KHÁI NIỆM THỜI GIAN TRONG PHẬT GIÁO

KHÁI NIỆM THỜI GIAN TRONG PHẬT GIÁO

Tác giả : Đồng Thành



Ngay từ thời khởi nguyên của lịch sử tư tưởng Ấn Độ, thời gian vốn đã là đề tài luôn kích thích mạnh mẽ óc suy tưởng của các triết gia Ấn và khiến họ đi đến nhận định rằng thời gian không những là tác nhân liện hệ đến sự hình thành của vũ trụ mà nó còn là một nhân tố phổ quát chi phối đến vạn vật trong cuộc sống. Dần dần với ảnh hưởng của những trào lưu tư tưởng mới người ta còn xem thời gian là một trong những yếu tố quyết định các hình thái đa dạng của mọi hiện tượng trong thiên nhiên, thậm chí Silanka, một tư tưởng gia của Kỳ Na giáo còn cho rằng thời gian có thể được xem như một nguồn lực tạo nên sự tiến hóa của muôn vật trong thế giới bao la này.

Khác với khuynh hướng suy nghiệm của các triết gia Tây phương, người Ấn thường trầm tư về thời gian trong trạng thái tĩnh hơn là động. Kinh nghiệm nhận thức đã tạo cho họ lối suy diễn sâu sắc rằng dù rằng vạn hữu trong thế gian luôn vận hành và biến đổi, nhưng tự thể của chúng vẫn thường còn và không bị chi phối bởi những biến dịch không ngừng của vũ trụ. Các bậc hiền triết Ấn không chỉ dừng lại ở những nhận định như: “Không ai tắm hai lần trong cùng một dòng sông” (như Heraclitus) hay: “Chảy mãi như thế này ngày đêm không ngừng nghỉ ư?” (như Khổng Tử) mà xuyên qua sự biến dịch đó họ truy tầm về yếu tính của dòng sông, tìm về cái trầm lặng trong ào ạt, cái bất biến trong đổi thay để từ đó suy gẫm về một sự an bình miên viễn trong cuộc sống của mình.

Hơn hai ngàn năm trước, khi tĩnh tọa dưới cội bồ đề bên bờ sông Ni-liên-thiền, cũng từ sự quán chiếu thâm sâu về sự tương duyên và biến dịch đó của vạn hữu, đức Phật đã thành tựu được tri kiến như thật về vạn pháp trong thế gian. Tri kiến siêu việt đó đã giúp Ngài đoạn trừ những triền phược và hoài nghi để từ đó thành tựu được quả vị giác ngộ tối thượng. Nhận thức đó về lý duyên khởi của các pháp đã là đề tài mà đức Phật thường giảng dạy trong hầu hết các pháp thoại của Ngài và nó cũng được xem là nền tảng cho mọi nhận thức về thời gian theo quan điểm Phật giáo.

Khi đề cập đến vấn đề thời gian và những khía cạnh liên quan đến thế giới, đức Phật thường dạy rằng với tri kiến hạn cuộc và tâm thức còn đầy dẫy vọng tưởng của mình, con người không thể nào thấu hiểu một cách tường tận về vấn đề khởi nguyên của vũ trụ. Con người chỉ có thể hiểu một cách tổng quát rằng sự hình thành và hoại diệt của thế giới diễn ra trong nhiều khoảng thời gian dài (thuật ngữ Phật giáo gọi là kiếp) khác nhau. Về sau, căn cứ vào tính chất, thời gian, và chủng loại của sự biến dịch của các pháp, các truyền thống Phật giáo phân chia thành nhiều loại kiếp khác nhau như: Đại kiếp và Tiểu kiếp (Luận Đại Trí Độ); Trung gian kiếp, Thành hoại kiếp và Đại kiếp (Luận Đại Tỳ Bà Sa); Hoại kiếp, Thành Kiếp, Trung Kiếp và Đại kiếp (Luận Câu Xá); Trung kiếp, Thành kiếp, Trụ Kiếp, Hoại kiếp, Không kiếp và Đại kiếp (Luận Chương Sở Tri)… thời gian của mỗi kiếp trong mỗi cảnh giới thường tùy thuộc vào cộng nghiệp của chúng sanh trong cảnh giới ấy. Thông thường vũ trụ được tồn tại trên nguyên tắc chung là: “Khi cái này tồn tại, cái kia cũng tồn tại; khi cái này sinh, cái kia sinh; khi cái này không tồn tại, cái kia không tồn tại; khi cái này diệt, cái kia diệt.”(Kinh Phật Tự Thuyết). Về bản chất, nguyên lý duyên khởi mà đức Phật tuyên thuyết khác hẳn với lý nhân duyên trong truyền thống Áo Nghĩa Thư. Theo suy diễn của truyền thống này, bản ngã là cốt tủy của vạn hữu. Vạn hữu tồn tại được là vì tự tính của chúng (bản ngã) vốn thường hằng, bất biến và luôn tồn tại. Điều này cũng có nghĩa là trong nhân vốn dĩ đã có quả, tương lai vốn có mặt trong hiện tại. Trên cơ sở đó các tư tưởng gia của Áo Nghĩa Thư cho rằng nhờ sự khảo sát hiện tại ta có thể dự đoán chắc chắn về tương lai. Theo họ, tương lai chẳng qua là những gì đang ẩn náu trong hiện tại.

Nguyên lý tương duyên mà đức Phật tuyên thuyết không giống như thế. Mệnh đề trên của Kinh Phật Tự Thuyết có ý nghĩa tương đương với mệnh đề điều kiện và nó cho thấy rằng những sự kiện diễn ra trong tương lai không thể được tiên đoán một cách chắc chắn. Vì lý do đó khả năng ngoại cảm về tương lai ít được đề cập trong Phật giáo Nguyên thủy. Trong kinh tạng Nikaya có hai lần đức Phật đưa ra lời tiên đoán chắc chắn là: người đã chứng quả Dự Lưu thì trong tương lai sẽ đạt được giác ngộ (Trường Bộ I); và những ai đã đoạn trừ được tham ái, thành tựu giác ngộ sẽ không còn bị tái sinh trong vòng luân hồi (Trung Bộ I). Những tuyên bố này của đức Phật được hình thành dựa trên phương thức quy nạp. Cũng từ phương thức này Ngài đã khẳng định thêm giá trị tương lai của giáo lý duyên khởi: dù chư Như Lai có xuất hiện hay không, nguyên lý duyên khởi vẫn luôn hiện hữu (Tương Ưng II). Nếu duyên khởi vẫn hằng hiện hữu và nếu “Thấy duyên khởi là thấy pháp” (Trung Bộ I, Tương Ưng III) thì giáo lý duyên khởi có một giá trị bất hủ, siêu việt thời gian và từ đó ta có thể nhận ra rằng những nhận thức về thời gian của con người đúng hay sai tùy thuộc vào sự am tường và thẩm thấu của họ về lý duyên khởi. Điều này đã được minh chứng qua lời dạy của đức Phật trong kinh Tương Ưng III như sau: những ai không nhận chân được lý duyên khởi thường khởi lên những vọng tưởng về sự hiện hữu của mình trong quá khứ, hiện tại và tương lai. Đến đây chúng ta có thể nhận ra một sự thật là thời gian vốn là nhân tố trung gian của quá khứ và tương lai, còn tương lai là những gì đang ẩn chứa trong chính con người hay sự vật (chứ không phải của hiện tại) trong tương lai.

Trên nền tảng duyên khởi, đối với các pháp hữu vi, sự hoại diệt hay cái chết chỉ là vấn đề của thời gian vì nó có thể xảy đến bất cứ lúc nào, một khi nhân duyên đã hội đủ. Dù thời gian là yếu tố chi phối đến đời sống vật chất và tinh thần của loài hữu tình, những ai đã thực sự giác ngộ sẽ không còn chịu sự chi phối như thế. Vị ấy không bị sự tác động đó không phải vì vị ấy đã an trú vào trạng thái tồn tại miên viễn mà là vì hai lý do sau: Thứ nhất, khi đã hoàn toàn đoạn trừ tham ái và chấp thủ, hành giả sẽ không còn vướng lụy vào trần cảnh và đối với vị ấy cái chết không còn là nỗi lo âu, dằn vặt nữa. Thứ hai, vị ấy đã thoát khỏi vòng sanh diệt của kiếp sống luân hồi. Người thoát khỏi vòng sanh diệt như thế cũng chính là thoát khỏi những ràng buộc của thời gian vì rằng ngoài vòng sanh diệt thời gian không còn hiện hữu.

Trong kinh Tương Ưng II, đức Phật có đề cập đến hai loại kinh nghiệm nhận thức của con người như sau: “Thân này được tạo thành từ tứ đại và được xem là tồn tại trong một, hai, ba, bốn, năm, mười, hai mươi, ba mươi, bốn mươi, năm mươi, một trăm năm hay hơn nữa. Cái được gọi là tâm hay thức này, dù đêm hay ngày, khi khởi lên là khác, khi diệt đi là khác.” Đoạn kinh này nói đến hai loại kinh nghiệm nhận thức về thời gian: Loại thứ nhất là kinh nghiệm về những sự vật trải qua trong những khoảng thời gian cố định; loại thứ hai là kinh nghiệm về những sự vật đang chuyển biến trong từng sát na. Sự biến dịch trong từng sát na này cũng thường được đức Phật minh họa thông qua sự trôi chảy của dòng sông: “Không có một khoảnh khắc nào, một tơ hào nào, một mảy may nào của thời gian mà dòng sông lại không ngừng trôi chảy.” (Tăng Chi IV). Hai loại kinh nghiệm nhận thức trên cũng có thể được ví như hai cây kim đồng hồ: kim giờ và kim giây. Tất nhiên sự di chuyển của cây kim giờ là hệ quả của sự biến dịch trong vô số sát na trước đó. Như thế thời gian và nhân duyên là hai trong số những nhân tố tạo nên nhận thức của loài hữu tình. Trong Phật giáo Nguyên thủy vấn đề thời gian thường được nhìn nhận theo khuynh hướng trung đạo và theo đó những ý niệm về thời gian tối hậu hay khái niệm về một loại thời gian bí ẩn sinh khởi từ vọng tưởng của tâm thức đều được xem là những cực đoan vô bổ. Chúng chỉ dẫn lối con người vào khung trời mơ hồ của thế giới lý luận và hoang tưởng mà thôi.

Sau khi đức Phật diệt độ, sự hưng khởi của hệ thống luận tạng đã làm dấy lên một phong trào nghiên cứu, phê phán và phân tích những giáo lý được trình bày trong kinh tạng và trong đó, thuyết vi trần (Paramanuvada) và thuyết sát na (P:khanavada, S: ksanavada) là những đề tài bàn luận sôi nổi. Lúc bấy giờ, các luận sư bắt đầu lưu tâm đến những khía cạnh và khái niệm mới về thuyết sát na chẳng hạn như có hay không một sự chuyển dịch của thời gian từ tương lai về hiện tại, từ hiện tại về quá khứ? bản chất của sát na là gì? sự tương ứng giữa sát na và vi trần ra sao?... tất cả những phát kiến đó đã được ngài Phật Âm tóm lược lại trong cuốn Nghĩa Tinh Sớ (Atthasalini), bản chánh sớ của Pháp Tụ (Dhammasangani - Bộ luận thứ nhất trong luận tạng Nam Truyền), được biên soạn tại Tích Lan dưới triều vua Mahanama (412 TL). Theo bản chánh sớ này thời gian được chia làm năm loại là: Thời (kala), Tích tập (samula), Nhân (hetu), Sát na (khana) và Lợi hiệp (samavaya). Năm loại này có thể được qui vào hai khía cạnh trong bản chất của thời gian là khía cạnh chủ quan và khách quan. Khía cạnh khách quan của thời gian là những gì mà ta qui ước thành những khoảng thời gian cụ thể như là ngày, đêm, tháng, năm… còn khía cạnh chủ quan là chỉ cho sự tùy thuộc của thời gian vào ý thức hay những các yếu tố tâm lý. Và như thế khi nói đến khía cạnh chủ quan của thời gian các luận sư muốn ám chỉ rằng thời gian không thể tồn tại tách biệt với ý thức.

Khi viết sớ giải cho bộ Phân Tích (Vibhanga), bộ luận thứ hai trong Luận tạng Nam truyền, Ngài Phật Âm đã khẳng định rằng thuyết sát na vốn là một đề tài cá biệt của luận tạng chứ không thuộc kinh tạng, chẳng hạn như theo kinh tạng, sắc (rupa) được phân thành ba loại là quá khứ, hiện tại và tương lai trên nền tảng duyên sinh, trong khi đó, theo luận tạng sự phân loại của sắc lại được đặt trên nền tảng của thuyết sát na.

Đứng trên những lập trường khác nhau, các bộ phái giải thích thuyết sát na theo những quan điểm dị biệt. Sự giải thích về đặc tính các pháp hữu vi của các bộ phái đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của thuyết sát na trong Phật giáo. Phái Hữu Bộ cho rằng mỗi pháp hữu vi luôn hội đủ bốn đặc tánh là thành, trụ, hoại và không. Các học giả Nguyên thủy sau thời ngài Phật Âm cho rằng chỉ có ba đặc tính của pháp hữu vi được xác định là thành, trụ và không. Riêng các nhà Kinh Lượng bộ thì nhìn nhận rằng chỉ có hai đặc tính là thành và không. Dù rằng sát na được xem như là đơn vị thời gian nhỏ nhất không thể phân tích được, các luận sư cho rằng vẫn có một sự khác biệt nào đó giữa sát na của tư tưởng và sát na của vật chất vì rằng sự biến đổi của tư tưởng diễn ra nhanh hơn so với sự biến đổi của cơ thể hay các tố chất khác. Do vậy theo bộ Phân Tích, trong một sát na, vật chất trải qua có đến mười sáu sát na tư tưởng sanh và diệt. Phẩm Phân Biệt Thế Gian của Luận Câu Xá có giải thích rằng: trong khoảng thời gian một lực sĩ khảy móng tay có đến sáu mươi lăm sát na trải qua. Cứ một trăm hai mươi sát na tiếp nối thành một hàng sát na, mười sáu hàng sát na thành một lạp phược, ba mươi lạp phược thành một giờ… cứ theo đó mà tính ra ngày, tháng năm v.v…

Có lẽ điểm khó hiểu nhất của thuyết sát na là sự tương hệ của nó đối với sự tương tục của những sự kiện nhất thời. Một sát na được xem như tương đồng với một điểm cực vi trong không gian và theo đó những sát na của quá khứ, hiện tại và tương lai đều khác biệt và tách rời nhau. Để giải quyết vấn đề sanh khởi tương tục do tác động của những sát na phân tán đó, Hữu Bộ đã giới thiệu khái niệm tự tánh (svabhava) và mỗi một pháp luôn có hai khía cạnh là tánh và tướng. Tướng thì sanh diệt tương tục, tánh thì thường hằng bất biến. Hữu bộ cho rằng vạn pháp là thực có vì tự tánh của chúng vốn tồn tại trong ba thời quá khứ, hiện tại và tương lai. Lý thuyết này đã được các luận sư Nguyên thủy kiểm chứng trong bộ Luận Sự (Kathavatthu) và trong đó những luận sư còn tiến đến thừa nhận rằng chính bản thân quá khứ, hiện tại và tương lai cũng thực có. Ở đây ta cần phân định rõ sự khác biệt trong tư tưởng của Hữu Bộ và Áo Nghĩa Thư. Áo Nghĩa Thư cho rằng các pháp tồn tại là nhờ bản ngã thường hằng và quan điểm của họ thuộc trào lưu duy tâm; trong khi đó Hữu Bộ đưa ra khái niệm tự tánh làm cơ sở cho sự tồn tại của vạn pháp là thuộc về trào lưu duy thực.

Một trong những nghi vấn mà ngoại nhơn thường đặt ra cho các nhà Hữu Bộ là nếu bản thể hay tự tánh của các pháp là thật có và thường hằng thì tại sao lại có sự phân loại các pháp ở quá khứ, hiện tại và tương lai?. Về vấn đề này, trong Phẩm Phân Biệt Tùy Loại của Luận Câu Xá, ngài Thế Thân có dẫn lời giải thích của bốn luận sư Hữu Bộ như sau: theo Ngài Pháp Cứu, bản thể của các pháp có ba loại sai khác nên mới có ba đời; Tôn giả Diệu Âm thì cho rằng sở dĩ có ba đời là vì tướng của các pháp khác nhau; còn Tôn giả Giác Thiên thì nói rằng do sự đối đãi khác nhau nên có ba đời khác nhau. Quan điểm của Tôn giả Thế Hữu là quan điểm duy nhất mà Ngài Thế Thân chấp nhận. Theo Tôn giả, do vị thế của các pháp có sai khác nên có ba đời khác nhau. Khi một pháp ở vị trí chưa khởi tác dụng thì đó là tương lai, khi ở vị trí khởi tác dụng thì đó là hiện tại. Tuy nhiên, đứng trên quan điểm của Kinh Lượng Bộ, ngài Thế Thân khẳng định rằng thật thể của các pháp chỉ hiện hữu trong hiện tại chứ không thể tồn tại trong quá khứ và tương lai.





Kinh điển Đại thừa thường mô tả cảnh giới được thể nghiệm bằng tri kiến siêu việt của đức Phật, một bậc toàn trí có khả năng hiểu biết tường tận thực tính của các pháp hữu vi cũng như vô vi, trong đó có cả vấn đề thời gian và không gian. Đối với tri kiến siêu việt đó, khái niệm về thời gian trong ba đời không hiện hữu trọn vẹn. Nói một cách khác nơi ấy không tồn tại một mấu chốt nào để có thể phân định đâu là quá khứ, hiện tại và tương lai (Thật Tướng Bát Nhã Ba La Mật kinh, Phật Thuyết Phật Mẫu Xuất Sanh Tam Pháp Tạng Bát Nhã Ba La Mật Đa kinh, quyển 1). Những khái niệm về sự phân định, giới hạn hay sự biến dịch của thời gian được xem là đối tượng của những tâm thức phàm tục chưa thể nhập đại trí mà còn nhiều vọng tưởng và phân biệt (Kinh Đại Bảo Tích, quyển 49). Về sau phần lớn những bản kinh nổi tiếng của truyền thống Phật giáo Đại thừa đều nhìn nhận về sự tương đồng dung thông của những cái gọi là quá khứ, hiện tại và tương lai (Kinh Hoa Nghiêm, Đại Bát Nhã Ba La Mật Đa kinh). Sở dĩ cả ba thời đều có sự dung thông như thế là vì chúng có chung một đặc tính duy nhất, đặc tính đó là vô tướng (Luận Đại Trí Độ, quyển 26). Dù cứ mãi suy tư và cố công tìm kiếm, con người sẽ không thể nào tường tận đâu là khởi nguyên hay chung cuộc của dòng thời gian - một sự vận hành vô định từ vô thỉ đến vô chung.



Luận Đại Trí Độ nói rằng những ai chưa thành tựu nhất thiết trí thì sẽ gặp nhiều trở ngại khi cố gắng suy tầm về vấn đề thời gian, ngay cả các bậc Thánh hiền như các ngài Quán Thế Âm, Văn Thù, Di-lặc hay Xá-lợi-phất vẫn còn có điều nghi ngại, chỉ có đức Phật mới là người thấu suốt, tường tận về vấn đề thời gian. (Nãi chí Quán Thế Âm, Văn Thù Sư Lợi, Di-lặc, Xá-lợi-phất đẳng chư Hiền thánh ư tam thế trung trí huệ giai hữu ngại, dĩ thị nhân duyên cố, thuyết Phật trí huệ ư tam thế trung thông đạt vô ngại -Luận Đại Trí Độ - T25n 1509, tr 255a-255b). Cũng theo bộ luận này chính vì sự phức tạp của thời gian như thế nên khi nói về vấn đề này, đức Phật dùng hai cách để giảng giải cho thính chúng của mình: thứ nhất, trên phương diện luận lý phân tích, Ngài dạy rằng các pháp trong ba thời luôn thông đạt, vô ngại; thứ hai, trên phương diện bản thể hay tánh không toàn triệt, Ngài dạy rằng ba thời đều có chung một tướng, đó là vô tướng.

