Trịnh Xuân Thuận

(Việt Nam)

trả lời phỏng vấn của Neda El Khazen

... Chúng ta chỉ là những hạt bụi của các vì sao...

Trịnh Xuân Thuận là một nhà vật lý thiên văn đến từ Hà Nội (Việt Nam). Tại Trường Đại học Virginia ở Mỹ ông dạy một giáo trình về thiên văn học cho các nhà thơ. Là “một người đo đạc vũ trụ” ông cố gắng tìm hiểu cấu trúc của vũ trụ nhờ các máy móc quan sát hiện đại nhất. Những tác phẩm chính là Giai điệu âm thầm: và con người tạo ra vũ trụ (Fayard. 1988). Một nhà vật lý thiên văn (Beauchesne-Fayard. 1992) và Sự ra đời của vũ trụ: Vụ Nổ Lớn và sau đấy (Gallimard. 1992) được viết với một sự trong sáng lạ thường.

Từ thời cái kính thiên văn đầu tiên của Galileo cho đến nay, thiên văn học đã có bước phát triển đáng kinh ngạc biết bao! Ngày nay nhà thiên văn học làm việc như thế nào?

- Chiếc kính thiên văn vẫn còn là công cụ được ưu tiên của nhà thiên văn học, vì sự liên lạc với vũ trụ thường phải thông qua ánh sáng và ánh sáng ấy phải được ghi nhận lại. Từ thời cái kính thiên văn đầu tiên cho phép Galileo phát hiện ra núi trên mặt trăng và những vệ tinh quay quanh sao Mộc cho đến nay, kính thiên văn luôn luôn phát triển, ngày càng lớn và càng tốt hơn. Hiện nay trên thế giới đã có khoảng 15 cái kính thiên văn lớn có những tấm gương với đường kính trên ba mét. Mới đây người ta vừa hoàn thành việc xây dựng một kính thiên văn khổng lồ với đường kính 10 mét trên một miệng núi lửa đã tắt ở Hawai ở độ cao 4500 mét.

Nhờ đưa kính thiên văn lên quỹ đạo quanh trái đất, ngày hôm nay chúng ta đã có thể hoàn toàn tránh được những sự nhiễu loạn của bầu khí quyển bao quanh trái đất. Kính thiên văn vũ trụ Hubble phóng năm 1990 là một trong những thành tựu lớn nhất của thiên văn học hiện đại. Nặng 11 tấn và dài 11 mét, nó giống như một cái đầu máy xe lửa. Một trục trặc kỹ thuật làm cho nó bị cận thị, nó đã hồi phục được thị giác nhờ sự chữa chạy của các nhà du hành vũ trụ trên tàu con thoi vũ trụ của Mỹ. Nó đã bắt đầu truyền đến cho chúng ta hình ảnh vũ trụ hết sức rực rỡ và rõ nét, ghi những bức xạ yếu hơn, nhìn được những vật thể ở xa hơn. Đối với nhà thiên văn học, nhìn thấy xa tức là nhìn thấy sớm vì ánh sáng phải mất thời gian mới đến được với chúng ta. Chúng ta nhận được bức xạ của mặt trời chậm mất 8 phút, của ngôi sao gần nhất mất 4 năm và của thiên hà gần chúng ta nhất cách đây 2 triệu năm, đúng vào lúc những con người đầu tiên xuất hiện trên hành tinh chúng ta. Chúng ta hy vọng rằng kính viễn vọng Hubble cho phép chúng ta ngược dòng thời gian đến hai hay ba tỷ năm sau “Vụ Nổ Lớn” và trực tiếp quan sát thấy sự hình thành của các thiên hà, một trong những điều bí ẩn lớn nhất của thiên văn học hiện đại.

Công cuộc chinh phục vũ trụ phải chăng đã làm thay đổi quan niệm của chúng ta về vũ trụ?

