt
không làm bay hơi hết nước và cũng đủ gần để sự thiếu nhiệt không
làm đóng băng nước và do vậy cho phép sự sống – như chúng ta biết
trên Trái Đất – có thể phát triển. Và con số các hành tinh này phải
nhân lên hàng trăm tỷ lần vì đó là số các thiên hà được chứa trong
Vũ trụ quan sát được. Chính kính thiên văn không gian Hubble cũng có
sứ mạng quan sát bầu đoàn các hành tinh xung quanh các ngôi sao gần
ta nhất, nhưng, than ôi, tật “cận thị” tạm thời của nó đã trở thành
một trở ngại! Các kính hiệu chỉnh được các nhà du hành Vũ trụ đưa
lên vào năm 1993 chắc sẽ cho phép phát hiện ra những hành tinh khác
ở ngoài hệ Mặt Trời của chúng ta. Khi đó chúng ta sẽ biết hướng các
kính thiên văn vô tuyến tới đâu để thu hoặc gửi đi những thông điệp.
Còn hiện thời, việc tìm kiếm cuộc sống ngoài Trái Đất còn khó hơn
tìm kim đáy biển.
Nhưng liệu việc làm thỏa mãn
tính tò mò của trí tuệ, như vật lý thiên văn đang làm, có biện minh
được cho những chi phí hàng triệu đôla để xây dựng các kính thiên
văn mới hay không?
Trước hết, cần phải đặt sự vật
đúng chỗ của nó. Tiền bạc chi phí cho nghiên cứu nói chung và cho
thiên văn học nói riêng chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong ngân sách
quốc gia của các nước phát triển như Pháp hay Mỹ. Nó chỉ cỡ vài phần
trăm cho tất cả các nghành khoa học và chỉ cỡ 0,01% cho thiên văn
học. Để tiện so sánh, xin nhắc với ông rằng hơn một phần ba ngân
sách của Hoa Kỳ là dùng cho quốc phòng và duy trì quân đội. Một kính
thiên văn lớn cũng không đắt bằng một chiếc máy bay Mirage.
Nhưng ngoài những xem xét về tài
chính, ở tận đáy lòng mình, tôi tin rằng thiên văn học đáp ứng được
một nhu cầu sâu xa của con người, đó là nhu cầu cần hiểu biết về
nguồn gốc của mình. Không phải ngẫu nhiên mà các ngôi sao và các
thiên hà luôn luôn làm cho công chúng phải si mê, đó là bởi vì người
ta muốn tìm kiếm ở đó gốc rễ của mình. hay nói theo cách của nhà thơ
Paul Eluard, thiên văn học đã mở rộng tầm mắt cho chúng ta! Nó giúp
ta đánh giá được vị trí của chúng ta trong không gian và thời gian,
giúp ta thấy được mình có vị thế như thế nào trong lịch sử tiến hóa
lâu dài của Vũ trụ và giúp ta hiểu được mối liên hệ của chúng ta với
Vũ trụ. Thiên văn học cũng cho phép chúng ta vượt lên trên trọng
lượng của cơ thể và sự ngắn ngủi của cuộc đời con người. Quan niệm
triết học về thế giới mà con người lĩnh hội được thông qua thiên văn
học, theo tôi, cũng là một kiến thức quan trọng không kém phát minh
ra vắcxin chống bệnh ung thư hoặc SIDA.
Nói một cách khác, như cách nói
của các nhà toán học Jacobi, nghiên cứu thiên văn học cũng là vì
danh dự của trí tuệ con người.
Đúng, và đó cũng là sự tìm kiếm vị
trí của chúng ta trong Vũ trụ, tìm kiếm ý nghĩa của số phận chúng ta
để phân biệt con người với con vật. Sự tiến hóa đã bổ sung cho bộ
não của loài bò sát vỏ não có khả năng biết đặt ra những câu hỏi
như: Vũ trụ có một ý nghĩa gì không? Sự sống có ý nghĩa không? Chúng
ta tới từ đâu và sẽ đi về đâu? Tôi xin trích ra đây câu trả lời của
nhà vật lý Robert Wilson, giám đốc nhà máy gia tốc hạt của Fermi Lab
ở gần Chicago, cho câu hỏi của một thượng nghị sĩ Mỹ về ích lợi của
việc chi hàng đống tiền để xây dựng các máy gia tốc nhằm tìm hiểu
cấu trúc của vật chất. Wilson đã trả lời ông ta rằng nước Mỹ đã chi
phí lớn hơn rất nhiều cho quốc phòng. Nhưng là bảo vệ cái gì, nếu đó
không phải là những lý tưởng như nghiên cứu khoa học, vì danh dự của
trí tuệ con người?