Khi nói đến sự dung thông hay đặc tính vô tướng của ba thời, không phải Đại thừa muốn ám chỉ đến sự vắng mặt của thời gian mà là muốn nhấn mạnh đến không tính (Quang Tán Bát Nhã kinh, quyển 8) hay như thị tính (Đại Bát Nhã Ba La Mật Đa kinh, quyển 548) của nó. Đây chính là khía cạnh bản thể luận của thời gian theo quan điểm Phật giáo. Nhưng nếu thời gian là như thị hay là không thì tại sao ta lại thấy có sự biến dịch của con người, chúng sanh hay các pháp trong ba thời. Câu trả lời ở đây là những hiện tượng như thế chỉ tồn tại trong tri kiến thế tục, theo một qui ước tương đối và phiến diện. Song những qui ước như thế thường tùy thuộc vào nhận thức chủ quan của một cá nhân hay cộng đồng và từ đó người ta bắt đầu lập ra những lý thuyết, định hướng và thể chế riêng biệt. Điều này phần nào được chứng minh qua sự thay đổi trong nhận thức về thời gian của các nhà vật lý hiện đại.

Trong quá trình nghiên cứu về các hiện tượng thiên nhiên, các nhà vật lý học thường đối diện với những nghi vấn về thời gian và đối với họ sự nhận thức của con người về các hiện tượng tự nhiên sẽ không toàn triệt nếu bỏ qua vấn đề thời gian. Vào thế kỷ XVI, Galileo cho rằng thời gian là khía cạnh căn bản của vật lý học. Một thế kỷ sau đó, Newton đã đưa ra một định nghĩa cụ thể hơn về thời gian. Theo lý giải của ông, người ta chỉ có thể xác định được sự di chuyển của những vật thể trong không gian thông qua vị trí và vận tốc của chúng tại những thời điểm cụ thể, theo đó thời gian mang tính tuyệt đối và phổ quát, nghĩa là mọi người đều có nhận thức giống nhau về quá khứ, hiện tại và tương lai; không gian và thời gian hoàn toàn tách biệt và không tương hệ nhau. Đến năm 1905, Einstein đã nêu lên nghi vấn về khái niệm thời gian tuyệt đối trên khi ông công bố Thuyết Tương Đối Đặc Biệt của mình. Ông cho rằng thời gian không thể tồn tại độc lập với vũ trụ và sở dĩ có sự mau hay chậm của thời gian là do sự di chuyển của những người đang quan sát nó. Nếu chúng ta di chuyển nhanh hơn thì thời gian sẽ trôi qua chậm hơn. Ta có thể hiểu điều này qua ví dụ sau: khi một người đang di chuyển trên một phi thuyền không gian với tốc độ bằng 87% vận tốc ánh sáng thì thời gian trong điều kiện đó sẽ chậm bằng một nửa so với thời gian trong điều kiện bình thường trên mặt đất. Bên cạnh đó, sự lão hóa của nhà phi hành cũng chỉ bằng một nửa so với lúc anh ta sống trong điều kiện bình thường. Ví dụ như nếu anh ta có một người em sinh đôi đang sống trong điều kiện bình thường, sau một chuyến du hành dài trên một phi thuyền không gian với tốc độ cao, khi trở lại trái đất anh ta vẫn trẻ hơn rất nhiều so với người em của mình. Trong trường hợp phi thuyền đó di chuyển với tốc độ bằng 99% vận tốc ánh sáng, thời gian sẽ chậm đi bảy lần, và với tốc độ bằng 99,9% tốc độ ánh sáng, thời gian sẽ chậm đi 22,4 lần. Cũng theo Einstein, thời gian và không gian không thể tồn tại tách biệt nhau mà ngược lại chúng luôn đan xen và bổ sung cho nhau. Nếu như thời gian bị chậm đi thì không gian cũng thu hẹp lại. Đối với nhà phi hành trên, không những thời gian chậm đi một nửa mà không gian cũng thu hẹp lại bằng một nửa mà thôi.

Năm 1915 khi công bố Thuyết Tương Đối Tổng Quát, Einstein đã đưa nền vật lý học hiện đại tiến xa hơn một bước khi ông khẳng định rằng sự co giãn của không gian và thời gian không chỉ do vận tốc quyết định mà còn do sự tác động của trọng lực. Trọng lực là lực hút lẫn nhau giữa các vật thể trong không gian. Vì không gian và thời gian không tồn tại tách biệt nên trọng lực có một tác động thực sự đối với thời gian. Chính trọng lực đã làm cho không gian và thời gian bị cong lại. Trong cùng một thời điểm, sự nhanh hay chậm của thời gian ở những nơi khác nhau sẽ không giống nhau vì rằng sự phân bố vật chất và độ cong ở đó không hoàn toàn giống nhau. Trở lại ví dụ về hai anh em sinh đôi trên, nếu cho một người sống dưới đồng bằng và người còn lại sống trên núi cao, thì người sống trên núi cao sẽ già nhanh hơn người sống dưới đồng bằng. Ví dụ về sự nghịch lý hai anh em sinh đôi trong hai trường hợp trên của Langevin, một nhà vật lý học người Pháp, tuy lạ lẫm nhưng lại đúng sự thật. Nó chỉ “nghịch lý” đối những ai vốn có nhận thức sai lầm rằng thời gian là tuyệt đối và phổ quát. Thuyết Tương Đối Tổng Quát trên của Einstein cũng đã được kiểm chứng qua thí nghiệm của các nhà khoa học về hai chiếc đồng hồ trên một ngôi tháp cao 75 feet (gần 23 m) tại khuôn viên đại học Harvard. Cuộc thí nghiệm cho thấy rằng chiếc đồng hồ nằm dưới chân ngọn tháp chạy chậm hơn so với đồng hồ trên đỉnh vì rằng nó nằm gần trọng tâm trái đất và do đó phải chịu một lực hút mạnh hơn. Với một sự khảo sát công phu, các nhà khoa học trên cho biết rằng trong thời gian 100 triệu năm chiếc đồng hồ nơi chân tháp sẽ chạy chậm hơn đồng hồ tại đỉnh một giây. Sự chênh lệch này tuy cực kỳ vi tế, nhưng nó đã chứng minh rằng lời tuyên bố của Einstein là đúng đắn.

Sự ra đời của hai học thuyết tương đối trên của Einstein đã phủ nhận lý thuyết thời gian của Newton. Thời gian không thể là tuyệt đối và phổ quát và không có một trật tự thời gian thống nhất cho mọi người và nếu có, nó cũng chỉ mang tính tương đối mà thôi. Đối với mỗi người, thời gian trôi qua nhanh hay chậm tùy thuộc vào vị trí và tốc độ di chuyển của người đó. Như thế khái niệm về quá khứ, hiện tại và tương lai cũng không hoàn toàn chính xác cho lắm. Cái gọi là “hiện tại” của một người này sẽ có thể là quá khứ của người kia và là tương lai của người nọ. Nếu cứ cố bám vào những khái niệm như thế thì không khác gì chúng ta đang bám vào những ảo ảnh giả tạo trong cuộc đời. Trong một bức thư viết vào năm 1955 sau cái chết của Michele Bosso, một người bạn thâm niên của mình, Einstein đã thổ lộ như sau: “Giờ đây ông ta đã từ giã thế giới xa lạ này trước tôi một chút. Nhưng điều đó (sự ra đi trước hay sau) cũng chẳng có nghĩa gì cả. Vì đối với những nhà vật lý như chúng tôi, sự phân định giữa quá khứ, hiện tại và tương lai chỉ là một ảo tưởng bướng bỉnh, dai dẳng mà thôi.” Einstein đã bộc lộ những tâm sự như thế một tháng trước khi ông qua đời và những lời bộc bạch trên dường như đã tóm thâu tinh yếu của những kiến giải của vật lý lượng tử hiện đại về vấn đề thời gian. Thời gian có thể được minh họa như một đường thẳng bất động, nối liền hai cực vô thỉ và vô chung mà ở đó quá khứ, hiện tại và tương lai đều dung thông và đều có sự tương hệ mật thiết với vũ trụ bao la. Điều thú vị là sự tương hệ và dung thông đó đã được diễn tả một cách sâu sắc trong kinh Hoa Nghiêm, một trong những bộ kinh tiêu biểu bàn về vũ trụ quan trong văn học Phật giáo Đại thừa.

Thế giới được mô tả trong kinh Hoa Nghiêm là một thực thể tồn tại trong một sự tương duyên với vô số thế giới khác. Sự dung thông vô ngại của những thế giới được mô tả trong bộ kinh này như là một hệ thống kỳ lạ đến nỗi những ai chưa quen với triết lý thâm sâu đó sẽ cảm thấy choáng ngợp trước sự mô tả tinh vi như thế. Tùy theo chánh báo của mỗi loại chúng sanh, thời gian tồn tại của mỗi thế giới sẽ hạn cuộc trong những khoảng cố định, chẳng hạn như một kiếp trong thế giới Ta Bà của đức Phật Thích-ca bằng một ngày một đêm trong thế giới Cực Lạc của đức Phật A-di-đà; một kiếp trong thế giới Cực Lạc bằng một ngày một đêm trong thế giới Ca Sa Tràng của đức Phật Kim Cang Kiên… và trong vũ trụ bao la kia có vô số thế giới mà thời gian tương ứng với nhau như thế. Bản kinh còn tiến xa hơn nữa trong việc mô tả sự an trú của chư Phật trong những thế giới mà ở đó thời gian là vô tận và không gian thì vô biên, và trong ý nghĩa thâm sâu đó trên đầu mỗi sợi lông hay trong mỗi vi trần bé nhỏ cả ngàn thế giới được hiển lộ trọn vẹn. Ở đây chúng ta không thể đi sâu vào triết lý thâm áo của bộ kinh này với những nguyên lý như Tứ Pháp Giới hay Thập Huyền Môn mà xưa kia ngài Pháp Tạng đã giảng giải cho Hoàng đế Võ Tắc Thiên qua ẩn dụ con sư tử vàng, mà ở đây điều cần thiết là phải hiểu được thâm ý của bản kinh này trong cách mô tả trên là nhằm phủ nhận cái gọi là sự dài hay ngắn của thời gian. Một khoảng thời gian được xem là dài trong thế giới này có thể chỉ bằng một khoảng thời gian cực ngắn trong thế giới khác và những mô tả hay phân định như thế thường mang tính tương đối, hạn cuộc. Trong một ý nghĩa nào đó, đây cũng chính là khía cạnh không tính hay như thị tính của thời gian.

Trong Trung Luận, ngài Long Thọ đã dành trọn chương thứ mười chín để khảo sát vấn đề thời gian mà Hữu Bộ đã bàn thảo trước đó. Tuy đây là một khảo sát ngắn gọn nhưng vô cùng quan trọng vì nó giúp cho hành giả nhận chân được bản chất đích thực của thời gian. Theo sự lý giải của Ngài, các pháp, tự tánh của chúng và thời gian là ba nhân tố tương duyên, có liên hệ mật thiết nhau. Không những chỉ ra sự tương hệ mật thiết này mà Ngài còn khẳng định thêm rằng thời gian vốn không thực có: “Thời gian biến dịch không thể suy xét, thời gian tĩnh lại chẳng rõ ràng. Nếu quả thật không có thời gian thời làm sao có được tướng trạng của thời gian.” Luận cứ phê phán mà ngài Long Thọ đưa ra là nếu nói rằng vì có quá khứ nên mới có hiện tại và tương lai thì hiện tại và tương lai phải thuộc về quá khứ; còn như trong quá khứ không có hiện tại và tương lai thì làm sao hiện tại và tương lai được hình thành trên nền tảng của quá khứ. Như thế hiện tại và tương lai không thể thuộc về quá khứ và chúng cũng không thể tồn tại tách biệt với quá khứ. Khái niệm quá khứ, hiện tại và tương lai không khác gì với khái niệm ở dưới, ở giữa và ở trên hay những khái niệm sanh, trụ và diệt. Nếu nói rằng thời gian có thể được xác định thông qua những khái niệm như ngày, tháng, năm, thập niên, thế kỷ… cũng là sai lầm vì rằng không ai có thể điều chỉnh hay đo lường được thời gian dù rằng đó là thời gian tĩnh hay là động. Nếu cho rằng thời gian là thực có thì nó phải được hình thành theo một cấu trúc hay một trật tự nào đó, dù là hữu hình hay vô hình, nhưng không ai có thể tìm ra được cấu trúc hay trật tự như vậy. Từ những luận điểm đó ngài Long Thọ đi đến kết luận rằng thời gian là không, là vô tướng. Thuở xưa khi được hỏi “Thời gian là gì?”, Tỳ-kheo Na Tiên đã trả lời với vua Di Lan Đà rằng đó chẳng qua chỉ là một khái niệm để diễn tả những quá trình hình thành và hoại diệt của các pháp hữu vi mà thôi, và thời gian không hiện hữu đối với những ai đã an trú vào Niết-bàn. Theo ngài Walpola Rahula, trong Phật giáo chỉ có một thực tại tối hậu duy nhất, đó chính là Niết-bàn và Niết-bàn thì siêu việt thời gian. Ngài cũng đồng thuận với cách giải thích của luận sư Vô Trước về khái niệm thời gian được trình bày trong A Tỳ Đạt Ma Tập luận rằng: “Thời gian là tên gọi chỉ cho sự tiếp nối tương tục của nhân và quả.” Thực ra, không có gì để gọi là thời gian ngoài sự tương tục không gián đoạn của nhân và quả.

Đến đây chúng ta có thể nhận ra một sự thật là trên phương diện tục đế các luận sư Phật giáo Nguyên thủy nhìn nhận sự hiện hữu của thời gian trong ba thời, còn trên phương diện chân đế hay thắng nghĩa đế ngài Long Thọ đã phủ nhận ý niệm về sự hiện hữu như thế vì rằng chân lý tối hậu và cảnh giới chứng ngộ của các bậc giải thoát luôn thanh tịnh và siêu việt mọi vọng tưởng về khái niệm thời gian. Ngài cho rằng thời gian là không thực vì nó mang tính tương đối, còn thực tại thì luôn viên mãn và tuyệt đối.

Những nỗ lực suy luận của ngài Long Thọ cũng như của các luận sư trước hay sau đó đều nhằm giúp cho con người từ bỏ những ý niệm sai lầm về sự biến dịch của các pháp hữu vi và nhận chân được giá trị đích thực của những khoảnh khắc hiện tại. Đây cũng là yếu điểm mà đức Phật thường nhắc đến mỗi khi Ngài giảng dạy về một điều gì đó liên quan đến vấn đề thời gian. Trong kinh A Nan Nhất Dạ Hiền Giả (Trung Bộ III), đức Phật đã dạy hàng đệ tử của Ngài không nên truy tầm về quá khứ mà cũng chẳng nên ước vọng nhiều về tương lai, hiện tại là giây phút mầu nhiệm và ý nghĩa nhất trong sự thăng hoa đời sống của mỗi người. Sống với hiện tại là lối sống mà các bậc hiền nhân đã từng thể nghiệm và nhắc nhở cho các thế hệ mai sau. Chính sự an trú trong lối sống đó, con người sẽ nhận ra sự đồng nhất giữa mình và người, giữa người và vạn vật để từ đó trực nhận rằng bản ngã chỉ là một cái bóng mờ xa xăm và sự hiện hữu của mình luôn tùy thuộc vào sự hiện hữu của người khác và vô số nhân duyên khác.

Khi sống với hiện tại, con người còn có thể hiểu được rằng vì sao trong cùng một khoảng thời gian như nhau mà một người với tâm thức đầy dẫy sự sầu muộn, chán chường hay sợ hãi cảm thấy như mình đang trải qua những cảm giác nặng nề ấy trong hàng thế kỷ, nhưng khoảng thời gian như thế lại thoáng vụt qua đối với những ai đang say sưa với những hạnh phúc của thế gian. Mỗi một giây phút trôi qua, thọ mạng con người sẽ ngắn dần. Từng nếp nhăn trên khuôn mặt, từng sợi tóc bạc trên mái đầu như thầm báo hiệu cho mỗi người rằng hành trình từ chiếc nôi cho đến nấm mồ của người ấy đang bị thu hẹp lại và nó có thể kết thúc bất ngờ tại một lúc nào đó mà không ai có thể biết trước được. Trong mỗi giây phút của đời người có vô số nhân duyên hy hữu đang hiện hữu, nhưng nếu như con người không biết dừng lại để đón nhận chúng thì đó quả là một điều thiệt thòi hay một nỗi bất hạnh lớn lao. Kinh Bổn Sanh có kể câu chuyện về chàng Gopala, một người luôn tâm nguyện được từ bỏ mọi trần duyên để an trú đời mình trong Chánh pháp của đức Phật. Khi nghe nhà vua trị vì xứ sở nơi chàng đang cư ngụ hứa sau này sẽ trao lại ngôi báu cho mình, chàng bèn thốt lên: “Tâu Đại vương! Xin Ngài đừng hứa hẹn một việc gì trong tương lai. Điều chí thiện chỉ có thể được thực hiện trong ngày hôm nay mà thôi.” Đạo Nguyên Thiền Sư, sơ tổ của dòng Tào Động tại Nhật Bản đã từng dạy: “Thời gian trôi nhanh như tên bắn mà đời người thì mong manh tợ sương mai. Chúng ta không thể tìm lại được một ngày nào một khi nó đã vụt qua. Một người có thể đã làm nô lệ cho những giác quan của mình suốt cả trăm năm nhưng nếu biết trở về sống theo Chánh pháp, dù chỉ là một ngày, thì sẽ được lợi lạc vô vàn trong hiện tại và tương lai. Chúng ta phải biết thương yêu và quí trọng cuộc đời mình, thể xác của mình, vì nhờ nó chúng ta mới có cơ duyên để tu tập và cảm nhận được oai lực của đức Phật. Làm được một điều phước thiện là ta đã gieo thêm một hạt giống cao quý để có thể thành tựu được quả vị Chánh giác tối thượng.” Những ai đã thấu hiểu được những lời giáo huấn thâm thúy này của Thiền sư Đạo Nguyên sẽ không bao giờ để cho một giây phút nào trong đời mình bị xao lãng hay luống trôi qua một cách vô ích mà ngược lại họ sẽ sống mỗi ngày thật ý nghĩa như đời sống của các bậc Hiền nhân mà đức Phật đã khuyến hóa.

Trong lịch sử tư tưởng Phật giáo, vấn đề thời gian đã là một đề tài từng thu hút sự quan tâm của các luận sư thuộc nhiều truyền thống khác nhau, bởi lẽ nói đến thời gian cũng tức là bàn về sự vô thường của cuộc đời. Sự suy nghiệm và luận bàn về thời gian như thế không hoàn toàn thiên về chiều hướng triết lý suông mà nó còn góp phần tạo nên một nhận thức chân chính để từ đó xây dựng một nếp sống đúng đắn và ý nghĩa cho mỗi người. Lối sống đó đã được đức Phật nhắc nhở trong sự thị hiện của Ngài qua bốn sự kiện: đản sanh, thành đạo, chuyển pháp luân và nhập Niết-bàn. Khi trầm tư về bốn sự kiện đó trong cuộc đời của đức Phật, mỗi người sẽ nhận chân được đời sống hy hữu của chính mình. Dù sắc thân giả tạm của đức Thế Tôn không còn hiện hữu nơi cõi đời này nhưng pháp thân của Ngài vẫn mãi tỏa khắp trong nhân gian hay mười phương thế giới, ân đức của Ngài vẫn mãi sáng soi trong vũ trụ bao la và pháp âm của Ngài vẫn hằng vang vọng tự nghìn xưa cho đến hôm nay. Hai ngàn sáu trăm năm của cõi Ta Bà này chẳng là bao so với một cái chớp mắt trong cõi Cực Lạc hay thế giới Ca Sa Tràng. Những ai đang sống tỉnh thức và tinh cần trong Chánh pháp vẫn luôn cảm nhận rằng đức Từ Phụ vẫn còn hiện hữu trong hiện tại, trong cỏ cây, hoa lá, và trong hơi thở của chính mình. Còn đối với những người luôn vùi mình trong kiếp sống phàm tục, một khi chia lìa thân quyến, bằng hữu để bước vào một nẻo đường mới trên hành trình xa xăm trong kiếp sống tương lai thì chỉ có nghiệp thức là người bạn đồng hành duy nhất của họ. Như bóng theo hình, nghiệp thức luôn nối gót chủ nhân ông đã tạo ra nó để hóa thân trong kiếp sống mới của chủ nhân. Khi thấu hiểu về bản chất của thời gian và ý thức được sự vô thường của cuộc sống, chúng ta sẽ hiểu được rằng mỗi khoảnh khắc hay mỗi hơi thở của đời mình thật quí báu biết bao. Chỉ trong một kiếp sống, con người sẽ trở nên hoàn thiện và toàn mỹ hơn nếu như họ không uổng phí những giây phút ngắn ngủi để đeo đuổi những ảo ảnh phù du mà biết trở về với chính mình để gạn lọc mọi nhiễm ô, sống tỉnh thức và hướng thượng theo ánh sáng chân lý Phật-đà.

