Không-thời gian 4 chiều, một sáng tạo văn học kỳ diệu

Rõ ràng bất kỳ vật thể nào trong thực tế cũng phải có 4 chiều: chiều dài, chiều rộng, chiều cao, và chiều thời gian. Nhưng do những hạn chế tự nhiên về mặt tâm lý của con người, chúng ta thường không nhận ra điều đó. Thực ra có 4 chiều, trong đó 3 chiều ứng với 3 mặt phẳng không gian, và chiều thứ tư là thời gian. Tuy nhiên, người ta thường có xu hướng phân biệt một cách phi thực tế 3 chiều không gian với chiều thời gian, ấy là vì ý thức của chúng ta di chuyển theo một chiều nhất định dọc theo trục thời gian, bắt đầu từ lúc sinh ra đến lúc từ giã cõi đời này.

Ngày 20-7-1969, ngay sau khi rời con tầu Apollo 11 để đặt bước chân đầu tiên lên mặt trăng, Neil Amstrong đã gửi một bản thông điệp bất hủ về trái đất: “Đây là bước đi ngắn của một con người, nhưng là bước đi dài của nhân loại”.

Trong tâm trạng xốn xang khó tả khi được nghe tin thời sự đó, tôi, khi ấy đang là giảng viên tại một trường cao đẳng, có cảm tưởng như con tầu Apollo 11 chính là viên đạn lớn mang theo người bay tới mặt trăng, được bắn ra từ chiếc nòng dài ngoẵng của khẩu đại bác khổng lồ trong tác phẩm “Từ trái đất lên mặt trăng” của Jules Verne hơn 100 năm trước. Tôi lẩm bẩm: “Phải chăng văn học nghệ thuật, với đôi cánh kỳ diệu của trí tưởng tượng lãng mạn, đã đi trước khoa học một bước, và trong nhiều trường hợp có thể đã là nguồn gợi ý bất tận cho các phát minh của khoa học?”.

Ba chục năm sau, trong một dịp tình cờ chuyện trò tào lao với một người bạn Úc gốc Ý, một người rất háo chuyện phiêu lưu, ông Sergio Severino, tôi đã đem ý nghĩ của vài chục năm trước ra dàn trải với ông. Không ngờ ông hưởng ứng mạnh mẽ, và ngay hôm sau mang tặng tôi cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng “The Time Machine” (Chiếc máy thời gian) của Herbert George Wells, xuất bản năm 1895, kể lại cuộc phiêu lưu tới một tương lai “xa tít mù tắp” – năm 802701 – của một nhân vật được gọi là Lữ khách xuyên Thời gian (The Time Traveller)!

Cuốn sách rất mỏng, nhưng chỉ mới đọc lướt qua vài trang là tôi đã bị choáng ngay tức khắc. Đó không chỉ là một câu chuyện phiêu lưu ly kỳ hấp dẫn đầy chất nhân văn, mà còn là một bằng chứng hết sức bất ngờ của một sáng tạo văn học kỳ diệu: Không-thời gian 4 chiều!

Vâng, đúng như thế đấy. Từ xưa đến nay chúng ta thường nghĩ rằng không-thời gian 4 chiều là sản phẩm độc đáo của một bộ óc thiên tài duy nhất: Albert Einstein[1]. Đó là cơ sở của Thuyết Tương Đối Tổng Quát, một trong các phát minh vĩ đại nhất của loài người. Nhưng “Chiếc máy thời gian” là bằng chứng khẳng định chính H.G.Wells mới là người đầu tiên nêu lên tư tưởng kỳ lạ đó – tư tưởng về không-thời-gian 4 chiều! Nhận định này có thể quá lạ lẫm và “nghịch nhĩ” đối với nhiều người, nhưng đó là một nhận định nghiêm túc dựa trên giấy trắng mực đen – những gì chúng ta có thể đọc được trong tác phẩm “Chiếc máy thời gian” của George Wells, xuất bản từ năm 1895!

