Lược sử các cuộc cách mạng kiến thức vật lí - Phần 3.2

Đã trải qua một khoảng thời gian khá dài từ khi người viết bắt đầu series "Lược sử các cuộc cách mạng kiến thức vật lí". Trong quá khứ, đây vốn dĩ là một điều làm người viết đắn đo khi không thể hoàn thành series này với bài viết cuối cùng (Phần 3.2) giải thích về sự thú vị cũng như tính kì dị của thế giới lượng tử. Một cách công tâm thì vật lí lượng tử thật sự rất khó hiểu, và người viết đã nghĩ rằng sẽ không có nhiều người thật sự muốn nghiên cứu sâu về thế giới lượng tử do tính chất quái lạ của nó, và một lí do khác là người viết đã không thật sự hiểu về vật lí lượng tử để có thể giải thích nó một cách đơn giản cho người đọc.

Người viết đã luôn muốn hoàn thành series bài viết này từ rất lâu rồi mà vẫn chưa có thời gian để thực hiện, bắt đầu một thứ gì đó mà mình không thể kết thúc luôn có cảm giác bứt rứt khó tả. Có lẽ hôm nay là ngày mà nỗi day dứt bấy lâu sẽ tan biến. Kết thúc mọi việc mình làm luôn là một điều ý nghĩa trong cuộc đời

Đối với những bạn lần đầu tiên đọc về series này của người viết, các bạn có thể tham khảo các phần trước của series để hiểu thêm về quá trình phát triển vật lí với những pha đột phá tư tưởng mang tính cách mạng đã thay đổi toàn bộ nhận thức của ngành vật lí thời bấy giờ.

Thế giới lượng tử là một thế giới của sự kì quặc và ngẫu hứng. Có 1 câu đùa giữa các nhà khoa học lượng tử với nhau như thế này "Bất cứ thứ gì bạn cho là không thể xảy ra trong cuộc sống thường ngày (khi khối lượng vật thể rất lớn so với quy mô của thế giới lượng tử) thì hầu hết đều đã xảy ra trong thế giới siêu vi mô của lượng tử.". Thế giới lượng tử được vận hành với những quy tắc hoàn toàn trái ngược so với cách mà mọi người vẫn thường cho là hợp lí trong cuộc sống.

Đường hầm lượng tử (quantum tunneling) cho phép electron đi xuyên qua một rào cản như một bóng ma. Khả năng "đi xuyên tường" của các hạt lượng tử là một tính chất đặc biệt trong thế giới lượng tử và nó đóng một vai trò quan trọng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Các hạt lượng tử trước khi được đo lường (measurement) hoặc tương tác (interaction) với một vật thể khác được cho là đang ở trong trạng thái siêu vị trí (superposition) trong một hệ thống lượng tử. Siêu vị trí là khả năng đặc biệt của một electron có thể tồn tại đồng thời ở nhiều vị trí khác nhau trước khi được đo lường bởi thế giới bên ngoài.

Nói theo một cách tổng quát, trước khi được đo lường, một hệ thống lượng tử (quantum system) không tồn tại ở một trạng thái nhất định mà đồng thời tồn tại ở nhiều trạng thái khả dĩ khác nhau (các giá trị của một hạt trong một trạng thái nhất định bao gồm tốc lực, vị trí, spin, etc) - mỗi một trạng thái nhất định sẽ có một xác xuất cụ thể mà sau khi đo lường trạng thái lượng tử đó sẽ thành hiện thực. Người viết sẽ đi sâu hơn vào phần này ở bên dưới bài viết.

Đây là lí do cho câu nói nổi tiếng của Einstein khi nói về thuyết lượng tử "Chúa không chơi đổ xúc xắc". Hầu hết mọi người nếu đã đam mê về vật lí thì đều biết đến câu nói nổi tiếng này. Tuy nhiên, ít người biết rằng Niels Bohr đã phản hồi Einstein một cách sâu sắc không kém "Einstein, ông ngừng ngay việc nói với Chúa phải làm gì đi"

Lại một điều bí hiểm nữa của thế giới lượng tử, hiện tượng này được gọi là vướng víu lượng tử (quantum entanglement). Ngay đến Einstein cũng không thể tin nổi điều này, cho dù ông là một người với trí tưởng tượng siêu việt của mình đã cho ra đời thuyết tương đối rộng mang tính cách mạng toàn ngành vật lí thời bấy giờ. Ông châm biếm hiện tượng này với câu nói nổi tiếng "Hành động ma quái từ xa" (Spooky action at a distance), tuy nhiên rất tiếc là cho dù câu châm biếm này có thâm cỡ nào thì các hạt lượng tử vẫn vướng víu với nhau như một quy luật bất biến trong môi trường lượng tử.