Đồng Thành



Tài liệu tham khảo:

Capra, F. The Tao of Physics, London: Flamingo, 1982.

Chang, G.C.C. The Buddhist Teaching of Totality, Delhi: Motilal Banarsidass Publishers, 1992.

Collins, S. Nirvana and Other Buddhist felicities, Cambridge: Cambridge University Press, 1998.

Hawking, S. Lược Sử Thời Gian, Cao Chi và Phạm Văn Thiều dịch, Hà Nội: Nhà Xuất Bản Văn hóa Thông tin, 2000.

Matthieu, R. & Thuan, T.X. The Quantum and The Lotus, New York: Three Rivers Press, 2001.

Nakamura, H. Ways of Thinking of Eastern Peoples, Delhi: Motilal Banarsidass Publishers, 1991.

Prasad, H.S. (ed.) Essays on Time in Buddhism, Delhi: Sri Satguru Publications, 1991.

Rahula, W. Zen and The Taming of The Bull, London: Gordon Fraser, 1978.

Wallace, B.A.(ed.) Buddhism and Science: Breaking New Ground, New York: Columbia University Press, 2003.

Tại sao trời không sập?

Tại sao trời không sập?


Ngô Nhân Dụng

Ðầu tháng trước, ông Lý Ðạo Quỳ (Li Daokui), cố vấn Ngân Hàng Trung Ương Trung Quốc đã cảnh cáo nếu cuộc thương thuyết ở Quốc Hội Mỹ bế tắc, nước Mỹ có nguy cơ vỡ nợ, đồng đô la sẽ xuống giá, làm thiệt hại đến nhà nước Trung Quốc, vì họ đang cầm trong tay những giấy nợ của Mỹ trị giá hơn một ngàn tỷ đô la!

Ngày hôm qua, bà Christine Lagarde, tân chính trị Quỹ Tiền Tệ Quốc Tế và cựu bộ trưởng Tài Chánh Pháp cũng lên tiếng cảnh cáo rằng nếu chính phủ Mỹ “vỡ nợ” hoặc điểm tín dụng bị hạ xuống thấp thì cả thế giới sẽ bị vạ lây! Cuối tuần qua, cả Tổng Thống Barack Obama lẫn Chủ Tịch Hạ Viện John Boehner đều nói rằng họ sẽ cố đạt được một thỏa thuận trong chiều Chủ Nhật, trước khi các thị trường chứng khoán Á Châu mở cửa, để tránh cảnh người ta đổ xô đi bán các cổ phiếu vì lo!

Nhưng sau đó hai đảng Cộng Hòa và Dân Chủ vẫn chưa đạt được thỏa hiệp nào hết; mà các thị trường ở Á Châu vẫn mua bán thản nhiên! Trong lúc đó thì tại thị trường chứng khoán New York Chỉ số Dow Jones chỉ xuống chút đỉnh, hôm Thứ Hai mất 50 điểm, Thứ Ba mất 90 điểm. Mức sụt giảm nhỏ như vậy thường xẩy ra như khi mức lời của một vài công ty lớn thấp hơn mong đợi.

Thường khi một công ty hay một chính phủ có nguy cơ vỡ nợ thì những trái phiếu của họ bị sụt giá, vì với mức rủi ro lớn hơn mọi người muốn phải đạt được một mức tiền lãi cao hơn mới bõ công bỏ tiền mua. Nhưng trong mấy ngày qua các công trái 10 năm của chính phủ Mỹ vẫn vững giá, dân đầu tư chấp nhận chỉ được lãi 3% cũng thỏa mãn rồi! Tức là người ta hoàn toàn tin tưởng rằng cứ cho chính phủ Mỹ vay đi, thế nào cũng được hoàn trả! Các công ty Moody hay S&P dọa sẽ hạ thấp điểm tín dụng của chính phủ Mỹ? Nhưng các công ty thẩm lượng tín dụng chưa bao giờ hạ điểm của một xí nghiệp hay một chính phủ nào khi thị trường vẫn còn tín nhiệm khiến họ có thể đi vay với mức lãi suất chỉ có 3%!

Một con nợ mà chậm trả tiền lãi trong một hai ngày là coi như vỡ nợ rồi (hỏi công ty Vinashin thì biết). Nhớ lại cuối năm 2008, Ngân hàng Lehman Brothers phá sản, chính phủ Georges W. Bush muốn có 700 tỷ Mỹ kim để cứu các ngân hàng. Ðề nghị này bị Quốc Hội bác bỏ, thị trường chứng khoán khắp nơi sụt giảm mạnh, thế là cả hai đảng phải chấp thuận ngay món tiền cựu trợ đó. Vậy mà tới hôm nay hai đảng vẫn còn găng nhau, cò kè bàn cãi từng trăm tỷ đô la một, trong khi thị trường chứng khoán coi như chỉ lắc đầu, nhún vai chờ đợi!

Không lẽ hàng triệu nhà đầu tư khắp thế giới lại dửng dưng không lo lắng gì trước viễn cảnh quốc gia giầu mạnh này có nguy cơ vỡ nợ khiến kinh tế cả thế giới bị suy trầm?

Câu trả lời giản dị là: Người ta không tin chuyện đó sẽ xẩy ra! Lo lắng nước Mỹ sắp vỡ nợ cũng không khác gì chuyện “Người nước Kỷ lo trời sập” trong Cổ Học Tinh Hoa. Chắc trời sẽ không sập đâu! Chúng ta sẽ thấy khi nhìn vào các con số.

Hiện nay nhà nước liên bang Mỹ mang nợ hơn 14,000 tỷ đô la. Mỗi tháng Bộ Tài Chánh Mỹ phải trả tiền lãi cho các “chủ nợ” cũ, tức những người đang cầm các trái phiếu của chính phủ, số tiền phải thanh toán trung bình 15 đến 20 tỷ đô la. Trong Tháng Tám này sẽ phải trả 29 tỷ, Tháng Chín chỉ dưới 10 tỷ thôi. Trong khi đó, nhà nước vẫn thu tiền vào (đừng quên, dân Mỹ vẫn tiếp tục đóng thuế dù trời có sập hay không), trung bình mỗi tháng nhà nước Mỹ thu khoảng 200 tỷ Mỹ kim. Do đó, thế nào chính phủ cũng có tiền trả lãi. Còn tiền vốn đáo hạn phải trả thì sao? Bộ Tài Chánh sẽ dùng số tiền thu trong số 200 tỷ trên để hoàn lại chủ nợ cũ. Nhưng ngay sau khi trả nợ rồi thì tổng số nợ xuống dưới mức trần, họ có quyền đi vay đúng số tiền đó để bù vào ngân sách! Mỗi tuần chính phủ Mỹ vẫn cứ trả nợ rồi lại đi vay bao nhiêu lần chưa hề ngưng.

Vấn đề của chính phủ Mỹ không phải là vỡ nợ, mà là sẽ “thiếu tiền tiêu!” Một tổ chức độc lập, Bipartisan Policy Center (BPC) đã tính trong khoảng ngày 2 đến ngày 9 Tháng Tám, tổng số công trái (giấy nợ của quốc gia) sẽ lên tới mức 14,300 tỷ, tức là đụng trần. Nếu không được vay thêm nợ, thì chính phủ sẽ phải cắt giảm các món chi tiêu khác. BPC tính trong Tháng Tám này, chính phủ Mỹ sẽ thu được 172 tỷ đô la; trong khi theo ngân sách đã được Quốc Hội chấp thuận từ trước thì sẽ phải chi ra 307 tỷ.

Theo BPC, số tiền 172 tỷ đó dư để trả tiền lãi các món nợ cũ (29 tỷ), tiền Hưu Bổng Xã Hội (Social Security, hay SS, 49 tỷ), Medicare và Medicaid (50 tỷ), lương binh sĩ (3 tỷ), cựu chiến binh (3 tỷ). Còn lại chưa tới 40 tỷ để chi cho các mục khác.

Bây giờ chính phủ Obama sẽ phải quyết định đặt ưu tiên dùng món tiền 40 tỷ đó như thế nào! Thí dụ, có thể đem chi cho các món trợ cấp thất nghiệp (13 tỷ); trả lại dân số tiền thuế nộp dư (IRS refunds 4 tỷ); trả tiền cho các công ty cung cấp cho bộ Quốc Phòng (32 tỷ); trợ cấp xã hội trong đó có phiếu thực phẩm Food stamps (9 tỷ); chi cho bộ Giáo Dục (20 tỷ); cùng các cơ quan chính phủ khác. Tổng cộng sẽ thiếu 135 tỷ. Nếu không được vay nợ mới, chính phủ sẽ phải cắt các món chi tiêu khoảng 135 tỷ, tức là cắt 44%. Cắt món nào, cắt của ai? Dưới thời cựu Tổng Thống Clinton (Dân Chủ), đã có lúc chính phủ bị thiếu tiền giống như vậy; không phải vì đụng trần nợ mà vì Quốc Hội (Cộng Hòa) không chịu biểu quyết ngân sách như ông tổng thống muốn. Lúc đó, ông Clinton dọa sẽ không còn tiền trả lương hưu SS khiến Quốc Hội đã phải biểu quyết một ngân sách riêng cho món này!

Bây giờ cảnh đó có thể tái diễn, nhưng có nhiều cách để bộ Tài Chánh Mỹ vẫn có thêm tiền tiêu, ngay cả sau khi đụng trần giới hạn công trái.

Trong số hơn 14 ngàn tỷ nợ nần đó thực các chủ nợ là ai. Tới ngày cuối Tháng Ba năm 2011, tổng số nợ của chính phủ Mỹ là $14,270.1 tỷ (đô la Mỹ). Trong số đó, công chúng làm chủ $9,656.6 tỷ tiền nợ, Công chúng (public) gồm có các nhà đầu tư trong nước Mỹ và ngoại quốc, các chính phủ và ngân hàng trung ương các nước khác mà Ngân Hàng Trung Ương Mỹ (Federal Reserve system) làm chủ nhiều nhất, $1,427.4 tỷ. Ngân Hàng Trung Ương Trung Quốc đứng hạng nhì ($1,100 tỷ) rồi đến Nhật Bản ($900 tỷ). Những giấy nợ mà “công chúng” cầm, họ có quyền đem bán trên thị trường (marketable), một thị trường rất năng động vì ai cũng tin rằng cho chính phủ Mỹ vay là an toàn nhất!

Ngoài số nợ với “công chúng” kể trên, các con nợ khác của chính phủ Mỹ là “người nhà,” gồm những cơ quan trong chính phủ có ngân sách riêng của họ. Tiền quý vị đi làm đóng cho những quỹ như Quỹ Hưu Bổng Xã Hội và Medicare, vân vân, tiền các ngân hàng góp để bảo hiểm các trương mục, các công chức liên bang góp tiền hưu riêng, đều được giữ trong những Quỹ Tín Thác (Trust funds). Các vị quản lý những quỹ này cũng đi mua công trái của chính phủ để sinh lời, tức là các quỹ của nhà nước Mỹ trở thành chủ nợ của nhà nước! Giống như ông nhà nước rút tiền trong cái túi áo cho cái túi quần vay nợ vậy!

Tổng cộng số tiền do các “chủ nợ trong nhà” cho chính phủ vay, vào cuối Tháng Ba năm 2011 là $4,613.5 tỷ; trong số đó có khoảng $500 tỷ không được phép đem bán lại trên thị trường (nonmarketable), giống như sổ tiết kiệm vậy! Số chủ nợ trong nhà này rất lớn: Social Security trust funds là chủ nợ của $2,606.6 tỷ; Quỹ Bảo Hiểm Tai Nạn Nghề Nghiệp (Disability) có $173.1 tỷ; Quỹ Hưu Bổng Công Chức Liên Bang (Federal employees retirement funds) là chủ $782.7 tỷ, Quỹ Y Tế Medicare đã cho chính phủ vay $337.3 tỷ; Bảo hiểm các trương mục ngân hàng (Deposit insurance funds) là chủ nợ của $38.3 tỷ, vân vân.

Bây giờ chúng ta có thể thấy chính phủ Mỹ có thể “xoay sở” với các món nợ “trong nhà” để tiếp tục có tiền tiêu mà chưa cần Quốc Hội cho phép nâng mức trần nợ lên. Khi các Quỹ Tín Thác đem tiền của Social Security hoặc Medicare mua những công trái không được phép bán trên thị trường (nonmarketable) thì tổng số nợ tăng lên, tức là tiến gần mức trần hơn. Hành động đó khiến khả năng phát hành công trái bán ra ngoài (marketable) bị giảm. Bây giờ, muốn cho tổng số nợ khỏi đụng mức trần, bộ Tài Chánh có thể ngưng không phát hành thêm các công trái “nonmarketable” đó nữa, trong khi những công trái“nonmarketable” nào đáo hạn thì tạm khoan không thanh toán vội. Hậu quả là tổng số nợ tự động giảm xuống, dưới mức trần; nhà nước lại được đi vay thêm!

Họ có quyền làm như vậy hay không? Không có sách nào cấm cả, ít nhất là chưa có! Trong thực tế, quỹ hưu bổng của các công chức liên bang đã được đối xử như vậy một lần rồi! Họ cứ chờ sẽ đến lúc chính phủ có dư tiền, sẽ đem tiền đến trả. Giống như nhà nước rút tiền trong cái túi áo trả vào cái túi quần vậy!

Tóm lại, viễn tượng chính phủ Mỹ vỡ nợ rất khó xẩy ra. Từ năm 1962, Quốc Hội Mỹ đã biểu quyết nâng mức trần nợ lên 74 lần, riêng trong 8 năm thời Tổng Thống Reagan mức trần đã được tăng lên 17 lần, thời ông Clinton 4 lần, thời ông Bush trẻ 7 lần. Nhưng vấn đề của nước Mỹ không phải là mức trần công trái, mà là ngân sách khiếm hụt!

Vì chính phủ cứ được phép vay nợ đều đều nên cứ việc chi tiêu rộng rãi; ngân sách vì thế ngày càng thâm thủng. Chính phủ Mỹ bây giờ cứ thu được 6 đồng thì chi 10 đồng, tỷ lệ thâm thủng là 40% Không một quốc gia nào có thể cứ tiếp tục chi nhiều hơn thu, rồi đi vay nợ để bù vào như vậy mãi mãi được! Ðây là một vấn đề người Mỹ phải giải quyết, càng sớm càng tốt. Tổng Thống Obama vào ngồi ở Tòa Bạch Ốc đúng lúc mối lo lắng đó nổ bùng lên (tất nhiên các đối thủ chính trị của ông góp phần chọn thời điểm cho nó nổ). Vì thế, một quyết định giản dị là tăng mức trần nợ biến thành một cuộc tranh luận về ưu tiên trong ngân sách! Việc tăng mức trần nợ không ảnh hưởng gì tói kinh tế quốc gia.

Việc cắt giảm chi tiêu của nhà nước cũng như việc tăng thuế vào lúc kinh tế đang trì trệ sẽ khiến kinh tế khó hồi phục hơn. Nếu hai đảng có đồng ý với nhau trong mấy ngày tới, chắc chắn họ cũng đặt một thời hạn dài, trong 10 năm, để các khoản cắt hay tăng sẽ chỉ được thi hành trong thời hạn 2, 3 năm nữa.

Nếu kinh tế Mỹ hồi phục rồi tăng trưởng mạnh, thì lúc đó số tiền thuế thu được sẽ tự động tăng lên. Như đã xẩy ra thời ông Clinton, ông đã cắt giảm nhiều chương trình xã hội giúp cho ngân sách cân bằng rồi thặng dư, đến thời ông Bush trẻ mới biến thành khiếm hụt.

Vụ khủng hoảng tài chánh từ năm 2007 khiến số chi tiêu của chính phủ phải tăng thêm và số thuế thu được giảm xuống! Nhưng ở Mỹ cứ một đảng nào cầm quyền thì đảng đối lập cũng hô hoán về ngân sách khiếm hụt, để bắt nhà nước giảm chi! Vì vậy, chúng ta được chứng kiến cảnh hai đảng tranh cãi và những lời báo động nếu họ còn cãi nhau mãi thì nước Mỹ sẽ ‘vỡ nợ!”

Tuy nhiên, đến ngày 2 Tháng Tám này mà hai đảng vẫn không thỏa hiệp được với nhau về mức trần công trái, thì quý vị cứ an tâm. Nước Mỹ sẽ không vỡ nợ đâu!

Hoa Kỳ Phải Cương Quyết Chấm Dứt Chế Độ Bạo Quyền ở Trung Quốc

Hoa Kỳ Phải Cương Quyết Chấm Dứt Chế Độ Bạo Quyền ở Trung Quốc


Nguyễn Quốc Khải dịch

“Một sự nhân nhượng đối với kẻ xâm lăng côn đồ ngày hôm nay chắc chắn sẽ tạo ra một cuộc xung đột võ lực trong tương lai gần.



LGT: Những bài viết bằng tiếng Anh bởi những người ngoại cuộc như bài này rất lợi cho Việt Nam về phương diện dư luận quốc tế. Chúng tôi mong có một số bài tiếng Việt được dịch sang tiếng Anh để phổ biến khắp nơi trên thế giới.

Những quốc gia văn minh cần phải phát triển một chính sách thống nhất để chấm dứt những hành động thù nghịch của những nước gây hấn, bất kể họ là ai. Về vấn đề này, lịch sử có thể cống hiến những bài học giá trị. Chúng ta cần phải học những lỗi lầm của những người khác như Thượng Đế biết chúng ta không có thời giờ để lập lại tất cả những lỗi lầm như vậy. Trong khoảng thời gian giữa thập niên 1930, Adolph Hitler với sự trợ giúp của Heinrich Himmler, đã tiến hành một chiến dịch chống lại những người cấp tiến, Do Thái, những người theo chủ nghĩa xã hội, Cộng Sản, những người Gypsy, và những nhóm không được ưa chuộng khác. Một Âu châu thụ động đã theo đuổi một chính sách nhân nhượng vô nguyên tắc đối với Hitler với ý nghĩ rằng làm như vậy sẽ tránh được xung đột và chiến tranh. Không ai có một phản ứng nào cả khi Đức xâm chiếm vùng Saar [nằm ở khu vực biên giới giữa Đức và Pháp] vào năm 1935; hay vùng Rhineland [nằm ở khu vực biên giới giữa Đức, Bỉ, Luxembourg, và Hòa Lan] vào năm 1936, hoặc Áo và Tiệp Khắc vào năm 1938. Sau khi Đức xâm chiếm Ba Lan vào tháng 9, 1939, Thế Chiến Thứ Hai bắt đầu, hàng triệu người chết một cách vô ích bởi vì không ai có can đảm để ngăn chặn chế độ Nazi sau khi họ đồng hóa vùng Saar vào năm 1935.

Khi Thế Chiến Thứ Hai chấm dứt, những cường quốc quân sự ưu thế trên thế giới đã để cho Liên Bang Xô Viết xâm chiếm hoàn toàn một số quốc gia và tước đoạt quyền tự quyết của một số đông dân chúng tại Ba Lan, Bảo Gia Lợi, Hung Gia Lợi, Tiệp Khắc, Lỗ Ma Ni, An Ba Ni, và tạo ra cả Đông Đức. Chính hoàn cảnh này đã gây ra chiến tranh lạnh. Hàng ngàn tỉ đô la đã được đổ vào những công nghệ quân sự thay vì dùng để khám phá ra những cách chữa trị những căn bệnh giết người, chấm dứt nạn đói trên thế giới, và những thứ tương tự.