- Chắc chắn là như vậy vì rằng công cuộc chinh phục vũ trụ cũng chính là chinh phục phổ điện tử. Thông thường người ta nghĩ rằng thiên văn chỉ là quang học, là cái mắt chúng ta nhìn thấy. Thực ra có cả một phổ ánh sáng chúng ta không nhìn thấy, ví dụ như bức xạ hồng ngoại, sóng vi ba và sóng vô tuyến. Do đó chúng ta đã xây dựng các đài thiên văn vô tuyến không những bắt được các sóng phát ra từ các đài phát thanh hay vô tuyến truyền hình mà cả những bức xạ có nguồn gốc vũ trụ. Còn có các bức xạ tử ngoại, tia X, tia gamma chứa đựng nhiều năng lượng và bị bầu khí quyển của trái đất ngăn lại, đây là điều may mắn cho chúng ta vì những tia ấy rất nguy hiểm. Chúng ta đã đưa lên quỹ đạo các kính viễn vọng chuyên dùng cho mỗi loại bức xạ, nhờ vậy mà đã hồi phục được quang cảnh vũ trụ với đầy đủ sự phong phú và đa dạng của nó.

Ông xử lý tất cả các thông tin ấy như thế nào?

- Các tín hiệu ánh sáng do kính viễn vọng thu nhận được đi qua một bộ ghi điện tử và số hóa, biến thành các chữ số như các nốt nhạc trong một đĩa compac. Những chữ số ấy được chứa trong các băng từ mà sau này chúng ta có thể nhìn thấy trên màn hình, biến thành màu sắc, thay đổi theo ý muốn. Nhà thiên văn học không còn cần phải điều khiển chiếc kính thiên văn trong bóng tối hết đêm này sang đêm khác, mắt dán vào thị kính, chống lại cái lạnh và buồn ngủ. Trái lại, anh ta ngồi thoải mái trong một gian phòng ấm áp và đầy đủ ánh sáng, điều khiển kính thiên văn bằng máy tính điện tử. Anh ta chỉ cần định ra vị trí của ngôi sao hay thiên hà mà anh ta quan tâm thì hình ảnh hiện lên màn hình ngay. Một ngày không xa nữa, nhờ các vệ tinh viễn thông, anh ta không cần phải đến đài thiên văn nữa, cũng không cần phải chờ cho trời quang đãng mà có thể tiến hành quan sát ngay trong phòng làm việc yên tĩnh của mình.

Kính viễn vọng vũ trụ Hubble mang tên một nhà thiên văn học nổi tiếng người Mỹ mà công trình đã mở đầu cho thuyết “Vụ Nổ Lớn”. Vậy thực ra “Vụ Nổ Lớn” đích xác là gì?

- Lý thuyết này gán cho vũ trụ một kích thước lịch sử, với quá khứ, hiện tại và tương lai. Nó dựa trên một phát minh cơ bản của Edwim Hubble. Vào năm 1929 Hubble đã phát hiện rằng các thiên hà chạy ra xa khỏi giải Ngân hà và chúng càng ra xa thì vận tốc càng lớn: vũ trụ đang giãn nở. Như vậy chỉ cần lật ngược lại các sự kiện thì chúng ta sẽ trở lại một điểm có năng lượng vô cùng lớn mà từ đấy mọi thứ đã sinh ra sau một Vụ Nổ Lớn cách đây 15 tỷ năm. Vũ trụ không phải bất biến như Newton đã từng suy nghĩ. Nó có một sự khởi đầu và không phải là vĩnh cửu. Vụ Nổ Lớn đã tạo ra thời gian và một không gian đang giãn nở. Từ đấy đã có nhiều sự quan sát chứng minh sự tồn tại của một bức xạ hóa thạch, dư âm xa xôi của vụ nổ ban đầu đã làm cho lý thuyết ấy thêm chắc chắn. Điều chúng ta biết về thành phần hóa học của các vì sao và các thiên hà càng khẳng định thêm điều ấy.

Vật chất đã sinh ra từ cái năng lượng to lớn được giải phóng từ “Vụ Nổ Lớn?”

- Đúng như vậy, chỉ một phần nhỏ của giây sau vụ nổ ban đầu, chính xác là sau 10-43 giây. Cái gì đã xảy ra trước đấy? Không một ai biết. Chúng ta thực sự đã húc vào bức tường của tri thức, ở đấy vật lý học trở thành bất lực. Như vậy là 10-43 giây sau vụ nổ lớn, vũ trụ chỉ nhỏ như một đầu kim băng mật độ vô cùng lớn và nóng hơn mọi hỏa ngục của Đante.