Gấp cuốn sách lại, tôi có cảm giác bất mãn : Tại sao trong tất cả các sách báo nói về Einstein và Thuyết Tương Đối không hề thấy ai nhắc đến Wells? Đó là điều bất công! Cần phải “trả lại Cesear cái của Cesear”! Đó không chỉ là một mong muốn làm vinh danh cá nhân Wells, một vinh danh xứng đáng, mà là để vinh danh trí tưởng tượng lãng mạn – ngọn nguồn của mọi sáng tạo, từ sáng tạo văn học nghệ thuật đến sáng tạo khoa học !

1.Không-thời gian 4 chiều Einstein:

Trong hàng nghìn lời ca ngợi Einstein, có lẽ lời ngợi ca của Charlie Chaplin là thú vị nhất. Chuyện kể rằng một hôm Einstein xem phim Charlot, ông cảm động đến nỗi sau đó viết thư ngay cho Chaplin: “Ông là một người vĩ đại vì đã làm cho mọi người hiểu rõ thân phận con người qua những trận cười rơi nước mắt”. Chaplin cũng viết ngay thư trả lời: “Ông cũng là một người vĩ đại vì đã sáng tạo ra những điều không ai hiểu nổi”. Thật tuyệt vời chuyện của những người vĩ đại. Chỉ trong một câu ngắn ngủi, Chaplin đã dựng nên một bức chân dung Einstein cực kỳ chính xác, hơn bất kỳ bức chân dung nào do các hoạ sĩ dựng nên. Nói gì đến thời đại của Chaplin, ngay hiện nay cũng vẫn có nhiều người lấy làm khó hiểu, thậm chí không sao hiểu được, trước những hệ luận của Thuyết tương đối. Chẳng hạn, giáo sư toán học kiêm thiên văn học John Barrow tại Đại học Sussex ở Anh phải kêu lên trong cuốn “Bất khả” (Impossibility) của ông rằng khái niệm “thời gian cong” (một hệ quả của Thuyết tương đối tổng quát) là một khái niệm không thể nào hình dung bằng trực giác được. Quả thật, làm thế nào để cảm thụ khái niệm thời gian cong? Chắc chắn điều đó không thể có trong trực giác của bất kỳ ai, mà chỉ có thể nẩy sinh trong tư duy của các nhà thông thái như một hệ luận suy diễn.

Hệ luận ấy xuất phát từ Thuyết Tương đối Tổng quát của Einstein, công bố năm 1916, trong đó lần đầu tiên khoa học coi thời gian cũng như không gian đều là những biểu lộ của vật chất! Không có không gian trống rỗng, và cũng không có thời gian hư vô. Không gian và thời gian là những đặc trưng không thể tách rời của vật chất, chúng là những biểu lộ của một thể thống nhất được gọi là không-thời gian 4 chiều, trong đó có 3 chiều không gian và 1 chiều thời gian. Mặc dù tên gọi 3 chiều đầu tiên và chiều thứ tư khác nhau, nhưng tư cách toán học của chúng hoàn toàn bình đẳng. Việc gọi tên khác nhau thực ra chỉ là sản phẩm của tâm lý con người. Thời gian cũng như mỗi chiều không gian đều là một chiều của không gian toán học 4 chiều. Do đó hệ quả tất yếu là điều gì có thể xẩy ra với 3 chiều không gian thì cũng có thể xẩy ra với chiều thời gian. Theo Thuyết Tương đối Tổng quát, không gian bị cong dưới tác dụng của lực hấp dẫn tại những vùng có mật độ vật chất lớn, chẳng hạn tại khu vực gần mặt trời hay các ngôi sao. Nếu vậy thời gian cũng sẽ bị cong! Đến đây có thể thấy khái niệm không-thời gian 4 chiều đóng vai trò nền tảng như thế nào. Nếu không coi không gian và thời gian là vật chất và bình đẳng trong việc tuân thủ các quy luật tương tác vật chất thì làm sao có thể nói chúng sẽ bị cong dưới tác dụng của lực? Nhưng liệu không-thời gian có bị cong thật sự hay không?

