Bài phát biểu được ông thực hiện vào tháng 4 năm 2011, tin rằng rất đáng đọc và suy ngẫm đối với đông đảo độc giả yêu thích thiên văn học, vật lý học, những người đang làm công tác khoa học, giáo dục, học tập.
Bài phát biểu được dịch bởi dịch giả trẻ Phạm Quỳnh Chi và đã đăng chính thức trong sách "10 năm Thiên văn học Việt nam" do VACA phát hành nội bộ vào tháng 3 năm 2012.
My Brief History
Tôi được sinh ra vào ngày 8 tháng 1 năm 1942, chính xác 300 năm sau ngày mất của Galilei. Tuy nhiên, tôi ước chừng khoảng 200.000 đứa trẻ khác cũng được sinh vào ngày này. Tôi không biết liệu có ai khác trong số họ có hứng thú với thiên văn học không. Tôi được sinh ra ở Oxford, dù bố mẹ tôi sinh sống ở London, vì trong khoảng thời gian diễn ra Chiến Tranh Thế Giới II, Oxford là một nơi phù hợp cho việc sinh thành và nuôi nấng hơn. Người Đức đã đồng ý sẽ không đánh bom Oxford và Cambridge, đổi lại người Anh sẽ không đánh bom Heidelberg và Gottingen.
Cha tôi đến từ Yorkshire. Ông nội của ông, hay cụ nội của tôi, xuất thân từ một gia đình nông dân giàu có. Ông đã mua quá nhiều trang trại và đi đến phá sản trong cuộc khủng hoảng nông nghiệp vào đầu thế kỉ. Vậy nên cha mẹ của cha tôi không được dư dả lắm, tuy nhiên ông bà vẫn xoay xở để gửi bố tôi theo học y dược tại Oxford. Sau đó cha tôi tiếp tục nghiên cứu thuốc ở vùng nhiệt đời. Ông tới Đông Phi vào năm 1937. Khi chiến tranh bắt đầu, ông đã có một cuộc hành trình vượt bộ qua châu Phi để lên một con tàu trở lại Anh, nơi ông tình nguyện đầu quân. Tuy nhiên, mọi người nghĩ rằng ông sẽ cống hiến nhiều hơn với ngành nghiên cứu y dược.
Mẹ tôi được sinh ra ở Glasgow, Scotland, là con thứ 2 trong một gia đình 7 con của một bác sĩ. Gia đình mẹ tôi chuyển về miền nam tới Devon vào năm mẹ tôi 12 tuổi. Giống như gia đình của cha tôi, gia đình của mẹ tôi cũng không khá giả. Tuy nhiên, mẹ tôi vẫn theo học được tại Oxford. Sau khi tốt nghiệp, mẹ tôi đã làm nhiều công việc, kể cả thanh tra thuế, một công việc mà bà không thích. Sau đó, mẹ tôi đã bỏ việc này để trở thành một thư kí. Đó là cách mẹ tôi gặp bố tôi vào những năm bắt đầu chiến tranh.
Vào khoảng thời gian đó, trong và vừa sau khi chiến tranh kết thúc, chúng tôi sống ở Highgate, London, một nơi nhiều nhà khoa học và giáo sư cũng sinh sống. Ở một đất nước khác họ sẽ được gọi là tầng lớp trí thức, nhưng người Anh chưa bao giờ thừa nhận sự tồn tại của tầng lớp này. Trường học đầu tiên của tôi được gọi là trường Byron House. Đó là một ngôi trường rất cấp tiến trong khoảng thời gian bấy giờ. Tôi vẫn nhớ phàn nàn với bố mẹ tôi rằng họ không dạy tôi điều gì. Họ không tin vào cách giáo dục phổ biến thời đó – học qua luyện tập. Họ tin rằng chúng ta cần phải học đọc mà không hề ý thức được rằng chúng ta đang học. Cuối cùng, tôi cũng đã biết đọc, nhưng chỉ là khi tôi đã 8 tuổi. Em tôi Phil Ippa được dạy đọc bằng những cách truyền thống hơn, và có thể đọc vào năm 4 tuổi. Nhưng dù sao đi nữa, thì em tôi cũng thông minh hơn tôi nhiều.
Chúng tôi sống trong một ngôi nhà cao, hẹp, theo phong cách Victoria, nơi bố mẹ tôi đã mua với giá rẻ trong chiến tranh, khi mọi người đều nghĩ rằng London sắp bị vùi lấp dưới bom đạn. Thực ra, có một lần một tên lửa V2 đã đáp xuống cách chúng tôi một vài ngôi nhà. Tôi cùng mẹ và em tôi đang ở xa nhà vào giây phút đó, nhưng bố tôi vẫn ở trong nhà. May mắn thay, bố tôi không bị thương, và ngôi nhà cũng không bị hư hại nhiều. Tuy nhiên vài năm sau, có một địa điểm bị đánh bom ở ngay gần đó, nơi tôi thường chơi với Howard bạn của tôi, người sống cách tôi ba ngôi nhà. Howard hoàn toàn khác biệt với tôi, vì bố mẹ của cậu không phải những người trí thức như bố mẹ của tất cả những đứa trẻ khác mà tôi biết. Howard đi đến một trường cộng đồng, không phải Byron House, và cậu ấy biết về bóng đá, đấm bốc, những môn thể thao mà cha mẹ tôi sẽ không bao giờ nghĩ đến việc tham gia.
Một kỉ niệm khác cũng có ảnh hưởng mạnh tới tôi. Đồ chơi không được sản xuất trong chiến tranh, hay ít nhất là ở trong nước. Nhưng tôi từ lâu đã có một niềm hứng thú mãnh liệt với các mẫu tàu. Cha tôi đã thử làm cho tôi một con tàu bằng gỗ, nhưng tôi chưa thỏa mãn, vì tôi muốn một thứ gì có thể chạy được. Vậy nên cha tôi đã tìm một con tàu chạy trên đường ray hình tròn đã qua sử dụng, hàn lại nó bằng sát, và tặng tôi vào Giáng sinh năm tôi 3 tuổi. Con tàu vẫn không chạy tốt lắm. Nhưng ngay sau chiến tranh cha tôi đã tới Mỹ, và khi ông quay lại trên con tàu Nữ hoàng Mary, ông mua cho mẹ tôi một ít nilon, thứ không thể tìm được ở Anh lúc bấy giờ. Ông mua cho em tôi Mary một con búp bê biết tự nhắm mắt khi được đặt nằm xuống. Và ông mua cho tôi một con tàu Mỹ, cùng với một đường ray số 8. Tôi vẫn còn nhớ niềm vui sướng của mình khi mở hộp quà.
