G Ố C  T H Ờ I  G I A N 

 

Nói thời gian chúng ta thường dùng nhiều từ như thời điểm, thời đại, thời giờ…hoặc ngôn ngữ thông thường như lúc, khoảng, nhưng thực ra đó chỉ là một ý niệm của con người. Chúng ta cảm nhận được sự di chuyển của thời gian theo những cảm quan cá nhân, đứng về cả hai phương diện tâm lý (psychic) và vật chất (physical) đối với môi trường chung quanh.

Đặc điểm của thời gian là di chuyển chỉ theo một chiều hoặc nhanh hoặc chậm tùy theo cảm quan của người đó. Tùy theo tâm lý mà đương sự mô tả ra thời gian theo ngôn ngữ của hoàn cảnh như lâu lắc lâu lơ hay nhanh chóng quá, nghĩa là rất rõ ràng khi người ta cảm nhận và lo nghĩ về thời gian, rồi hành động, nắm bắt nó hoặc chụp vội cơ hội để không hoài phí thời gian.

Từ xa xưa người ta đã cố gắng thử làm định nghĩa cho thời gian, họ nói vì thời gian trôi một chiều luôn làm biến đổi rối loạn không gian, vì thế cho nên con người ta cũng phải bươn chải chạy theo thời gian. Câu hỏi vớ vẩn nữa là liệu có bao nhiêu giây trong một giây, thực là khó hiểu hay vô lý, vì nếu thời gian vùn vụt lao qua theo một nhịp độ thay đổi (hoặc cố định) nhưng vẫn phải tuân thủ theo luật của tạo hóa, mà ta phải đặt tên là “siêu thời gian” (hypertime).

Rồi ngay siêu thời gian này cũng lại trôi nhanh dần, để nếu tăng theo một nhịp nào đó, thì nó sẽ thành “siêu siêu thời gian” và rồi tiến tới là “vô cùng siêu siêu thời gian”. Tới đây ta phải đặt câu hỏi là liệu sống trong một thế giới nhanh quá như vậy thì trí óc loài người có thể chạy theo kịp cái nhịp độ siêu nhanh đó, để rồi ý thức được sự hiện diện của cái “bây giờ” cái “hiện tại” cái “lúc này” hay không? Có lẽ vì vậy mà ta đã phải gắn nó vào với không gian để thành ý niệm không-thời-gian.

Xin đan cử mấy câu chuyện cổ vì muốn cố gắng tác động để làm “rút ngắn thời gian” học hỏi, mà người ta đặt gọi tên là thuật trị nước như của mấy ông Vua Tầu ngày xưa như sau: Tề Hoàn Công nói với Quản Trọng: “Quả nhân có ba nết xấu lớn, liệu có thể ngồi trên ngai vàng để cai trị nước được không?”

Quản Trọng hỏi: “Tôi chưa được biết những nết xấu đó như thế nào.”

Hoàn Công nói: “Quả nhân chẳng may có tính ham săn bắn. Dù đêm tối mà tới nơi nào có cầm thú, nhất định phải bắt cho được con mồi rồi mới chịu về, như vậy việc nước sao nhãng, các quan cũng không tâu trình được việc”.

Quản Trọng đáp: “Nết ấy thì xấu thực nhưng chưa đến nỗi nào”.

Hoàn Công lại nói: “Quả nhân bất hạnh còn ham uống rượu, dù ngày hay đêm, sợ các sứ giả chư hầu cho đến quần thần khó gặp, không tâu được việc.”

Quản Trọng bảo: “Nết đó xấu thì xấu thực đó, nhưng cũng vẫn chưa có gì gọi là cấp bách lắm đâu.”

Hoàn Công lại bảo: “Quả nhân có một nết xấu nữa là chẳng may hiếu sắc (ham đàn bà con gái), mà trong triều có nhiều cô, dì, chị, em gái chưa xuất gia.”

Quản Trọng đáp: “Tính ấy thì xấu thực, nhưng cũng chưa đến nỗi cấp bách làm hại Ông Vua.”

Hoàn Công biến sắc mặt bảo: “Ba nết xấu đó mà còn có thể được, thế thì còn có nết xấu nào ghê hơn nữa chăng?”

Quản Trọng đáp: “Ông Vua duy có tính không quyết đoán, không mẫn tiệp là không thể làm được việc nước thôi. Vì không quyết đoán thì làm mất lòng dân chúng, không mẫn tiệp không kịp ứng phó việc nước.” Đó là cách tóm lược thuật trị nước để rút ngắn thời gian.

