Báo cáo khoa học mới cố gắng móc nối cơ học lượng tử với một giả thuyết toán học đã bị nhiều bên tranh cãi suốt hơn 100 năm.
Nhà vật lý học Nicolas Gisin vừa công bố một chuỗi các báo cáo khoa học có thể thay đổi toàn bộ cách chúng a nhìn nhận “thời gian”. Công trình nghiên cứu của giáo sư Gisin, hiện đang công tác tại Đại học Geneva, cố gắng móc nối thuyết cơ học lượng tử hiện tại với một giả thuyết toán học cũ, được phát triển bởi nhà toán học người Hà Lan Luitzen Egbertus Jan Brouwer (cha đẻ của nguyên lý điểm bất động Brouwer, một trong những định lý toán học quan trọng nhất thế kỷ 20).
Ông Brouwer là người phát sinh giả thuyết toán học có tên “toán học duy trực giác - intuitionistic mathematics”, một cách thức nhìn nhận toán học gây tranh cãi khi loại bác bỏ nhiều yếu tố cơ bản của toán học cổ điển.
Thế nhưng đây không phải một chế độ ăn không cơ sở khoa học hay niềm tin rằng vaccine có hại nào đó để chúng ta dè chừng, thuyết toán học này là tâm điểm tranh cãi suốt hơn một thế kỷ và nghiên cứu của Gisin có tiềm năng mang nó ra ánh sáng. Bản thân giả thuyết này rất phức tạp, nhưng điểm gây tranh cãi lớn nhất của nó là “toán học duy trực giác” yêu cầu loại bỏ đi yếu tố trung gian trong toán học.
Nicolas Gisin.
Có thể lấy ví dụ về “yếu tố trung gian” trong toán học như sau: khi đưa ra một tuyên bố, hoặc nó đúng hoặc câu phủ định của nó đúng; một cặp câu khẳng định - phủ định bất kỳ đều ứng với ví dụ vừa nên, “tôi có 5 cái bút” hoặc “tôi không có 5 cái bút”.
Thuyết tương đối của Einstein có nghĩa nhờ deterministic math (tạm dịch là toán học tiền định), yêu cầu loại bỏ yếu tố trung gian, đảm bảo không xuất hiện yếu tố ngẫu nhiên trong quá trình phát triển mô hình toán học. Theo thuyết tương đối, mọi chuyện đã, đang và sẽ diễn ra bắt đầu xảy ra tại thời điểm Vũ trụ tồn tại - tức là đã được tiền định.
Trong khi đó, toán học duy trực giác lại nói điều ngược lại: toán học không thể nói cho ta biết chuyện gì sẽ diễn ra, bởi cũng như một qubit trong cơ học lượng tử, nó mang nhiều giá trị cho tới khi được quan sát (tức là khi được đo); số kế tiếp trong một dãy số toán học không thể được dự đoán chính xác trước khi nó xảy ra.
Giáo sư Gisin viết rằng: “ngôn ngữ toán học làm nên vốn hiểu biết của ta về yếu tố thời gian trong vật lý”, và cần lật lại những ý kiến trái chiều giữa người ủng hộ toán học duy trực giác của Brouwer và người ủng hộ toán học tiền định của Einstein. Báo cáo khoa học viết:
“Bản thân Einstein không thoải mái khi biết nền vật lý mà ông yêu quý thiếu đi khái niệm về "lập tức" - mặc dù phải thừa nhận rằng, ông không tìm ra cách nào kết hợp chúng lại được. Ông kết luận rồi sẽ phải sống chung với hoàn cảnh mới thôi”.
Thiên tài toán học Albert Einstein, người thay đổi hiểu biết của nhân loại về vật lý.
Để đồng thuận được với thuyết tương đối của Einstein, và tránh đương đầu với khái niệm “ngay lập tức”, các nhà toán học thêm yếu tố vô tận vào trong toán. Ví dụ, nếu cứ giả định một dãy số vô tận, một người sẽ có thể ứng dụng khéo léo thuyết không - thời gian để mô tả sự tồn tại của một chuỗi số thực duy nhất và vô tận, với chúng ta là người quan sát. Giống như một đĩa nhạc đang quay với ta là chiếc kim đặt lên bề mặt đĩa, nhìn theo vòng xoay của dãy số được cho là vô tận.
Trong trường hợp này, khái niệm “lập tức” chỉ tồn tại bởi lẽ ta có mặt ở đây để chứng kiến nó. Trên lý thuyết, nếu lắp đặt thành công cỗ máy thời gian, ta có thể đi về thời điểm mà tại đó, “lập tức” đã hoặc chưa diễn ra.
Nhưng nếu báo cáo của Gisin (và cả toán học duy trực giác của Brouwer) mà đúng, khả năng du hành thời gian kia sẽ bất khả thi:
“Một thể tích không gian sẽ không thể chứa nhiều hơn một lượng thông tin hữu hạn, và số thực thì không chứa thông tin vô hạn”.
Hiểu theo một cách khác, giả định này của giáo sư Gisin cho thấy không có cách nào để vũ trụ vô tận đột ngột hình thành lập tức và có ngay liên kết với thời gian. Như toán học duy trực giác chỉ ra, thời gian diễn ra theo từng bước một, “lập tức” là một điểm chuyển động một chiều trên dòng thời gian.
Mỗi cái bóng xuất hiện trên đồng hộ Mặt Trời là một điểm "lập tức".
Bất cứ nỗ lực du hành thời gian nào sẽ là không tưởng trên mặt khoa học, bởi ta đã đang du hành thời gian tịnh tiến rồi: mỗi một thời khắc đều mang tính độc nhất, và ta “du hành” từ mốc độc nhất này tới độc nhất khác.
Cũng theo cách hiểu này, quá khứ không tồn tại nữa bởi thời gian không gắn liền với thực tại. Mà tương lai cũng không tồn tại, bởi lẽ tương lai chỉ hình thành khi mọi khả năng ở “lập tức” phải diễn ra. Chỉ duy nhất khái niệm “lập tức” tồn tại, chỉ có giây phút bạn đang trải qua được thừa nhận.
Khái niệm này gạt đi khả năng du hành thời gian, nhưng nếu thành công, có khi nó lại cho ta năng lực khác hiệu quả hơn. Cơ học lượng tử được xây dựng trên nền những khái niệm khó giải thích nổi, nhưng lại mang tiềm năng cho ta sức mạnh du hành thời gian tương đối - thay đổi không gian quanh ta để di chuyển ở khoảng cách xa mà không bị già đi do ảnh hưởng bởi thời gian. Giấc mơ này vẫn xa vời lắm, vì khoảng cách giữa cơ học lượng tử và vật lý cổ điển vẫn còn xa.
Giáo sư Gisin nghĩ rằng toán học duy trực giác có thể giúp ta chạm tay vào siêu năng lực này. Theo lời ông, cách nhận thức toán học này sẽ giống với thực tại ta đang trải nghiệm hơn. Ông viết trong báo cáo:
“Vật lý học có thể thành công nếu như được xây dựng trên nền tảng toán học duy trực giác, ngay cả khi ta mất sự liên quan tới toán học tiền định. Trái ngược với dự đoán, tôi cá rằng giả thuyết vật lý tiếp theo sẽ còn trừu tượng hơn cả thuyết lượng tử, nhưng lại sẽ gần gũi với trải nghiệm của con người hơn”.