Thí nghiệm nổi tiếng của Arthur Eddington năm 1919 đo độ lệch của ánh sáng một ngôi sao khi nó đi ngang qua gần mặt trời đã xác nhận hoàn toàn tiên đoán của Einstein. Từ đó đến nay người ta đã làm lại thí nghiệm này nhiều lần với những dụng cụ ngày càng tinh vi hơn, kết quả càng về sau càng gần với tính toán lý thuyết của Einstein hơn, đến nỗi người ta cho rằng kết quả tính toán lý thuyết của Einstein mới là chính xác. Thật là phi thường!

Lịch sử viết rằng Einstein đã thừa hưởng không gian toán học đa tạp phi-Euclid nhiều chiều của Bernhard Riemann để áp dụng vào không gian vật lý của ông. Nói cách khác, Einstein sử dụng cấu trúc toán học của Riemann, còn nội dung vật lý là hoàn toàn của bản thân ông: Không gian vật lý 4 chiều là sản phẩm sáng tạo vĩ đại của riêng bộ óc Einstein chứ không thể là của ai khác, vì thế không-thời gian 4 chiều còn được gọi là không gian Einstein. Sáng tạo này là một cuộc cách mạng vĩ đại của nhận thức, lật nhào quan điểm của vật lý cổ điển Newton cho rằng không gian là một “cái túi trống rỗng” chứa đựng vật chất trong đó, và thời gian là một “dòng chảy” vô hình, phi vật chất, độc lập với vật chất, khách quan vô tư với vật chất, trôi đều đặn từ quá khứ đến tương lai. Điều khác biệt làm cho Einstein trở nên bất tử không phải là ở trình độ toán học cao cấp hoặc các tính toán thiên tài (như thí nghiệm trên đã mô tả), mà là ở những tư tưởng mới lạ chưa từng có của ông dựa trên cái khung không-thời gian 4 chiều. Nhưng thực ra…

2-Wells đã đi trước Einstein 21 năm:

Thưa bạn đọc, các bạn có thể sẽ bị choáng giống như tôi khi được biết rằng hầu như nguyên văn tư tưởng không-thời gian 4 chiều của Einstein đã được Wells đề cập đến một cách rõ ràng từ 21 năm trước! Đây, hãy xem anh chàng Lữ khách xuyên Thời gian hùng hồn thuyết giảng với bạn bè để giải thích vì sao anh ta ham mê nghiên cứu chế tạo chiếc máy thời gian[2]:

- Xin quý vị chú ý lắng nghe. Tôi sẽ xét lại một hoặc hai quan điểm đã được mọi người thừa nhận. Chẳng hạn môn hình học mà người ta đã dạy cho quý vị ở nhà trường, thật ra đã dựa trên một nền tảng sai lầm. Có phải người ta đã dạy quý vị rằng một đường thẳng toán học là một đường chỉ có chiều dài mà không có chiều rộng, chiều dầy? Vậy làm gì có một đường như thế trong thực tế. Cả mặt phẳng toán học nữa cũng làm gì có. Tất cả những khái niệm này đều chỉ là sự trừu tượng hoá mà thôi. Vậy xin hỏi: Liệu có thể có một hình khối chỉ có chiều dài, chiều rộng và chiều cao được không? Liệu có thể có một hình khối chỉ tồn tại trong một khoảnh khắc tức thời được không? Liệu có thể có một hình khối không tồn tại trong bất kỳ khoảnh khắc nào hay không?

Có nghĩa là không thể có một sự vật nào tồn tại độc lập với thời gian –thời gian phải gắn liền với sự vật, thời gian là một đặc trưng không thể tách rời sự vật! Lập luận thật tuyệt vời ! Có lẽ các nhà toán học và vật lý ngày nay đọc đoạn này cũng phải giật mình vì mức độ sâu sắc của Wells. Đó là sự phê phán môn toán học siêu hình tách rời các đối tượng hình học ra khỏi thực tế và tách rời các vật thể ra khỏi thời gian, để khẳng định rằng trong thực tế mọi vật thể luôn luôn tồn tại cùng với thời gian. Nói cách khác, hình học và thời gian gắn chặt với vật chất và là những đặc trưng không thể tách rời khỏi vật chất. Hình học + Thời gian = Vật chất. Đó chính là nền tảng tư tưởng của Thuyết Tương đối Tổng quát.