Cũng vì sự khó khăn trong việc định nghĩa thời gian này, mà người ta lại phải chia các triết gia ra thành hai loại: loại thứ nhất là các “triết gia theo qui trình” (process philosophers) và thứ hai là các “triết gia theo đa phương” (philosophers of the manifold).

Triết gia theo qui trình có thể kể như là Alfred North Whitehead là một nhà triết học siêu hình (metaphysician) Mỹ gốc Anglo-Saxon, ông nói di chuyển thời gian là một dữ kiện siêu hình. Nhà triết học hiện sinh của Pháp Henri Bergson cũng bảo: di chuyển của thời gian là một trực giác không duy lý (non rational). Bergson còn nói thời gian là một quan niệm khoa học có đơn vị phi thực tế (misrepresents reality).

Triết gia theo đa phương thì bảo di chuyển của thời gian là một ảo giác (illusion). Ông lý luận là chúng ta dùng các chữ như quá khứ dĩ vãng, hiện tại và tương lai rồi lại còn chia động từ theo các thì (temps) khác nhau thì cũng chỉ là những cách nói thôi. Hoặc khi ta bảo là “dĩ vãng” hay “tương lai” là muốn mô tả những sự việc không trước mắt chứng kiến thôi. Tuy nhiên các triết gia đồng ý là cái gì thuộc tương lai thì có thể thay đổi được, còn cái gì thuộc dĩ vãng là cố định không thay đổi được.

Lại nữa theo quan niệm thời gian của Platonist Augustine ở thế kỷ thứ năm sau dương lịch thì rất khó xác định. Còn riêng Ludwig Wittgenstein tại Đại Học Cambridge lại bảo chẳng có bí hiểm gì trong việc này cả: chữ thời gian cũng chỉ là một trong vô vàn thuật chữ nghĩa, mà chúng ta thường quen dùng như “sớm quá”, “muộn quá”, “bây giờ” rồi mấy “giờ”, hoặc “phút”, hoặc “giây”, đó chỉ là những thuật ngữ rắc rối mà chúng ta mặc nhiên quen dùng rồi gán cho chúng tính thời gian.

Chúng ta cũng có thể thấy nhiều sinh hoạt của nhân loại gây “dấu ấn thời gian” như: các biến cố mà ta gọi là Lịch Sử bao gồm nhiều Triều Đại đã ghi chép lưu dấu trên mặt địa cầu. Sử gia xếp loại kể từ vài ngàn năm trở lại: Thời Thượng Cổ, Thời Trung Cổ và Thời Cận Đại.

Trong cuốn sách Các Đế Quốc Cổ Kim Lớn Nhất Trên Thế Giới (The World’s Greatest Empires) xuất bản bởi National Geographic ta có thể thấy: Thời Thượng Cổ hay trước Thiên Chúa Giáng Sinh gồm:

Đế Quốc Akadian bao gồm miền Mesotamia là vùng nằm giữa hai sông Tigris và Eupharates (miền Trung Đông) trong vùng này người Sumerians đã phát triển để thành nền văn minh nhân loại đầu tiên với hệ thống sông đào, cùng phát minh chữ viết cũng như lập các thành phố, và cũng chính nơi đây là một Đế Quốc bộc phát từ quyền lực quân sự.

Đế Quốc Babylonian: Đế Quốc này cũng bắt nguồn từ sa mạc Syrian vang danh với thành phố Babylone bên bờ sông Euphrates, đây là Đế Quốc phía bắc Mesopotamia cai trị bằng luật lệ khắt khe như “mắt đổi mắt” (an eye for an eye), tuy nhiên Đế quốc này bị xâm chiếm cướp bóc bởi các bộ tộc miền Tiểu Á (Asia Minor) và Ai Cập.

Tiếp theo phải kể đến Đế Quốc Đầy Quyền Lực miền sông Nil, gọi Ai Cập Thượng và Ai Cập Hạ với các Hoàng Đế Pharaons chiếm đóng toàn vùng bao quanh Địa Trung Hải, xây dựng nên những Kim Tự Tháp (Pyramids) bền vững qua thời gian vĩnh cửu, trong đó phải kể cả Nữ Hoàng Cleopatra từ La Mã.

Rồi sau đó là Đế Quốc rộng lớn bao la của A Lịch Sơn Đại Đế (Alexanders Empire) chỉ mới 20 tuổi, với đội quân hùng hậu của danh tướng Hy Lạp (Greeces) Macedoine, có thể coi là một Đế Quốc rộng lớn nhất lịch sử, với quân số lên tới 40.000 người, cùng đội kỵ binh đi chinh phục hai lục địa Âu Á (vượt qua vùng Tiểu Á Tế Á), thành lập nên nhiều Thành Phố đúng nghĩa quy tụ dân số đông đúc .