Sau này, khi tôi bước vào tuổi thiếu niên, tôi đã tự xây dựng mô hình máy bay và tàu. Tôi chưa bao giờ là một người khéo tay, nhưng tôi đã làm những mô hình này cùng bạn cùng trường của tôi là John McClenahan, người hoàn toàn giỏi hơn tôi, và cha cậu ấy có một xưởng chế tạo trong nhà. Tôi luôn muốn làm những mô hình mà tôi có thể kiểm soát. Tôi không quan tâm chúng trông như thế nào. Có lẽ đây cũng chính là động lực đã giúp tôi sáng chế ra một chuỗi những trò chơi khác rất phức tạp cùng một người bạn khác, Roger Fernyhow. Có một trò chơi sản xuất, với các xí nghiệp được làm từ các khối nhiều màu, đường và đường sắt, và cả một thị trường chứng khoán. Có cả một trò chơi chiến tranh, chơi trên một tấm bảng rộng 4000 ô vuông, và cả một trò chơi về thời phong kiến, nơi mỗi người chơi là một triều đại cùng với một cây gia phả. Tôi nghĩ những trò chơi này, cùng với những chiếc tàu, thuyền, và máy bay đều xuất phát từ một khát vọng tìm hiểu mọi thứ hoạt động bằng cách nào và làm thế nào để kiểm soát chúng.
Từ khi tôi bắt đầu nghiên cứu luận án Tiến sĩ, khát vọng này đã được thỏa mãn bằng nghiên cứu của tôi về vũ trụ học. Nếu bạn hiểu về cách vũ trụ hoạt động, bạn có thể kiểm soát nó, bằng một cách nào đó.
Khi chúng tôi lần đầu tới Saint Olbans, tôi được gửi tới Trường trung học nữ sinh, nơi nhận cả học sinh nam dưới mười tuổi. Tuy nhiên, sau khi tôi đã ở đây được một học kì, cha tôi lại có một chuyến đi như hàng năm tới châu Phi, lần này lâu hơn mọi khi và kéo dài gần bốn tháng. Mẹ tôi cảm thấy cô đơn, vì vậy bà đã đưa tôi và hai em gái của tôi tới thăm bạn học cũ của bà Beryl, vợ của nhà thơ Robert Graves. Họ sống ở một ngôi làng tên là Deya, trên đảo Mayorca của Tây Ban Nha. Lúc đó mới chỉ là 5 năm sau chiến tranh, và kẻ thống trị Tây Ban Nha, Francisco Franco, một đồng minh của Hitler và Mussolini, vẫn đang cầm quyền. (Thực ra, ông ta cầm quyền trong vòng hai thập kỉ tiếp.)
Tuy nhiên, mẹ tôi, vì đã là một thành viên của Liên đoàn Cộng sản trẻ trước chiến tranh, có thể tới Mayorca cùng 3 đứa trẻ chúng tôi bằng đường thủy và đường sắt. Chúng tôi thuê một căn nhà ở Deya, và có một thời gian tuyệt vời ở đây. Tôi học cùng gia sư với con trai của Robert, William. Người gia sư này là một người hậu bối của Robert, và có hứng thú với việc viết một vở kịch cho Eddin hơn là dạy chúng tôi học. Vì vậy, anh ta thường cho chúng tôi đọc một chương kinh thánh mỗi ngày và viết một đoạn văn về nó. Ý tưởng này đã dạy chúng tôi về vẻ đẹp của tiếng Anh.
Chúng tôi đọc qua phần "Khải hoàn" và cả một chút của "Di cư" trước khi tôi ra đi. Một trong những điều tôi học được từ việc này là không bao giờ bắt đầu một câu văn với chữ "và". Tôi có chỉ ra rằng hầu hết các câu trong kinh thánh bắt đầu với chữ "và", nhưng tôi được dạy rằng tiếng Anh đã thay đổi từ thời Vua James. Trong trường hợp đó, tôi tranh cãi, vậy tại sao chúng ta phải đọc kinh thánh? Nhưng lời tranh cãi của tôi đã trở thành vô hiệu. Robert Graves rất ưa thích những biểu tượng và sự thần bí của kinh thánh thời bấy giờ.
Ở trường, tôi chưa bao giờ nằm trong nửa đầu của lớp. Lớp của tôi rất thông minh. Bài vở của tôi chưa bao giờ chỉn chu, và các thầy cô giáo thường xuyên phàn nàn về chữ viết của tôi. Nhưng các bạn học của tôi đặt biệt danh cho tôi là Einstein, vì vậy có thể họ đã dự đoán được một tương lai tươi sáng. Năm tôi 12, một người bạn của tôi cá một túi kẹo rằng sau này tôi sẽ không làm được trò gì nên hồn. Tôi không biết liệu vụ cá cược này đã kết thúc chưa, và nếu có, thì ai đã thắng.
Trong 2 năm cuối trước tốt nghiệp, tôi muốn nghiên cứu chuyên sâu về toán và lý. Thầy giáo toán của tôi, thầy Tarta, là một thầy giáo rất tâm huyết, và trường tôi vừa xây thêm một phòng toán được sử dụng cho việc dạy và học toán. Nhưng cha tôi kịch liệt phản đối. Ông nghĩ các nhà toán học sẽ không kiếm được việc làm, trừ việc làm thầy giáo. Ông muốn tôi theo đuổi ngành y, nhưng tôi chưa bao giờ hứng thú với sinh học, môn học mà tôi thấy quá thiên về mô tả và không đủ cơ bản. Sinh học cũng không được đánh giá cao ở trường. Những học sinh giỏi nhất học toán và lý, những học sinh yếu hơn học sinh. Cha tôi biết tôi sẽ không theo đuổi sinh học, nhưng ông bắt tôi học hóa và một chút toán. Ông nghĩ như vậy sẽ giúp mở rộng các cơ hội khoa học của tôi. Bây giờ tôi là một giáo sư toán học, nhưng tôi chưa từng có thêm một sự giáo dục truyền thống nào về toán học từ khi tôi rời trường Saint Olbans vào năm 17 tuổi. Tôi phải tự tìm hiểu về toán. Tôi đã là phụ giảng cho các sinh viên ở Cambridge, và tôi luôn học trước họ 1 tuần trong suốt khóa học.