Chân không lượng tử ngự trị. Đây không phải là chân không yên tĩnh, không có vật chất và hoạt động mà chúng ta có thể tưởng tượng ra, mà là một chân không sôi sục năng lượng mà vụ nổ lớn đã phát ra, trong ấy có vô số hạt và phản hạt ma. Năng lượng ấy làm cho vũ trụ giãn nở với một tốc độ chóng mặt trong một thời gian vô cùng nhỏ. Vũ trụ vừa nguội đi vừa loãng ra, ngày càng phức tạp. Năng lượng sinh ra vật chất. Những hạt cơ bản nhất, hạt quark kết lại với nhau ở thời điểm 10-6 giây. Khi thể tích của vũ trụ gần bằng thể tích của thái dương hệ, tạo nên các prôtôn và nơtrôn. Ở phút thứ ba, với sự xuất hiện của hạt nhân hyđrô và hêli, 98% khối lượng vũ trụ đã hình thành. Nó tiếp tục giãn nở, tràn ngập trong một thứ cháo bức xạ và vật chất. Nhưng đây là một loại cháo không đồng nhất, lỗ chỗ điểm dị thường, có những nơi mật độ lớn hơn nơi khác, từ đấy một vài tỷ năm sau sinh ra các thiên hà và các vì sao. Quá trình đa dạng hóa tiếp diễn cho đến ngày hôm nay.

Cuộc sống bắt đầu từ đâu?

- Trong lòng các vì sao. Chính các vì sao đã tạo ra những yếu tố cần cho sự sống - ôxy, cacbon, nitơ cho đến những nguyên tố nặng như sắt. Lịch sử của chúng làm chúng ta hết sức quan tâm bởi vì lịch sử ấy mở đường cho lịch sử của bản thân chúng ta. Chúng ta chỉ là những hạt bụi của các vì sao, chúng ta được tạo thành bằng các nguyên tố hóa học sinh ra trong các lò lửa của các vì sao và bị đẩy vào vũ trụ bởi các siêu sao mới.

Cần phải biết rằng các vì sao sinh ra, sống và chết đi như con người chúng ta, nhưng với những khoảng cách thời gian vô cùng dài hơn. Các vì sao ấy sinh ra từ đám bụi sao khổng lồ, từ sự suy sụp của các đám mây hyđrô và hêli bị dồn nén thành những quả cầu khí do lực hấp dẫn. Ở tâm điểm của chúng nóng đến hàng chục triệu độ xảy ra những phản ứng nhiệt hạch sinh ra nguồn bức xạ to lớn. Bức xạ này khuếch tán lên bề mặt một sự cân bằng xảy ra giữa sức đẩy của bức xạ ấy và sức nén của lực hấp dẫn.

Như vậy, trong vòng hàng triệu, thậm chí hàng tỷ năm, các vì sao tiêu thụ lượng hyđrô của mình và khi mà dự trữ hyđrô đã hết thì bắt đầu tiêu thụ dự trữ khí hêli. Sự cháy của khí hêli giải phóng ra một năng lượng rất lớn, các vì sao phóng to lên và màu sắc chuyển sang màu đỏ. Và trong các lò lửa vũ trụ ấy đã xảy ra giả kim thuật tạo nên các viên gạch của cuộc sống. Trong vòng vài triệu năm, hơn vài chục nguyên tố hóa học mới đã ra đời trong lòng vì sao khổng lồ màu đỏ. Sau khi cháy hết hêli đến lượt cacbon cháy, rồi đến lượt ôxy. Sau đấy xuất hiện các nguyên tố phức tạp hơn như nêôn, magnê, nhôm, lưu huỳnh. Thứ tự sự kiện ấy lặp lại: mỗi khi một loại nhiên liệu cháy hết thì một nhiên liệu mới lại bắt đầu, tạo nên những nguyên tố ngày càng nặng.

Khi sắt xuất hiện thì xem như ngôi sao đã ở vào cuối đời.

Tại sao cái giả kim thuật ấy lại dừng lại ở sắt?

