Vũ trụ có phải được tạo dựng từ toán học? Phần 2: Vũ trụ với cấu trúc tối giản

Vì sao các phương trình toán học lại có thể mô phỏng thế giới tự nhiên một cách chính xác đến mức kỳ lạ? Một giả thuyết táo bạo cho rằng nếu loại bỏ tất cả những yếu tố chủ quan của con người, thứ duy nhất còn lại để hình thành thực tại chính là toán học.

Trong suốt quá trình phát triển của nhân loại, chúng ta đã chứng kiến sự chuyển mình mạnh mẽ từ triết học tự nhiên sang khoa học hiện đại. Những kỳ quan công nghệ đã và đang hiện diện trong cuộc sống hàng ngày, từ điện thoại thông minh, hệ thống định vị GPS cho đến những phương pháp y học tiên tiến, tất cả đều là sản phẩm của khoa học.

Khoa học đạt được những thành tựu vượt bậc đó nhờ vào một công cụ vô cùng mạnh mẽ: Toán học. Sự hiệu quả đáng kinh ngạc của toán học trong việc mô tả vũ trụ khiến chúng ta phải tự đặt câu hỏi: Tại sao toán học lại hoạt động tốt đến thế?

Có phải như Galileo từng nói, chúng ta cuối cùng đã tìm ra ngôn ngữ bí mật của tự nhiên? Hay táo bạo hơn, có lẽ toán học không chỉ là công cụ để mô tả, mà chính là bản chất của vũ trụ?

Giả thuyết về vũ trụ Toán học và gánh nặng của "hành lý"

Có thể vũ trụ thực sự được tạo dựng từ toán học, một ý tưởng đến từ nhà vũ trụ học Max Tegmark. Trong cuốn sách xuất bản năm 2014 mang tên "Our Mathematical Universe" (tạm dịch: Vũ trụ Toán học của chúng ta), ông phác thảo một quan điểm: Ranh giới giữa vật lý, siêu hình học và triết học thực tế rất khó phân định. Ông lập luận dựa trên một giả thuyết cơ bản: tồn tại một thực tại khách quan bên ngoài, độc lập với ý thức con người. Nhiệm vụ của khoa học là khám phá và giải thích thực tại khách quan đó, và toán học chính là công cụ để làm điều này.

Tegmark cho rằng vật lý hiện đại đang mang vác quá nhiều "hành lý". Mặc dù chúng ta sở hữu những lý thuyết toán học tuyệt vời như Thuyết tương đối rộng và Cơ học lượng tử, con người vẫn cố gắng phủ lên chúng những khái niệm ngôn ngữ mang tính chủ quan. Các thuật ngữ như "hàm sóng", "không thời gian", "nguyên lý tương đương", hay thậm chí là "khối lượng", "điện tích" và "lực" thực chất chỉ là lớp vỏ bọc do con người tạo ra để tìm cách hiểu được cái cốt lõi bên trong.

Theo Tegmark, đây là những quan điểm lấy con người làm trung tâm, phủ lên thực tại khách quan. Để thấy được cấu trúc thực sự của vũ trụ, chúng ta cần loại bỏ những "hành lý" này. Thực tại khách quan cần phải tinh gọn, hiệu quả và không chứa đựng những định kiến chủ quan của loài người.

Trong triết học và khoa học, nguyên lý "Dao cạo Occam" (Occam's Razor) thường được sử dụng để ưu tiên các giải pháp đơn giản nhất. Tuy nhiên, đối với Tegmark, ông không chỉ sử dụng dao cạo, mà ông còn dùng một "chiếc búa tạ". Ông đề xuất việc đập bỏ hoàn toàn các lớp khái niệm vật lý để lộ ra cái lõi trần trụi bên trong.

Hãy thử tưởng tượng về một chiếc ghế, nếu bạn loại bỏ màu sắc, khối lượng, các nguyên tử và các lực tương tác – tức là loại bỏ mọi khái niệm do con người định nghĩa – bạn sẽ còn lại gì? Bạn sẽ còn lại các sự đối xứng và các cấu trúc. Nói cách khác, điều gì sẽ xảy ra khi bạn loại bỏ tất cả "hành lý" khỏi các lý thuyết vật lý của chúng ta? Chỉ còn lại toán học trần trụi, nguyên bản. Theo quan điểm này, không có sự phân biệt nào giữa toán học và vũ trụ; chúng chính là một.

Giấc mơ về một Lý thuyết Vạn vật thuần khiết

Nhiều nhà vật lý đã dành trọn sự nghiệp của mình để tìm kiếm một "Lý thuyết vạn vật" (Theory of Everything - TOE), nhằm thống nhất tất cả các lực trong tự nhiên. Tegmark tin rằng, nếu giả thuyết của ông là đúng, lý thuyết này sẽ không chỉ dừng lại ở việc mô tả các lực. Nó sẽ là một phương trình (hoặc tập hợp các phương trình) có thể giải thích tất cả các loại hạt, mọi tương tác và mọi tính chất của vũ trụ mà không cần đến bất kỳ hằng số vật lý tùy ý nào.

Trong một vũ trụ toán học tối giản, sẽ không có hằng số tốc độ ánh sáng, không có điện tích cố định của electron, và thậm chí không có số chiều không gian hay thời gian đã được định sẵn. Mọi thứ sẽ được gói gọn trong một phương trình duy nhất, có khả năng giải thích toàn bộ thực tại, bao gồm cả chính sự tồn tại của nó.

Cuối cùng, lập luận của Tegmark dẫn chúng ta đến một câu hỏi triết học sâu sắc: Nếu một phương trình toán học có thể mô tả hoàn hảo tất cả các khía cạnh của thực tại, thì tại sao chúng ta lại phải phân biệt giữa phương trình đó và thực tại? Có lẽ đã đến lúc "cắt bỏ người trung gian" và chấp nhận khả năng rằng: Vũ trụ này, ở bản chất sâu xa nhất, chính là toán học.