Trước khi đi sâu vào bào đọc, người viết có đôi lời đến đọc giả. Nếu quả thật vật lí lượng tử có vẻ khó hiểu với một số bạn đọc, đừng bỏ cuộc, hãy tiếp tục nghiên cứu với sự tò mò của một đứa trẻ, và người viết tin rằng bạn sẽ dần cảm nhận được thế giới lượng tử không kì quặc đến thế đâu. Một trong những điều tuyệt với nhất đối với các nhà khoa học là họ không bao giờ phải trưởng thành, họ đi làm hằng ngày với trí tưởng tượng và sự tò mò của một đứa trẻ, họ luôn nhìn vào mọi hiện tưởng của thế giới và hỏi rằng "Tại sao?". Và người viết tin rằng đây là một phẩm chất tuyệt vời không chỉ dành cho các nhà khoa học và cho tất cả những ai luôn khao khát phát triển bản thân và sẵn sàng học hỏi những điều mới mẻ. Hãy luôn luôn hỏi "Tại sao?", đừng bao giờ tin một điều gì đó mà không tự mình nghiền ngẫm điều đó.

Chúc các bạn đọc có một chuyến phiêu lưu trí tuệ thú vị! 

Hầu hết mọi người đều nhớ đến Erwin Schrodinger thông qua một thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng mang tên con mèo của Schrodinger (người viết sẽ đi sâu vào khái niệm này sau). Nhưng đóng góp thực sự nổi bật của ông trong vật lí lượng tử là các phương trình hàm sóng (Schrodinger's wave function) mô tả một hệ thống lượng tử sẽ thay đổi thế nào qua thời gian. Phương trình Schrodinger ngày nay đã trở thành những kiến thức căn bản 101 trong vật lí lượng tử dành cho các sinh viên đại học chuyên ngành vật lý lí thuyết. Phương trình hàm sóng, với khả năng dự đoán chính xác một hệ thống lượng tử sẽ thay đổi thế nào qua thời gian, đã luôn đưa ra các dự đoán hoàn toàn ăn khớp với kết quả thu được từ các thí nghiệm kiểm chứng.

Tốc độ thay đổi của phương trình hàm sóng sẽ tỉ lệ thuận với tổng năng lượng của một hệ thống lượng tử. Một phương trình hàm sóng có thể đại diện cho nhiều mức năng lượng khác nhau của một hệ thống lượng tử; các phần có mức năng lượng cao sẽ thay đổi nhanh hơn trong khi những phần có mức năng lượng thấp sẽ thay đổi chậm hơn.

Một trong những phát hiện mang tính cách mạng trong vật lí lượng tử là một hạt lượng tử vừa đồng thời mang tính chất sóng như một trường hấp dẫn (gravitational field) hoặc trường điện từ (electromagnetic field) vừa mang tính chất hạt. Đây là khái niệm lưỡng tính sóng-hạt (wave-particle duality) được áp dụng trong vật lí lượng tử. Nói 1 cách dễ hiểu, mọi hạt hoặc thực thể lượng tử vừa có thể được mô tả như một hạt vừa có thể được mô tả như một sóng. Khái niệm này được chấp nhận rộng rãi vì cơ học cổ điển của Newton không còn phù hợp để diễn tả hành vi của các thực thể lượng tử. 

Sở dĩ ta luôn nghĩ về các hạt lượng tử như một dấu chấm (có một vị trí xác định trong không gian) là vì đây có vẻ là điều hiển nhiên trong thế giới mà chúng ta thấy, và đây cũng chính là điều các nhà  khoa học mặc định cho tới khi họ phát hiện ra rằng các hạt lượng tử thực ra cũng có những hành vi mang tính chất sóng tương tự như trường hấp dẫn (grativational field) hoặc trường điện từ (electromagnetic field). Một hạt được cho là mang tính chất hạt (có một vị trí cố định trong không gian như dấu chấm) là vì sau khi quan sát ta thấy rằng hạt này nằm ở một vị trí cố định nào đó trong không gian. Nhưng thực tế là trước khi được quan sát, hạt này không nằm ở một vị trí cụ thể nào cả mà đồng thời tồn tại ở nhiều vị trí khác nhau được mô tả bởi phương trình hàm sóng nổi tiếng của Schrodinger.