- Bởi vì sự cháy của sắt cần năng lượng mà ngôi sao sau khi hết nhiên liệu không thể cung cấp được nữa. Nó không phát ra ánh sáng nữa và tắt. Lực hấp dẫn thắng thế và bóp vì sao cho đến khi nó suy sụp và chết. Các vì sao khối lượng nhỏ biến thành các sao lùn trắng trước khi không nhìn thấy được nữa và trở thành một trong vô số thi hài thiên thể đầy rẫy trong các thiên hà.

Đây là số phận của mặt trời của chúng ta trong chín tỷ năm nữa. Một ngôi sao khối lượng lớn (10 đến 30 lần khối lượng mặt trời) sẽ trải qua một cơn hấp hối dữ dội. Bị ép bởi lực hấp dẫn, nó sẽ đạt đến một mật độ khủng khiếp và khi cái lõi của nó co lại sẽ tạo ra một sóng xung kích gây thành một vụ nổ mãnh liệt sáng gấp hàng tỷ lần mặt trời. Đấy là cái mà người ta gọi là một siêu sao mới.

Siêu sao mới lợi dụng cái năng lượng to lớn ấy để chế tạo ra những nguyên tố nặng hơn sắt, ví dụ như vàng và bạc mà sau này làm đồ trang sức cho các thiếu phụ xinh đẹp! Tất cả các nguyên tố ấy do vụ nổ bị tung vào khoảng không giữa các vì sao với vận tốc hàng nghìn kilômét một giây. Đây là mầm mống của những hành tinh tương lai mang sự sống. Các nguyên tử tạo thành cơ thể của chúng ta ngày hôm nay đã sinh từ một ngôi sao khổng lồ đã nổ cách đây 4 tỷ rưỡi năm, trước khi sinh ra mặt trời.

Ông có nghĩ rằng sự sống có thể tồn tại ngoài trái đất, trên các hành tinh, trong các thiên hà khác không?

- Rất có thể. Vũ trụ có thể thấy được có khoảng một trăm tỷ thiên hà giống như giải Ngân hà của chúng ta và mỗi thiên hà có khoảng một trăm tỷ sao, trong ấy có hàng tỷ cái giống như mặt trời của chúng ta. Mỗi thiên thể như vậy lại có nhiều hành tinh chạy quanh. Chắc rằng ở đâu đấy, phải có một hành tinh không nóng quá, không lạnh quá để sự sống có thể phát triển. Các nhà khoa học nghĩ rằng có thể tồn tại những nền văn minh khác trong thiên hà của chúng ta hay ở một nơi nào khác trong vũ trụ, nhưng tìm thấy chúng ở đâu và như thế nào? Điều ấy cũng giống như tìm một cái kim trong một đống rơm. Chúng ta không biết hướng kính viễn vọng về phía nào, điều chỉnh tần số như thế nào để thu được tín hiệu mong muốn. Kỷ niệm 500 năm cuộc du hành của Chiristophe Colomb, NASA đã khởi xướng một chương trình thu tín hiệu từ một nghìn ngôi sao giống mặt trời trên hai tần số, trong lúc quét bầu trời một cách may rủi trên hàng triệu tần số.

“Nguyên lý vị nhân” (anthropique) mà vũ trụ luận (cosmologic) hiện đại nói đến là gì?

- Từ ấy là do tiếng hy Lạp “anthropos” có nghĩa là “người”, và nói một cách rộng hơn, là trí khôn, ý thức. Theo nguyên lý vị nhân, vũ trụ được điều chỉnh với một độ chính xác lạ lùng để cho ý thức xuất hiện vào đúng một lúc nào đấy. Cần phải biết rằng vũ trụ của chúng ta được xác định bởi bốn lực cơ bản và khoảng 15 con số mà người ta gọi là các hằng số vật lý. Các lực cơ bản là lực hấp dẫn giữ cho các hành tinh quay quanh mặt trời và giữ cho chúng ta khỏi bay lơ lửng trong không khí; lực điện tử cho phép các phân tử kết hợp với nhau và làm thành các chuỗi ADN; lực hạt nhân mạnh liên kết prôtôn với nơtrôn để làm thành các hạt nhân nguyên tử và lực hạt nhân yếu gây ra hiện tượng phóng xạ. Còn về các hằng số thì ví dụ như tốc độ ánh sáng, khối lượng prôtôn, êlêctrôn hay hằng số hấp dẫn. Giá trị của các số ấy đã được xác định với độ chính xác rất cao, ví dụ ánh sáng đi du ngoạn với vận tốc 300.000 km/giây. Tại sao lại là 300.000 km/giây mà không phải 3 mét/giây? Chúng ta không biết gì hết. Chúng ta đã được cho các con số ấy và chúng ta phải sống với chúng.