Tiếp theo, diễn thuyết của chàng Lữ khách có thể làm cho chúng ta kinh ngạc vì tưởng như chính Einstein đang nói :

- Rõ ràng bất kỳ vật thể nào trong thực tế cũng phải có 4 chiều: chiều dài, chiều rộng, chiều cao, và chiều thời gian (duration – sự trôi của thời gian). Nhưng do những hạn chế tự nhiên về mặt tâm lý của con người, điều mà lát nữa tôi sẽ giải thích với quý vị, chúng ta thường không nhận ra điều đó. Thực ra có 4 chiều, trong đó 3 chiều ứng với 3 mặt phẳng không gian, và chiều thứ tư là thời gian. Tuy nhiên, người ta thường có xu hướng phân biệt một cách phi thực tế 3 chiều không gian với chiều thời gian, ấy là vì ý thức của chúng ta di chuyển theo một chiều nhất định dọc theo trục thời gian bắt đầu từ lúc sinh ra đến lúc từ giã cõi đời này.

Vào thời điểm cuối thế kỷ 19, tư tưởng nói trên của Wells có lẽ đã đi trước thời đại quá xa! Bản thân Wells dường như đã ý thức được sự cô đơn của mình (tâm trạng thường gặp ở các nhà văn, nghệ sĩ, nhà tư tưởng khám phá ra những điều không biết chia sẻ cùng ai). Thật vậy, chàng Lữ khách tỏ ra ngạc nhiên không hiểu vì sao “thiên hạ” không ai nhận ra cái không-thời gian 4 chiều đó, trong khi đối với chàng thì điều đó có vẻ như hiển nhiên rõ ràng như ban ngày:

- Thật là hết sức kỳ lạ rằng tại sao mọi người lại bỏ qua không để ý đến điều đó. Thực sự đây chính là cái mà tôi ngụ ý là chiều thứ tư, mặc dù một số người khác cũng nói đến chiều thứ tư nhưng họ lại chẳng biết rằng đang nói về cái gì[3]. Thật ra đó chỉ là một cách khác để xem xét thời gian mà thôi. Chẳng hề có sự khác biệt nào giữa thời gian với bất cứ một chiều nào của không gian, ngoại trừ ý thức của chúng ta cũng di chuyển dọc theo nó…

Với tuyên bố nói trên, lẽ ra ngay từ năm 1895 Sở cấp bằng sáng chế phát minh ở Anh hay ở đâu đó trên thế giới đã phải cấp cho George Wells “bản quyền sáng tác” ra tư tưởng “ảo ảnh thời gian” (time illusion) – tư tưởng cho rằng chẳng hề có cái gọi là quá khứ và tương lai, những khái niệm này chỉ là ảo ảnh tâm lý, vì tâm lý bị trói buộc và di chuyển theo chiều thứ tư của Không-thời gian 4 chiều!
Sau George Wells, các nhà khoa học sâu sắc nhất cũng thể hiện những quan điểm tương tự. Albert Einstein nói: “Những người như chúng tôi, những người tin vào vật lý, biết rằng sự khác biệt giữa quá khứ, hiện tại và tương lai chỉ là một ảo ảnh dai dẳng không thể thay đổi được”[4]. Stephen Hawking, trong cuốn “Lược sử Thời gian”[5] , cũng đề cập tới sự di chuyển của ý thức dọc theo trục thời gian khi ông nói về thời gian tâm lý, thời gian nhiệt động học. Julian Barbour, trong cuốn “Sự cáo chung của Thời gian”[6], nói: “Thời gian thật ra chỉ là một ảo ảnh. Thời gian không tồn tại. Vũ trụ là phi thời gian (universe is timeless)”. Vật lý hiện đại có niềm tin mạnh mẽ vào tư tưởng ảo ảnh thời gian đến mức đã và đang nghĩ đến khả năng thiết kế những cỗ máy du lịch xuyên thời gian (time travel), đúng như “Chiếc máy thời gian” mà Wells đã tưởng tượng.