Trước khi được quan sát, các hạt electron không hề có một vị trí cố định mà nếu như quan sát ta sẽ thấy hạt này nằm ở vị trí đó, các hạt electron có thể xuất hiện ở các vị trí khác nhau với xác xuất tương ứng khác nhau, và phương trình của Schrodinger cho phép ta tính toán chính xác xác xuất một hạt lượng tử nào đó sẽ xuất hiện tại một vị trí cố định X là bao nhiêu (dĩ nhiên là sau khi được quan sát).

Đây là đặc tính kì lạ của vật lí lượng tử mang tên siêu vị trí (superposition). Siêu vị trí là khái niệm mô tả rằng một electron, trước khi được quan sát hoặc tương tác với 1 vật thể khác, không hề có 1 vị trí cố định mà có thể tồn tại ở rất nhiều vị trí khả dĩ khác nhau tương ứng với từng xác xuất cụ thể ta sẽ tìm thấy nó ở vị trí đó. Khi ta quan sát được một hạt lượng tử nằm tại một vị trí cố định đã gây lầm tưởng rằng hạt này đã luôn ở vị trí đó và do đó chỉ chờ để được quan sát bởi một bên thứ ba. Trong thực tế, trước khi được quan sát, các hạt lượng tử không hề có một vị trí cố định mà thực ra tồn tại một cách đồng thời ở nhiều vị trí khác nhau với xác xuất tương ứng nó sẽ được tìm thấy ở vị trí này (tổng của các xác xuất tương ứng với các vị trí khả dĩ phải bằng 1). 

Sau khi một hệ thống lượng tử đã được quan sát hoặc tương tác với thế giới bên ngoài, lúc này vị trí của nó sẽ được lộ diện ra trước mắt người quan sát, trạng thái siêu vị trí của hạt electron sẽ biến mất do lúc này hạt electron đã được quan sát là ở một vị trí cố định trong không gian, cũng như các giá trị khác của hạt này đã được xác định. Một cách nói mang tính văn vẻ trong khoa học mô tả hiện tượng này là hàm sóng của hệ thống lượng tử đó đã sụp đổ (wave function collapse). Hàm sóng của một hệ thống lượng tử sụp đổ là khi hành vi của hệ thống lượng tử đó không còn mang tính chất sóng mà chỉ còn mang tính chất hạt. Đây là một trong những đặc tính kì lạ nhất của thế giới lượng tử, sự đo lường (ta cũng có thể nói là tương tác hoặc được quan sát bởi thế giới bên ngoài) sẽ ngay lập tức xóa bỏ đi các tính chất sóng của các hạt lượng tử. Lúc này ta chỉ còn có thể quan sát những hạt lượng tử này đúng như những gì mà ta vẫn thường hay hình dung - những hạt nằm ở một vị trí cố định trong không gian như một dấu chấm. Sự đo lường hoặc tương tác với thế giới bên ngoài ngay lập tức dẫn đến sự sụp đổ hàm sóng của một hệ thống lượng tử.

Trước khi được đo lường bởi một bên thứ ba, các hệ thống lượng tử sẽ luôn tuân theo quy luật hàm sóng Schrodinger và vẫn sẽ thay đổi theo thời gian như cách phương trình Newton mô tả sự thay đổi của các hệ thống đang chuyển động tiến hóa như thế nào qua thời gian; ta không hề có 1 thông tin cụ thể nào cho bất kì một giá trị nào của hạt lượng tử trước khi hạt đó được đo lường (vị trí, tốc lực, spin, etc). Do đó trạng thái siêu vị trí của một hệ thống lượng tử vẫn sẽ được bảo toàn, các hạt lượng tử vẫn có những hành vi mang tính chất sóng, và hàm sóng vẫn cho ta biết cách tính xác xuất để một hệ thống lượng tử, sau khi được đo lường, sẽ có một giá trị cụ thể là bao nhiêu. 

Nói một cách khác, phương trình hàm sóng Schrodinger cho phép ta tính được xác xuất của tất cả các trường hợp có thể xảy ra trong tương lai của một hệ thống lượng tử trước khi được đo lường. Sau khi được đo lường, các giá trị cụ thể đã được biết dẫn đến trạng thái siêu vị trí cũng do đó mà biến mất. Điều này cũng đồng nghĩa với việc hàm sóng của Schrodinger sụp đổ do các giá trị của một hạt lượng tử lúc này đã được xác định và tính chất sóng của nó đã biến mất.

