Buzz
Thí nghiệm hai khe từng làm chấn động cộng đồng vật lý khi cho thấy một hạt electron có khả năng đi qua hai lối khác nhau cùng lúc. Từ nghịch lý khó tin ấy, một giả thuyết táo bạo đã được hình thành: vũ trụ có thể không phải là duy nhất. Có khả năng tồn tại những thế giới song song ngay bên cạnh thực tại mà chúng ta đang sống.
Trong trải nghiệm thường nhật của con người, thế giới dường như vận hành theo những quy luật quen thuộc và dễ hiểu. Mặt Trời mọc ở phía đông rồi lặn ở phía tây, các vật rơi xuống đất vì lực hấp dẫn, còn mọi sự kiện diễn ra theo chuỗi nhân quả rõ ràng. Một vật thể không thể cùng lúc tồn tại ở hai vị trí khác nhau và những lựa chọn trong quá khứ luôn quyết định kết quả ở hiện tại.
Thế nhưng khi đi sâu vào thế giới vi mô của cơ học lượng tử, toàn bộ những trực giác quen thuộc ấy dường như bị đảo lộn. Trong lĩnh vực này, các hạt cơ bản như electron không còn tuân theo những quy luật mà chúng ta quan sát trong đời sống hằng ngày. Chúng có thể tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái, thậm chí xuất hiện ở nhiều vị trí khác nhau trong cùng một thời điểm.
Một trong những minh chứng nổi tiếng nhất cho nghịch lý này chính là thí nghiệm hai khe, thường được các nhà vật lý gọi là “trái tim của cơ học lượng tử”. Cấu trúc của thí nghiệm thoạt nhìn khá đơn giản: các nhà khoa học sử dụng một nguồn phát electron, đặt phía trước một tấm chắn có hai khe hẹp và phía sau là một màn hình huỳnh quang để ghi nhận vị trí các electron va chạm.
Khi một chùm electron được bắn qua hai khe rồi rơi lên màn hình, kết quả thu được không phải là hai vệt sáng tương ứng với hai khe như trực giác ban đầu dự đoán. Thay vào đó, trên màn hình xuất hiện các dải sáng tối xen kẽ, giống hệt hiện tượng vân giao thoa của sóng nước. Điều này cho thấy electron đã thể hiện đặc tính của sóng, như thể chúng đi qua cả hai khe cùng lúc rồi tự giao thoa với chính mình.
Ban đầu, nhiều nhà khoa học nghi ngờ rằng hiện tượng này có thể xuất phát từ sự tương tác giữa các electron với nhau. Tuy nhiên, khi thí nghiệm được điều chỉnh để bắn từng electron riêng lẻ, kết quả vẫn không thay đổi. Những vân giao thoa vẫn dần xuất hiện khi nhiều electron đơn lẻ tích lũy trên màn hình. Điều đó cho thấy ngay cả một electron đơn lẻ cũng có thể hành xử như một làn sóng.
Điều còn khó tin hơn xuất hiện khi các nhà vật lý đặt thiết bị quan sát nhằm xác định electron đi qua khe nào. Ngay lập tức, các vân giao thoa biến mất và trên màn hình chỉ còn lại hai vệt sáng thẳng đứng. Lúc này electron hành xử giống một hạt thông thường. Hiện tượng ấy khiến nhiều người có cảm giác như electron “nhận ra” rằng nó đang bị theo dõi.
Nghịch lý của thí nghiệm hai khe nhanh chóng trở thành trung tâm của những cuộc tranh luận kéo dài trong lịch sử vật lý. Một trong những người phản đối mạnh mẽ cách lý giải phổ biến khi đó là Albert Einstein. Dù từng giành giải Nobel nhờ nghiên cứu hiệu ứng quang điện, Einstein vẫn không chấp nhận tính bất định của cơ học lượng tử. Ông nổi tiếng với câu nói “Thượng đế không chơi xúc xắc”, thể hiện niềm tin rằng vũ trụ phải tuân theo những quy luật xác định rõ ràng.
Trái lại, diễn giải Copenhagen do Niels Bohr cùng các cộng sự đề xuất lại cho rằng trước khi bị quan sát, các hạt tồn tại trong trạng thái chồng chập của nhiều khả năng khác nhau. Chỉ khi phép đo được tiến hành, hàm sóng của hạt mới “sụp đổ” và chọn ra một trạng thái duy nhất.