Cha tôi thường nghiên cứu về bệnh ở vùng nhiệt đới, và ông thường đưa tôi đi cùng tới phòng thí nghiệm của ông ở Mill Hill. Tôi rất thích tới đây, đặc biệt là nhìn qua kính hiển vi. Ông cũng thường đưa tôi tới nhà giữ côn trùng, nơi ông giữ những con muối bị nhiễm những căn bệnh ông đang nghiên cứu. Tôi rất lo sợ về nơi này, vì luôn luôn có một số con muỗi được bay tự do khắp nơi. Cha tôi rất chăm chỉ và tận tụy với những nghiên cứu của ông. Ông thường cảm thấy bất công vì ông luôn cảm thấy những người khác không tài giỏi bằng, nhưng họ có quan hệ và có thể nhờ vả. Ông luôn cảnh cáo tôi tránh xa những người như vậy. Nhưng tôi nghĩ vật lý khác so với y dược. Việc bạn học ở đâu, hay bạn quen biết ai không quan trọng. Điều quan trọng là bạn làm gì. Cha tôi luôn mong mỏi tôi sẽ học ở Oxford hay Cambridge. Bản thân ông cũng đã từng học tại Oxford, nên ông nghĩ tôi nên thử ở đó, vì tôi sẽ có cơ hội đỗ cao hơn. Vào thời gian đó, Oxford không có khoa chuyên nghiên cứu về toán, và đây cũng là một lí do nữa để cha tôi muốn tôi theo đuổi hóa học. Tôi có thể tìm một học bổng trong một môn tự nhiên nào đó thay vì toán.
Gia đình tôi tới Ấn độ trong vòng 1 năm, nhưng tôi phải ở lại để hoàn thành các bài thi vào đại học. Hiệu trưởng của tôi nghĩ tôi còn quá trẻ để thi thử vào Oxford, nhưng tôi vẫn đi thi kì thi lấy học bổng vào tháng 3 năm 1959 với 2 học sinh khóa trên tại trường học. Tôi tin rằng tôi đã làm rất tồi tệ và đã rất suy sụp khi trong kì thi thực hành những giảng viên ở trường tới hỏi chuyện nhiều thí sinh khác nhưng không phải tôi. Nhưng một vài ngày sau khi tôi trở về từ Oxford, tôi nhận được một thư điện báo rằng tôi đã trúng tuyển và giành được học bổng.
Năm đó tôi 17, và hầu hết các sinh viên ở trường tôi đã tham gia quân đội, và lớn tuổi hơn tôi nhiều. Tôi cảm thấy khá cô đơn trong năm đầu tiên và một phần năm thứ 2. Chỉ tới năm thứ 3 tôi mới thực sự cảm thấy hạnh phúc. Quan điểm ở Oxford thời đó rất chống lại việc ôn luyện. Bạn phải trở nên tài giỏi mà không hề cố gắng, hoặc chấp nhận những giới hạn của bản thân và bằng lòng với một bằng thấp. Để làm việc chăm chỉ để có một bằng cấp cao hơn được nhìn nhận như dấu hiệu của một người "gray man", từ lăng mạ kinh khủng nhất trong kho từ vựng của Oxford.
Trong thời gian này, khóa vật lý ở Oxford được sắp xếp các học sinh không phải ôn luyện quá nhiều. Tôi làm một bài kiểm tra trước khi đỗ, và sau đó học 3 năm ở Oxford với một bài thi cuối khóa khi kết thúc. Tôi từng tính toán ra rằng tôi làm việc chỉ khoảng 1.000 giờ trong suốt 3 năm tôi ở đây, có nghĩa là khoảng 1 giờ 1 ngày. Tôi không tự hào lắm về sự lười biếng này. Tôi chỉ đang diễn tả quan niệm của tôi và nhiều bạn bè thời điểm đó, một thái độ hoàn toàn chán nản và cảm thấy không điều gì xứng đáng để cố gắng. Một kết quả của sự ốm yếu của tôi là quan niệm của tôi đã hoàn toàn thay đổi: Một khi bạn đã phải đối mặt với tử thần từ rất sớm, bạn nhận ra cuộc sống đáng sống đến chừng nào, và còn bao nhiêu việc bạn muốn làm.
Do sự lười biếng kể trên, tôi đã lên kế hoạch để đỗ bài thi cuối khóa bằng cách chỉ giải các câu hỏi trong phần vật lý lý thuyết, và bỏ những câu đòi hỏi kiến thức thực tế. Tôi không thể ngủ đêm trước ngày thi vì quá căng thẳng và lo lắng, tuy nhiên, tôi đã không làm bài tốt. Tôi đã ở vào ngưỡng giữa một bằng loại một và một bằng loại hai, và tôi phải tham gia một cuộc phỏng vấn với chủ khảo để xem tôi nên được bằng gì. Trong cuộc phỏng vấn họ hỏi tôi về kế hoạch trong tương lai. Tôi trả lời rằng tôi muốn nghiên cứu. Nếu họ cho tôi một bằng hạng nhất, tôi sẽ tới Cambridge. Nếu họ cho tôi một bằng hạng hai, tôi sẽ ở lại Oxford. Vậy nên họ đã cho tôi một bằng hạng nhất.
Tôi luôn muốn tìm hiểu mọi thứ vận hành như thế nào, và thường tháo chúng ra để xem cách hoạt động, nhưng tôi không khéo léo lắm về việc lắp chúng vào. Các kĩ năng thực tiễn của tôi chưa bao giờ theo kịp những đòi hỏi lý thuyết của tôi. Cha tôi luôn khuyến khích niềm đam mê của tôi với khoa học, và thậm chí còn dạy tôi toán cho tới khi trình độ toán của tôi đã vượt xa của ông. Với điều này, và công việc của cha tôi, tôi nghĩ việc tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu khoa học là một việc hoàn toàn tự nhiên. Trong những năm đầu đời, tôi không phân biệt nhiều giữa các dạng nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên từ năm tôi 13, 14 tuổi, tôi nhận ra tôi muốn nghiên cứu về vật lý vì đây là môn khoa học nền tảng và cơ bản nhất.