Ngày nay, đang có một mối đe dọa giống như vậy có thể làm thế giới bất ổn. Nó không được biết đến nhiều như mưu đồ của Hitler hay Stalin, tuy nhiên cũng xảo quyệt, tính toán, và khôn vặt. Nguồn gốc của mối đe dọa này bắt nguồn từ phía đông của Vịnh Bắc Việt trong một vùng mà người Việt Nam và chính tôi gọi là Biển Đông. Dĩ nhiên, những người Trung Quốc gọi là Biển Nam Trung Quốc, suy cho cùng, họ là một kẻ mạnh ở trong vùng và trong cố gắng muốn viết lại lịch sử đã hăm dọa và tiêu diệt những ai chống lại sự thâu tóm quyền lực của họ.

Điều quan trọng không phải là Biển Đông có vào khoảng 30,000 hòn đảo và đá ngầm. Thâu tóm lại, Việt Nam, Trung Quốc, Đài Loan, Phi Luật Tân, Mã Lai, và Brunei đòi hỏi chủ quyền trên một số những mảnh đất nhỏ bé này. Vì những hòn đảo này nằm trong “Biển Nam Trung Quốc”, chúng đều phải thuộc Trung Quốc, bất kể đến lịch sử thật sự.

Những văn bản cổ của hai sử gia Trung Quốc Lĩnh Ngoại Đại Đáp (Ling Wai Da) và Chu Phan Chi (Zhu Fan Zhi) cho thấy rằng Hoàng Sa (Paracel Islands) và Trường Sa (Spratly Islands) nối kết với và là một phần của một vùng nay là Bắc Việt Nam. Sự kiện này đã được nhắc lại trong tài liệu của Thế Kỷ 17; bản đồ của vùng trong năm 1838; và bởi đế quốc tây phương Pháp qua triều đại nhà Nguyễn vào năm 1887 và 1933. Nhiều tài liệu tham khảo liên kết những đảo Hoàng Sa và Trường Sa với Việt Nam từ thời cổ. Khi Thế Chiến Thứ Hai kết thúc, Trung Quốc toan tính chiếm đất ở Biển Đông, nhưng Tuyên Ngôn Cairo (Cairo Declaration) ủng hộ đòi hỏi chủ quyền của Việt Nam đối với những đảo Hoàng Sa và Trường Sa. Quan điểm này được xác nhận tại Hội Nghị San Francisco về Thỏa Hiệp Hòa Bình (San Francisco Conference on the Peace Treaty) với Nhật Bản vào năm 1951. Cho đến ngày hôm nay, Trung Quốc là một nước đã thành công nhiều nhất trong việc lùng kiếm để lấy thêm đất đai. Trung Quốc thôn tính Tây Tạng vào năm 1950; Trung Quốc hiện nay kiểm soát kinh đào Panama, Hồng Kông kể từ 1997 và Ma Cao 1999.

Vào năm 1988 không bị gây hấn Trung Quốc tự dưng tấn công vào đảo Trường Sa mang cờ Việt Nam. Đây là một hành động giết người có tính toán đáng lẽ làm sỉ nhục cả thế giới. Trên 64 người Việt bị giết chết một cách vô ích và một số khác bị mất tích vì cuộc xâm lăng trắng trợn. Cho đến nay, quân đội Trung Quốc tiếp tục thi hành chính sách quấy rối những thuyền đánh cá và nghiên cứu khoa học không phải của Trung Quốc tại Biển Đông. Gần đây, Trung Quốc đâm vào và đánh đắm những thuyền đánh cá của Việt Nam và bắt giữ toàn thể thủy thủ đoàn.

TNS John McCain đã tuyên bố công khai rằng ông không ủng hộ Trung Quốc trong việc đòi hỏi chủ quyền ở Biển Đông. Vào ngày 23 tháng 7, 2010, Bộ Trưởng Ngoại Giao Hillary Clinton đã đề nghị một giải pháp cho toàn vùng Biển Đông. Ngay sau đó, báo Manila Times đã tường thuật rằng Ngoại Trưởng Trung Quốc Dương Khiết Trì (Yang Jiechi) đã tuyên bố rằng “Việc mời Việt Nam tới Hoa Kỳ để dàn xếp (vấn đề Biển Đông) là một hành động tấn công vào Trung Quốc.” Đây là những lời nói bừa bãi của một kẻ xâm lăng du côn cốt để dọa dẫm kẻ yếu. Đây là Hitler của 1935. Đây là Stalin của 1945. Biển Đông không chỉ thuộc Trung Quốc và thế giới phải bảo đảm rằng Trung Quốc sẽ không bao giờ kiểm soát tất cả các đường tiếp cận và tài nguyên của vùng này. Một sự nhân nhượng đối với kẻ xâm lăng côn đồ ngày hôm nay chắc chắn sẽ tạo ra một cuộc xung đột võ lực trong tương lai gần. Tất cả những quốc gia Đông Nam Á đang tích cực tìm kiếm một giải pháp hòa bình cho vấn đề nan giải này không thể bị bức chế bởi một nước đang tìm cách bóp méo sự thật của lịch sử và sau đó sát hại để bảo vệ sự dối trá của họ.

Vì lợi ích của hòa bình thế giới, lương thiện, và công lý mà ngày nay thế giới cần làm điều phải và hỗ trợ chủ quyền của Việt Nam đã được chứng minh bằng tài liệu đối với các đảo Hoàng Sa và Trường Sa. Chúng ta bắt buộc không thể trở thành nạn nhân của những kẻ lạm dụng sức mạnh và đe dọa dùng bạo lực để đạt được mục tiêu chính trị đảng phái trong khi đó những người yếu đuối là những kẻ phải chịu thiệt thòi như Hitler đã làm vào thập niên 1930 và Stalin trong thập niên 1940.



“U.S. Must Resolve to End Chinese Tyranny.”

James Rhodes

08-07-2011

Người dịch: Nguyễn Quốc Khải

oo0oo



U.S. Must Resolve to End Chinese Tyranny



James Rhodes

July 8, 2011

Source: Viet Studies

In regards to aggressor nations, no matter who they may be, civilized countries must develop a unified policy to terminate any such hostile action or activity. Concerning this, history can be a valuable teacher. We must learn from the mistakes of others as God knows we do not have the time to make them all ourselves. During the mid-1930s Adolph Hitler, with field assistance from Heinrich Himmler, instituted a campaign against liberals, Jews, Socialists, Communists, gypsies, and other groups they deemed undesirable. Passive Europe adopted an appeasement policy with Hitler which they thought would avoid conflict and prevent war. Nothing was done when Germany took over the Saar in 1935; or the Rhineland in 1936; or Austrian and Czechoslovakia in 1938. After Poland was invaded in September of 1939, WWII officially began and millions of lives were needlessly lost because no one had the courage to stop the Nazis after they assimilated the Saar in 1935.

At the conclusion of WWII, dominant global military powers allowed the Soviet Union to absorb entire nations and deprived countless masses their right to self determination in Poland, Bulgaria, Hungary, Czechoslovakia, Romania, Albania, and even create an East Germany. This created the Cold War in which trillions of dollars were diverted into the military-industrial complex as opposed to finding cures for killer diseases, ending world hunger, things of this nature.

Today a similar threat exists that threatens to destabilize the world. Not as well known as the designs of a Hitler or Stalin but nonetheless as insidious, calculating, and cunning. Its origins are east of the Gulf of Tonkin in a region the Vietnamese, and myself, refer to as the Eastern Sea. Of course, the Chinese refer to it as the South China Sea, after all, they are the strongman of the region and in their attempt to rewrite history have intimidated and murdered those that oppose their power grabs.

It matters not that the Eastern Sea contains about 30,000 islands and reefs. Collectively some of these small land masses are claimed by Vietnam, China, Taiwan, the Philippines, Malaysia, and Brunei. Because they are in the “South China Sea” apparently all of them belong to China irregardless of real history.

Ancient Chinese texts of Ling Wai Da and Zhu Fan Zhi indicate that Hoang Sa (Paracel Islands) and Tru’o’ng Sa (Spratly Islands) were associated with and part of what is now northern Vietnam. This fact was again repeated in literature of the 17th Century; an atlas of the region in 1838; and by Western imperialist France through the Nguyen Dynasty in 1887 and 1933. There have been numerous, unrelated references linking the Paracel Islands and the Spratly Islands to Vietnam from ancient times. However, at the conclusion of WWII, China attempted to land grab in the Eastern Sea; but, the Cairo Declaration supported Vietnam’s claim to the islands. This position was affirmed at the San Francisco Conference on the Peace Treaty with Japan in 1951.

To date China has been most successful with their quest to obtain additional territories and land masses. In 1950 China annexed Tibet. China now has control of the Panama Canal and as of 1997, Hong Kong, and in 1999 secured Macau.

In 1988 China, unprovoked, launched an attack against Vietnamese carrying the national flag on the Spratly Islands. This was a calculated act of murder that should have outraged the entire world. Over 64 Vietnamese were needlessly killed and others went unaccounted for in the face of this naked aggression. To date the Chinese military, as a matter of policy, continues to harass all non-Chinese fishermen and scientific vessels in the “South China Sea.” Recently they have rammed and sunk Vietnamese fishing boats and taken entire crews hostage.

Senator John McCain has publically stated he does not support China’s claims in the Eastern Sea. On 23 July 2010 Secretary of State Hillary Clinton proposed a regional solution to the Eastern Sea problem. It was soon thereafter reported in the MANILA TIMES that Chinese Foreign Minister, Yang Jiechi, said that “the Vietnamese invitation to the United States to mediate (the Eastern Sea problem) was AN ATTACK ON CHINA.” These are the ramblings of an aggressor bully meant to intimidate the weak. This is 1935 Hitler. This is 1945 Stalin. The Eastern Sea does not belong solely to China and the world must insure that China will never control all its access and resources. An appeasement of the aggressor bully today will certainly set the stage for another armed conflict in the near future. All the other Southeastern Asian nations that are actively seeking a peaceful solution to this dilemma should not be dictated to by the only nation that has distorted the historical truth and then murdered to defend their lie.

It is in the interest of world peace, fairness, and justice that the world do the right thing today and support the documented Vietnamese sovereignty in the Paracel Islands and Spratly Islands. We must not fall victim to those that would misuse military might and the threat of violence to achieve their partisan political goals at the expense of those they feel are inferior just as Hitler did in the 1930s and Stalin during the 1940s!

Nguyên lý bất định

Nguyên lý bất định


Trích chương 4 trong :

Tác phẩm "LƯỢC SỬ THỜI GIAN" ( Brief History of Time )

Nguyên tác : Stephen Hawking

Dịch giả : Cao Chi và Phạm Văn Thiều

_________________________________

Nguyên lý bất định

Thành công của nhiều lý thuyết khoa học mà đặc biệt là lý thuyết hấp dẫn của Newton đã đưa nhà khoa học Pháp, hầu tước Laplace, vào thế kỷ 19 tới lập luận rằng vũ trụ là hoàn toàn tất định. Ông cho rằng có một tập hợp các định luật khoa học cho phép chúng ta tiên đoán được mọi chuyện xảy ra trong vũ trụ, miễn là chúng ta phải biết được trạng thái đầy đủ của vũ trụ ở một thời điểm. Ví dụ, nếu chúng ta biết vị trí và vận tốc của mặt trời và các hành tinh ở một thời điểm, thì chúng ta có thể dùng các định luật Newton tính được trạng thái của hệ mặt trời ở bất kể thời điểm nào khác. Quyết định luận dường như khá hiển nhiên trong trường hợp này, nhưng Laplace còn đi xa hơn nữa, ông cho rằng có những qui luật tương tự điều khiển mọi thứ khác nữa, kể cả hành vi của con người.

Học thuyết về quyết định luận khoa học đã bị chống đối rất mạnh bởi nhiều người, những người cảm thấy rằng nó xâm phạm đến sự tự do can thiệp của Chúa vào thế giới này, nhưng nó vẫn còn một sứ mạng với tính cách là tiêu chuẩn của khoa học cho tới tận đầu thế kỷ này. Một trong những chỉ dẫn đầu tiên cho thấy niềm tin đó cần phải vứt bỏ là khi những tính toán của hai nhà khoa học Anh, huân tước Rayleigh và ngài James Jeans, cho kết quả là: một đối tượng hay vật thể nóng, chẳng hạn một ngôi sao, cần phải phát xạ năng lượng với tốc độ vô hạn. Theo những định luật mà người ta tin là đúng ở thời gian đó thì một vật thể nóng cần phải phát ra các sóng điện từ (như sóng vô tuyến, ánh sáng thấy được, hoặc tia X) như nhau ở mọi tần số. Ví dụ, một vật thể nóng cần phải phát xạ một lượng năng lượng như nhau trong các sóng có tần số nằm giữa một và hai triệu triệu sóng một giây cũng như trong các sóng có tần số nằm giữa hai và ba triệu triệu sóng một giây. Và vì số sóng trong một giây là không có giới hạn, nên điều này có nghĩa là tổng năng lượng phát ra là vô hạn.

Để tránh cái kết quả rõ ràng là vô lý này, nhà khoa học người Đức Max Planck vào năm 1900 đã cho rằng ánh sáng, tia X và các sóng khác không thể được phát xạ với một tốc độ tùy ý, mà thành từng phần nhất định mà ông gọi là lượng tử. Hơn nữa, mỗi một lượng tử lại có một lượng năng lượng nhất định, năng lượng này càng lớn nếu tần số của sóng càng cao, vì vậy ở tần số đủ cao, sự phát xạ chỉ một lượng tử thôi cũng có thể đòi hỏi một năng lượng lớn hơn năng lượng vốn có của vật. Như vậy sự phát xạ ở tần số cao phải được rút bớt đi, khi đó tốc độ mất năng lượng của vật mới còn là hữu hạn.

Giả thuyết lượng tử đã giải thích rất tốt tốc độ phát xạ của các vật nóng, nhưng những ngụ ý của nó đối với quyết định luận thì mãi tới tận năm 1926, khi một nhà khoa học Đức khác là Werner Heisenberg phát biểu nguyên lý bất định nổi tiếng của mình, thì người ta mới nhận thức được. Để tiên đoán vị trí và vận tốc trong tương lai của một hạt, người ta cần phải đo vị trí và vận tốc hiện thời của nó một cách chính xác. Một cách hiển nhiên để làm việc này là chiếu ánh sáng lên hạt. Một số sóng ánh sáng bị tán xạ bởi hạt và điều đó sẽ chỉ vị trí của nó. Tuy nhiên, người ta không thể xác định vị trí của hạt chính xác hơn khoảng cách giữa hai đỉnh sóng của ánh sáng, vì vậy người ta phải dùng ánh sáng có bước sóng ngắn để đo chính xác vị trí của hạt. Nhưng theo giả thuyết lượng tử của Planck, người ta không thể dùng một lượng ánh sáng nhỏ tùy ý được, mà phải dùng ít nhất một lượng tử. Lượng tử này sẽ làm nhiễu động hạt và làm thay đổi vận tốc của hạt một cách không thể tiên đoán được. Hơn nữa, càng đo chính xác vị trí của hạt, thì phải cần dùng ánh sáng có bước càng ngắn, nghĩa là năng lượng của một lượng tử càng cao. Và vì thế vận tốc của hạt sẽ bị nhiễu động một lượng càng lớn. Nói một cách khác, bạn càng cố gắng đo vị trí của hạt chính xác bao nhiêu thì bạn sẽ đo được vận tốc của nó kém chính xác bấy nhiêu, và ngược lại. Heisenberg đã chứng tỏ được rằng độ bất định về vị trí của hạt nhân với độ bất định về vận tốc của nó nhân với khối lượng của hạt không bao giờ nhỏ hơn một lượng xác định - lượng đó là hằng số Planck. Hơn nữa, giới hạn này không phụ thuộc vào cách đo vị trí và vận tốc của hạt hoặc vào loại hạt: nguyên lý bất định của Heisenberg là một tính chất căn bản không thể tránh khỏi của thế giới.

Nguyên lý bất định có những ngụ ý sâu sắc đối với cách mà chúng ta nhìn nhận thế giới. Thậm chí sau hơn 50 năm chúng vẫn chưa được nhiều nhà triết học đánh giá đầy đủ và vẫn còn là đề tài của nhiều cuộc tranh luận. Nguyên lý bất định đã phát tín hiệu về sự cáo chung cho giấc mơ của Laplace về một lý thuyết khoa học, một mô hình của vũ trụ hoàn toàn có tính chất tất định: người ta chắc chắn không thể tiên đoán những sự kiện tương lai một cách chính xác nếu như người ta không thể dù chỉ là đo trạng thái hiện thời của vũ trụ một cách chính xác! Chúng ta vẫn còn có thể cho rằng có một tập hợp các định luật hoàn toàn quyết định các sự kiện dành riêng cho một đấng siêu nhiên nào đó, người có thể quan sát trạng thái hiện thời của vũ trụ mà không làm nhiễu động nó. Tuy nhiên, những mô hình như thế không lợi lộc bao nhiêu đối với những người trần thế chúng ta. Tốt hơn là hãy sử dụng nguyên lý tiết kiệm được biết như lưỡi dao cạo của Occam và cắt bỏ đi tất cả những nét đặc biệt của lý thuyết mà ta không thể quan sát được. Cách tiếp cận này đã dẫn Heisenberg, Edwin Schrodinger và Paul Dirac vào những năm 20 xây dựng lại cơ học trên cơ sở của nguyên lý bất định thành một lý thuyết mới gọi là cơ học lượng tử. Trong lý thuyết này, các hạt không có vị trí, không có vận tốc tách bạch và không hoàn toàn xác định. Thay vì thế chúng có một trạng thái lượng tử là tổ hợp của vị trí và vận tốc.

Nói chung, cơ học lượng tử không tiên đoán một kết quả xác định duy nhất cho một quan sát. Thay vì thế, nó tiên đoán một số kết cục khả dĩ khác nhau và nói cho chúng ta biết mỗi một kết cục đó là như thế nào. Nghĩa là, nếu ta tiến hành cùng một phép đo trên một số lớn các hệ tương tự nhau, mỗi một hệ đều khởi phát một cách hệt như nhau, thì ta sẽ thấy rằng kết quả của phép đo có thể là A trong một số trường hợp, là B trong một số trường hợp khác...Người ta có thể tiên đoán được gần đúng số lần xuất hiện A hoặc B, nhưng người ta không thể tiên đoán một kết quả đặc biệt nào của chỉ một phép đo. Do đó, cơ học lượng tử đã đưa vào khoa học một yếu tố không thể tránh khỏi - đó là yếu tố không thể tiên đoán hay yếu tố ngẫu nhiên. Einstein đã kịch liệt phản đối điều này, mặc dù ông đã đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển những ý tưởng đó. Einstein đã được trao giải thưởng Nobel vì những đóng góp của ông đối với thuyết lượng tử. Tuy nhiên ông không bao giờ chấp nhận rằng vũ trụ lại được điều khiển bởi sự may rủi. Những tình cảm của ông đã được cô đúc trong câu nói nổi tiếng sau: “Chúa không chơi trò xúc xắc”. Tuy nhiên, phần lớn các nhà khoa học khác lại sẵn sàng chấp nhận cơ học lượng tử vì nó phù hợp tuyệt vời với thực nghiệm. Quả thật đây là một lý thuyết thành công rực rỡ và là cơ sở cho hầu hết các khoa học và công nghệ hiện đại. Nó điều khiển hành vi của các tranzito và các mạch tích hợp - những thành phần căn bản của các dụng cụ điện tử như máy thu hình và computer, đồng thời cũng là nền tảng của hóa học và sinh học hiện đại. Lĩnh vực duy nhất của vật lý mà cơ học lượng tử còn chưa thâm nhập vào một cách thích đáng là hấp dẫn và cấu trúc của vũ trụ ở qui mô lớn.