Còn về những ảnh hưởng đối với
công nghệ thì ban đầu là hoàn toàn không có, bởi vì các ngôi sao
cũng như các thiên hà không có một chức năng sinh lợi nào đối với
cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Vật lý thiên văn là khoa học thuần
tuý nhất trong các khoa học, bởi vì nó không bao giờ bận tâm trực
tiếp tới các ứng dụng thực tiễn. Vật lý thiên văn mải mê tìm kiếm
cốt là để thỏa cơn khát hiểu biết và thỏa mãn óc tò mò của mình! Nó
săn đuổi kiến thức chỉ vì kiến thức. Nhưng, cũng thường xảy chuyện
sự nghiên cứu khoa học thuần tuý lại dẫn đến những ảnh hưởng công
nghệ ở thời điểm mà người ta ít ngờ nhất. Ví dụ về điều này thì
không thiếu. Khi Newton đưa ra lý thuyết hấp dẫn Vũ trụ bằng cách
chứng minh rằng sự rơi của quả táo cũng hệt như chuyển động của Mặt
Trăng xung quanh Trái Đất, ông không có một lý do nào để nghĩ tới
những ứng dụng thực tiễn của nó cả. Nhưng, giờ đây, trong cuộc sống
hàng ngày của chúng ta, tất cả những cái chuyển động, như ô tô, máy
bay, vệ tinh, thang máy... đều chịu sự chi phối bởi định luật đó của
Newton. Và cũng chính khi tự hỏi mình Vũ trụ sẽ nhìn ra sao khi ta
chu du trên một hạt ánh sáng mà Einstein đã phát minh ra thuyết
tương đối. Nhưng ông cũng chưa bao giờ nghĩ tới những ứng dụng của
sự tổng hợp hạt nhân, cả trong tâm các ngôi sao cũng như trong các
quả bom khinh khí, mặc dù tất cả những thứ đó đều diễn ra theo công
thức E=mc2 nổi tiếng của ông, công thức nói rằng vật chất
và năng lượng là tương đương. Lịch sử đã nhiều lần chứng tỏ rằng
ngay cả những lý thuyết trừu tượng nhất cũng không tránh khỏi sẽ dẫn
đến những ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày
Giờ đây, người ta biết rằng đã
từng có vụ nổ lớn (Big Bang), có sự bỏ chạy ra xa nhau của các thiên
hà, người ta cũng đã có những công cụ cho phép biết được thành phần
cấu tạo của các sao, và người ta gần như đã có thể kể về cuộc đời
của chúng. Vậy thử hỏi người ta còn tìm kiếm gì nữa?
Tôi không hoàn toàn đồng ý khi ông
nói rằng chúng ta gần như đã biết tất cả. Tôi nghĩ rằng bộ não hữu
hạn của chúng ta không bao giờ hiểu hết được cái vô hạn của Vũ trụ.
Giải quyết xong các câu hỏi này,
những câu hỏi khác lại được đặt ra và còn phức tạp hơn. Đối với tôi,
con đường nhận thức là một đường đua mà cứ tiến tới gần, vạch đích
của nó lại được đẩy ra xa hơn. Khoa học cũng tựa như con rắn ngàn
đầu trong thần thoại, chặt đầu này lại mọc ra nhiều đầu khác. Nhưng
đó lại là điều may, bởi vì nếu như ta đã biết tất cả thì thế giới
trần thế này sẽ buồn bã biết bao. Cũng như tên một quyển sách của
tôi, cuốn “Giai điệu bí ẩn” (xem bản dịch tiếng Việt của Phạm Văn
Thiều - NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội - 2000 - ND) đã nói lên
điều đó: Vũ trụ không bao giờ tiết lộ hết với chúng ta những bí mật
của nó.
Vậy theo ông những vấn đề nào là chủ yếu của
vật lý thiên văn hiện đại?
Trong lĩnh vực chuyên môn Vũ trụ
học của tôi, thì đó là vấn đề vật chất tối, một bài toán đau đầu của
các nhà thiên văn học hiện đại. Được phát hiện vào năm 1933, vấn đề
này không ngừng ám ảnh họ. Vật chất tối có mặt ở khắp nơi, nó thâm
nhập vào mọi cấu trúc của Vũ trụ. Tuy nhiên, sau hơn sáu mươi năm
làm việc cật lực, bản chất của vật chất tối vẫn còn là một điều bí
ẩn.