Dù vật lý là môn học nhàm chán nhất ở trường, nó cũng là môn học dễ dàng và rõ ràng nhất. Hóa học thú vị hơn, vì những điều bất ngờ như những vụ nổ luôn xảy ra. Nhưng vật lý và thiên văn giúp tôi nuôi hi vọng có thể hiểu về nguồn gốc của loài người, và tại sao chúng ta đang ở đây. Tôi muốn hiểu những bí ẩn sâu nhất của vũ trụ. Có thể tôi đã thành công tới một mức nào đó, nhưng vẫn còn rất nhiều điều nữa tôi muốn biết.
Tôi tới khoa toán áp dụng và vật lý lý thuyết ở Cambridge (DAMTP). Tôi đã làm việc với Fred Hoyle, người bảo vệ cho thuyết trạng thái bền (steady state theory), và cũng là nhà thiên văn học người Anh nổi tiếng nhất trong lịch sử. Tôi nói thiên văn học vì vũ trụ học lúc bấy giờ không được coi là một ngành chính thức, nhưng đây mới chính là nơi tôi muốn nghiên cứu, được thúc đẩy sau một khóa học hè với một học sinh của Hoyle, Jayant Narlikar. Tuy nhiên, Hoyle có quá nhiều học sinh, vì vậy tôi đã được chỉ đến Dennis Sharma, người mà tôi chưa từng nghe tên. Nhưng có lẽ đó là cho lợi ích chung. Hoyle đi vắng rất nhiều, ông rất ít khi ở văn phòng, và tôi cũng sẽ không có sự quan tâm nhiều của ông. Sharma, ngược lại, lại thường xuyên ở đó và sẵn lòng để giải thích. Tôi không đồng ý với nhiều ý kiến của Sharma, đặc biệt là về nguyên lí của Mach, nhưng chính điều này đã thúc đẩy tôi xây dựng quan điểm của riêng mình.
Khi tôi bắt đầu nghiên cứu, hai lĩnh vực tôi hứng thú nhất là vũ trụ học và vật lý hạt cơ bản. Vật lý hạt cơ bản là một lĩnh vực thay đổi nhanh chóng, vì vậy nó thu hút những bộ não giỏi nhất, trong khi vũ trụ học và thuyết tương đối không tiến được xa hơn so với những năm 1930. Nhà vật lý nổi tiếng, Richard Feinman, đã kể lại một câu chuyện thú vị của lần ông tham gia cuộc hội thảo về thuyết tương đối và lực hấp dẫn ở Warsaw năm 1962. Trong một lá thư gửi cho vợ, ông nói: "Anh không hề học được bất cứ điều gì từ cuộc họp này. Bởi vì không hề có thí nghiệm, lĩnh vực này là một lĩnh vực trì trệ, và những người giỏi nhất hầu như không hề có hứng thú với nó. Có rất nhiều những người rỗng tuếch ở quanh đây (126) và điều đó không hề tốt cho huyết áp của anh. Lần sau nhớ nhắc anh đừng tham dự một cuộc hội thảo về lực hấp dẫn nào nữa…".
Tôi chưa học được nhiều toán từ khoa lý ở Oxford, vì vậy Sharma nghĩ tôi nên nghiên cứu về vật lý học thiên thể. Nhưng sau khi đã bị từ chối làm việc cùng Hoyle, tôi không muốn nghiên cứu điều gì tẻ nhạt như vòng quay Faraday (Faraday rotation). Tôi tới Cambridge để nghiên cứu vũ trụ học, và chỉ vũ trụ học. Vậy nên tôi đọc những cuốn sách cổ về thuyết tương đối rộng, và tham dự các bài giảng tại đại học Kings, London hàng tuần với 3 học sinh khác của Sharma. Tôi hiểu từng từ và các phương trình, nhưng tôi vẫn không thực sự hiểu được chủ đề của bài nói. Thêm vào đó, tôi còn bị chẩn đoán mắc phải chứng bệnh về dây thần kinh (ALS), và không dám hi vọng mình sẽ sống đủ lâu để hoàn thành bằng tiến sĩ. Và sau đó bất thình lình, vào cuối năm nghiên cứu thứ hai, mọi thứ trở lại bình thường. Bệnh của tôi không tiến triển gì nhiều, và tất cả công việc của tôi trở nên suôn sẻ, và tôi bắt đầu nhận được những thành quả ban đầu.
Sharma ủng hộ nguyên lí của Mach, rằng tính ì của các vật thể được tạo ra dưới ảnh hưởng của tất cả vật chất trong vũ trụ. Ông cố gắng thuyết phục tôi nghiên cứu về nguyên lí này, nhưng tôi cảm thấy sự phát biểu của nguyên lí Mach chưa chắc chắn. Tuy nhiên, Sharma cũng giới thiệu với tôi một nguyên lí tương tự về ánh sang, nguyên lí điện động lực học Wheeler Feinman nổi tiếng. Nguyên lí này nói rằng điện và từ trường cân xứng với thời gian. Tuy nhiên, khi chúng ta bật một cái đèn, đó là do ảnh hưởng của tất cả các vật chất khác trong vũ trụ mà các sóng ánh sáng mới đi ra từ đèn, thay vì đi tới từ vô hạn và dừng lại ở đèn. Để nguyên lí này đúng, tất cả các tia sáng đi ra từ đèn cần phải được hấp thụ bởi các vật thể khác trong vũ trụ. điều này sẽ xảy ra trong một vũ trụ không đổi, với mật độ các vật thể là một hằng số, nhưng không phải ở một vũ trụ big bang, với mật độ sẽ giảm xuống khi vũ trụ dãn nở. Đây có thể là một bằng chứng, nếu cần, về việc chúng ta sống trong một vũ trụ không đổi. Tại Cornell vào năm 1963, đã có một cuộc hội thảo về nguyên lí điện động lực học Wheeler Feinman và mũi tên thời gian. Feinman quá không hài lòng bởi những điều ngớ ngẩn được nói về mũi tên thời gian, vì vậy ông đã từ chối để tên mình xuất hiện trong hồ sơ. Ông được nhắc tới như ngài X, nhưng tất cả mọi người đều biết rõ ngài X là ai.