Các nhà vật lý thiên văn không thể lập lại các điều kiện của Vụ Nổ Lớn trong phòng thí nghiệm vì những điều kiện ấy quá cực đoan. Phải cần đến một máy gia tốc có nhiều năm-ánh sáng, đây là điều kiện không thể nào thực hiện được. Ngược lại, với các máy tính điện tử và các phương trình, họ chơi trò xây dựng các mô hình vũ trụ mà tôi gọi là vũ trụ-đồ chơi, trong ấy họ cho các hằng số vật lý khác nhau. Điều lạ lùng là các vũ trụ-đồ chơi ấy đều không sinh sôi ra cái gì cả. Chỉ cần thay đổi chút ít các hằng số vật lý và mọi chuyện sẽ thay đổi. Ví dụ, hãy tăng cường độ lực hấp dẫn: vũ trụ sẽ co hẹp lại và các vì sao sẽ có khối lượng nhỏ gấp mười triệu lần khối lượng mặt trăng. Chúng tiêu thụ nhiên liệu nhanh quá nên không tiến hóa được đến cái phức tạp dẫn đến cuộc sống. Ngược lại, bạn chỉ cần giảm bớt lực hấp dẫn một ít thì các đám mây thiên thể sẽ không thể suy sụp để tạo nên các vì sao nữa. Không có các vì sao thì không có các nguyên tố nặng, không có sự sống. Hãy xem các điện tích của prôtôn và êlêctrôn. Prôtôn nặng gấp khoảng hai nghìn lần êlêctrôn. Vậy mà điện tích của chúng đúng bằng nhau, nhưng ngược dấu. Nếu chúng chỉ khác nhau một phần tỷ thì các thiên thể mặt trời, trái đất đều nổ tung.

Bạn có thể làm thay đổi bất kỳ hằng số vật lý nào khác, kết quả sẽ luôn luôn giữ như vậy: các vũ trụ-đồ chơi là trống rỗng và vô sinh. Có thể kết luận rằng những hằng số ấy đều đã được điều chỉnh với một độ chính xác chóng mặt để cho phép nảy nở sự sống và sự xuất hiện ý thức. Nếu bạn muốn có một hình tượng thì có thể hình dung đấy là sự chính xác của một cung thủ bắn tên vào một tấm bia 1cm² đặt cách 15 tỷ năm-ánh sáng.

Khi nói đến điều chỉnh, người ta nghĩ ngay đến một bàn tay điều chỉnh. Để tránh mọi thứ mục đích luận, phải chăng ta có thể xem sự sống là kết quả của một dãy sự may rủi?

- Nếu ta lựa chọn sự may rủi thì ta phải nói đến thuyết vũ trụ song song mà cơ học lượng tử cho phép. Trong những vũ trụ song song ấy có thể có tất cả mọi tổ hợp có thể của các hằng số và định luật vật lý. Phần lớn chúng đều vô dụng nhưng do một sự tình cờ, vũ trụ của chúng ta sẽ có một tổ hợp có ích và như vậy là chúng ta gặp may mắn lớn. Một cách nào đó chúng ta là kết quả của một cuộc gieo xúc xắc may mắn.

Một mặt khác, trong cơ học lượng tử, nguyên nhân đầu tiên không quan trọng. Trong thế giới vi mô thậm chí không có cả quan hệ nhân quả. Những hạt ma có thể xuất hiện bất kỳ lúc nào từ một chân không chứa đầy năng lượng một cách đột ngột và không lường trước được, không thể tiên đoán ở đâu và khi nào thì chúng xuất hiện. Một số nhà vật lý cho rằng cái gì đã đúng với một hạt cơ bản thì cũng đúng với vũ trụ ở thể ban đầu của nó. Vào 10-43 giây sau Vụ Nổ Lớn, vũ trụ với kích thước 10-43 cm chỉ nhỏ bằng một phần mười triệu tỷ tỷ của một nguyên tử. Chính cái mờ ảo lượng tử ấy đã cho phép thời gian và không gian, rồi cả vũ trụ xuất hiện đột ngột từ chân không.