Trong vật lí sau khi một kiến thức mang tính đột phá được phát hiện, sự tiến hóa sự nhiên phát triển từ nền tảng kiến thức đó lại đôi lúc làm cho những đấng sinh thành đôi lúc cảm thấy bối rối và buộc phải chối bỏ đứa con tinh thần của mình. Albert Einstein có thể xem là người đầu tiên hiện thực hóa khái niệm "lượng tử" trong thế giới vật lí với bài báo khoa học đã giành giải Nobel của mình, tuy nhiên sau này ông dần cảm thấy sự bất định mang tính xác xuất của vật lí lượng tử ngày càng làm ông cảm thấy không thoải mái. Ông lên tiếng bác bỏ điều mà ông cho rằng điên rồ này với câu nói nổi tiếng "Chúa không chơi đổ xúc xắc".

Định mệnh thì lại thích những điều trớ trêu, người cha đỡ đầu của vật lí lượng tử lại công kích chính đứa con của mình. Niels Bohr, với ta cách là người cha nuôi dưỡng thực sự, người đã đặt những viên gạch đầu tiên trong những ngày đầu của vật lí lượng tử, không cho phép đứa con của mình lại bị công kích vô lí bởi một người cha bỏ con giữa chợ, đã đáp trả rằng "Einstein, ông ngừng ngay việc bảo Chúa phải làm gì đi".

Định mệnh lại một lần nữa trớ trêu, Erwin Schrodinger khi viết ra phương trình hàm sóng của mình không hề có 1 tí suy nghĩ nào nó sẽ được dùng để tính xác xuất. Xác xuất là bất định, một thế giới không có sự chắc chắn mang tính tiền định như vật lí cổ điển Newton làm cho Schrodinger phiền lòng không kém so với Einstein. Ban đầu Schrodinger viết ra phương trình của mình với mục đích mô tả một hệ thống lượng tử sẽ thay đổi như thế nào qua thời gian. Ông hoảng sợ khi các đồng nghiệp của ông bắt đầu phát hiện được rằng các phương trình của ông còn có thể được dùng để tính xác xuất cụ thể một hạt electron sẽ xuất hiện tại một vị trí cố định là bao nhiêu. Như bao sự tiến hóa tự nhiên của kiến thức, những người đặt nền móng ban đầu bắt đầu quay ra tìm cách bãi bỏ đứa con của mình. Schrodinger, trong một lần với trí tưởng tượng siêu việt của mình, sáng tạo ra một thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng để chối bỏ sự bất định mang tính xác xuất của thế giới lượng tử. Ông không hề thích trạng thái siêu vị trí của môi trường lượng tử, ông cho rằng điều này quá điên rồ và do đó cho ra đời thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng "Con mèo của Schrodinger".

Về cơ bản, trong thí nghiệm tưởng tượng của mình, Schrodinger nói rằng nếu bạn đặt một con mèo và một thứ gì đó có thể giết chết con mèo vào một cái hộp và đóng kín hộp lại. Thứ giết chết con mèo sẽ được kích hoạt một cách ngẫu nhiên, bạn không có cách nào để biết rằng thứ giết chết con mèo này đã được kích hoạt hay không; nó có thể đã được kích hoạt, có thể không, có thể sẽ kích hoạt trong tương lai; điều quan trọng là bạn không biết điều gì cả chừng nào bạn chưa mở hộp ra xem. Khi cái hộp được đóng kín, làm sao bạn biết con mèo còn sống hay đã chết?

Đây là lúc sự kì quặc của lượng tử, thông qua cái tên "Con mèo của Schrodinger", bắt đầu được phổ biến hóa qua công chúng đam mê vật lí. Trạng thái siêu vị trí của con mèo, con mèo vừa còn sống vừa đã chết trước khi hộp được mở ra xem vốn ban đầu được Schrodinger dùng để mọi người xem xét lại sự điên rồ này của vật lí lượng tử. Không hề điêu khi nói rằng thí nghiệm tưởng tượng này ban đầu được Schrodinger dùng để kích hoạt phản ứng "Cái nhảm nhí gì thế này, làm thế quái nào mà một sinh vật vừa còn sống vừa đã chết được". Tuy nhiên, rốt cuộc thế giới vật lí lại kết luận rằng "Wow, thế giới lượng tử thật sự bí hiểm, kì quặc, nhưng cũng thú vị không kém". Một lần nữa, giống như Einstein, Schrodinger lại thất bại trong việc dỡ bỏ nền tảng vững chắc của cơ học lượng tử.