Câu hỏi quan trọng trong vũ trụ học vào những năm 1960 là liệu vũ trụ có một khởi đầu? Rất nhiều nhà khoa học phản đối ý kiến này, vì họ cảm thấy giây phút tạo hóa sẽ là lúc khoa học không thể đem vào áp dụng. Chúng ta thường phải nhờ tới tôn giáo, và bàn tay của Chúa, để quyết định sự bắt đầu của vũ trụ. Hai ý kiến đã được đưa ra. Một là thuyết vũ trụ không đổi, với khi vũ trụ mở rộng, vật chất mới sẽ được liên tục tạo ra để giữ mật độ ngang với mức trung bình. Thuyết vũ trụ không đổi chưa bao giờ có một nền tảng lý thuyết vững chắc, vì nó cần một trường năng lượng âm để tạo ra vật chất. Điều này sẽ khiến vũ trụ trở nên bất ổn định, hay làm mất đi sự kết hợp của vật chất và năng lượng âm.
Nhưng nó lại có giá trị lớn như một giả thuyết khoa học, vì nó sẽ giúp chúng ta có những dự đoán mà có thể được kiểm tra qua quan sát thực tiễn. Vào thời gian tôi bắt đầu nghiên cứu, thuyết vũ trụ không đổi đã gặp phải nhiều vấn đề. Nhóm nghiên cứu sóng thiên văn của Martin Ryle tại Cavendish đã làm một cuộc nghiên cưu về các nguồn phát ra các sóng yếu. Họ phát hiện rằng các nguồn này được phân bố khá đồng đều khắp bầu trời. Điều này chỉ ra rằng có lẽ các nguồn này ở ngoài thiên hà của chúng ta, vì nếu không chúng sẽ phân bố tập trung dọc theo Dải Ngân Hà (The Milky Way). Nhưng biểu đồ số lượng các nguồn so với cường độ của sóng phát ra từ các nguồn đó không ủng hộ sự dự đoán của thuyết vũ trụ không đổi. Có quá nhiều nguồn yếu, như vậy mật độ các nguồn phải cao hơn trong quá khứ. Hoyle và những người ủng hộ của ông thu được những lời giải thích ngày càng hợp lí cho những quan sát này, nhưng điều đã khiến cho thuyết vũ trụ không đổi chính thức bị bác bỏ là sự phát hiện của một nguồn yếu của bức xạ sóng ngắn. Điều này không thể được giải thích với thuyết vũ trụ không đổi, dù Hoyle và Narlikar có cố gắng đến đâu. May mắn thay tôi không phải một học sinh của Hoyle, vì nếu không tôi sẽ phải ở đó để bảo vệ cho thuyết này.
Nguồn của sóng yếu này chỉ ra rằng vũ trụ đã từng có một trạng thái nóng và đặc trong quá khứ. Nhưng nó không thể chứng minh rằng đây chính là sự khởi đầu của vũ trụ. Chúng ta có thể tưởng tượng rằng vũ trụ đã từng có một pha thu nhỏ lại, và nó đã chuyển từ thu nhỏ lại sang dãn nở ra ở một mật độ cao nhưng có hạn. Đây rõ ràng là một câu hỏi mấu chốt, và đó chính là điều tôi cần để hoàn thành luận án tiến sĩ của mình.
Trọng lực kéo vật chất lại với nhau, nhưng sự quay tách vật chất ra xa nhau. Vì vậy câu hỏi đầu tiên của tôi là, liệu sự quay có thể khiến vũ trụ chuyển trạng thái. Cùng với George Ellis, tôi đã chứng minh được rằng câu trả lời là không, nếu vũ trụ đồng đều về mặt không gian, có nghĩ là tất cả mọi điểm trong không gian đều giống nhau. Nhưng hai người Nga, Lifshitz và Khalatnikov lại nói rằng họ đã chứng minh được rằng một sự co mà không có một sự cân xứng chính xác sẽ luôn dẫn đến một sự chuyển trạng thái, với một mật độ có hạn. Kết quả này rất phù hợp với thuyết biện chứng vật chất của Marxist Leninist, vì nó giúp tránh khỏi những câu hỏi khó trả lời về sự khởi đầu của vũ trụ. Vì vậy nó đã trở thành một niềm tin trụ cột cho những nhà khoa học Xô-viết.
Lifshitz và Khalatnikov thuộc về trường phái cổ điển về thuyết tương đối rộng. Điều này có nghĩa là, họ đặt ra một lượng lớn các hệ phương trình, và cố gắng để đoán ra một câu trả lời. Nhưng nó vẫn chưa rõ ràng là liệu câu trả lời họ tìm ra đã phải là câu trả lời bao quát nhất chưa. Roger Penrose đã giới thiệu một hướng đi mới mà không đòi hỏi phải giải những phương trình này, thay vào đó chúng ta chỉ cần xử lí các thuộc tính chung, ví dụ như năng lượng là dương, và trọng lực là lực hút. Penrose đã tổ chức một hội nghị chuyên đề ở đại học Kings, London vào tháng 1 năm 1965. Tôi không có mặt tại buổi hội nghị, nhưng tôi đã nghe kể lại từ Brandon Carter, người làm việc cùng tôi tại trụ sở mới của DAMTP tại đường Silver. Đầu tiên, tôi không thể hiểu được vấn đề. Penrose chỉ ra rằng một khi một ngôi sao đang chết dần đã co lợi tới một bán kính nhất định, chắc chắn sẽ có một thời điểm đặc biệt khi không gian và thời gian chấm dứt.
Tôi nghĩ, chắc chắn chúng ta đã biết rằng không gì có thể ngăn cản một ngôi sao khổng lồ và lạnh lẽo sụp đổ dưới trọng lực của chính nó cho tới khi nó đã tới một điểm đặc biệt của mật độ vô hạn. Nhưng thực ra, các phương trình đều đã được giải cho sự sụp đổ của một ngôi sao hình cầu hoàn toàn. Tất nhiên, một ngôi sao thực tế sẽ không bao giờ chính xác là hình cầu. Nếu Lifshitz và Kalatnikov đúng, sự đối xứng hình cầu sẽ ngày càng giảm khi ngôi sao sụp đổ, và sẽ khiến các phần khác nhau của ngôi sao chệch ra khỏi các phần còn lại, và tránh một thời điểm đặc biệt của mật độ vô hạn. Nhưng Penrose đã chỉ ra rằng họ đã sai. Khi sự đối xứng hình cầu giảm nhẹ, một thời điểm đặc biệt vẫn sẽ xảy ra.