Khoa học không giải quyết được giữa khái niệm tình cờ và khái niệm cần thiết mà nguyên lý anthropique (vị nhân) đề ra. Về phần tôi, không phải với tư cách là nhà khoa học mà là một người có tín ngưỡng, tôi đánh cược về một giả thuyết thứ hai: nếu cho rằng có một số vô hạn các vũ trụ song song không thể nào quan sát được tức là không thể kiểm chứng bằng thực nghiệm thì trái với sự đơn giản và tiết kiệm của các quy luật thiên nhiên. Cái làm tôi ngạc nhiên khi nghiên cứu vũ trụ ngược lại chính là sự thống nhất của nó, sự hòa hợp mật thiết cho phép trên mảnh đất nhỏ bé của chúng ta, chúng ta có thể đề xướng ra những quy luật vật lý có thể giải thích những sự kiện xẩy ra ở cách chúng ta hàng tỷ năm ánh sáng và có thể biết được tính chất của những vật thể xa xôi đến nỗi ánh sáng phải xuất hiện từ rất sớm trước cả khi các nguyên tử tạo nên cơ thể của chúng ta kịp hình thành.

Sự thống nhất ấy chúng ta bắt gặp ngay trong vật lý học, ở đấy người ta phát hiện ra các mối liên hệ giữa các hiện tượng thoạt đầu không có gì chung cả. Vào thế kỷ 19 James Maxwell thống nhất điện và từ. Thế kỷ 20 Albert Einstein nói với chúng ta rằng thời gian và không gian chỉ là một. Ngày nay các nhà vật lý đang cố gắng chứng minh rằng bốn lực cơ bản của thiên nhiên có thể thống nhất làm một.

Từ sự hòa hợp của vũ trụ dẫn đến một cảm giác rất sâu sắc về cái đẹp: không chỉ vì nó chứa đựng những vật thể thật đẹp mà vì nó thật giản dị. Những hiện tượng đa dạng như sự giãn nở của vũ trụ, sự chuyển động của các hành tinh hay hình dạng một bông hoa tuyết đều có thể giải thích bằng tác động của bốn lực cơ bản. Các thuyết miêu tả vũ trụ cũng phải giản dị và đẹp đẽ như thế. Tôi rất tin tưởng rằng cái đẹp đi đôi với chân lý và sự thẩm mỹ nuôi dưỡng trực giác và hướng dẫn sự nghiên cứu. Các nhà vật lý lớn như: Einstein và Dirac rất có ý thức về sự đẹp đẽ của lý thuyết của họ.

Nếu như sự điều chỉnh cực kỳ chính xác của vũ trụ không nhất thiết phải do một chuỗi liên tiếp các sự may rủi thì chúng ta phải đề ra một định đề về Nguyên lý sáng tạo đã điều chỉnh nó lúc đầu. Như Voltaire đã nói: “Vũ trụ làm tôi bối rối và tôi không thể nào nghĩ rằng cái đồng hồ ấy tồn tại mà lại không có người thợ sửa chữa đồng hồ.”

Các nghiên cứu của các nhà vật lý thiên văn đòi hỏi những phương tiện cực kỳ tốn kém cuối cùng có dẫn đến một sự tìm kiếm siêu hình không?

- Chúng dù sao cũng đáp ứng một khát vọng từ ngàn đời nay, khát vọng của những người lần đầu tiên ngẩng mặt nhìn lên trời. Chúng tôi, các đồng nghiệp của tôi và cả tôi nữa chính là hậu duệ của những người đầu tiên ấy với những phương tiện đầy đủ hơn, những máy móc tinh vi hơn. Nhưng bao giờ cũng vẫn là sự tìm kiếm ấy thúc giục chúng ta tự hỏi về nguồn gốc của chúng ta, về cội nguồn của sự sống. Bằng cách cho phép chúng ta đặt mình vào lịch sử lâu dài của sự tiến hóa vũ trụ, thiên văn học giúp chúng ta vượt lên trên sức nặng của thân thể chúng ta và sự ngắn ngủi của cuộc đời chúng ta.

Người đưa tin UNESCO, tháng 5-1994