Nhưng nếu đã là vật chất tối,
tức vật chất không nhìn thấy, thì làm sao có thể phát hiện được?
Đúng là khi nhà thiên văn khi bị
tước mất ánh sáng - phương tiện giao tiếp sở trường của mình với Vũ
trụ, thì các phép đo sẽ trở nên khó khăn hơn. Nhưng điều đó không có
nghĩa là nhà thiên văn đã bị tước vũ khí. Người ta có thể suy ra sự
tồn tại của vật chất - ngay cả vật chất không nhìn thấy - bằng cách
đo chuyển động của một số thiên thể. Những chuyển động này cho ta
một ý niệm về trường hấp dẫn gắn liền với khối lượng của vật chất
hiện hữu, bất kể vật chất đó là thấy được hay không. Những vận tốc
cao chứng tỏ khối lượng lớn, bởi vì chúng cần phải tương xứng với
trường hấp dẫn mạnh và lực hút lớn của nó. Ngược lại, những vận tốc
bé sẽ cho biết sự hiện diện của khối lượng nhỏ
Phải chăng chính dùng nguyên lý
đó mà Le Verrier đã suy ra sự tồn tại của một hành tinh mới, sao Hải
Vương từ những quan sát chuyển động của sao Thiên Vương không?
Đúng như vậy. Le Verrier không làm
sao giải thích nổi chuyển động của sao Hải Vương nếu xem hệ Mặt Trời
chỉ có 7 hành tinh đã biết. Ông bèn đưa ra giả thuyết về sự tồn tại
của một hành tinh nữa mà lúc đó người ta còn chưa quan sát thấy.
Hành tinh mới này - mà người ta gọi là sao Hải Vương - đã được phát
hiện vào năm 1846 đúng như Le Verrier tiên đoán.
Cũng trong khuôn khổ của ý tưởng
đó, ta thử hình dung có một bàn tay khổng lồ bóp chặt Mặt Trời của
chúng ta, nén nó cho tới khi bán kính chỉ còn chứng 2km. Khi đó,
trường hấp dẫn của nó trở nên mạnh tới mức ngay cả ánh sáng cũng
không thể thoát ra được. Và hệ Mặt Trời trở thành một lỗ đen. (Thực
tế, Mặt Trời không kết thúc cuộc đời của mình thành một lỗ đen, mà
nó sẽ trở thành một sao lùn trắng, một xác sao chết với kích thước
cỡ Trái Đất). Khi đó, Mặt Trời sẽ không còn nhìn thấy được nữa,
nhưng các hành tinh vẫn tiếp tục quay quanh nó. Giả thử rằng vào lúc
đó có một người ngoài Trái Đất tới hệ Mặt Trời của chúng ta, chỉ đơn
giản bằng cách nghiên cứu chuyển động của các hành tinh, anh ta có
thể suy ra ở tâm có tồn tại một khối lượng không nhìn thấy. Cũng như
vậy, khi nghiên cứu chuyển động của khí hiđrô trong thiên hà của
chúng ta và chuyển động của các thiên hà trong những quần thể của
chúng, các nhà thiên văn đi tới kết luận rằng chúng ta sống trong
một “Vũ trụ kiểu tảng băng”, mà gần như toàn bộ (khoảng 90 đến 96%)
khối lượng của nó là phần chìm, tức là không nhìn thấy được. Các
ngôi sao và các thiên hà phát ánh sáng chỉ chiếm 2 đến 10% khối
lượng của nó. Nhưng ta có một sự khác biệt cơ bản giữa tảng băng và
Vũ trụ: chúng ta biết rằng khối lượng chìm trong nước của tảng băng
chẳng qua cũng chỉ được làm bằng nước đá, trong khi đó bản chất của
vật chất tối vẫn còn là một thách thức ghê gớm đối với trí tuệ con
người. Antoine de Saint - Exupery đã hết sức sáng suốt khi ông để
cho con cáo nói với Hoàng tử bé rằng: “Cái căn bản thì mắt không
nhìn thấy được”. Nhưng cái căn bản là gì đây?
Các nhà thiên văn chắc là đã
có những giả thuyết về vấn đề này?