Người viết sẽ spoiler một tí cho bạn đọc, trạng thái siêu vị trí vừa sống vừa chết của con mèo, trước khi được quan sát, sẽ hợp lí nếu như ta chấp nhận sự tồn tại của thuyết đa vũ trụ (Multiverse hypothesis). Ngay khi người quan sát mở hộp ra để quan sát liệu con mèo còn sống hay đã chết, hàm sóng của hệ thống lượng tử đó sẽ sụp đổ ngay lập tức, trạng thái mập mờ giữa sống và chết biến mất, lúc này người quan sát hoặc là sẽ thấy con mèo còn sống, hoặc nó đã chết. Theo thuyết đa vũ trụ, lúc ta mở hộp ra quan sát cũng là lúc tương lai của con mèo bị chia nhánh (và cả tương lai của người quan sát). Trong nhánh "con mèo còn sống", ta thấy con mèo ngước lên nhìn lại ta và tương tự trong nhánh "con mèo đã chết", ta buồn bã khi thấy cơ thể bé mèo đã lạnh đi. Con mèo vừa còn sống vừa đã chết, nhưng không trong cùng một vũ trụ mà trong những vũ trụ khác nhau, hai phiên bản khác nhau của ta quan sát thấy hai kết cục khác nhau trong hai thế giới khác nhau.

Mặc dù hơi muộn màng để nói điều này, nhưng chào mừng các bạn đến với thế giới lượng tử kì quặc!

Joh Wheeler là một nhà khoa học vật lí xuất chúng. Ông nổi tiếng là một chuyên gia về thuyết tương đối rộng, và cũng chính ông là người đầu tiên phổ biến hóa khái niệm lỗ đen (black hole) và lỗ sâu (worm-hole) là những hiện tượng vật lí đặc biệt khi một ngôi sao trải qua quá trình sụp đổ trọng lực. Nhưng có lẽ đóng góp lớn nhất của ông cho ngành khoa học vật lí là việc ông chính là người thầy mentor cho những nhà khoa học vĩ đại khác như Kip Thorne, Richard Feynman, và Hugh Everett.

Hugh Everett chính là một trong những người đã có đóng góp cực kì quan trọng trong việc xây lên ngôi nhà vật lí lượng tử vững chắc ngày nay. Người viết đã giới thiệu sơ qua với mọi người về đề xuất mang tính cách mạng của ông khi giải thích về con mèo của Schrodinger. Ông chính là cha đẻ của thuyết đa vũ trụ (Many-world hypothesis hoặc Multiverse)

Nếu như trước khi được quan sát, tất cả những gì ta biết về vị trí của electron là xác xuất để tìm thấy nó tại một số địa điểm khác nhau, vậy thì chuyện gì đã xảy ra khi ta tìm thấy nó tại một vị trí cụ thể sau khi quan sát nó? Tại sao sự quan sát từ thế giới bên ngoài lại kì bí đến mức phá vỡ đi tính xác xuất của một hệ thống lượng tử? Tại sao hàm sóng lại sụp đổ khi ta quan sát? Không lẽ các hạt lượng tử có tri giác biết được rằng khi nào bị quan sát thì ngay lập tức hủy bỏ đi tính chất sóng của nó mà chỉ hiển thị trước mắt người quan sát như một hạt lượng tử thực sự, một dấu chấm nho nhỏ có vị trí cố định trong không gian? 

Về cơ bản Hugh Everett đã rất băn khoăn về cơ chế hoạt động đằng sau của sự quan sát diễn ra trong thế giới lượng tử. Ông không phải là người đầu tiên đau đáu về sự bí hiểm của quá trình quan sát trong thế giới lượng tử, sự sụp đổ của hàm sóng luôn là một điều gì đó rất bí ẩn thời bấy giờ. Nhưng đến thời của ông, về cơ bản các nhà vật lí đã dần dà chấp nhận sự kì quặc này như một bản chất cơ bản của thế giới lượng tử. Lí do là vì các tính toán của hàm sóng Schrodinger đã vượt qua các thí nghiệm kiểm chứng quá xuất sắc, vật lí lượng tử chưa bao giờ thất bại dù chỉ một lần trong các dự đoán của nó về cách thế giới lượng tử vận hành. Qua thời gian các nhà vật lí dần chú trọng nhiều hơn vào phần toán học của vật lí lượng tử, vào khả năng trên cả tuyệt vời của toán học lượng tử có thể dùng để đưa ra những dự đoán rất chính xác. Trong khoa học, một lí thuyết chỉ được mọi người nhìn nhận một cách nghiêm túc nếu như có nó khả năng đưa ra những dự đoán chính xác về thế giới mà nó đang mô tả. Nếu một lí thuyết khoa học đưa ra một dự đoán không khớp với các thí nghiệm kiểm chứng, ta có thể ngay lập tức vứt nó vào sọt rác mà không cần phải bận tâm, nó đơn giản đã bị chứng minh là sai. Như nhà vật lí lỗi lạc Richard Feynman đã nói "Không quan trọng là lí thuyết của bạn kì diệu như thế nào, không quan trọng bạn thông minh ra sao. Nếu lí thuyết của bạn không khớp với thí nghiệm kiểm chứng, nó đơn giản là sai"