Mặc dù ánh sáng được tạo bởi các sóng, nhưng giả thuyết lượng tử của Planck nói với chúng ta rằng trong một số phương diện nó xử sự như là được tạo thành từ các hạt: nó có thể được phát xạ hoặc hấp thụ chỉ theo từng phần riêng biệt hay theo các lượng tử. Cũng như vây, nguyên lý bất định Heisenberg lại ngụ ý rằng trên một số phương diện các hạt lại xử sự như các sóng: chúng không có vị trí xác định mà bị “nhoè” đi với một phân bố xác suất nào đó. Lý thuyết cơ học lượng tử được xây dựng trên một loại toán học hoàn toàn mới. Nó không mô tả thế giới thực bằng các sóng và các hạt nữa và chỉ có những quan sát thế giới là có thể được mô tả bằng những khái niệm đó. Như vậy là giữa sóng và hạt trong cơ học lượng tử có tính hai mặt: đối với một số mục đích sẽ rất lợi ích nếu xem hạt như các sóng và đối với những mục đích khác thì sẽ tốt hơn nếu xem sóng như các hạt. Một hệ quả quan trọng của điều này là người ta có thể quan sát được cái gọi là hiện tượng giao thoa giữa hai tập hợp sóng hoặc hạt. Tức là, các đỉnh của tập hợp sóng này có thể trùng với các hõm của tập hợp kia. Hai tập hợp sóng khi đó sẽ triệt tiêu lẫn nhau hơn là cộng lại để trở thành mạnh hơn như người ta chờ đợi (H.4.1). Một ví dụ quen thuộc của hiện tượng giao thoa ánh sáng là các màu thường thấy trên các bong bóng xà phòng. Hiện tượng này được gây bởi sự phản xạ ánh sáng ở hai mặt biên của màng mỏng nước tạo nên bong bóng. Ánh sáng trắng gồm các sóng ánh sáng có bước sóng khác nhau, tức là có màu sắc khác nhau. Đối với một số bước sóng, đỉnh của các sóng phản xạ từ một mặt biên trùng với hõm sóng được phản xạ từ mặt biên kia. Các màu tương ứng với các bước sóng này sẽ vắng mặt trong ánh sáng phản xạ và do đó ánh sáng này hóa ra có màu.



Sự giao thoa cũng có thể xảy ra đối với các hạt vì tính hai mặt được đưa vào bởi cơ học lượng tử. Một ví dụ nổi tiếng là cái được gọi là thí nghiệm hai - khe (H.4.2). Xét một màn chắn có hai khe hẹp song song nhau. Ở một phía của màn chắn, người ta đặt một nguồn sáng có màu xác định (tức là có bước sóng xác định). Đa số ánh sáng sẽ đập vào màn chắn, chỉ có một lượng nhỏ đi qua hai khe thôi. Bây giờ giả sử đặt một màn hứng ở phía bên kia của màn chắn sáng. Mọi điểm trên màn hứng sẽ đều nhận được sóng ánh sáng tới từ hai khe. Tuy nhiên, nói chung, lộ trình mà ánh sáng đi từ nguồn tới màn hứng qua khe sẽ là khác nhau. Điều này có nghĩa là các sóng ánh sáng tới màn hứng từ hai khe sẽ không trùng pha nhau: ở một số chỗ các sóng sẽ triệt tiêu nhau và ở một số chỗ khác chúng sẽ tăng cường nhau. Kết quả là ta sẽ nhận được bức tranh đặc trưng gồm những vân tối và sáng xen kẽ nhau.

Điều đáng lưu ý là người ta cũng nhận được bức tranh các vân hệt như vậy nếu thay nguồn sáng bằng nguồn hạt, chẳng hạn như các electron có vận tốc xác định (nghĩa là sóng tương ứng có bước sóng xác định). Điều nay xem ra hết sức lạ lùng, bởi vì nếu chỉ có hai khe thôi thì ta sẽ không nhận được hệ vân nào hết mà chỉ thu được một phân bố đều đặn của các electron trên màn hứng. Do đó người ta có thể nghĩ rằng việc mở thêm một khe nữa sẽ chỉ làm tăng số electron đập vào mỗi điểm trên màn hứng, nhưng do hiện tương giao thoa, nó lại làm giảm con số đó ở một số chỗ. Nếu các electron được gửi qua hai khe mỗi lần một hạt, thì người ta chờ đợi rằng mỗi một hạt sẽ đi qua khe này hoặc khe kia và như vậy sẽ xử sự hệt như khi chỉ có một khe, nghĩa là sẽ cho một phân bố đều trên màn hứng. Nhưng thực tế, thậm chí cả khi gửi mỗi lần một electron, các vân giao thoa vẫn cứ xuất hiện. Do đó mỗi electron phải đồng thời đi qua cả hai khe.

Hiện tương giao thoa giữa các hạt là hiện tượng có tính chất quyết định đối với sự tìm hiểu của chúng ta về cấu trúc nguyên tử - phân tử cơ bản của hóa học, sinh học và các đơn nguyên tạo nên bản thân chúng ta và các vật xung quanh chúng ta. Ở đầu thế kỷ này, người ta nghĩ rằng nguyên tử khá giống với hệ mặt trời, trong đó các electron (mang điện âm) quay xung quanh một hạt nhân ở trung tâm mang điện dương, tương tự như các hành tinh quay xung quanh mặt trời. Lực hút giữa điện âm và điện dương được xem là lực để giữ các electron trên quĩ đạo của chúng hệt như lực hút hấp dẫn giữa mặt trời và các hành tinh giữ cho các hành tinh ở trên quĩ đạo của chúng. Nhưng ở đây có một khó khăn, đó là các định luật của cơ học và điện học (trước cơ học lượng tử), lại tiên đoán rằng các electron sẽ mất dần năng lượng và vì thế sẽ chuyển động theo đường xoáy trôn ốc đi vào cho tới khi rơi vào hạt nhân. Điều đó có nghĩa là nguyên tử, và thực tế là toàn bộ vật chất, sẽ suy sập rất nhanh về trạng thái có mật độ rất cao. Lời giải một phần của bài toán này đã được nhà khoa học Đan Mạch Niels Bohr tìm ra vào năm 1913. Ông cho rằng các electron không thể chuyển động theo những quỹ đạo cách hạt nhân một khoảng tùy ý mà chỉ theo những quỹ đạo có khoảng cách xác định. Và nếu còn giả thiết thêm rằng trên một quĩ đạo như thế chỉ có thể có một hoặc hai electron thì bài toán về sự suy sập của nguyên tử xem như đã được giải quyết, bởi vì các electron không thể chuyển động xoáy trôn ốc đi vào mãi để lấp đầy các quỹ đạo với các khoảng cách và năng lượng nhỏ hơn.

Mô hình này đã giải thích khá tốt cấu trúc của nguyên tử đơn giản nhất - nguyên tử hydro - chỉ có một electron quay xung quanh hạt nhân. Nhưng người ta còn chưa rõ phải mở rộng nó như thế nào cho các nguyên tử phức tạp hơn. Hơn nữa, ý tưởng về một tập hợp hạn chế các quỹ đạo được phép dường như là khá tùy tiện. Lý thuyết mới - tức cơ học lượng tử - đã giải quyết được khó khăn này. Nó phát hiện ra rằng các electron quay xung quanh hạt nhân có thể xem như một sóng có bước sóng phụ thuộc vào vận tốc của nó. Đối với một số quỹ đạo có chiều dài tương ứng với một số nguyên lần bước sóng của electron, đỉnh sóng luôn luôn ở những vị trí nhất định sau mỗi lần quay, vì vậy các sóng được cộng lại: những quỹ đạo này tương ứng với các quỹ đạo được phép của Bohr. Tuy nhiên đối với các quỹ đạo có chiều dài không bằng số nguyên lần bước sóng, thì mỗi đỉnh sóng cuối cùng sẽ bị triệt tiêu bởi một hõm sóng khi các electron chuyển động tròn: những quỹ đạo này là không được phép.

Một cách rất hay để hình dung lưỡng tính sóng/hạt là cái được gọi là phép lấy tổng theo các lịch sử quỹ đạo do nhà khoa học người Mỹ Rirchard Feynman đề xuất. Trong cách tiếp cận này, hạt được xem là không có một lịch sử hay một quỹ đạo duy nhất trong không - thời gian. Thay vì thế, người ta xem nó đi từ A đến B theo mọi quỹ đạo khả dĩ. Mỗi một quỹ đạo được gắn liền với hai con số: một số biểu diễn biên độ của sóng, còn số kia biểu diễn vị trí trong chu kỳ (tức là ở đỉnh sóng hay ở hõm sóng). Xác suất để hạt đi từ A đến B tìm được bằng cách cộng các sóng cho tất cả các quỹ đạo. Nói chung, nếu người ta so sánh tập hợp các quỹ đạo ở lân cận nhau, thì pha hay vị trí trên chu kỳ sẽ khác nhau nhiều. Điều này có nghĩa là các sóng gắn liền với những quỹ đạo đó sẽ gần như hoàn toàn triệt tiêu nhau. Tuy nhiên, đối với một số tập hợp các quỹ đạo lân cận nhau, pha không thay đổi nhiều lắm giữa các quỹ đạo. Những sóng của các quỹ đạo này sẽ không triệt tiêu nhau. Những quỹ đạo đó tương ứng với các quỹ đạo được phép của Bohr.

Với những ý tưởng đó, và dưới một dạng toán học cụ thể, người ta có thể tính không khó khăn lắm những quỹ đạo được phép trong những nguyên tử phức tạp hơn, thậm chí trong cả các phân tử được tạo thành từ nhiều nguyên tử liên kết với nhau bằng các electron chuyển động trên những quỹ đạo vòng quanh nhiều hạt nhân. Vì cấu trúc của phân tử và các phản ứng của chúng với nhau là cơ sở của toàn bộ hóa học và sinh học, nên cơ học lượng tử, về nguyên tắc, tiên đoán được hầu như mọi thứ xung quanh chúng ta trong giới hạn do nguyên lý bất định quy định. (Tuy vậy, trên thực tế, những tính toán của các hệ chứa nhiều electron là quá phức tạp và tự chúng ta không thể làm được).

Lý thuyết tương đối rộng của Einstein dường như điều khiển cấu trúc của vũ trụ trên quy mô lớn. Nó được gọi là lý thuyết cổ điển, tức là nó chưa tính đến nguyên lý bất định của cơ học lượng tử. Nguyên nhân tại sao điều này lại không dẫn đến những bất đồng với quan sát là vì tất cả những trường hấp dẫn mà chúng ta thường gặp đều rất yếu. Tuy nhiên, những định lý về kỳ dị được thảo luận ở trên chỉ ra rằng trường hấp dẫn sẽ trở nên rất mạnh ít nhất trong hai tình huống: các lỗ đen và vụ nổ lớn. Trong các trường hấp dẫn mạnh như thế, những hiệu ứng của cơ học lượng tử sẽ trở nên quan trọng. Theo nghĩa đó thì thuyết tương đối rộng cổ điển bằng sự tiên đoán những mật độ vô hạn, đã tiên đoán cả sự sụp đổ của chính mình, cũng hệt như cơ học cổ điển (tức là phi lượng tử) đã tiên đoán sự sụp đổ của nó bằng cách cho rằng các nguyên tử sẽ suy sập về trạng thái có mật độ vô hạn. Chúng ta hiện còn chưa có một lý thuyết hòa hợp hoàn chỉnh thống nhất thuyết tương đối rộng với cơ học lượng tử, nhưng chúng ta đã biết nhiều đặc điểm mà lý thuyết đó phải có. Các hệ quả rút ra từ những đặc điểm này đối với lỗ đen và vụ nổ lớn sẽ được mô tả trong các chương sau. Tuy nhiên, bây giờ chúng ta sẽ chuyển sang những nỗ lực mới đây nhằm tổng kết sự hiểu biết của chúng ta về các lực khác nhau trong tự nhiên thành một lý thuyết lượng tử thống nhất và duy nhất.

Vũ trụ giãn nở

Vũ trụ giãn nở


Trích chương 3 trong :

Tác phẩm "LƯỢC SỬ THỜI GIAN" ( Brief History of Time )

Nguyên tác : Stephen Hawking

Dịch giả : Cao Chi và Phạm Văn Thiều

_________________________________

Vũ trụ giãn nở

Nếu ta nhìn lên bầu trời vào những đêm quang đãng, không trăng, những vật sáng nhất mà chúng ta nhìn thấy có lẽ là các hành tinh: sao Kim, sao Hỏa, sao Mộc và sao Thổ. Cũng có rất nhiều các ngôi sao tương tự như mặt trời của chúng ta nhưng ở rất xa. Một số những ngôi sao cố định đó, thực tế, lại dường như thay đổi - dù là rất ít - vị trí tương đối của chúng với nhau khi trái đất quay xung quanh mặt trời: chúng hoàn toàn không phải là cố định! Sở dĩ có điều này là do chúng tương đối ở gần chúng ta. Khi trái đất quanh xung quanh mặt trời, từ những vị trí khác nhau chúng ta thấy chúng trên nền của những ngôi sao ở xa hơn. Đó là một điều may mắn, vì nó cho phép chúng ta đo được một cách trực tiếp khoảng cách từ những ngôi sao đó đến chúng ta: chúng càng ở gần thì càng có vẻ di chuyển nhiều hơn.

Ngôi sao gần chúng ta nhất là sao Proxima của chòm sao Nhân Mã được tìm thấy cách chúng ta khoảng 4 năm ánh sáng (nghĩa là ánh sáng từ nó phải mất 4 năm mới tới được trái đất), hay khoảng hai mươi ba triệu triệu dặm. Đa số các ngôi sao khác thấy được bằng mắt thường nằm cách chúng ta trong khoảng vài trăm năm ánh sáng. Để so sánh, bạn cần biết rằng mặt trời chỉ cách chúng ta có 8 phút ánh sáng! Những ngôi sao thấy được dường như nằm rải rắc trên toàn bộ bầu trời đêm, nhưng chúng đặc biệt tập trung trong một dải mà người ta gọi là dải Ngân hà (Milky Way). Rất lâu về trước, vào khoảng năm 1750, đa số các nhà thiên văn cho rằng sự xuất hiện của dải Ngân hà có thể giải thích được nếu phần lớn các sao nhìn thấy nằm trong một cấu hình đĩa duy nhất - một ví dụ về cái mà hiện nay chúng ta gọi là thiên hà xoắn ốc. Phải mấy chục năm sau, nhà thiên văn William Herschel mới khẳng định được ý tưởng đó của mình bằng cách cần mẫn lập một bộ sưu tập về vị trí và khoảng cách của một số rất lớn các ngôi sao. Thậm chí như thế, những ý tưởng này chỉ được chấp nhận hoàn toàn vào đầu thế kỷ này.

Bức tranh hiện đại về vũ trụ khởi đầu chỉ mới vào năm 1924, khi nhà thiên văn người Mỹ Edwin Hubble chứng tỏ được rằng thiên hà của chúng ta không phải là thiên hà duy nhất. Thực tế còn có nhiều thiên hà khác và giữa chúng là những khoảng không gian trống rỗng rộng lớn. Để chứng minh điều này, ông đã phải xác định khoảng cách đến các thiên hà khác đó. Những thiên hà này ở quá xa chúng ta, nên không giống những ngôi sao gần, chúng dường như thực sự cố định. Do đó Hubble buộc phải sử dụng các phương pháp gián tiếp để đo khoảng cách. Người ta biết rằng độ chói biểu kiến của các ngôi sao phụ thuộc vào hai yếu tố: ánh sáng nó phát ra bao nhiêu (tức độ trưng của nó) và nó ở xa chúng ta tới mức nào. Đối với những ngôi sao ở gần, chúng ta có thể đo được cả độ chói biểu kiến lẫn khoảng cách của chúng và như vậy chúng ta có thể tính được cả độ trưng của chúng. Ngược lại nếu chúng ta biết được độ trưng của các ngôi sao ở các thiên hà khác chúng ta có thể tính được khoảng cách bằng cách đo độ chói biển kiến của chúng. Hubble thấy rằng có một số loại sao luôn luôn có cùng độ trưng khi chúng ở đủ gần để ta có thể đo được, do đó ông rút ra kết luận rằng nếu ta tìm thấy những ngôi sao loại đó ở các thiên hà khác thì chúng ta có thể xem rằng chúng cũng có cùng độ trưng - và như vậy có thể tính được khoảng cách đến thiên hà đó. Nếu chúng ta có thể làm điều đó cho nhiều ngôi sao trong cùng một thiên hà mà kết quả tính toán đều cho một khoảng cách như nhau thì hoàn toàn có thể tin được vào đánh giá của chúng ta.

Theo cách đó Edwin Hubble đã xác định được khoảng cách đến 9 thiên hà khác nhau. Bây giờ thì chúng ta biết rằng thiên hà của chúng ta chỉ là một trong số vài trăm ngàn triệu thiên hà có thể nhìn thấy được bằng các kính thiên văn hiện đại, mỗi một thiên hà lại gồm khoảng vài trăm ngàn triệu ngôi sao. Hình 3.1. là ảnh của một thiên hà xoắn ốc mà chúng ta nghĩ rằng thiên hà của chúng ta sẽ được nhìn giống như thế dưới con mắt của người sống ở một thiên hà khác. Chúng ta sống trong một thiên hà có bề ngang rộng chừng một trăm ngàn năm ánh sáng và quay chậm; các ngôi sao nằm trong các nhánh xoắn của thiên hà quay xung quanh tâm của nó với vận tốc góc một vòng trong hai trăm triệu năm. Mặt trời của chúng ta cũng chỉ là một ngôi sao bình thường màu vàng, có kích thước trung bình và nằm ở mép trong của một nhánh xoắn ốc. Kể từ thời Aristotle và Ptolemy, thời mà chúng ta nghĩ rằng trái đất là trung tâm của vũ trụ, cho tới ngày nay, - quả thật chúng ta đã đi được một chặng đường rất dài.

Những ngôi sao ở xa chúng ta đến nỗi, đối với chúng ta, chúng chỉ là những chấm sáng nhợt nhạt. Chúng ta không thể thấy được kích thước cũng như hình dạng của chúng. Vậy thì bằng cách nào ta có thể nói về các loại sao riêng biệt khác nhau? Đối với đại đa số các ngôi sao, chỉ có một nét đặc trưng mà chúng ta quan sát được - đó là mầu ánh sáng của chúng. Newton đã phát hiện ra rằng nếu ánh sáng mặt trời đi qua một lăng kính nó sẽ tách thành các màu thành phần (còn gọi là quang phổ của nó) như màu của cầu vồng. Bằng cách hướng kính thiên văn vào một ngôi sao riêng lẻ hay một thiên hà người ta có thể quan sát một cách tương tự quang phổ của ánh sáng từ ngôi sao hay thiên hà đó. Những ngôi sao khác nhau có quang phổ khác nhau, nhưng độ chói tương đối của các màu khác nhau luôn luôn chính xác hệt như người ta mong đợi tìm thấy trong ánh sáng của những vật phát sáng nóng đỏ. (Thực tế, ánh sáng được phát ra bởi một vật không trong suốt nóng đỏ có phổ đặc trưng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nó - quang phổ nhiệt. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể biết nhiệt độ của ngôi sao từ quang phổ ánh sáng của nó). Hơn nữa, chúng ta còn tìm thấy rằng một số màu rất xác định không có mặt trong quang phổ của ngôi sao, và những màu vắng mặt đó khác nhau đối với những ngôi sao khác nhau. Vì chúng ta biết rằng mỗi nguyên tố hóa học hấp thụ một tập hợp đặc trưng những màu rất xác định, nên bằng cách đối chiếu những màu này với những màu vắng mặt trong quang phổ của một ngôi sao, chúng ta có thể xác định được chính xác những nguyên tố nào có mặt trong khí quyển của ngôi sao đó.