Đến thập niên 1950, một nghiên cứu sinh tại Đại học Princeton tên Hugh Everett đã đưa ra một cách nhìn hoàn toàn khác. Theo ông, hàm sóng thực ra không hề sụp đổ. Thay vào đó, mỗi khi một sự kiện lượng tử có nhiều khả năng xảy ra, toàn bộ vũ trụ sẽ tách thành nhiều nhánh tồn tại song song.
Theo cách diễn giải này, khi electron trong thí nghiệm hai khe đứng trước hai khả năng: đi qua khe trái hoặc khe phải, vũ trụ sẽ phân tách thành hai nhánh độc lập. Ở một nhánh, electron đi qua khe trái; còn ở nhánh kia, nó đi qua khe phải. Mọi khả năng đều xảy ra, nhưng trong những vũ trụ khác nhau.
Ý tưởng này sau đó được gọi là diễn giải đa thế giới của cơ học lượng tử. Tuy vậy, vào thời điểm được đề xuất, nhiều nhà khoa học cho rằng quan điểm ấy quá cực đoan. Luận án của Everett gặp phải sự hoài nghi rộng khắp và cuối cùng ông cũng dần rời xa con đường nghiên cứu vật lý.
Phải đến nhiều thập kỷ sau, khi cơ học lượng tử phát triển mạnh mẽ hơn, giả thuyết đa vũ trụ mới bắt đầu được xem xét một cách nghiêm túc. Một số nhà vật lý hiện đại cho rằng cách giải thích của Everett có ưu điểm đáng chú ý: nó không cần giả định thêm những cơ chế đặc biệt như sự sụp đổ của hàm sóng.
Theo góc nhìn này, vũ trụ có lẽ không phải là một thực thể đơn lẻ. Thay vào đó, có thể tồn tại vô số vũ trụ song song cùng hiện hữu trong một cấu trúc rộng lớn vượt ngoài tưởng tượng. Một số mô hình còn hình dung các vũ trụ ấy giống như những mảnh ghép trải dài trên một tấm vải vô hạn, trong đó mỗi mảnh đại diện cho một vũ trụ với những điều kiện vật lý riêng biệt.
Trong những vũ trụ đó, rất có thể tồn tại nhiều phiên bản khác nhau của Trái Đất. Ở một nơi nào đó, khủng long có thể chưa từng biến mất. Ở một nơi khác, các hằng số vật lý thay đổi khiến vũ trụ không thể hình thành sao hay hành tinh. Thậm chí, cũng có khả năng tồn tại vô số phiên bản khác nhau của mỗi con người, mỗi phiên bản trải qua một cuộc đời hoàn toàn khác biệt.
Dẫu vậy, cho đến hiện nay con người vẫn chưa thể trực tiếp quan sát các vũ trụ song song. Nhiều nhà khoa học cho rằng những nhánh vũ trụ này bị tách rời bởi các quy luật lượng tử cực kỳ phức tạp, khiến chúng gần như không thể tương tác hay ảnh hưởng lẫn nhau.
Một số nhà nghiên cứu, trong đó có nhà vật lý David Deutsch, thậm chí còn cho rằng sức mạnh vượt trội của máy tính lượng tử có thể liên quan đến việc xử lý thông tin đồng thời trong nhiều nhánh vũ trụ khác nhau. Tuy nhiên, giả thuyết này vẫn đang là chủ đề tranh luận trong cộng đồng khoa học.
Cho đến ngày nay, khái niệm đa vũ trụ vẫn nằm trong số những ý tưởng gây nhiều tranh cãi nhất của khoa học hiện đại. Những người hoài nghi cho rằng một lý thuyết không thể kiểm chứng bằng thực nghiệm sẽ khó được xem là một lý thuyết khoa học hoàn chỉnh. Ngược lại, các nhà ủng hộ tin rằng lịch sử khoa học từng nhiều lần cho thấy những ý tưởng táo bạo ban đầu thường bị nghi ngờ trước khi được chứng minh.
Nếu một ngày nào đó con người tìm ra bằng chứng xác thực về sự tồn tại của đa vũ trụ, phát hiện ấy không chỉ làm thay đổi nền tảng của vật lý học mà còn buộc nhân loại phải nhìn lại vị trí của mình trong vũ trụ. Khi đó, khái niệm về “một thế giới duy nhất” có thể chỉ là một lát cắt rất nhỏ trong bức tranh thực tại rộng lớn hơn nhiều.