Vật lí lượng tử chưa bao giờ trượt các bài kiểm tra của thí nghiệm kiểm chứng, do đó không khó hiểu nếu các nhà vật lí lượng tử ngày càng dành nhiều sự quan tâm đến phần toán học tính toán của phương trình hàm sóng Schrodinger và bớt thời gian thực sự chiêm nghiệm về những tính chất kì lạ tồn tại trong môi trường lượng tử, đặc biệt là sự sụp đổ của hàm sóng mỗi khi sự quan sát được thực hiện với một hệ thống lượng tử. Cho tới khi Hugh Everett đưa ra đề xuất điên rồ của mình và thay đổi hoàn toàn cách chúng ta suy nghĩ về thế giới mãi mãi.

Everett đã thức trắng những đêm dài chỉ để trằng trọc về cơ chế hoạt động đằng sau của sự quan sát hoặc tương tác từ thế giới bên ngoài lên hệ thống lượng tử. Sự sụp đổ của hàm sóng chẳng qua chỉ là cách nói mỹ miều rằng các nhà vật lí chẳng hiểu cái quái gì đang xảy ra cả. Tại sao ta chỉ có thể quan sát được các hạt electron đúng như là những hạt có một vị trí cố định trong không gian, nhưng nó lại thể hiện những đặc tính của sóng với vị trí không thể xác định trước khi được quan sát? Xác xuất thống trị môi trường lượng tử là lí do làm cho cả Einstein và Schrodinger phát điên khi nghĩ về một thế giới không còn mang tính tiền định như vật lí cổ điển Newton. Trăn trở với những khái niệm kì lạ của lượng tử, Everett đã tự hỏi rằng:

Sự quan sát làm sụp đổ hàm sóng một hệ thống lượng tử, vậy nếu như hệ thống lượng tử này là cả vũ trụ thì sao? Nếu như điều này là đúng, thì sự quan sát từ thế giới bên ngoài xảy ra như thế nào khi tất cả chúng ta đều nằm trong hệ thống ấy? Nếu thế thì sự sụp đổ hàm sóng không thể chỉ còn diễn ra mỗi khi sự quan sát xuất hiện mà phải liên tục diễn ra vì tất cả những sự quan sát có thể diễn ra đều nằm trong hệ thống lượng tử mang tên toàn bộ vũ trụ mà ta đang cân nhắc. 

Điều gì phải đến cũng đến, Everett chỉ đang đi theo lí luận logic chặt chẽ từ những quy tắc bất di bất dịch trong lượng tử, kết luận khả dĩ nhất mà ông đi đến chính là nếu chỉ có một hàm sóng duy nhất cho toàn bộ vũ trụ thì sự quan sát từ thế giới bên ngoài sẽ không còn là thứ gì đó quá kì bí mà có thể làm sụp đổ hàm sóng của một hệ thống lượng tử được giới hạn trong 1 vùng không gian nhất định, nếu thế thì tất cả các trạng thái siêu vị trí của hàm sóng vũ trụ đều phải tồn tại theo đúng nghĩa đen. Tất cả những gì có thể xảy ra đã diễn ra, và tất cả những điều đã diễn ra ấy tồn tại trong những thế giới song song không thể tương tác với nhau. 

Nếu ta hiểu siêu vị trí là trạng thái đặc biệt của electron, trước khi được quan sát, có thể tồn tại ở nhiều vị trí khác nhau với xác xuất nhất định nó có thể được tìm thấy ở một vị trí cụ thể (tổng xác xuất của tất cả các vị trí khả dĩ phải bằng 1), thì sau khi quan sát electron đã thực sự tồn tại ở tất cả các vị trí trên nhưng mà ở những vũ trụ song song, ta chỉ đơn giản là 1 phiên bản của chính bản thân ta đã quan sát được electron ở vị trí X, ở những thế giới song song phiên bản khác của ta đã quan sát được electron ở vị trí A, B, C tương ứng với tất cả các trường hợp khả dĩ có thể xảy ra. 