Một mô hình của Chiếc máy thời gian.

Đến đây không thể không thừa nhận rằng văn học đã đi trước khoa học: Wells đã đi trước Einstein và hậu thế của Einstein. Tuy nhiên, nếu nhìn ngược lịch sử về thời đại 2500 năm trước, ta không thể không kinh ngạc khi thấy Phật giáo từ lâu đã nói với các đệ tử của mình rằng thời gian thực ra chỉ là một ảo ảnh. Nhưng chúng ta không có tài liệu nào để biết liệu Wells có chịu ảnh hưởng của Phật giáo hay không, và các nhà khoa học sau này có chịu ảnh hưởng của Wells hay không. Vậy hãy đặt ra một số câu hỏi nghi vấn.

3-Vài nghi vấn:

Một: Phải chăng đã có một sự trùng lặp ngẫu nhiên trong tư tưởng của Wells và Einstein ? Thiết nghĩ xác xuất để điều này xẩy ra rất thấp. Thật vậy, Einstein một lần tâm sự: “Sau khi tôi phát minh ra Thuyết Tương đối Hẹp, tôi có cảm giác nếu tôi không nghĩ ra thì có lẽ vài năm sau sẽ có một người khác nghĩ ra, như Poincaré hoặc Lorentz chẳng hạn[7]. Nhưng sau khi tôi phát minh ra Thuyết Tương đối Tổng quát, nhiều lần tôi băn khoăn tự hỏi nếu tôi không nghĩ ra thì không biết đến lúc nào loài người mới nghĩ ra”. Vì thế khả năng để hai bộ óc có suy nghĩ trùng lặp về một phát kiến quá khác thường như không-thời gian 4 chiều là điều hầu như không thể có.

Hai: Vậy phải chăng Einstein đã có lần đọc “Chiếc máy thời gian” và chịu ảnh hưởng tư tưởng không-thời gian 4 chiều từ đó ? Rất tiếc chúng ta không có bằng chứng cụ thể nào để khẳng định điều này. Nhưng xin lưu ý rằng cuốn tiểu thuyết này khá nổi tiếng, nó đã từng được xuất bản từng kỳ trên tạp chí New Review trước khi được in thành sách năm 1895. Một người mê đọc sách báo và có óc tò mò cao độ như Einstein khó có thể bỏ qua một cuốn tiểu thuyết như thế.

Ba: Liệu Wells có nghĩ rằng tư tưởng không-thời gian 4 chiều trong Thuyết Tương đối Tổng quát chính là tư tưởng của ông hay không? Nếu có, tại sao ông không lên tiếng? (Thuyết Tương đối Tổng quát ra đời năm 1916, Wells mất năm 1946).

Ba nghi vấn trên là một khoảng tối trong lịch sử rất đáng để cho các nhà nghiên cứu lịch sử danh nhân và lịch sử tư tưởng khoa học làm sáng rõ. Nhưng dù sự thật ra sao đi chăng nữa, Wells vẫn xứng đáng là đồng tác giả của không-thời gian 4 chiều! Phải chăng vì tác phẩm của Wells chỉ là truyện khoa học viễn tưởng nên tư tưởng khoa học của ông trong đó chưa thể coi là một tư tưởng khoa học được khẳng định nghiêm túc, và do đó Wells không được đội lên đầu vòng nguyệt quế của nhà phát minh? Điều đó liệu có công bằng không?

4-Kết:

Werner Heisenberg, tác giả của Nguyên Lý Bất Định nổi tiếng, sau này kể lại rằng thời sinh viên, ông từng coi toán học là cây gậy thần để mở tung mọi cánh cửa bí mật của thế giới. Nhưng chỉ sau một lần gặp gỡ Niels Bohr, nhà vật lý Đan Mạch khổng lồ lúc đó, chàng sinh viên trẻ mới vỡ nhẽ ra rằng không phải toán học, mà chính tư tưởng mới là ánh sáng dẫn đường đi tới phát minh. Nhà toán học và triết học Pháp Henri Bergson, cũng nói điều tương tự: “Chính trực giác có sẵn ở nơi lương tri của bạn giúp bạn nhận thức được sự thật chứ không phải hệ thống các lý thuyết uyên bác”.