Trong những năm 1920, khi các nhà thiên văn bắt đầu quan sát quang phổ của các ngôi sao thuộc những thiên hà khác, họ đã tìm thấy một điều rất đặc biệt: có những tập hợp đặc trưng các màu vắng mặt giống hệt như đối với những ngôi sao trong thiên hà chúng ta, nhưng chúng bị dịch đi cùng một lượng tương đối về phía đỏ của quang phổ. Để hiểu được ý nghĩa của điều này, chúng ta trước hết cần phải tìm hiểu về hiệu ứng Doppler. Như chúng ta đã thấy, ánh sáng thấy được gồm những thăng giáng, hay những sóng, trong trường điện từ. Tần số (hay số sóng trong một giây) của ánh sáng là rất cao, trài dài từ bốn đến bảy trăm triệu triệu sóng trong một giây. Các tần số khác nhau của ánh sáng được mắt người nhìn thấy như những màu khác nhau. Những ánh sáng có tần số thấp nhất nằm ở phía đỏ của quang phổ và những ánh sáng có tần số cao nhất nằm ở phía tím của nó. Bây giờ chúng ta hãy hình dung một nguồn sáng ở cách chúng ta một khoảng không đổi, tỷ như một ngôi sao, và phát sóng ánh sáng có tần số không đổi. Rõ ràng là tần số của các sóng mà chúng ta nhận được cũng chính là tần số mà chúng đã được nguồn phát ra. (Trường hấp dẫn của thiên hà chưa đủ mạnh để gây ra hiệu ứng đáng kể). Bây giờ giả thử rằng nguồn sóng bắt đầu chuyển động hướng về phía chúng ta. Khi nguồn phát một đỉnh sóng tiếp theo thì nó ở gần chúng ta hơn, vì vậy thời gian để đỉnh sóng đó tới được chúng ta sẽ ít hơn so với khi nguồn sóng đứng yên. Điều này có nghĩa là thời gian giữa hai đỉnh sóng tới chúng ta là nhỏ hơn và do đó số sóng mà chúng ta nhận được trong một giây (tức là tần số) sẽ lớn hơn so với khi nguồn sóng đứng im. Tương ứng, nếu nguồn sóng đi ra xa chúng ta thì tần số mà chúng ta nhận được sẽ thấp hơn. Do đó, trong trường hợp ánh sáng điều này có nghĩa là những ngôi sao chuyển động ra xa chúng ta sẽ có quang phổ dịch về phía đỏ của quang phổ (hiện tượng dịch về phía đỏ) và những ngôi sao chuyển động về phía chúng ta sẽ có quang phổ dịch về phía tím. Mối quan hệ này giữa tần số và vận tốc - được gọi là hiệu ứng Doppler - là một kinh nghiệm hàng ngày. Hãy lắng nghe một chiếc xe ô tô chạy trên đường: khi chiếc xe tiến lại gần, tiếng động cơ của nó nghe bổng hơn (tức là tần số sóng âm cao hơn), còn khi nó đi ra xa âm của nó nghe trầm hơn. Đối với các sóng vô tuyến cũng tương tự như vậy. Thực tế cảnh sát đã dùng hiệu ứng Doppler để xác định vận tốc của các xe ô tô bằng cách đo tần số của các xung sóng vô tuyến phản xạ từ các xe đó.

Sau khi chứng minh được sự tồn tại của các thiên hà khác, trong những năm tiếp sau, Hubble đã dành nhiều thời gian để lập một kho dữ liệu về khoảng cách giữa các thiên hà và quan sát quang phổ của các thiên hà đó. Vào thời gian ấy, nhiều người nhĩ rằng các thiên hà chuyển động hoàn toàn ngẫu nhiên, cho nên họ chờ đợi tìm thấy những quang phổ dịch về phía tím cũng nhiều như những quang phổ dịch về phía đỏ. Do đó, người ta hết sức ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng đa số các thiên hà đều có quang phổ dịch về phía đỏ: nghĩa là gần như tất cả chúng đang chuyển động ra xa chúng ta! Điều còn ngạc nhiên hơn nữa là phát hiện mà Hubble công bố năm 1929: thậm chí độ dịch về phía đỏ của thiên hà cũng không phải là ngẫu nhiên, mà nó tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa thiên hà đó và chúng ta. Hoặc nói một cách khác, thiên hà càng ở xa thì nó chuyển động ra xa càng nhanh! Có nghĩa là vũ trụ không phải là tĩnh như trước kia người ta vẫn tưởng, mà nó thực tế đang giãn nở, khoảng cách giữa các thiên hà ngày càng tăng lên theo thời gian.

Phát minh vũ trụ đang giãn nở là một trong những cuộc cách mạng trí tuệ vĩ đại của thế kỷ 20. Với nhận thức muộn màng, thì việc chỉ ngạc nhiên mà tự hỏi tại sao trước kia không ai nghĩ tới điều đó là chuyện quá dễ dàng. Newton và những người khác lẽ ra phải thấy rằng vũ trụ tĩnh sớm hay muộn rồi cũng sẽ co lại dưới ảnh hưởng của hấp dẫn. Nhưng bây giờ, ta hãy cứ giả thử rằng vũ trụ đang giãn nở. Nếu nó giãn nở đủ chậm, thì lực hấp dẫn sẽ làm cho nó cuối cùng sẽ ngừng giãn nở và sau đó sẽ bắt đầu co lại. Tuy nhiên, nếu vũ trụ giãn nở với vận tốc nhanh hơn một vận tốc giới hạn nào đó, thì lực hấp dẫn sẽ không bao giờ đủ mạnh để làm dừng nó lại và vũ trụ sẽ tiếp tục giãn nở mãi mãi. Điều này cũng hơi giống như khi người ta phóng một tên lửa lên không trung từ mặt đất. Nếu nó có vận tốc nhỏ thì lực hấp dẫn cuối cùng sẽ làm nó dừng lại và bắt đầu rơi xuống. Ngược lại, nếu tên lửa có vận tốc lớn hơn một vận tốc tới hạn nào đó (khoảng bảy dặm trong một giây), thì lực hấp dẫn sẽ không còn đủ mạnh để kéo nó lại nữa, và nó sẽ tiếp tục rời xa trái đất mãi mãi.

Tính chất đó của vũ trụ lẽ ra có thể hoàn toàn được tiên đoán từ lý thuyết hấp dẫn của Newton ở bất kỳ thời điểm nào của thế kỷ 19, 18, thậm chí ở cuối thế kỷ 16. Nhưng vì niềm tin vào vũ trụ tĩnh quá mạnh tới mức nó vẫn còn dai dẳng cho tới đầu thế kỷ 20. Thậm chí ngay cả Einstein, khi xây dựng thuyết tương đối rộng vào năm 1915, cũng đinh ninh rằng vũ trụ cần phải là tĩnh. Vì thế ông đã phải sửa đổi lý thuyết của mình để điều đó có thể xảy ra, bằng cách đưa vào những phương trình của mình cái được gọi là "hằng số vũ trụ". Einstein đã đưa vào một lực “phản hấp dẫn” mới, mà không giống như những lực khác, nó không có xuất xứ từ một nguồn đặc biệt nào, mà được tạo dựng ngay trong cấu trúc của không-thời gian. Ông đặt ra yêu cầu là không-thời gian có xu hướng nội tại là nở ra, và điều đó là để cân bằng chính xác với lực hút của toàn bộ vật chất trong vũ trụ, sao cho kết quả thu được là một vũ trụ tĩnh. Dường như chỉ có một người muốn chấp nhận thuyết tương đối rộng ở dạng ban đầu của nó, đó là nhà vật lý và toán học người Nga Alexander Friedmann. Và trong khi Einstein và các nhà vật lý khác tìm mọi cách để lảng tránh sự tiên đoán về một vũ trụ không tĩnh, thì Friedmann đã chấp nhận và bắt tay vào giải thích nó.

Friedmann đã đưa ra hai giả thiết rất đơn giản về vũ trụ: đó là vũ trụ đồng nhất theo mọi hướng mà chúng ta quan sát, và điều này cũng đúng với bất kỳ vị trí quan sát nào. Chỉ từ hai ý tưởng đó, Friedmann đã chứng tỏ được rằng chúng ta không thể chờ đợi vũ trụ chỉ là tĩnh. Thực tế, vào năm 1922, ít năm trước phát minh của Hubble, Friedmann đã tiên đoán chính xác điều mà Hubble tìm ra!

Giả thiết cho rằng vũ trụ nhìn y hệt nhau theo mọi hướng rõ ràng là không đúng với thực tế. Ví dụ, như chúng ta đã thấy, những ngôi sao khác trong thiên hà chúng ta tạo nên một dải sáng nổi bật trên nền trời đêm, tức là dải Ngân hà. Nhưng nếu chúng ta quan sát những thiên hà ở xa thì số lượng của chúng tương đối giống nhau. Như vậy, về đại thể thì vũ trụ có thể xem là như nhau theo mọi hướng, với điều kiện là ta phải nhìn nó ở qui mô lớn so với kích thước giữa các thiên hà, và bỏ qua những sai khác ở qui mô nhỏ. Trong một thời gian dài, điều này đã đủ biện minh cho giả thiết của Friedmann như một phép gần đúng thô đối với vũ trụ thực. Nhưng gần đây hơn, một sự tình cờ may mắn đã chỉ ra rằng giả thiết của Friedmann thực tế là sự mô tả khá chính xác vũ trụ của chúng ta.

Năm 1965, hai nhà vật lý Mỹ làm việc ở phòng thí nghiệm của hãng Bell Telephone ở New Jersey là Arno Penzias và Robert Wilson đang tiến hành trắc nghiệm một máy dò sóng cực ngắn rất nhạy. (Sóng cực ngắn cũng giống như ánh sáng nhưng với tần số chỉ cỡ 10 ngàn triệu sóng trong 1 giây). Penzias và Wilson rất băn khoăn khi họ phát hiện ra rằng máy dò của họ đã ghi được quá nhiều tiếng ồn hơn mức cần thiết. Tiếng ồn này dường như không đến theo một phương đặc biệt nào. Đầu tiên họ phát hiện có phân chim trong máy, sau đó họ đã kiểm tra mọi khả năng có thể hỏng hóc, nhưng tất cả đều bị loại trừ. Họ cũng biết rằng mọi loại tiếng ồn bên trong bầu khí quyển sẽ mạnh hơn khi máy dò không hướng theo phương thẳng đứng, bởi vì các tia sáng truyền trong khí quyển sẽ thu được ở gần đường chân trời nhiều hơn là trên đỉnh đầu. Nhưng tiếng ồn thái quá ở đây lại như nhau theo mọi phương mà họ hướng đầu dò tới và như vậy nó phải tới từ bên ngoài khí quyển. Tiếng ồn này cũng như nhau cả ngày lẫn đêm trong suốt cả năm bất kể trái đất vẫn quay quanh trục của nó và quay quanh mặt trời. Điều này chứng tỏ bức xạ phải tới từ bên ngoài hệ mặt trời, thậm chí từ ngoài cả thiên hà chúng ta, vì nếu không nó sẽ thay đổi khi chuyển động của trái đất làm cho máy dò hướng theo những hướng khác nhau. Thực tế, chúng ta biết rằng bức xạ đó tới được chúng ta đã phải đi qua phần lớn vùng vũ trụ quan sát được và vì nó như nhau theo các phương khác nhau nên vũ trụ cũng cần phải như nhau theo mọi phương, nếu chỉ xét trên qui mô lớn. Bây giờ thì chúng ta đã biết rằng bất kể nhìn theo phương nào, thì tiếng ồn đó cũng chỉ biến thiên không bao giờ vượt quá một phần vạn. Như vậy, Penzias và Wilson hoàn toàn tình cờ đã phát hiện được một bằng chứng khá chính xác khẳng định giả thiết thứ nhất của Friedmann.

Gần khoảng thời gian đó, hai nhà vật lý Mỹ ở gần Đại học Princeton là Bod Dicke và Jim Peebles cũng đang quan tâm tới các sóng cực ngắn. Họ đang làm việc theo một đề xuất của George Gamow (người đã một thời là sinh viên của Alexander Friedmann) cho rằng vũ trụ ở thời kỳ đầu phải rất nóng và đặc, đồng thời phát sáng nóng, trắng. Dicke và Peebles lý luận rằng chúng ta hiện nay vẫn còn có thể thấy được ánh sáng chói lọi đó của vũ trụ ở thời kỳ đầu, bởi vì ánh sáng từ những phần rất xa của vũ trụ chỉ bây giờ mới đến được chỗ chúng ta. Tuy nhiên, sự giãn nở của vũ trụ có nghĩa là ánh sáng đỏ phải dịch rất mạnh về phía đỏ khiến cho bây giờ chúng ta thấy nó dưới dạng bức xạ viba (sóng cực ngắn). Dicke và Peebles đang chuẩn bị tìm kiếm bức xạ đó thì Penzias và Wilson nghe nói về công trình của họ và hai ông hiểu ngay rằng mình đã phát hiện được chính bức xạ đó. Vì thế mà Penzias và Wilson đã được trao giải thưởng Nobel về vật lý năm 1978 (một điều hơi chua chát đối với Dicke và Peebles, ấy là chưa nói tới Gamow!).

Giờ đây thoạt nhìn thì toàn bộ bằng chứng đó - bằng chứng xác nhận rằng vũ trụ nhìn như nhau theo bất kỳ hướng nào mà chúng ta quan sát - có thể dẫn đến ý nghĩ cho rằng có một cái gì đó đặc biệt về vị trí của chúng ta trong vũ trụ. Đặc biệt, có thể nghĩ rằng nếu chúng ta quan sát thấy tất cả các thiên hà khác đang chuyển động ra xa chúng ta, thì chúng ta cần phải ở trung tâm của vũ trụ. Tuy nhiên, cũng có một cách giải thích khác: vũ trụ cũng phải như nhau theo mọi hướng khi nó được quan sát từ bất kỳ một thiên hà nào khác. Nhưng, như chúng ta đã thấy, đó chính là giả thiết thứ hai của Friedmann. Hiện chúng ta chưa có bằng chứng khoa học để khẳng định hay bác bỏ giả thiết đó. Chúng ta tin nó chỉ trên cơ sở của sự khiêm tốn: sẽ là quá nổi bật nếu vũ trụ là như nhau theo mọi phương xung quanh chúng ta, nhưng lại không như thế xung quanh các điểm khác trong vũ trụ. Trong mô hình của Friedmann tất cả các thiên hà đều chuyển động ra xa nhau. Tình huống này khá giống một quả bóng bay, trên mặt có vẽ nhiều chấm màu, đang được thổi căng lên từ từ. Khi quả bóng căng lên, khoảng cách giữa các chấm màu tăng lên, nhưng không thể nói chấm màu nào là trung tâm của sự giãn nở đó. Hơn nữa các chấm càng xa nhau thì chúng chuyển động ra xa nhau càng nhanh. Tương tự như vậy, trong mô hình của Friedmann vận tốc mà hai thiên hà chuyển động ra xa nhau tỷ lệ với những khoảng cách giữa chúng. Như vậy, mô hình này tiên đoán rằng mọi sự dịch về phía đỏ của một thiên hà tỷ lệ thuận với khoảng cách từ nó đến chúng ta, đúng như Hubble đã phát hiện. Mặc dù thành công của mô hình và tiên đoán của nó về những quan sát của Hubble, nhưng công trình của Friedmann ít được biết tới, cho tới khi những mô hình tương tự được phát minh bởi nhà vật lý Mỹ Howard Robertson và nhà toán học Anh Arthur Walker, để giải thích phát hiện của Hubble về sự giãn nở đều của vũ trụ

Không gian và thời gian

Không gian và thời gian


Trích trong chương 2 :

Tác phẩm "LƯỢC SỬ THỜI GIAN" ( Brief History of Time )

Nguyên tác : Stephen Hawking

Dịch giả : Cao Chi và Phạm Văn Thiều

_______________

Không gian và thời gian

Những ý niệm của chúng ta hiện nay về chuyển động của vật thể bắt nguồn từ Galileo và Newton. Trước họ, người ta tin Aristotle, người đã nói rằng trạng thái tự nhiên của một vật là đứng yên, và nó chỉ chuyển động dưới tác dụng của một lực hoặc một xung lực. Từ đó suy ra rằng, vật nặng sẽ rơi nhanh hơn vật nhẹ, bởi vì nó có một lực kéo xuống đất lớn hơn.

Truyền thống Aristotle cũng cho rằng người ta có thể rút ra tất cả các định luật điều khiển vũ trụ chỉ bằng tư duy thuần túy, nghĩa là không cần kiểm tra bằng quan sát. Như vậy, cho tới tận Galileo không có ai băn khoăn thử quan sát xem có thực là các vật có trọng lượng khác nhau sẽ rơi với vận tốc khác nhau hay không. Người ta kể rằng Galieo đã chứng minh niềm tin của Aristotle là sai bằng cách thả những vật có trọng lượng khác nhau từ tháp nghiêng Pisa. Câu chuyện này chắn hẳn là không có thật, nhưng Galileo đã làm một việc tương đương: ông thả những viên bi có trọng lượng khác nhau trên một mặt phẳng nghiêng nhẵn. Tình huống ở đây cũng tương tự như tình huống của các vật rơi theo phương thẳng đứng, nhưng có điều nó dễ quan sát hơn vì vận tốc của các vật nhỏ hơn. Các phép đo của Galileo chỉ ra rằng các vật tăng tốc với một nhịp độ như nhau bất kể trọng lượng của nó bằng bao nhiêu. Ví dụ, nếu bạn thả một viên bi trên một mặt phẳng nghiêng có độ nghiêng sao cho cứ 10 m dọc theo mặt phẳng thì độ cao lại giảm 1m, thì viên bi sẽ lăn xuống với vận tốc 1m/s sau 1 giây, 2m/s sau 2 giây... bất kể viên bi nặng bao nhiêu. Tất nhiên, viên bi bằng chì sẽ rơi nhanh hơn một chiếc lông chim, nhưng chiếc lông chim bị làm chậm lại chỉ vì sức cản của không khí mà thôi. Nếu thả hai vật không chịu nhiều sức cản không khí, ví dụ như hai viên bi đều bằng chì, nhưng có trọng lượng khác nhau, thì chúng sẽ rơi nhanh như nhau.

Những phép đo của Galileo đã được Newton sử dụng làm cơ sở cho những định luật về chuyển động của ông. Trong những thực nghiệm của Galileo, khi một vật lăn trên mặt phẳng nghiêng, nó luôn luôn chịu tác dụng của cùng một lực (là trọng lực của nó) và kết quả là làm cho vận tốc của nó tăng một cách đều đặn. Điều đó chứng tỏ rằng, hậu quả thực sự của một lực là luôn luôn làm thay đổi vận tốc của một vật, chứ không phải là làm cho nó chuyển động như người ta nghĩ trước đó. Điều này cũng có nghĩa là, bất cứ khi nào vật không chịu tác dụng của một lực, thì nó vẫn tiếp tục chuyển động thẳng với cùng một vận tốc. Ý tưởng này đã được phát biểu một cách tường minh lần đầu tiên trong cuốn Principia Mathematica (Các nguyên lý toán học), được công bố năm 1867, của Newton và sau này được biết như định luật thứ nhất của Newton. Định luật thứ hai của Newton cho biết điều gì sẽ xảy ra đối với một vật khi có một lực tác dụng lên nó. Định luật này phát biểu rằng vật sẽ có gia tốc, hay nói cách khác là sẽ thay đổi vận tốc tỷ lệ với lực tác dụng lên nó. (Ví dụ, gia tốc sẽ tăng gấp đôi, nếu lực tác dụng tăng gấp đôi). Gia tốc cũng sẽ càng nhỏ nếu khối lượng (lượng vật chất) của vật càng lớn.(Cùng một lực tác dụng lên vật có khối lượng lớn gấp hai lần sẽ tạo ra một gia tốc nhỏ hơn hai lần). Một ví dụ tương tự lấy ngay từ chiếc ô tô: động cơ càng mạnh thì gia tốc càng lớn, nhưng với cùng một động cơ, xe càng nặng thì gia tốc càng nhỏ.

Ngoài những định luật về chuyển động, Newton còn phát minh ra định luật về lực hấp dẫn. Định luật này phát biểu rằng mọi vật đều hút một vật khác với một lực tỉ lệ với khối lượng của mỗi vật. Như vậy lực giữa hai vật sẽ mạnh gấp đôi nếu một trong hai vật (ví dụ vật A) có khối lượng tăng gấp hai. Đây là điều bạn cần phải trông đợi bởi vì có thể xem vật mới A được làm từ hai vật có khối lượng ban đầu, và mỗi vật đó sẽ hút vật B với một lực ban đầu. Như vậy lực tổng hợp giữa A và B sẽ hai lần lớn hơn lực ban đầu. Và nếu, ví dụ, một trong hai vật có khối lượng hai lần lớn hơn và vật kia có khối lượng ba lần lớn hơn thì lực tác dụng giữa chúng sẽ sáu lần mạnh hơn. Bây giờ thì ta có thể hiểu tại sao các vật lại rơi với một gia tốc như nhau: một vật có trọng lượng lớn gấp hai lần sẽ chịu một lực hấp dẫn kéo xuống mạnh gấp hai lần, nhưng nó lại có khối lượng lớn gấp hai lần. Như vậy theo định luật 2 của Newton, thì hai kết quả này bù trừ chính xác cho nhau, vì vậy gia tốc của các vật là như nhau trong mọi trường hợp.