Con mèo của Schrondinger vừa còn sống vừa đã chết không phi logic nếu như các phiên bản khác nhau của bé mèo ấy có những kết quả khác nhau trong hai vũ trụ song song. Và khoảng khắc sự mập mờ giữa sống và chết (trạng thái siêu vị trí) bị xóa bỏ là lúc chiếc hộp được mở ra, thế giới của bé mèo ấy bị chia thành 2 nhánh, 1 nhánh bé mèo ấy vẫn còn sống và nhánh còn lại là bé ấy đã chết. 

Nói 1 cách đơn giản nhất, Everett chỉ đang đơn giản là đề xuất tất cả những tương lai khả dĩ của một trạng thái siêu vị trí trong một hệ thống lượng tử, hiểu theo một cách logic nhất, đều rất thật theo cách của riêng nó. Khi ta quan sát thấy vị trí cố định của một electron, tất cả các trường hợp khả dĩ khác đã mất đi và chỉ có duy nhất 1 kết quả quan sát; mặc dù hàm sóng Schrodinger mô tả rất chính xác cách tính xác xuất của tất cả trường hợp có thể xảy ra của trạng thái siêu vị trí, các nhà khoa học lượng tử thời bất giờ rất bối rối và không còn cách nào khác nói rằng hàm sóng đã sụp đổ vì lúc này họ thật sự đã nhìn thấy electron xuất hiện tại 1 vị trí cố định như một cách để ngầm nói rằng các trường hợp khả dĩ khác của siêu vị trí cũng đã "sụp đổ" (biến mất) theo hàm sóng. 

Everett thì lại cho rằng "Không, các ông ngây thơ quá, các trường hợp đó không hề sụp đổ đâu, chẳng có sự sụp đổ gì xảy ra ở đây cả, các ông chỉ đơn giản là không thấy các vị trí đó trong thế giới của ông mà thôi, nhưng một phiên bản khác của ông sẽ thấy hạt electron nằm ở vị trí khả dĩ đó, một phiên bản khác trong các thế giới song song. Thế giới mà ta đang sống phân nhánh ra các tương lai khả dĩ khác nhau tương ứng với các tình huống có vẻ xảy ra trong trạng thái siêu vị trí. Hàm sóng không hề sụp đổ, các tình huống khả dĩ có thể xảy ra không hề biến mất khi được quan sát, sự quan sát luôn xảy ra trong một thế giới lượng tử đủ lớn, và thế giới đó là toàn bộ vũ trụ. Và do đó chỉ có duy nhất một hàm sóng thôi, đó là hàm sóng của vũ trụ. Bất cứ khi nào sự tương tác diễn ra có thể dẫn đến các tình huống tương lai khả dĩ thì thế giới của ta lại phân nhánh ra các vũ trụ song song không bao giờ gặp nhau"

Nếu ta chấp nhận tính chất siêu vị trí của vật lí lượng tử và xem xét toàn bộ vũ trụ như một hệ thống lượng tử duy nhất thì kết luận hợp lí nhất là thế giới của ta đã liên tục phân nhánh mỗi khi sự tương tác giữa các thực thể xuất hiện có thể dẫn đến những tương lai khả dĩ khác nhau. Tất cả những gì có thể diễn ra đã xảy ra trong những thế giới song song không bao giờ gặp nhau.

Do thế giới đã liên tục phân nhánh trong quá khứ và vẫn sẽ như thế trong tương lai, ta có thể hiểu rằng có gần như vô tận số lượng các vũ trụ giống chúng ta ngoài kia, với mỗi một vũ trụ là một biến thể nho nhỏ so với người hàng xóm của nó. Trong một vũ trụ khác, người viết có thể đang hẹn hò với hoa hậu Mai Phương Thúy, bạn đọc đang hẹn hò với Mai Phương Thúy, Mai Phương Thúy chưa từng là hoa hậu của Việt Nam mà là một người khác, etc. Trong một thế giới khác, và điều này làm người viết rùng mình mỗi khi nghĩ đến, Hitler và Đức Quốc Xã đã chiến thắng Thế Chiến thứ hai và chúng ta đang sống trong thời đại của tư tưởng phát xít.

Tất cả những gì mà ta có thể tưởng tượng ra gần như đã từng tồn tại hoặc sẽ tồn tại, nếu không xuất hiện trong vũ trụ của ta thì chắc chắn sẽ xuất hiện trong vũ trụ khác, dĩ nhiên với duy nhất một điều kiện là các thế giới này không vi phạm các nguyên tắc vật lí cơ bản. Miễn chừng nào các vũ trụ mà ta tưởng tượng có thể xảy ra không bị hủy bỏ bởi các quy tắc vật lí, bạn đọc có thể chắc chắn rằng nó đã xảy ra, hoặc sẽ xảy ra trong những vũ trụ song song gần như vô tận.

