Mục lục
1. Chúng ta di chuyển trong vũ trụ nhanh cỡ nào?
Có một khoảng thời gian khi những câu hỏi như vậy thường bị gạt đi bằng cách viện dẫn cái tên Einstein và tuyên bố “tất cả là tương đối. Rất may, mọi thứ bây giờ trở nên hấp dẫn hơn, dựa theo một phát hiện vũ trụ thật sự. Hiện tượng chúng ta đang chuyển động ngay cả khi đang đứng im rõ ràng là từ chuyển động châm của các ngôi sao trong suốt thời gian của một buổi chiều tối và suốt các đêm kế tiếp.
Bên cạnh việc đứng trên một hành tinh chuyển động với vận tốc 30km/s so với Mặt Trời, Hệ Mặt Trời của chúng ta cũng đang chuyển động xung quanh thiên hà với vận tốc khoảng 220km/s, mà dải thiên hà này tự bản thân nó cũng quay theo một dải thiên hà khác với một tốc độ tương đương.
Có một nguyên tắc tính ngược mà dựa vào đó chúng ta có thể đo được vận tốc của chúng ta, đó là các tia nhiệt từ vụ nổ Big Bang được phát hiện vào năm 1964. Các tia nhiệt từ vụ nổ này lan tỏa trong toàn bộ không gian và bất kì chuyển đối nào so với nó đều có thể được phát hiện nhờ vào các phương pháp đo nhiệt có độ chính xác cao.
Năm 1996, tiến sĩ Dale Fixsen và các cộng sự ở Trung tâm tàu vũ trụ Goddard, pháp này để chỉ ra rằng Trái Đất đang chuyển động với vận tốc khoảng 370km/s so với toàn bộ vũ trụ và theo hướng của một điểm nằm trên đường biên của chòm sao Sư Tử (Leo) và Cự Tước (Crater).
2. Các vật thể trông sẽ như thế nào nếu chúng ta có thể chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng?
Người ta thường nói rằng cậu thiếu niên Einstein đã được truyền cảm hứng để phát triển Thuyết tương đối của cậu bằng cách tự hỏi sẽ thế nào nếu chúng ta cười trên một chùm sáng. Điều ít được biết đến hơn là ngay cả ông cũng không đánh giá được các thí nghiệm sẽ trở nên quái lạ tới mức nào. Học thuyết của ông dự đoán rằng các vật thể có vận tốc gần bằng với vận tốc của ánh sáng sẽ co lại theo hướng của chuyển động và có thể bạn sẽ cho rằng sự co lại này sẽ sinh ra các hiệu ứng nhìn thấy được.
Tuy nhiên, năm 1959, nhà toán học nổi tiếng Roger Penrose chỉ ra rằng không phải mọi trường hợp đều như vậy. Một quả cầu bay nhanh với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng sẽ vẫn xuất hiện dưới dạng vòng tròn nhưng một tên lửa bay với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng sẽ xuất hiện dưới dạng bị ép và hơi xoắn lại, khiến cho một phần của nó mà lúc bình thường không thể nhìn thấy lại trở nên có thể thấy được một hiện tượng được gọi là Sự xoay Penrose-Terrell).
Cảnh tượng xảy ra sẽ không ít kì dị hơn đối với những người bên trong tên lửa. Họ sẽ thấy mọi thứ không những co lại mà còn uốn cong khỏi hình dạng ban đầu, trong độ sáng và màu sắc của chúng thay đổi, có vật màu xanh trắng mờ khi họ tiến đến gần và màu đỏ sẫm đen khi họ lùi ra xa.
3. Làm thế nào để “không” có thể tự biến đổi thành “có”?
Không có câu trả lời nào đủ sâu sắc để giải quyết câu hỏi này và đến tận thập niên 1970 chỉ có các nhà thần học và triết học cảm quan có thể trả lời được (thật ra các sinh om viên vật lý nhậu nhẹt quá giờ cũng trả lời được).
Ý niệm mơ hồ đầu tiên trả lời cho câu hỏi này đã nổi lên năm 1973, trong một bài báo mà hiện giờ rất nổi tiếng, của tạp chí Tự nhiên, “Có phải vũ trụ là một sự dao động chân không?”. Tác giả của nó, nhà vật lý Edward Tryon, đã chỉ ra một số điểm kì lạ của vũ trụ chúng ta. Ví dụ, nói một cách đơn giản giá trị tuyệt đối của tổng lượng năng lượng dương bị giữ trong vật chất của vũ trụ gần bằng với tổng năng lượng âm của lực hấp dẫn của chúng. Nói cách khác, tổng lượng năng lượng của vũ trụ là bằng 0.
Cùng với nhiều đặc điểm mang tính kỹ thuật khác nữa, nó khiến Tryon đưa ra giả thuyết vũ trụ được tạo thành từ con số không, hoặc chính xác hơn, vũ trụ là cái mà khoa học gọi là trạng thái chân không. Cái hay trong giả thuyết của Tryon là các đặc tính của trạng thái chân không này có thể tính toán được, cho nên câu hỏi về vấn đề làm thế nào để “không” biến thành “có” được mở ra.
Từ đó, các nhà vật lý đã bị thuyết phục rằng nguồn gốc của vũ trụ là liên kết chặt chẽ với các đặc tính của trạng thái chân không, mà từ đó, vũ trụ nổ tung ra trong vụ nổ Big Bang cách đây khoảng 14 tỉ năm. Sự hình thành tự phát như vậy nghe có vẻ giống như một phép ảo thuật nhưng lại hoàn toàn hợp lý.
Các đo đạc trong phòng thí nghiệm từ lâu đã khẳng định một sự thật rằng các hạt hạ nguyên tử liên tục xuất hiện và biến mất khỏi trạng thái chân không ở xung quanh chúng ta. Sự tự xuất hiện một vật có kích thước của vũ trụ tất nhiên ít hơn, nhưng quan trọng là, không phải không thể xảy ra. Nếu bạn tin vào học thuyết của Tryon thì đó chính xác là những gì đã diễn ra.
Không có gì đáng ngạc nhiên, không phải tất cả mọi người đều bị thuyết phục - nhất là bởi vì Tryon là một người không khéo léo trong việc định nghĩa vũ trụ. Một cách chính xác, vấn đề không chỉ là vật chất trong vũ trụ mà còn là không gian, thời gian và làm thế nào những thứ như không gian và thời gian được sinh ra từ một “hệ rỗng” vẫn còn là điều gây tranh cãi nhiều.
Nhưng có lẽ vật lý cơ bản vẫn chưa đủ “cơ bản” để giải thích cách thức mà “không” biến thành “có” và chúng ta nên tìm câu trả lời trong toán học thuần túy.
Nhiều năm trước đây, nhà toán học John von Neumann đã chỉ ra rằng ta có thể biến “không” thành “có” qua lý thuyết tập hợp: tức là các tính chất của một tập hợp các 11911. Soub) Stadt vật thể. Đặc biệt, Neumann đưa ra một bằng chứng tài tình rằng tất cả các số mà chúng ta đếm được từ số không trở lên, có thể được tạo thành từ sự sắp xếp của "tập hợp rỗng”, tức không chứa gì bên trong.
Có vẻ như toán học nắm giữ chìa khóa câu trả lời cho câu hỏi làm thế nào mà “có” được tạo nên từ “không”. Nhưng nó còn muốn nói với chúng ta những điều khác hơn: Đó là trong thực tế “không” là tất cả những gì đang có và chính do sự cố chấp của chúng ta trong việc tập hợp chúng lại thành một tập hợp có hạn đã tạo nên suy nghĩ rằng đó thật sự là “có”.