Định luật hấp dẫn của Newton cũng cho chúng ta biết rằng các vật càng ở xa nhau thì lực hấp dẫn càng nhỏ. Ví dụ, lực hút hấp dẫn của một ngôi sao đúng bằng một phần tư lực hút của một ngôi sao tương tự, nhưng ở khoảng cách giảm đi một nửa. Định luật này tiên đoán quỹ đạo của trái đất, mặt trăng và các hành tinh với độ chính xác rất cao. Nếu định luật này khác đi, chẳng hạn, lực hút hấp dẫn của một ngôi sao giảm theo khoảng cách nhanh hơn, thì quỹ đạo của các hành tinh không còn là hình elip nữa, mà chúng sẽ là những đường xoắn ốc về phía mặt trời. Nếu lực đó lại giảm chậm hơn, thì lực hấp dẫn từ các ngôi sao xa sẽ lấn át lực hấp dẫn từ mặt trời.

Sự khác biệt to lớn giữa những tư tưởng của Aristotle và những tư tưởng của Galileo và Newton là ở chỗ Aristotle tin rằng trạng thái đứng yên là trạng thái được “ưa thích” hơn của mọi vật - mọi vật sẽ lấy trạng thái đó, nếu không có một lực hoặc xung lực nào tác dụng vào nó. Đặc biệt, ông cho rằng trái đất là đứng yên. Nhưng từ những định luật của Newton suy ra rằng không có một tiêu chuẩn đơn nhất cho sự đứng yên. Người ta hoàn toàn có quyền như nhau khi nói rằng, vật A là đứng yên và vật B chuyển động với vận tốc không đổi đối với vật A hoặc vật B là đứng yên và vật A chuyển động. Ví dụ, nếu tạm gác ra một bên chuyển động quay của trái đất quanh trục của nó và quỹ đạo của nó xung quanh mặt trời, người ta có thể nói rằng trái đất là đứng yên và đoàn tàu trên nó chuyển động về phía bắc với vận tốc 90 dặm một giờ hoặc đoàn tàu là đứng yên còn trái đất chuyển động về phía nam cũng với vận tốc đó. Nếu người ta tiến hành những thí nghiệm của chúng ta với các vật chuyển động trên con tàu đó thì tất cả các định luật của Newton vẫn còn đúng. Ví dụ, khi đánh bóng bàn trên con tàu đó, người ta sẽ thấy rằng quả bóng vẫn tuân theo các định luật của Newton hệt như khi bàn bóng đặt cạnh đường ray. Như vậy không có cách nào cho phép ta nói được là con tàu hay trái đất đang chuyển động.

Việc không có một tiêu chuẩn tuyệt đối cho sự đứng yên có nghĩa là người ta không thể xác định được hai sự kiện xảy ra ở hai thời điểm khác nhau có cùng ở một vị trí trong không gian hay không. Ví dụ, giả sử quả bóng bàn trên con tàu nảy lên và rơi xuống chạm bàn ở cùng một chỗ sau khoảng thời gian 1 giây. Đối với người đứng cạnh đường ray thì hai lần chạm bàn đó xảy ra ở hai vị trí cách nhau 40 m vì con tàu chạy được quãng đường đó trong khoảng thời gian giữa hai lần quả bóng chạm bàn. Sự không tồn tại sự đứng yên tuyệt đối, vì vậy, có nghĩa là người ta không thể gán cho một sự kiện một vị trí tuyệt đối trong không gian, như Aristotle đã tâm niệm. Vị trí của các sự kiện và khoảng cách giữa chúng là khác nhau đối với người ở trên tàu và người đứng cạnh đường ray và chẳng có lý do gì để thích vị trí của người này hơn vị trí của người kia.

Newton là người rất băn khoăn về sự không có vị trí tuyệt đối, hay như người ta vẫn gọi là không có không gian tuyệt đối, vì điều đó không phù hợp với ý niệm của ông về Thượng đế tuyệt đối. Thực tế, Newton đã chối bỏ, không chấp nhận sự không tồn tại của không gian tuyệt đối, mặc dù thậm chí điều đó đã ngầm chứa trong những định luật của ông. Ông đã bị nhiều người phê phán nghiêm khắc vì niềm tin phi lý đó, mà chủ yếu nhất là bởi Giám mục Berkeley, một nhà triết học tin rằng mọi đối tượng vật chất và cả không gian lẫn thời gian chỉ là một ảo ảnh. Khi người ta kể cho tiến sĩ Johnson nổi tiếng về quan điểm của Berkeley, ông kêu lớn: “Tôi sẽ bác bỏ nó như thế này này!” và ông đá ngón chân cái vào một hòn đá lớn.

Cả Aristotle lẫn Newton đều tin vào thời gian tuyệt đối. Nghĩa là, họ tin rằng người ta có thể đo một cách đàng hoàng khoảng thời gian giữa hai sự kiện, rằng thời gian đó hoàn toàn như nhau dù bất kỳ ai tiến hành đo nó, miễn là họ dùng một chiếc đồng hồ tốt. Thời gian hoàn toàn tách rời và độc lập với không gian. Đó là điều mà nhiều người xem là chuyện thường tình. Tuy nhiên, đến lúc chúng ta phải thay đổi những ý niệm của chúng ta về không gian và thời gian. Mặc dù những quan niệm thông thường đó của chúng ta vẫn có kết quả tốt khi đề cập tới các vật như quả táo hoặc các hành tinh là những vật chuyển động tương đối chậm, nhưng chúng sẽ hoàn toàn không dùng được nữa đối với những vật chuyển động với vận tốc bằng hoặc gần bằng vận tốc ánh sáng.

Năm 1676, nhà thiên văn học Đan Mạch Ole Christensen Roemer là người đầu tiên phát hiện ra rằng ánh sáng truyền với vận tốc hữu hạn, mặc dù rất lớn. Ông quan sát thấy rằng thời gian để các mặt trăng của sao Mộc xuất hiện sau khi đi qua phía sau của hành tinh đó không cách đều nhau như người ta chờ đợi, nếu các mặt trăng đó chuyển động vòng quanh sao Mộc với vận tốc không đổi. Khi trái đất và sao Mộc quanh xung quanh mặt trời, khoảng cách giữa chúng thay đổi. Roemer thấy rằng sự che khuất các mặt trăng của sao Mộc xuất hiện càng muộn khi chúng ta càng ở xa hành tinh đó. Ông lý luận rằng điều đó xảy ra là do ánh sáng từ các mặt trăng đó đến chúng ta mất nhiều thời gian hơn khi chúng ta ở xa chúng hơn. Tuy nhiên, do những phép đo của ông về sự biến thiên khoảng cách giữa trái đất và sao Mộc không được chính xác lắm, nên giá trị vận tốc ánh sáng mà ông xác định được là 140.000 dặm/s, trong khi giá trị hiện nay đo được của vận tốc này là 186.000 dặm/s (khoảng 300.000 km/s). Dù sao thành tựu của Roemer cũng rất đáng kể, không chỉ trong việc chứng minh được rằng vận tốc của ánh sáng là hữu hạn, mà cả trong việc đo được vận tốc đó, đặc biệt nó lại được thực hiện 11 năm trước khi Newton cho xuất bản cuốn Principia Mathematica.

Một lý thuyết đích thực về sự truyền ánh sáng phải mãi tới năm 1865 mới ra đời, khi nhà vật lý người Anh James Clerk Maxwell đã thành công thống nhất hai lý thuyết riêng phần cho tới thời gian đó vẫn được dùng để mô tả riêng biệt các lực điện và từ. Các phương trình của Maxwell tiên đoán rằng có thể có những nhiễu động giống như sóng trong một trường điện từ kết hợp, rằng những nhiễu động đó sẽ được truyền với một vận tốc cố định giống như những gợn sóng trên hồ. Nếu bước sóng của những sóng đó (khoảng cách của hai đỉnh sóng liên tiếp) là một mét hoặc lớn hơn, thì chúng được gọi là sóng radio (hay sóng vô tuyến). Những sóng có bước sóng ngắn hơn được gọi là sóng cực ngắn (với bước sóng vài centimet) hoặc sóng hồng ngoại (với bước sóng lớn hơn mười phần ngàn centimet). Ánh sáng thấy được có bước sóng nằm giữa bốn mươi phần triệu đến tám mươi phần triệu centimet. Những sóng có bước sóng còn ngắn hơn nữa là tia tử ngoại, tia - X và các tia gamma.

Lý thuyết của Maxwell tiên đoán các sóng vô tuyến và sóng ánh sáng truyền với một vận tốc cố định nào đó. Nhưng lý thuyết của Newton đã gạt bỏ khái niệm đứng yên tuyệt đối, vì vậy nếu ánh sáng được giả thiết là truyền với một vận tốc cố định, thì cần phải nói vận tốc cố định đó là đối với cái gì. Do đó người ta cho rằng có một chất gọi là “ether” có mặt ở khắp mọi nơi, thậm chí cả trong không gian “trống rỗng”. Các sóng ánh sáng truyền qua ether như sóng âm truyền trong không khí, và do vậy, vận tốc của chúng là đối với ether. Những người quan sát khác nhau chuyển động đối với ether sẽ thấy ánh sáng đi tới mình với những vận tốc khác nhau, nhưng vận tốc của ánh sáng đối với ether luôn luôn có một giá trị cố định. Đặc biệt, vì trái đất chuyển động qua ether trên quỹ đạo quay quanh mặt trời, nên vận tốc của ánh sáng được đo theo hướng chuyển động của trái đất qua ether (khi chúng ta chuyển động tới gần nguồn sáng) sẽ phải lớn hơn vận tốc của ánh sáng hướng vuông góc với phương chuyển động (khi chúng ta không chuyển động hướng tới nguồn sáng). Năm 1887, Albert Michelson (sau này trở thành người Mỹ đầu tiên nhận được giải thưởng Nobel về vật lý) và Edward Morley đã thực hiện một thực nghiệm rất tinh xảo tại trường Khoa học ứng dụng Case ở Cleveland. Họ đã so sánh vận tốc ánh sáng theo hướng chuyển động của trái đất với vận tốc ánh sáng hướng vuông góc với chuyển động của trái đất. Và họ đã vô cùng ngạc nhiên khi thấy rằng hai vận tốc đó hoàn toàn như nhau!

Giữa năm 1887 và năm 1905 có một số ý định, mà chủ yếu là của vật lý người Hà Lan Hendrik Lorentz, nhằm giải thích kết quả của thí nghiệm Michelson - Morley bằng sự co lại của các vật và sự chậm lại của đồng hồ khi chúng chuyển động qua ether. Tuy nhiên, trong bài báo công bố vào năm 1905, Albert Einstein, một nhân viên thuộc văn phòng cấp bằng sáng chế phát minh ở Thụy Sĩ, người mà trước đó còn chưa ai biết tới, đã chỉ ra rằng toàn bộ ý tưởng về ether là không cần thiết nếu người ta sẵn lòng vứt bỏ ý tưởng về thời gian tuyệt đối. Quan niệm tương tự cũng đã được một nhà toán học hàng đầu của Pháp là Henri Poincaré đưa ra chỉ ít tuần sau. Tuy nhiên, những lý lẽ của Einstein gần với vật lý hơn Poincaré, người đã xem vấn đề này như một vấn đề toán học. Công lao xây dựng nên lý thuyết mới này thường được thừa nhận là của Einstein, nhưng Poincaré vẫn thường được nhắc nhở tới và tên tuổi của ông gắn liền với một phần quan trọng của lý thuyết đó.

Tiên đề cơ bản của lý thuyết mới - mà người ta thường gọi là thuyết tương đối - được phát biểu như sau: mọi định luật của khoa học là như nhau đối với tất cả những người quan sát chuyển động tự do bất kể vận tốc của họ là bao nhiêu. Điều này đúng đối với các định luật của Newton về chuyển động, nhưng bây giờ lý thuyết đó được mở rộng ra bao hàm cả lý thuyết của Maxwell và vận tốc ánh sáng: mọi người quan sát đều đo được vận tốc ánh sáng có giá trị hoàn toàn như nhau bất kể họ chuyển động nhanh, chậm như thế nào. Ý tưởng đơn giản đó có một số hệ quả rất đáng chú ý. Có lẽ nổi tiếng nhất là hệ quả về sự tương đương của khối lượng và năng lượng được đúc kết trong phương trình nổi tiếng của Einstein: E = mc2 và định luật nói rằng không có vật nào có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Vì có sự tương đương giữa năng lượng và khối lượng nên năng lượng mà vật có thể nhờ chuyển động sẽ làm tăng khối lượng của nó. Nói một cách khác, nó sẽ làm cho việc tăng vận tốc của vật trở nên khó khăn hơn.

Hiệu ứng này chỉ trực sự quan trọng đối với các vật chuyển động với vận tốc gần với vận tốc ánh sáng. Ví dụ, vận tốc chỉ bằng 10 % vận tốc ánh sáng khối lượng của vật chỉ tăng 0,5 % so với khối lượng bình thường, trong khi vận tốc bằng 90 % vận tốc ánh sáng khối lượng của nó còn tăng nhanh hơn, vì vậy sẽ càng mất nhiều năng lượng hơn để tăng vận tốc của nó lên nữa. Thực tế không bao giờ có thể đạt tới vận tốc của ánh sáng vì khi đó khối lượng của vật sẽ trở thành vô hạn và do sự tương đương giữa năng lượng và khối lượng, sẽ phải tốn một lượng vô hạn năng lượng để đạt được điều đó. Vì lý do đó, một vật bình thường vĩnh viễn bị tính tương đối giới hạn chuyển động chỉ chuyển động với vận tốc nhỏ hơn vận tốc ánh sáng. Chỉ có ánh sáng hoặc các sóng khác không có khối lượng nội tại là có thể chuyển động với vận tốc ánh sáng.

Một hệ quả cũng đáng chú ý không kém của thuyết tương đối là nó đã làm cách mạng những ý niệm của chúng ta về không gian và thời gian. Trong lý thuyết của Newton, nếu một xung ánh sáng được gửi từ nơi này đến nơi khác thì những người quan sát khác nhau đều nhất trí với nhau về thời gian truyền xung ánh sáng đó (vì thời gian là tuyệt đối). Vì vận tốc ánh sáng chính bằng khoảng cách mà nó truyền được chia cho thời gian đã tốn để đi hết quãng đường đó, nên những người quan sát khác nhau sẽ đo được vận tốc của ánh sáng có giá trị khác nhau. Trong thuyết tương đối, trái lại, mọi người quan sát đều phải nhất trí về giá trị vận tốc của ánh sáng. Tuy nhiên, họ vẫn còn không nhất trí về khoảng cách mà ánh sáng đã truyền, vì vậy họ cũng phải không nhất trí về thời gian mà ánh sáng đã tốn (thời gian này bằng khoảng cách ánh sáng đã truyền - điều mà các nhà quan sát không nhất trí - chia cho vận tốc ánh sáng - điều mà các nhà quan sát đều nhất trí). Nói một cách khác, lý thuyết tương đối đã cáo chung cho ý tưởng về thời gian tuyệt đối! Hóa ra là mỗi người quan sát cần phải có một bộ đo thời gian riêng của mình như được ghi nhận bởi đồng hồ mà họ mang theo và các đồng hồ giống hệt nhau được mang bởi những người quan sát khác nhau không nhất thiết phải chỉ như nhau.

Mỗi một người quan sát có thể dùng radar để biết một sự kiện xảy ra ở đâu và khi nào bằng cách gửi một xung ánh sáng hoặc sóng vô tuyến. Một phần của xung phản xạ từ sự kiện trở về và người quan sát đo thời gian mà họ nhận được tiếng dội. Thời gian xảy ra sự kiện khi đó sẽ bằng một nửa thời gian tính từ khi xung được gửi đi đến khi nhận được tiếng dội trở lại, còn khoảng cách tới sự kiện bằng nửa số thời gian cho hai lượt đi-về đó nhân với vận tốc ánh sáng. (Một sư kiện, theo ý nghĩa này, là một điều gì đó xảy ra ở một điểm duy nhất trong không gian và ở một điểm xác định trong thời gian).

Ý tưởng này được minh họa trên hình 2.1, nó là một ví dụ về giản đồ không-thời gian. Dùng thủ tục này, những người quan sát chuyển động đối với nhau sẽ gán cho cùng một sự kiện những thời gian và vị trí khác nhau. Không có những phép đo của người quan sát đặc biệt nào là đúng hơn những người khác, nhưng tất cả các phép đo đều quan hệ với nhau. Bất kỳ một người quan sát nào cũng tính ra được một cách chính xác thời gian và vị trí mà một người quan sát khác gán cho một sự kiện, miễn là người đó biết được vận tốc tương đối của người kia.

Ngày hôm nay để đo khoảng cách một cách chính xác, chúng ta vẫn còn dùng phương pháp nói trên, bởi vì chúng ta có thể đo thời gian chính xác hơn đo chiều dài. Thực tế, mét được định nghĩa là khoảng cách mà ánh sáng đi được trong khoảng thời gian 0,000000003335640952 giây đo theo đồng hồ nguyên tử xesi. (Nguyên nhân dẫn tới con số lạ lùng này là để nó tương ứng với định nghĩa có tính chất lịch sử của mét: là khoảng cách giữa hai vạch trên một cái thước đặc biệt làm bằng bạch kim được giữ ở Paris). Như vậy chúng ta có thể dùng một đơn vị mới thuận tiện hơn, được gọi là giây-ánh-sáng. Nó đơn giản là khoảng cách mà ánh sáng đi được trong một giây. Trong lý thuyết tương đối, bây giờ ta định nghĩa khoảng cách thông qua thời gian và vận tốc ánh sáng, như vậy phải tự động suy ra rằng mọi người quan sát đo vận tốc của ánh sáng sẽ nhận được cùng một giá trị (theo định nghĩa là 1 mét trong 0,000000003335640952 giây). Khỏi cần phải đưa vào khái niệm ether, và lại sự có mặt của nó không thể được ghi nhận bằng cách nào, như thí nghiệm của Michelson - Morley đã chứng tỏ.

Tuy nhiên, lý thuyết tương đối buộc chúng ta phải thay đổi một cách căn bản những ý niệm của chúng ta về không gian và thời gian. Chúng ta buộc phải chấp nhận rằng thời gian không hoàn toàn tách rời và độc lập với không gian mà kết hợp với nó thành một đối tượng gọi là không - thời gian.

Theo kinh nghiệm thông thường, người ta có thể mô tả vị trí của một điểm trong không gian bằng ba con số, hay nói cách khác là ba tọa độ. Ví dụ, người ta có thể nói: một điểm ở trong phòng cách một bức tường 7 bộ, cách một bức tường khác 3 bộ, và cao so với sàn 5 bộ. Hoặc người ta có thể chỉ rõ một điểm ở kinh tuyến nào, vĩ tuyến bao nhiêu và ở độ cao nào so với mực nước biển. Người ta có thể thoải mái dùng ba tọa độ thích hợp nào mà mình muốn, mặc dù chúng chỉ có phạm vi ứng dụng hạn chế. Chẳng hạn, chúng ta sẽ không chỉ vị trí của mặt trăng bằng khoảng cách theo phương bắc và phương tây so với rạp xiếc Piccadilly và chiều cao của nó so với mực nước biển. Thay vì thế, người ta cần phải mô tả nó qua khoảng cách từ mặt trời, khoảng cách từ mặt phẳng quĩ đạo của các hành tinh và góc giữa đường nối mặt trăng với mặt trời và đường nối mặt trời tới một ngôi sao ở gần như sao Alpha của chòm sao Nhân Mã. Nhưng thậm chí những tọa độ này cũng không được dùng nhiều để mô tả vị trí của mặt trời trong thiên hà của chúng ta hoặc của thiên hà chúng ta trong quần thể thiên hà khu vực. Thực tế, người ta có thể mô tả toàn bộ vũ trụ bằng một tập hợp các mảng gối lên nhau. Trong mỗi một mảng, người ta có thể dùng một tập hợp ba tọa độ khác nhau để chỉ vị trí của các điểm.