Thực sự thì những giả thuyết có
rất nhiều, bởi vì các nhà vật lý thiên văn chưa bao giờ tỏ ra thiếu
trí tưởng tượng cả. Có cả ngàn lẻ một ý tưởng đã được đề xuất: một
số đánh cuộc cho các lỗ đen, một số cho các hành tinh, một số khác
cho các sao chổi hay các bong bóng tuyết... Nhưng chẳng có đề xuất
nào nhận được sự nhất trí của ban giám khảo. Khi đó, sự tự biện về
bản chất của khối lượng không nhìn thấy lại chuyển sang một bước
ngoặt mới. Vật chất tối đã trở thành đứa con cưng của các nhà vật lý
hạt cơ bản. Họ xây dựng các lý thuyết được mệnh danh là “thống nhất
lớn” với ý đồ thống nhất bốn lực của tự nhiên (gồm lực hấp dẫn, lực
điện từ và hai lực hạt nhân - mạnh và yếu) thành một lực duy nhất,
lực đã tác dụng trong những phần giây đầu tiên của Vũ trụ. Những lý
thuyết này tiên đoán sự tồn tại của vô số những hạt có khối lượng.
Người ta đặt cho chúng những cái tên ngày càng quái lạ và thơ mộng
hơn: nơtrinô, graviton, photino và cosmino. Thật không may, trừ
những hạt nơtrinô đã được phát hiện ra, còn thì tất cả các hạt khác
vẫn chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng đầy phóng túng của các nhà vật
lý. Biết bao nhiêu công sức đã phải bỏ ra để xây dựng các detector
nhằm phát hiện ra những hạt quái lạ đó. Nhưng cho tới nay, chưa có
hạt nào ló mặt ra cả, dù trong Vũ trụ hay trong phòng thí nghiệm.
Còn việc đo khối lượng của các hạt nơtrinô, lại là một chuyện khác.
Cho tới nay, mặc dù đã rất nỗ lực, nhưng khối lượng của hạt này vẫn
không nắm bắt được. Nói một cách ngắn gọn, sự bí ẩn của vật chất vẫn
còn nguyên đó. Điều này lại càng gây thất vọng vì vấn đề này liên
quan tới tương lai của Vũ trụ.
Vậy tương lai của Vũ trụ sẽ
là như thế nào? Lý thuyết Big Bang nói rằng Vũ trụ có điểm bắt đầu.
Vậy nó cũng sẽ có điểm kết thúc chứ?
Điều đó thì hiện nay chúng ta còn
chưa biết. Chúng ta thực sự đứng trước một sự lựa chọn lưỡng nan
sau: sự giãn nở của Vũ trụ có tiếp tục mãi mãi không, các thiên hà
có vĩnh viễn bỏ chạy ra xa nhau mãi không hay là chuyển động này một
ngày nào đó sẽ dừng lại? Trong trường hợp thứ hai, lực hấp dẫn cuối
cùng đã chiến thắng sự cuồng nhiệt ban đầu sau vụ nổ lớn và làm đảo
ngược chuyển động ra xa nhau của các thiên hà. Kết quả là: các thiên
hà buộc phải tiến lại gần nhau cho tới thời điểm Vũ trụ trở nên bé
nhỏ, nóng và đặc tới mức tất cả đều bị phân rã thành các chùm ánh
sáng và năng lượng, một Big Bang lộn ngược mà người ta thường gọi là
vụ co lớn (Big Crunch) như chúng ta đã nói tới.
Trong hai khả năng đó, thật khó mà
nói tới được khả năng nào sẽ thành hiện thực. Không phải đây là một
vấn đề bất định: các định luật vật lý vẫn như vậy, tương lai của Vũ
trụ đã được ghi sẵn trong cấu trúc của các định luật đó, chỉ có điều
chúng ta chưa có đủ các thông tin cần thiết mà thôi.
Để tiên đoán tương lai của Vũ trụ
cần phải biết mật độ (hay khối lượng riêng) của nó. Nếu trung bình
Vũ trụ chứa ít hơn 3 nguyên tử hiđrô trong một mét khối thì sự giãn
nở của Vũ trụ sẽ không khi nào dừng lại. Trái lại, nếu nó chứa hơn 3
nguyên tử hiđrô trong một mét khối thì ta có thể cầm chắc rằng một
ngày nào đó Vũ trụ sẽ tự co lại. Cần thấy rằng mật độ tới hạn 3
nguyên tử hiđrô trong một mét khối là cực kỳ nhỏ. Để đánh giá độ nhỏ
của con số này bạn nên biết rằng một gam nước có chứa tới 1024
(gồm số 1 và 24 số 0 tiếp theo) nguyên tử hiđrô.
