Chúng ta thường nghĩ khoa học là "thấy mới tin". Là phải có kính viễn vọng soi được tận mắt, phải có máy móc đo lường được tận t...
Chúng ta thường nghĩ khoa học là "thấy mới tin". Là phải có kính viễn vọng soi được tận mắt, phải có máy móc đo lường được tận tay thì một thứ mới được công nhận là tồn tại.
Nhưng thực tế, lịch sử vĩ đại của vật lý học lại giống như một cuộc chạy rước đuốc giữa hai thế hệ: Thế hệ những "Người Kiến Tạo" (các nhà vật lý lý thuyết) ngồi trong phòng, giải các phương trình toán học và chỉ tay vào màn đêm: "Chỗ kia có một kho báu". Và rồi nhiều thập kỷ, thậm chí cả thế kỷ sau, thế hệ những Kỹ sư (các nhà vật lý thực nghiệm) mới chế tạo ra những cỗ máy khổng lồ để thực sự đào trúng kho báu đó.
Toán học không chỉ là những con số khô khan. Nó là ngôn ngữ cốt lõi của vũ trụ, là cỗ máy tiên tri vĩ đại nhất của nhân loại. Dưới đây là 4 lần Toán học đã "nhìn thấy" sự thật trước cả khi công nghệ đủ sức chạm vào.
1. Phản vật chất: Từ một nghiệm âm của phương trình đến "Tấm gương của vũ trụ"
Năm 1928, nhà vật lý thiên tài Paul Dirac đang loay hoay viết một phương trình mô tả hạt Electron. Khi giải phương trình, ông sững sờ nhận ra nó luôn cho hai nghiệm (giống như x² = 4 thì x có thể là 2 hoặc -2).
Thay vì vứt bỏ nghiệm âm vô lý đó đi, Dirac đã đưa ra một tuyên bố chấn động: Vũ trụ bắt buộc phải tồn tại một loại hạt giống hệt electron nhưng mang điện tích dương. Ông gọi đó là "Phản vật chất" (Antimatter).
Chỉ 4 năm sau (1932), cỗ máy "Buồng mây" (Cloud chamber) của Carl Anderson đã thực sự chụp được quỹ đạo của hạt phản vật chất đầu tiên bay ngược hướng hoàn toàn so với vật chất thường. Ngày nay, tại cỗ máy gia tốc hạt khổng lồ LHC ở Châu Âu, con người không chỉ chứng minh được phản vật chất tồn tại, mà còn có thể tự chế tạo và giam giữ chúng bằng siêu từ trường!
2. Hạt ma quỷ (Neutrino): Lời nói dối tuyệt vọng cứu rỗi Vật lý
Năm 1930, Định luật Bảo toàn Năng lượng – định luật thiêng liêng nhất của giới khoa học – đứng trước nguy cơ sụp đổ khi các nhà nghiên cứu thấy năng lượng bị hao hụt một cách bí ẩn trong các phản ứng phân rã.
Để "cứu" vật lý, Wolfgang Pauli đã đánh liều lén thêm vào phương trình toán học một loại hạt vô hình để bù đắp số năng lượng bị thiếu. Ông gọi nó là một "sự sửa chữa tuyệt vọng" và tự trào phúng: "Tôi đã làm một việc tồi tệ, tôi tiên đoán sự tồn tại của một hạt không thể nào đo lường được."
Thế nhưng, lời nói dối ấy lại là sự thật của vũ trụ. 26 năm sau, hai nhà khoa học Clyde Cowan và Frederick Reines đã chế tạo một bể chứa khổng lồ và thực sự "bắt" được hạt Neutrino. Nó nhỏ bé, vô hình và tương tác yếu đến mức: Ngay lúc bạn đang đọc dòng này, có hàng nghìn tỷ "hạt ma quỷ" đang bay xuyên qua cơ thể bạn mà bạn không hề hay biết.
3. Tiếng vọng của Vụ nổ lớn: Lời tiên tri được tìm thấy trong... phân chim
Dựa trên Toán học của Thuyết Big Bang, năm 1948, các nhà lý thuyết dự đoán: Nếu vũ trụ thực sự sinh ra từ một vụ nổ nóng rực, tàn dư nhiệt của nó phải để lại một "tiếng vọng" bức xạ yếu ớt bao phủ khắp không gian. Nhưng lúc đó, không ai có cỗ máy nào đủ nhạy để nghe được tiếng vọng ấy.
Năm 1964, hai nhà thiên văn Arno Penzias và Robert Wilson sử dụng một ăng-ten vô tuyến khổng lồ và liên tục nghe thấy một tiếng nhiễu sóng "xì xèo" bí ẩn. Ban đầu, họ đinh ninh đó là do lũ chim bồ câu làm tổ và phóng uế vào ăng-ten. Họ dọn sạch sẽ ăng-ten, đuổi đàn chim đi, nhưng tiếng xì xèo vẫn còn đó.
Cuối cùng, họ vỡ lẽ: Âm thanh không thể xóa bỏ đó không phải lỗi thiết bị. Đó chính là bức xạ nền vi sóng vũ trụ – hơi nóng tàn dư của Vụ nổ lớn trôi dạt từ 13,8 tỷ năm trước tới Trái Đất. Sự tình cờ này đã mang về cho họ giải Nobel danh giá.
4. Trạng thái thứ 5 của vật chất: Bản thiết kế chờ đợi 71 năm
Khác với Rắn, Lỏng, Khí và Plasma, năm 1924, Albert Einstein và Satyendra Nath Bose đã giải một loạt phương trình và tiên đoán: Nếu làm lạnh một đám nguyên tử xuống sát độ Không tuyệt đối (-273.15॰C), chúng sẽ mất đi nhân dạng cá nhân và hợp nhất thành một "siêu nguyên tử" khổng lồ duy nhất (Trạng thái Ngưng tụ Bose-Einstein).
Lý thuyết toán học đã hoàn tất, nhưng nhân loại phải chờ ròng rã 71 năm để công nghệ làm lạnh và tia laser theo kịp bản vẽ đó. Đến năm 1995, khi vật chất được làm lạnh xuống chỉ còn một phần tỷ độ trên mức Không tuyệt đối, trạng thái thứ 5 kỳ ảo này mới thực sự hiện hình trước mắt con người.
Lời kết
Sự thật về các không gian đa chiều, Thuyết Đa vũ trụ, hay các hạt vật chất chưa được khám phá hiện nay nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng. Thế nhưng, nếu những phương trình toán học đứng sau chúng là hoàn hảo và triệt tiêu được mọi nghịch lý hiện tại, thì rất có thể, chúng ta chỉ đang ở trong giai đoạn "vẽ bản đồ".
Chức năng của những "Người Kiến Tạo" là phóng tầm mắt vượt ra khỏi giới hạn của công nghệ đương thời, đặt nền móng bằng những công thức siêu việt. Và biết đâu đấy, 50 hay 100 năm nữa, hậu thế của chúng ta sẽ mở được cánh cửa lượng tử để bước ra ngoài khoảng không 11 chiều vĩ đại kia.
- Nguyễn Công (Người Kiến Tạo) -
BÌNH LUẬN