Tôi nhận ra rằng một luận điểm tương tự cũng có thể áp dụng với sự dãn nở của vũ trụ. Trong trường hợp này, tôi có thể chỉ ra rằng đã có những thời điểm đặc biệt khi không – thời gian có một sự khởi đầu. Vậy nên một lần nữa, Lifshitz và Khalatnikov lại sai. Thuyết tương đối rộng đã dự đoán rằng vũ trụ nên có một sự khởi đầu, một kết quả đã không tránh khỏi tai mắt của nhà thờ.
Trong những năm đầu tiên nghiên cứu, sự quan tâm chính của tôi là về thời điểm đặc biệt Big Bang của vũ trụ, thay vì thời điểm đặc biệt mà Penrose đã chỉ ra sẽ xảy ra ở những ngôi sao đang chết. Nhưng sau đó, Werner Israel đã có một phát kiến quan trọng. Ông chỉ ra rằng trừ khi những tàn dư từ một ngôi sao đang chết là chính xác hình cầu, thời điểm đặc biệt của nó sẽ có thể quan sát được bởi những người quan sát bên ngoài. Điều này có nghĩa là sự ngoại lệ của thuyết tương đối rộng tại thời điểm đặc biệt của một ngôi sao đang chết sẽ làm mất đi khả năng dự đoán tương lai của phần còn lại của vũ trụ.
Đầu tiên, hầu hết mọi người, kể cả Israel, nghĩ rằng điều này có nghĩa là do các ngôi sao thực tế không phải hình cầu hoàn toàn, sự sụp đổ của chúng sẽ dẫn đến những thời điểm đặc biệt có thể quan sát được, và làm mất đi tính dự đoán được. Nhưng một cách hiểu khác đã được đặt ra bởi Roger Penrose và John Wheeler. Đó là sự tồn tại của một thứ được gọi là Sự kiểm duyệt của vũ trụ. Thuyết này nói rằng tự nhiên là một người khó tính, và giấu các thời điểm đặc biệt trong các lỗ đen, nơi chúng không thể bị nhìn thấy. Tôi từng có một miếng dán nói rằng lỗ đen là không thể nhìn thấy được trên cánh cửa văn phòng của mình. Nghiên cứu của tôi về lỗ đen bắt đầu với một giây phút ngẫu hứng phát hiện ra (Eureka) một vài ngày sau sinh nhật con gái tôi, Lucy. Trong khi chuẩn bị đi ngủ, tôi nhận ra rằng tôi có thể áp dụng cho lỗ đen thuyết kết cấu nhân quả tôi đã phát triển cho thuyết các thời điểm đặc biệt.
Đặc biệt, khu vực ranh giới, giới hạn của lỗ đen, sẽ luôn tăng lên. Khi hai lỗ đen va vào nhau và nhập làm một, khu vực của lỗ đen cuối cùng sẽ lớn hơn tổng khu vực của hai lỗ đen ban đầu. Điều này gợi ý rằng khu vực cuối cùng này giống như thứ được gọi là entropy của lỗ đen. Nó có thể là một cách đo xem một lỗ đen có thể có bao nhiêu trạng thái ở bên trong với cùng một hình dạng bên ngoài. Nhưng khu vực này sẽ không hẳn là một entropy, vì như tất cả mọi người cùng biết, lỗ đen là hoàn toàn đen, và không thể ở vào trạng thái cân bằng với phát xạ nhiệt.
Trước kia từng có một thời hoàng kim, khi chúng ta đã giải quyết được hầu hết các vấn đề lớn trong các thuyết liên quan tới lỗ đen. Điều này là trước khi có bất cứ một quan sát nào về lỗ đen, và cũng chứng tỏ rằng Feinman đã ai khi nói rằng một lĩnh vực thiết thực cần phải được phát triển dựa trên bằng chứng. Vấn đề duy nhất chưa được giải quyết đó là để chứng minh thuyết Sự kiểm duyệt của vũ trụ, dù đã có rất nhiều cố gắng để làm được điều này. Đây là một vấn đề cơ bản cho tất cả những ai nghiên cứu về lỗ đen, vì vậy tôi có một mong muốn bất di bất dịch rằng điều này đúng. Tôi đã cá cược với Kip Thorne và John Preskill. Khả năng tôi thắng ván cá cược này là khá thấp, trong khi khả năng thua lại rất cao nếu có ai đó tìm được một phản ví dụ với một thời điểm đặc biệt nhìn thấy được. Thực ra, tôi đã thua ở một ván cá cược tương tự trước đây do không cẩn thận với những từ ngữ của mình.Những người thắng cuộc đã không thích thú lắm với chiếc áo phông tôi trả để thanh toán.
Chúng tôi đã thành công với thuyết tương đối cổ điển tới nỗi tôi đã có một chút vấn đề với việc xuất bản cuốn sách của chúng tôi, Không – Thời gian ở quy mô lớn với George Ellis. Nghiên cứu của tôi và Penrose đã chỉ ra rằng thuyết tương đối rộng không thể áp dụng với các thời điểm đặc biệt. Vậy nên bước tiếp theo chắc chắn phải là tìm cách kết hợp thuyết tương đối rộng, chỉ áp dụng với quy mô rất lớn, với thuyết lượng tử, chỉ áp dụng với quy mô rất nhỏ. Tôi chưa hề nghiên cứu gì về thuyết lượng tử, và vấn đề về các thời điểm đặc biệt có vẻ quá khó cho một điểm khởi đầu vào thời điểm đó. Vậy nên để khởi động, tôi nghiên cứu về cách các phân tử và các trường chịu ảnh hưởng của thuyết lượng tử sẽ phản ứng ở gần một lỗ đen.