Với cách nhìn đó, phải thấy Herbert George Wells là con người có một trực giác thiên tài, một trí tưởng tượng siêu phàm, để nhận ra thế giới vật chất là một thể thống nhất trong không-thời gian 4 chiều, điều mà 21 năm sau Albert Einstein mới chính thức biến thành một lý thuyết cơ bản của khoa học.

Trí tưởng tượng của Wells không chịu dừng lại ở đó, mà còn đi xa đến những “thế giới kỳ quái” hơn rất nhiều – thế giới được mô tả trong “Nghịch lý Ông nội”[8], một nghịch lý nói lên cái phi lý của tư tưởng du hành xuyên thời gian. Nhưng cái phi lý ấy lại trở thành hữu lý, nếu Lý thuyết vũ trụ quay tròn (theory of rotating universe) của nhà toán học trứ danh Kurt Godel là đúng đắn. Đến nay, vũ trụ của Godel vẫn được coi là một vũ trụ lý thuyết, vũ trụ giả định (hypothetical universe), vì nó là một sản phẩm suy diễn thuần tuý lý thuyết từ Thuyết Tương đối Tổng quát của Einstein. Mặc dù vậy, chưa ai dám bác bỏ vũ trụ giả định này, vì nó hoàn toàn đúng về mặt toán học. Bản thân Einstein thì cho rằng đó là một công trình có ý nghĩa nhất trong những công trình phát triển Thuyết Tương đối Tổng quát của ông.

Câu hỏi về tính hiện thực của vũ trụ Godel vẫn đang còn treo lơ lửng trong khoa học, nhưng câu hỏi về “bản quyền sáng tác” ra không thời gian 4 chiều thì có thể có câu trả lời ngay bây giờ:

George Wells, Einstein là đồng tác giả!

(PVHg, đã đăng trên Văn Nghệ Trẻ 12-09-2002, viết lại ngày 23.05.2012)

---

[1] Cơ sở toán học của không-thời-gian 4 chiều được Herman Minkowski (một thầy cũ của Einstein tại Đại học Bách khoa Zurich, Thụy Sĩ) đề xuất vào khoảng năm 1908

[2] Ý kiến của Lữ khách gồm nhiều câu đối thoại xen kẽ với ý kiến người nghe. Bài này bỏ qua  ý kiến người nghe, và gộp các ý kiến của Lữ khách làm một cho gọn. Về cách dịch, bài này chú ý Việt Nam hoá cách diễn đạt sao cho dễ hiểu. Vì thế có thay đổi không đáng kể thứ tự câu cú, thêm bớt vài từ ngữ không quan trọng, miễn lột tả chính xác tư tưởng của Lữ khách.

[3] Các nhà toán học đương thời đã nói tới không gian nhiều chiều, nhưng đó chỉ là những không gian thuần tuý toán học, không gian tưởng tượng, thay vì một không gian vật chất hoặc không gian vật lý có thật như chàng Lữ kháchdiễn tả.

[4] People like us, who believe in physics, know that the distinction between past, present, and future is only a stubbornly persistent illusion.

[5] A Brief History of Time, Stephen Hawking, Bantam Press, bản dịch tiếng Việt của Cao Chi và Phạm Văn Thiều, NXB Văn hoá Thông tin, 2000.

[6] The End of Time, Julian Barbour, Weidenfeld & Nicolson 1999, Phoenix 2000.

[7] Henri Poincaré, nhà toán học Pháp, và Hendrik Lorentz, nhà vật lý Hà Lan. Theo nhiều tài liệu đã được công bố chính thức hiện nay, Lorentz, Poincaré, Einstein được coi là ba đồng tác giả của Thuyết Tương đối Hẹp.

[8] Xem “Ảo ảnh thời gian” của Phạm Việt Hưng trên Văn Nghệ Trẻ ngày 24.10.2002 và trên PhamVietHung’s Home:http://viethungpham.wordpress.com/2012/05/18/ao-anh-thoi-gian/