Một sự kiện là một cái gì đó xảy ra ở một điểm đặc biệt trong không gian và ở một thời điểm đặc biệt. Như vậy, người ta có thể chỉ nó bằng 4 con số hay là 4 tọa độ. Và lần này cũng thế, việc lựa chọn các tọa độ là tùy ý, người ta có thể dùng ba tọa độ không gian đã biết và một độ đo nào đó của thời gian. Trong thuyết tương đối, không có sự phân biệt thực sự giữa các tọa độ không gian và thời gian, cũng hệt như không có sự khác biệt thực sự giữa hai tọa độ không gian. Người ta có thể chọn một tập hợp tọa độ mới, trong đó, chẳng hạn, tọa độ không gian thứ nhất là tổ hợp của tọa độ không gian cũ thứ nhất và thứ hai. Ví dụ, thay vì đo vị trí của một điểm trên mặt đất bằng khoảng cách theo phương bắc và tây của nó đối với rạp xiếc Piccadilly người ta có thể dùng khoảng cách theo hướng đông bắc và tây bắc đối với Piccadilly. Cũng tương tự như vậy, trong thuyết tương đối, người ta có thể dùng tọa độ thời gian mới là thời gian cũ (tính bằng giây) cộng với khoảng cách (tính bằng giây - ánh sáng) theo hướng bắc của Piccadilly.

Một cách rất hữu ích để suy nghĩ về bốn tọa độ của một sự kiện là chỉ vị trí của nó trong một không gian 4 chiều, được gọi là không -thời gian. Chúng ta không thể tưởng tượng nổi một không gian 4 chiều. Riêng bản thân tôi hình dung một không gian 3 chiều cũng đã vất vả lắm rồi. Tuy nhiên vẽ một sơ đồ về không gian 2 chiều thì lại khá dễ dàng, chẳng hạn như vẽ bề mặt của trái đất (Bề mặt của trái đất là hai chiều vì vị trí của một điểm trên đó có thể được ghi bằng hai tọa độ, kinh độ và vĩ độ). Tôi sẽ thường sử dụng những giản đồ trong đó thời gian tăng theo phương thẳng đứng hướng lên trên, còn một trong những chiều không gian được vẽ theo phương nằm ngang. Hai chiều không gian còn lại sẽ bỏ qua, hoặc đôi khi một trong hai chiều đó được vẽ theo phối cảnh. (Những giản đồ này được gọi là giản đồ không-thời gian, giống như hình 2.1). Ví dụ, trong hình 2.2 thời gian được đặt hướng lên trên với đơn vị là năm, còn khoảng cách nằm dọc theo đường thẳng nối mặt trời với sao Anpha của chòm sao Nhân mã được đặt nằm ngang với đơn vị là dặm. Những con đường của mặt trời và sao Alpha qua không - thời gian là những con đường thẳng đứng ở bên trái và bên phải của giản đồ. Tia sáng từ mặt trời đi theo đường chéo và phải mất 4 năm mới tới được sao Alpha.

Như chúng ta đã thấy, các phương trình Maxwell tiên đoán rằng vận tốc của ánh sáng sẽ là như nhau bất kể vận tốc của nguồn sáng bằng bao nhiêu, và điều này đã được khẳng định bằng nhiều phép đo chính xác.

Điều này suy ra từ sự kiện là nếu một xung ánh sáng được phát ra ở một thời điểm đặc biệt, tại một điểm đặc biệt trong không gian, thì sau đó với thời gian nó sẽ lan ra như một mặt cầu ánh sáng với kích thước và vị trí không phụ thuộc vào vận tốc của nguồn sáng. Sau một phần triệu giây, ánh sáng sẽ lan truyền, tạo thành một mặt cầu có bán kính 300 mét, sau hai phần triệu giây, bán kính là 600 mét, và cứ như vậy mãi. Điều này cũng giống như những gợn sóng truyền trên mặt nước khi có hòn đá ném xuống hồ.

Những gợn sóng truyền như một vòng tròn cứ lớn dần mãi theo thời gian. Nếu ta nghĩ về một mô hình ba chiều gồm bề mặt hai chiều của hồ và một chiều thời gian thì vòng tròn lớn dần của các gợn sóng sẽ tạo thành một nón có đỉnh nằm đúng tại chỗ và tại thời điểm hòn đá chạm vào mặt nước (hình 2.3). Tương tự, ánh sáng lan truyền từ một sự kiện sẽ tạo nên một mặt nón ba chiều trong không-thời gian 4 chiều. Mặt nón đó được gọi là mặt nón ánh sáng tương lai của sự kiện đang xét. Cũng bằng cách như vậy ta có thể dựng một mặt nón khác, gọi là mặt nón ánh sáng quá khứ - đó là tập hợp các sự kiện mà từ chúng một xung ánh sáng có thể tới được sự kiện đang xét ( hình 2.4).

Những mặt nón ánh sáng quá khứ và tương lai của một sự kiện P chia không gian thành ba miền (hình 2.5.). Tương lai tuyệt đối của sự kiện là vùng nằm trong mặt nón ánh sáng tương lai của P. Đây là tập hợp của tất cả các sự kiện có thể chịu ảnh hưởng của những điều xảy ra ở P.

Những tín hiệu từ P không thể tới được những sự kiện nằm ngoài nón ánh sáng của P bởi vì không gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Do vậy mà các sự kiện đó không chịu ảnh hưởng những gì xảy ra ở P. Quá khứ tuyệt đối của P là vùng nằm trong nón ánh sáng quá khứ. Đây là tập hợp các sự kiện mà từ đó những tín hiệu truyền với vận tốc bằng hoặc nhỏ hơn vận tốc của ánh sáng có thể tới được P. Do đó, tập hợp những sự kiện này có thể ảnh hưởng tới những gì xảy ra ở P. Nếu biết được ở một thời điểm đặc biệt nào đó những gì xảy ra ở mọi nơi trong vùng không gian nằm trong nón ánh sáng quá khứ của P thì người ta có thể tiên đoán những gì sẽ xảy ra ở P.

Phần còn lại là vùng không - thời gian không nằm trong nón ánh sáng tương lai hoặc quá khứ của P. Các sự kiện trong phần còn lại này không thể ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng bởi những sự kiện ở P. Ví dụ, nếu mặt trời ngừng chiếu sáng ở chính thời điểm này, thì nó sẽ không ảnh hưởng tới các sự kiện trên trái đất ở ngay thời điểm đó bởi vì chúng nằm ngoài nón ánh sáng của ánh sáng khi mặt trời tắt (hình 2.6). Chúng ta sẽ biết về sự kiện đó chỉ sau 8 phút - là thời gian đủ để ánh sáng đi từ mặt trời đến trái đất. Và chỉ khi này những sự kiện trên trái đất mới nằm trong nón ánh sáng tương lai của sự kiện ở đó mặt trời tắt. Tương tự như vậy, ở thời điểm hiện nay chúng ta không thể biết những gì đang xảy ra ở những nơi xa xôi trong vũ trụ, bởi vì ánh sáng mà chúng ta thấy từ những thiên hà xa xôi đã rời chúng từ hàng triệu năm trước. Như vậy, khi chúng ta quan sát vũ trụ thì thực ra là chúng ta đang thấy nó trong qúa khứ.

Nếu người ta bỏ qua những hiệu ứng hấp dẫn, như Einstein và Poincaré đã làm năm 1905, thì ta có thuyết tương đối được gọi là thuyết tương đối hẹp. Đối với mỗi sự kiện trong không-thời gian ta đều có thể dựng một nón ánh sáng (là tập hợp mọi con đường khả dĩ của ánh sáng trong không-thời gian được phát ra ở sự kiện đó), và vì vận tốc ánh sáng là như nhau ở mỗi sự kiện và theo mọi hướng, nên tất cả các nón ánh sáng là như nhau và cùng hướng theo một hướng. Lý thuyết này cũng nói với chúng ta rằng không gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Điều đó có nghĩa là đường đi của mọi vật qua không-thời gian cần phải được biểu diễn bằng một đường nằm trong nón ánh sáng ở mỗi một sự kiện trên nó (hình 2.7.).



Lý thuyết tương đối hẹp rất thành công trong việc giải thích sự như nhau của vận tốc ánh sáng đối với mọi người quan sát (như thí nghiệm Michelson - Morley đã chứng tỏ) và trong sự mô tả những điều xảy ra khi các vật chuyển động với vận tốc gần với vận tốc ánh sáng. Tuy nhiên, lý thuyết này lại không hòa hợp với thuyết hấp dẫn của Newton nói rằng các vật hút nhau với một lực phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Điều này có nghĩa là, nếu làm cho một vật chuyển động thì lực tác dụng lên các vật khác sẽ thay đổi ngay lập tức. Hay nói một cách khác, các tác dụng hấp dẫn truyền với vận tốc vô hạn, thay vì nó bằng hoặc nhỏ hơn vận tốc ánh sáng như thuyết tương đối hẹp đòi hỏi.

Trong khoảng thời gian từ năm 1908 đến năm 1914, Einstein đã nhiều lần thử tìm một lý thuyết hấp dẫn hòa hợp được với thuyết tương đối hẹp, nhưng đã không thành công. Cuối cùng, vào năm 1915, ông đã đưa ra được một lý thuyết mà ngày nay chúng ta gọi là thuyết tương đối rộng (hay thuyết tương đối tổng quát). Ông đã đưa ra một giả thiết có tính chất cách mạng cho rằng hấp dẫn không phải là một lực giống như những lực khác mà nó là kết quả của sự kiện là: không - thời gian không phải phẳng như trước kia người ta vẫn tưởng, mà nó cong hay “vênh” đi do sự phân bố của khối lượng và năng lượng trong nó. Các vật như trái đất không phải được tạo ra để chuyển động trên các quĩ đạo cong bởi lực hấp dẫn, mà thay vì thế, chúng chuyển động theo đường rất gần với đường thẳng trong không gian cong mà người ta gọi là đường trắc địa. Đường trắc địa là đường ngắn nhất (hoặc dài nhất) giữa hai điểm cạnh nhau. Ví dụ, bề mặt trái đất là một không gian cong hai chiều.

Đường trắc địa trên mặt trái đất chính là vòng tròn lớn và nó là đường ngắn nhất giữa hai điểm trên mặt đất (H.2.8). Vì đường trắc địa là đường ngắn nhất giữa hai sân bay, nên nó là đường mà những người dẫn đường hàng không hướng các phi công bay theo. Trong lý thuyết tương đối rộng, các vật luôn luôn chuyển động theo các đường “thẳng” trong không-thời gian 4 chiều, nhưng đối với chúng ta, chúng có vẻ chuyển động theo những đường cong trong không gian 3 chiều. (Điều này rất giống với việc quan sát chiếc máy bay trên một vùng đồi gò. Mặc dù nó bay theo đường thẳng trong không gian 3 chiều, nhưng cái bóng của nó lại chuyển động theo một đường cong trên mặt đất hai chiều).

Khối lượng của mặt trời làm cong không-thời gian theo cách sao cho mặc dù trái đất chuyển động theo đường thẳng trong không-thời gian 4 chiều, nhưng nó lại thể hiện đối với chúng ta là chuyển động theo quĩ đạo tròn trong không gian ba chiều. Và thực tế, quĩ đạo của các hành tinh được tiên đoán bởi lý thuyết tương đối rộng cũng chính xác như được tiên đoán bởi lý thuyết hấp dẫn của Newton. Tuy nhiên, trong trường hợp đối với sao Thủy, hành tinh gần mặt trời nhất, do đó cảm thấy hiệu ứng hấp dẫn mạnh nhất và có quĩ đạo thuôn dài hơn, thì thuyết tương đối rộng tiên đoán rằng trục dài của elip quĩ đạo quay quanh mặt trời với vận tốc 1 độ trong 10 ngàn năm. Mặc dù hiệu ứng là rất nhỏ, nhưng nó đã được ghi nhận từ trước năm 1915 và được dùng như một bằng chứng đầu tiên khẳng định lý thuyết của Einstein. Trong những năm gần đây, những độ lệch thậm chí còn nhỏ hơn nữa của quĩ đạo các hành tinh khác so với những tiên đoán của lý thuyết Newton cũng đã được đo bằng rada và cho thấy chúng phù hợp với những tiên đoán của thuyết tương đối rộng.

Những tia sáng cũng cần phải đi theo những đường trắc địa trong không-thời gian. Cũng lại do không gian bị cong nên ánh sáng không còn thể hiện là truyền theo đường thẳng trong không gian nữa. Như vậy thuyết tương đối rộng tiên đoán rằng anh sáng có thể bị bẻ cong bởi các trường hấp dẫn. Ví dụ, lý thuyết này tiên đoán rằng nón ánh sáng của những điểm ở gần mặt trời sẽ hơi bị uốn hướng vào phía trong do tác dụng của khối lượng mặt trời. Điều này có nghĩa là ánh sáng từ một ngôi sao xa khi đi qua gần mặt trời có thể bị lệch đi một góc nhỏ, khiến cho đối với những người quan sát trên mặt đất, ngôi sao đó dường như ở một vị trí khác (H.2.9). Tất nhiên, nếu ánh sáng từ ngôi sao đó luôn luôn đi qua gần mặt trời, thì chúng ta không thể nói tia sáng có bị lệch hay không hoặc thay vì thế ngôi sao có thực sự nằm ở đúng chỗ chúng ta nhìn thấy nó hay không. Tuy nhiên, vì trái đất quay quanh mặt trời nên những ngôi sao khác nhau có lúc dường như đi qua phía sau mặt trời và ánh sáng của chúng bị lệch. Vì thế những ngôi sao này thay đổi vị trí biểu kiến của chúng đối với các ngôi sao khác.

Thường thì rất khó quan sát hiệu ứng này, bởi vì ánh sáng của mặt trời làm cho ta không thể quan sát được những ngôi sao có vị trí biểu kiến ở gần mặt trời trên bầu trời. Tuy nhiên, điều này có thể làm được trong thời gian có nhật thực, khi mà ánh sáng mặt trời bị mặt trăng chắn mất. Nhưng tiên đoán của Einstein không được kiểm chứng ngay lập tức trong năm 1915 vì cuộc chiến tranh thế giới lần thứ nhất lúc đó đang lan rộng, và phải tới tận năm 1919 một đoàn thám hiểm Anh khi quan sát nhật thực ở Tây Phi đã chứng tỏ được rằng ánh sáng thực sự bị lệch do mặt trời đúng như lý thuyết đã dự đoán. Sự chứng minh lý thuyết của một người Đức bởi các nhà khoa học Anh đã được nhiệt liệt hoan nghênh như một hành động hòa giải vĩ đại giữa hai nước sau chiến tranh. Do đó, thật là trớ trêu khi kiểm tra lại sau đó những bức ảnh mà đoàn thám hiểm đã chụp, người ta phát hiện ra rằng sai số cũng lớn cỡ hiệu ứng mà họ định đo. Phép đo của họ hoàn toàn chỉ là may mắn hoặc một trường hợp đã biết trước kết quả mà họ muốn nhận được - một điều cũng thường xảy ra trong khoa học. Tuy nhiên, sự lệch của tia sáng đã được khẳng định hoàn toàn chính xác bởi nhiều quan sát sau này.

Một tiên đoán khác của thuyết tương đối rộng là thời gian dường như chạy chậm hơn khi ở gần những vật có khối lượng lớn như trái đất. Đó là bởi vì một mối liên hệ giữa năng lượng của ánh sáng và tần số của nó (tần số là sóng ánh sáng trong một giây): năng lượng càng lớn thì tần số càng cao. Khi ánh sáng truyền hướng lên trong trường hấp dẫn của trái đất, nó sẽ mất năng lượng và vì thế tần số của nó giảm. (Điều này có nghĩa là khoảng thời gian giữa hai đỉnh sóng liên tiếp tăng lên). Đối với người ở trên cao mọi chuyện ở phía dưới xảy ra chậm chạp hơn. Điều tiên đoán này đã được kiểm chứng vào năm 1962 bằng cách dùng hai đồng hồ rất chính xác: một đặt ở đỉnh và một đặt ở chân một tháp nước. Đồng hồ ở chân tháp, gần trái đất hơn, chạy chậm hơn - hoàn toàn phù hợp với thuyết tương đối rộng. Sự khác biệt của tốc độ đồng hồ ở những độ cao khác nhau trên mặt đất có một tầm quan trọng đặc biệt trong thực tiễn hiện nay khi người ta sử dụng những hệ thống đạo hàng chính xác dựa trên những tín hiệu từ vệ tinh. Nếu khi này người ta bỏ qua những tiên đoán của thuyết tương đối rộng, thì vị trí tính toán được có thể sai khác tới vài ba dặm!

Những định luật về chuyển động của Newton đã đặt dấu chấm hết cho ý niệm về vị trí tuyệt đối trong không gian. Thuyết tương đối đã vứt bỏ khái niệm thời gian tuyệt đối. Ta hãy xét hai đứa trẻ sinh đôi. Giả sử rằng một đứa được đưa lên sống trên đỉnh núi và một đứa sống ở ngang mực nước biển. Đứa thứ nhất sẽ già nhanh hơn đứa thứ hai. Như vậy, nếu gặp lại nhau một đứa sẽ già hơn đứa kia. Trong trường hợp này sự khác nhau về tuổi tác sẽ rất nhỏ, nhưng nó sẽ lớn hơn rất nhiều nếu một đứa thực hiện chuyến du hành dài trong con tàu vũ trụ chuyển động với vận tốc gần vận tốc ánh sáng. Khi trở về nó sẽ trẻ hơn rất nhiều so với đứa ở lại trái đất. Điều này được gọi là nghịch lý hai đứa trẻ sinh đôi, nhưng nó là nghịch lý chỉ nếu ý niệm về thời gian tuyệt đối vẫn còn lẩn quất trong đầu óc chúng ta. Trong lý thuyết tương đối không có một thời gian tuyệt đối duy nhất, mà thay vì thế mỗi cá nhân có một độ đo thời gian riêng của mình và độ đo đó phụ thuộc vào nơi họ đang ở và họ chuyển động như thế nào.

Trước năm 1915, không gian và thời gian được xem là một sân khấu cố định nơi diễn ra mọi sự kiện và không chịu ảnh hưởng bởi những điều xảy ra trong nó. Điều này đúng thậm chí cả với thuyết tương đối hẹp. Các vật chuyển động, các lực hút và đẩy, nhưng không gian và thời gian vẫn liên tục và không bị ảnh hưởng gì. Và ý nghĩ cho rằng không gian và thời gian cứ tiếp tục như thế mãi mãi cũng là chuyện tự nhiên.

Tuy nhiên, tình hình hoàn toàn khác trong thuyết tương đối rộng. Bây giờ không gian và thời gian là những đại lượng động lực: khi một vật chuyển động, hoặc một lực tác dụng, chúng đều ảnh hưởng tới độ cong của không gian và thời gian và đáp lại, cấu trúc của không - thời gian sẽ ảnh hưởng tới cách thức mà các vật chuyển động và các lực tác dụng. Không gian và thời gian không chỉ có tác động mà còn bị tác động bởi mọi điều xảy ra trong vũ trụ. Chính vì người ta không thể nói về các sự kiện trong vũ trụ mà không có khái niệm về không gian và thời gian, nên trong thuyết tương đối rộng sẽ trở nên vô nghĩa nếu nói về không gian và thời gian ở ngoài giới hạn của vũ trụ. Trong những thập kỷ tiếp sau, sự nhận thức mới này về không gian và thời gian đã làm cách mạng quan niệm của chúng ta về vũ trụ. Ý tưởng xưa cũ cho rằng một vũ trụ căn bản không thay đổi có thể đã tồn tại và có thể còn tiếp tục tồn tại đã vĩnh viễn được thay thế bằng khái niệm một vũ trụ động, đang giãn nở, một vũ trụ dường như đã bắt đầu ở một thời điểm hữu hạn trong quá khứ và có thể chấm dứt ở một thời điểm hữu hạn trong tương lai. Cuộc cách mạng này là đề tài của chương tiếp sau. Và những năm sau đó nó cũng đã là điểm xuất phát cho hoạt động của tôi trong lĩnh vực vật lý lý thuyết. Roger Penrose và tôi đã chứng tỏ được rằng chính thuyết tương đối rộng đã ngụ ý vũ trụ cần phải có điểm bắt đầu và có thể cả điểm kết thúc nữa.