Đặc biệt, tôi đặt ra câu hỏi, liệu chúng ta có thể có các nguyên tử với các hạt nhân là một lỗ đen sơ khai nhỏ bé được ra đời từ vũ trụ ban đầu. Để trả lời câu hỏi này, tôi nghiên cứu cách các trường lượng tử sẽ tán xạ khỏi một lỗ đen. Tôi đã hi vọng một phần của một sóng tới sẽ được hấp thụ, và phần còn lại bị phân tán. Nhưng thật ngạc nhiên, tôi tìm ra rằng có vẻ lỗ đen phát ra một thứ gì đó. Đầu tiên, tôi tưởng rằng mình đã tính toán sai. Nhưng điều khiến tôi tin vào điều này chính là sự phát ra này là thứ phải có để có thể tính toán khu vực ranh giới với entropy của một lỗ đen. Nó được tổng kết ở trong một công thức đơn giản, phát biểu entropy dưới dạng khu vực ranh giới, và ba hằng số cơ bản của tự nhiên, c – vận tốc ánh sang, g – hằng số của hấp dẫn Newton, và h – hằng số Planck. Tôi rất tự hào vì đã tìm ra điều này.
Lỗ đen sẽ mất dần năng lượng qua bức xạ, vậy nên dần dần nó sẽ giảm trọng lượng và teo nhỏ. Cuối cùng nó sẽ bốc hơi hoàn toàn và biến mất. Điều này từ lâu đã gây nên một vấn đề trong vật lý. Theo tính toán của tôi, sự bức xạ này là hoàn toàn qua dạng nhiệt và ngẫu nhiên, nếu như khu vực ranh giới là entropy của lỗ đen. Vậy nên làm thế nào để lượng bức xạ còn lại có thể mang toàn bộ dữ liệu về điều gì đã tạo nên lỗ đen? Nhưng nếu dữ liệu này bị mất đi, điều này đi ngược lại với cơ học lượng tử. Nghịch lý này đã được tranh cãi trong 30 năm với hầu như không một bước tiến vượt bậc nào, cho đến khi tôi tìm ra thứ tôi nghĩ là câu trả lời. Dữ liệu không phải là bị mất đi, chỉ là nó không được trả lại dưới dạng có ích. Điều này giống như việc đốt một cuốn bách khoa toàn thư. Dữ liệu không phải bị mất, nhưng rất khó để có thể dịch lại. Thực ra, Kip Thorne và tôi đã cá cược với John Preskill về nghịch lý dữ liệu này. Tôi đã phải đưa cho John một cuốn từ điển về bóng chày. Có lẽ tôi nên đưa cho ông ta đống tro tàn sau khi đốt thì đúng hơn.
Tới lúc này tôi mới chỉ chủ yếu nghiên cứu về lỗ đen, nhưng niềm đam mê của tôi với vũ trụ học đã được khơi dậy với ý tưởng rằng vũ trụ thuở sơ khai đã trải qua một giai đoạn dãn nở lạm phát, với kích thước của nó tăng lên với một tốc độ chóng mặt, giống như cách giá cả tăng lên trong các gian hàng. Các công thức của Euclit có vẻ là cách dễ dàng nhất để diễn tả sự biến thiên và chuyển biến qua các pha ở trong một vũ trụ lạm phát. Chúng tôi đã có một phòng trưng bày Nuffield ở Cambridge, được tham dự bởi tất cả những người có tên tuổi trong lĩnh vực. Tại buổi họp, chúng tôi đã dựng lên phần lớn bức tranh hiện tại về sự lạm phát này, gồm có những sự biến thiên quan trọng về mật độ, điều dẫn tới sự tạo nên các thiên hà, và dẫn đến sự tồn tại của loài người. Lúc này là 10 năm trước khi sự biến thiên của sóng vi ba được ghi lại, vậy nên một lần nữa trong lực hấp dẫn, lý thuyết lại đi trước thực nghiệm.
Bối cảnh ban đầu cho sự lạm phát là ban đầu vũ trụ bắt đầu với một thời điểm đặc biệt là vụ nổ big bang. Khi vũ trụ nở rộng, bằng cách nào đó nó đã chuyển vào một trạng thái lạm phát. Tôi nghĩ kết luận này rất không đầy đủ, vì tất cả các phương trình sẽ không áp dụng được vào một thời điểm đặc biệt. Nhưng trừ khi chúng ta biết rõ điều gì được tạo ra sau thời điểm đặc biệt ban đầu, chúng ta không thể dự đoán trước sự phát triển tiếp theo của vũ trụ. Vũ trụ học sẽ không thể đoán trước được điều gì. Vậy nên điều chúng ta cần là một không – thời gian mà không có các thời điểm đặc biệt, giống như một lỗ đen ở trong một phiên bản Euclit.
Tại phòng trưng bày tại Cambridge, tôi đã dành cả mùa hè ở Viện Vật Lý Lý Thuyết tại Santa Barbara vừa mới được xây dựng. Tôi đã nói chuyện với Jim Hartle về cách áp dụng hướng đi của Euclit với vũ trụ học. Theo hướng đi của Euclit, hàm sóng của vũ trụ được cho bởi một tổng Feinman qua một lớp các giai đoạn của lịch sử trong một khoảng thời gian không có thực. Vì thời gian không có thực có thể xảy ra như bất cứ một chiều nào khác trong không gian, lịch sử trong thời gian không có thực có thể là những bề mặt kín, như bề mặt của Trái Đất, không có điểm đầu hay điểm kết thúc. Jim và tôi quyết định rằng đây chính là sự lựa chọn tự nhiên nhất của một giai đoạn, hay đúng hơn là sự lựa chọn duy nhất. Chúng tôi đã đưa ra nguyên tắc không giới hạn: điều kiện giới hạn của vũ trụ là nó không có giới hạn. Chúng tôi đã bỏ qua sự khó khăn về khoa học và triết học của việc thời gian có một sự khởi đầu bằng cách biến nó trở thành một chiều trong không gian.
Điều kiện không giới hạn chỉ ra rằng vũ trụ sẽ được tự phát tạo ra từ không gì cả. Nó sẽ bắt đầu hoàn toàn trơn tru, nhưng với một số sự chệch hướng nhỏ. Những sự chệch hướng này sẽ lớn dần khi vũ trụ dãn nở, và sẽ dẫn đến sự hình thành của các thiên hà, ngôi sao, và tất cả các cấu trúc trong vũ trụ, kể cả các thực thể sống. Điều kiện không giới hạn chính là chìa khóa của tạo hóa, là lí do tại sao chúng ta đang ở đây.