Nhưng chính là do vấn đề vật chất
tối mà ta không biết chắc được là bảng liệt kê đầy đủ vật chất trong
Vũ trụ (cần thiết để tính mật độ của nó) có thể là được hay không.
Các ngôi sao và các thiên hà chỉ chiếm 1 phần trăm khối lượng cần
thiết để làm dừng sự giãn nở của Vũ trụ. Chuyển động của các thiên
hà trong các đám thiên hà (tức tập hợp gồm hàng ngàn thiên hà) cho
chúng ta biết rằng lượng vật chất tối phải lớn hơn 10 lần và điều
này làm cho mật độ của Vũ trụ bằng một phần mười mật độ tới hạn. Nếu
bản liệt kê này là đầy đủ, thì cần phải kết luận rằng Vũ trụ không
có đủ vật chất để làm dừng sự giãn nở và sự giãn nở sẽ diễn ra mãi
mãi. Nhưng điều đó người ta lại hoàn toàn chưa chắc chắn lắm. Chẳng
hạn, người ta nghi ngờ rằng ở cách dải Ngân Hà của chúng ta khoảng
vài trăm triệu năm ánh sáng có một hiện hữu bí ẩn hút tất cả các
thiên hà lân cận về phía nó và do thiếu thông tin, các nhà thiên văn
đã gọi nó là “ Nhân Hút Lớn”. Để tác dụng một lực hút mạnh như thế,
khối lượng của nó phải rất lớn, tương đương với khối lượng của hàng
chục triệu tỷ mặt trời. Và nếu như quả thật tồn tại “ Nhân Hút Lớn”
hoặc các cụm thiên hà khác tương tự, thì sẽ cần phải xem mật độ của
Vũ trụ là cao hơn.
Mặt khác, tôi cũng đã nói về các
lý thuyết thống nhất lớn, các lý thuyết tiên đoán về sự tồn tại của
vô số các hạt sơ cấp có khối lượng. Nếu các hạt này không gắn với
các thiên hà, thì sẽ rất khó phát hiện ra chúng bằng cách nghiên cứu
chuyển động của các thiên hà. Nếu các hạt này quả thực tồn tại, thì
chúng sẽ chiếm phần lớn khối lượng của Vũ trụ và mật độ của Vũ trụ
có thể bằng hoặc cao hơn mật độ tới hạn.
Thực tế, cũng có một lý thuyết
được mệnh danh là “lạm phát”, một lý thuyết rất phổ biến trong giới
các nhà Vũ trụ học thời đó. Lý thuyết này tiên đoán rằng Vũ trụ cần
phải có mật độ đúng bằng mật độ tới hạn. Sở dĩ nó được đặt tên như
vậy là bởi vì nó tiên đoán rằng ở thời gian cực kỳ nhỏ, cỡ 1035
giây sau vụ nổ nguyên thủy, Vũ trụ đã lồng lên trong cơn giãn nở
mãnh liệt, cứ 10-34 giây, kích thước của nó lại tăng gấp
ba lần. Những khoảng thời gian mà tôi vừa nói tới là cực kỳ nhỏ...
Một chớp sáng của đèn chụp ảnh kéo dài cỡ một giây so với tuổi 15 tỷ
năm còn Vũ trụ vẫn còn lớn hơn khoảng 10-35 giây so với 1
giây. Sự giãn nở này có tính lạm phát, hoàn toàn tương tự như sự lạm
phát kinh tế của một nước kéo theo sự leo thang tăng vọt của giá cả
trong một thời gian rất ngắn.
Tóm lại, ta có thể nói rằng với
thực trạng nghiên cứu hiện nay, ta chưa kiểm kê thấy đủ vật chất để
làm dừng sự giãn nở của Vũ trụ. Do vậy Vũ trụ vẫn được xem là “mở”,
tức là nó sẽ tiếp tục giãn nở và ngày càng lạnh đi.
Các ngôi sao và các thiên hà một
ngày nào đó sẽ không còn phát sáng nữa, do đã cạn nguồn nhiên liệu
hạt nhân và Vũ trụ sẽ vĩnh viễn chìm đắm trong bóng đêm băng giá.
Nhưng nếu những con quỷ như “ Nhân Hút Lớn” hoặc các hạt cosmino
khác, có đầy rẫy trong bóng đêm của không gian, thì Vũ trụ sẽ là
đóng và cuối cùng nó sẽ co và bị nén lại trong ngọn lửa địa ngục,
một ngọn lửa còn nóng hơn cả mọi địa ngục mà Dante có thể tưởng
tượng ra!