Và điều này làm người viết cảm thấy hạnh phúc mỗi khi có chuyện buồn xảy đến. Mỗi khi bạn gặp nỗi buồn, những chuyện không may xảy ra hoặc bạn không có được điều bạn muốn, hãy nhớ rằng trong một vũ trụ khác, một phiên bản khác của bạn đang có được điều mà ta muốn, họ gặp những may mắn trong cuộc đời, và đang tận hưởng một cuộc sống tốt hơn chúng ta rất nhiều. Không phải điều này rất tuyệt hay sao khi một phiên bản khác của ta đang rất hạnh phúc?

Điều ngược lại cũng đúng, nhưng người đọc tốt hơn hết là đừng suy nghĩ nhiều về nó!

Thuyết đã vũ trụ đã từng là một thuyết bị cười nhạo như thể nó là tác phẩm tưởng tượng vô địch của một người nghệ sĩ phê cần hơn là tư tưởng của một nhà khoa học thực thụ. Mỗi khi chủ đề "vũ trụ song song" được xướng tên, các nhà khoa học thời bấy giờ lại cười sặc sụa, nhạo báng vài câu, và sau đó là không thèm để ý đến những gì sắp được nói, họ chỉ đơn giản là không hứng thú với một điều quá điên rồ đến mức phá bỏ mọi trực giác suy nghĩ của chúng ta. Thời gian đã thay đổi tất cả, ngày nay thuyết đa vũ trụ nhận được sự tán thành gần như tuyệt đối từ cộng đồng khoa học thế giới. Từ một thuyết nhận sự ghẻ lạnh cười chê từ giới khoa học, thuyết đa vũ trụ đã dần được chấp nhận rộng rãi và đã được đưa lên phim ảnh trong vũ trụ Marvel hoặc bộ phim hoạt hình nổi tiếng Rick and Morty.

Tuy nhiên, có một điều mà người viết nên chia sẻ với bạn đọc. Một trong những quy tắc quan trọng nhất, nếu một thuyết muốn được công nhận là một thuyết khoa học thật sự, là nó có thể bị chứng minh là sai thông qua các thí nghiệm kiểm chứng (test of falsification). Khoa học tiến bộ bằng việc loại bỏ các lí thuyết dỏm thay vì bổ sung thêm các thuyết mới nghe có vẻ hay nhưng lại đưa ra các dự đoán sai khi kiểm nghiệm trong thực tế. Đây là lí do mà cho dù kinh tế học có điên cuồng say sưa cố biến nó thành một bộ môn khoa học như thế nào thông qua các đồ thị, giả định và một đống các phép toán cao cấp, nó sẽ không bao giờ là một bộ môn khoa học. Đơn giản vì các mô hình lí thuyết của kinh tế học đã đưa ra các dự đoán trật lất khi so sánh với thực tế, nhưng người viết không nghĩ là các nhà giáo sư kinh tế thích thú lắm khi bạn nói thầm điều này vào tai của họ.

Thuyết đa vũ trụ không thể bị chứng minh là sai vì ta không có cách nào để kiểm nghiệm các dự đoán mà thuyết này đưa ra. Một cách hiển nhiên nhất để kiểm tra thuyết này là các nhà khoa học chế tạo được một thiết bị cho phép ta đi du lịch qua các vũ trụ khác nhau, và do đó xác nhận được các vũ trụ song song có tồn tại, nhưng cho đến thời điểm hiện tại các nhà vật lí đều đồng ý một thiết bị như thế là không thể với trình độ khoa học hiện tại. Còn có cách nào để kiểm tra liệu vũ trụ song song có thực sự tồn tại?

Câu trả lời là không từ cộng đồng khoa học. Thuyết đa vũ trụ được chấp nhận vì nó đúng về mặt toán học, không phải vì nó đã được chứng minh qua các thí nghiệm kiểm chứng như các thuyết khoa học khác. Đây là một phản biện rất mạnh tới từ những người không tin vào thuyết đa vũ trụ, và nó hợp lí. Người viết muốn bạn đọc lưu ý điều này trước khi tin vào sự tồn tại của thuyết đã vũ trụ, quyết định như thế nào là tùy vào đọc giả. 

Nguồn tham khảo

Lược sử thời gian - Stephen Hawking

Vũ trụ trong vỏ hạt dẻ - Stephen Hawking

Bản thiết kế vĩ đai - Stephen Hawking và Leonard Mlordinow

Điều được che giấu - Sean Carroll