Một thời gian trước, tôi viết một cuốn sách khá nổi tiếng, Lược sử thời gian (A brief history of time). Cuốn sách diễn tả cách nhìn của tôi về vũ trụ, nhưng nó cũng để lại rất nhiều câu hỏi bỏ ngỏ. Vì vậy tôi đã viết một cuốn sách mới Sự Sáng tạo vĩ đại (the Grand design) cùng với Leonard Mlodninov, để cố gắng trả lời những câu hỏi như: Làm thế nào để chúng ta hiểu về thế giới chúng ta đang sinh sống? Bản chất của thực tế là gì? Vũ trụ hoạt động như thế nào, và tại sao nó tồn tại? Vũ trụ có cẩn một đấng tạo hóa không? Hầu hết mọi người trong số chúng ta không quan tâm đến những câu hỏi này. Nhưng cũng hầu hết chúng ta đã từng tự hỏi: Tại sao chúng ta lại ở đây? Chúng ta được tạo ra từ đâu? Trước kia những câu hỏi này được dành cho triết học, nhưng triết học bây giờ đã mất đi vị thế trước kia. Triết học không thể đuổi kịp những bước tiến hiện đại trong khoa học, và đặc biệt là vật lý. Các nhà khoa học đã trở thành những người cầm ngọn đuốc dẫn đầu những cuộc phát kiến đi tìm tri thức của chúng ta. Mục đích của cuốn Sự sáng tạo vĩ đại là để đưa ra những câu trả lời dựa trên những phát kiến mới nhất. Chúng dẫn chúng ta tới một bức tranh rất mới mẻ và khác biệt về vũ trụ, cũng như vị thế của loài người trong vũ trụ ấy.
Các luật khoa học diễn tả cách vũ trụ hoạt động, nhưng để hiểu được vũ trụ một cách sâu xa nhất, chúng ta cần phải trả lời được câu hỏi tại sao. Tại sao ở đây lại tồn tại thứ này, mà không phải không tồn tại gì cả? Tại sao chúng ta tồn tại? Tại sao lại là định này, mà không phải định luật khác?
Câu trả lời cho tất cả những câu hỏi này là thuyết M. Thuyết M là thuyết tổng hợp duy nhất chứa tất cả những tham số chúng ta nghĩ lý thuyết cuối cùng cần phải có. Nó không phải một lý thuyết thường gặp, nhưng nó là một tập hợp của các lí thuyết khác nhau, mỗi lý thuyết trong đó là một cách diễn tả của sự quan sát trong một giới hạn của tình huống thực tế. Nó gần giống như một tấm bản đồ. Như tất cả mọi người đã biết, chúng ta không thể vẽ tất cả bề mặt trái đất trên một tấm bản đồ duy nhất, dự án Mercator dùng để vẽ bản đồ thế giới khiến cho các vùng xa cực nam và bắc trông có vẻ lớn hơn, và không thể thể hiện được cực nam và cực bắc. Thay vào đó chúng ta phải sử dụng nhiều bản đồ, mỗi bản đồ thể hiện một khu vực có hạn.
Các bản đồ này được xếp chồng lên nhau, và khi chúng được xếp như vậy, chúng sẽ cùng thể hiện một khu vực. Thuyết M cũng tương tự. Các thuyết khác nhau trong tập thuyết M có thể trông rất khác nhau, nhưng chúng đều có thể được công nhận là các trường hợp có hạn của cùng một lý thuyết lớn, khi một số tham số nhất định như năng lượng của một số trường là nhỏ tới mức có thể bỏ qua. Mỗi thuyết chỉ có một vùng giới hạn của tính chính xác, nhưng khi hai vùng giới hạn của hai thuyết được gộp vào với nhau, chúng mang lại cùng một kết quả. Không thể có một lý thuyết đơn lẻ nào là một sự miêu tả chính xác của các quan sát ở trong tất cả các trường hợp.
Thuyết M dự đoán rằng rất nhiều vũ trụ đã được tạo ra từ không gì cả. Sự tạo ra chúng không cần sự can dự của một Đấng Toàn năng nào đó, hay Chúa. Thay vào đó, những vũ trụ này được tạo ra một cách rất tự nhiên theo các luật vật lý. Chúng là một kết quả của khoa học. Mỗi vũ trụ đều có nhiều lịch sử, và có thể chuyển thành rất nhiều trạng thái khác nhau sau này, ví dụ như hiện tại, sau sự tạo ra của chúng. Hầu hết các trạng thái này sẽ rất khác với vũ trụ mà chúng ta đang quan sát, và khá không phù hợp cho sự tồn tại của bất kì dạng thực thể sống nào. Chỉ một số ít sẽ cho phép các sinh vật như chúng ta có thể tồn tại. Vì vậy, sự tồn tại của chúng ta đã chọn lọc ra chỉ số ít những vũ trụ mà có thể hỗ trợ sự sống. Dù chúng ta khá nhỏ bé và không quan trọng khi nói tới quy mô vũ trụ, điều này khiến chúng ta, theo một ngữ nghĩa nào đó, những vị chúa của tạo hóa.
Thuyết M chính là thuyết tổng hợp Einstein đã tìm kiếm. Sự thật rằng con người, những sinh vật chỉ đơn thuần là tập hợp của những phân tử cơ bản trong vũ trụ, đã có thể bước gần như thế này tới việc hiểu được những luật bao quanh chúng ta và vũ trụ của chúng ta, đã là một chiến thắng vĩ đại. Nhưng có lẽ phép màu thực sự, đó là những sự nghiên cứu trừu tượng về logic đã dẫn tới một thuyết độc nhất vô nhị, dự đoán và mô tả một vũ trụ rộng lớn, chứa đầy những sự đa dạng tuyệt vời mà chúng ta đang được thưởng thức. Nếu thuyết này được ủng hộ bởi thực nghiệm, nó sẽ là cái kết thành công của một cuộc tìm kiếm hơn 3.000 năm. Cuối cùng, chúng ta đã tìm ra Sự sáng tạo vĩ đại.
Cảm ơn mọi người vì đã lắng nghe!
Người dịch: Phạm Quỳnh Chi/Nguồn: Thienvanvietnam.org
Link gốc: https://thienvanvietnam.org/index.php?option=com_content&view=article&id=522:stephen-hawking-luoc-su-cua-toi&catid=32&Itemid=189