Bên phương Đông thì phải kể Đế Quốc của Tần Thủy Hoàng khởi đầu với việc xây dựng Vạn Lý Trường Thành và tiếp sau đó là Đế Quốc của nhà Hán (sau thời Tam Quốc Chí), và chiến công của Ngô Quyền là lần đầu tiên quân Việt đánh quân Tầu trên sông Bạch Đằng.

Chúng ta có nên kể về những “Đế Quốc tinh thần” hay Tôn Giáo cũng ngự trị phần lớn nhân loại trên thế giới như: tại Ấn Độ có Ấn Độ Giáo hay Bà La Môn trước khi một vị Giáo Chủ xuất hiện là Đức Phật Thích Ca Mâu Ni, còn bên Trung Hoa có các Đạo Khổng với Khổng Tử, Đạo Lão Vô Vi với Lão Tử, còn tại Trung Đông Jerusalem là Đức Chúa Trời và Vị Giáo Chủ là Đấng Jesus Christ.

Bước sang thời Trung Cổ có Hồi Giáo với Giáo Chủ Mohamed (bao gồm miền Trung Đông và bán đảo Ả Rập, lấy Thánh Địa là thành phố Mecca). Chúng ta cũng phải kể đến một Đế Quốc Khmer chiếm miền Đông Nam Á Châu với kỷ niệm bao kỳ quan Ankor Wat, Ankor Thom tại Siem Rệp Cambodia, bao gồm cả Vương Quốc Champa Chàm tức khu vực miền Nam Việt Nam ngày nay.

Trong khi đó tại miền Bắc Việt Nam, bên Tầu có Đế Quốc Mông Cổ cai trị bởi một Quân Đội hùng hậu lên tới 125.000 quân sĩ trên lưng tuấn mã, lãnh đạo bởi Ông Vua tàn bạo tức Đại Đế Genghis Khan (the Great Khan), nhưng rồi Đạo quân này cũng đã phải nếm mùi thất bại, bị chận đứng khi muốn xâm lăng, vì Danh Tướng Trần Hưng Đạo của nước Việt Nam. Sau đó phải kể một thời đại phong kiến là Triều Đình Nhà Minh  bên Tầu. Thời này có cuộc khởi nghĩa của Lê Lợi lập nên Nhà Lê Việt Nam.

Cùng thời này tại lục địa Âu Châu có “Đế Quốc Đức Tin Công Giáo La Mã” cùng các cuộc Thánh Chiến. Còn tại Phi Châu thì phải kể vùng sa mạc Sahara với Thế Giới Hồi Giáo. Tại Mỹ Châu có thế giới thờ Trời hay Thượng Đế của Aztec và Inca (nay là vùng Mexico và Nam Mỹ).

Bước sang thời đại tân tiến ngày nay, với tiến bộ của Khoa Học Kỹ Thuật chúng ta phải kể: Đế Quốc Anh (Bristish Empire), Đế Quốc Ottoman (Đức Quốc) hay nhịp cầu Âu Á, cùng các Triều Đình phong kiến Nhà Minh, Đế Quốc của các Sa Hoàng của Nga La Tư.

Rời các cột mốc Lịch Sử trong thời gian nếu muốn có một ý niệm rõ ràng, chúng ta hãy cố gắng đặt câu hỏi trở về Nguồn Gốc. Giả xử chúng ta muốn tìm về cái gốc của thời gian, nghĩa là lúc bắt đầu có thời gian, hay là cái giây phút đầu tiên vũ trụ thành hình. Liệu chúng ta có thể chế ra được một kính thiên văn “toàn hảo”, một loại dụng cụ mạnh nhất để có thể quan sát vũ trụ thực thực xa.                                         

Thế  rồi chúng ta lắp đặt cái viễn vọng kính này lên đỉnh một ngọn núi cao nhất, làm thành một thiên văn đài tối tân, vượt lên trên tất cả mây mù, cố quan sát nhìn ngắm tới các vì sao mờ nhạt tít tắp mù xa khi mà vũ trụ mới thành hình. Hoặc chúng ta cố chế tạo các gương phản chiếu vĩ đại, làm thành một hệ thống khám phá tinh tế nhất của nhân loại. Chúng ta mất nhiều năm tháng, tiêu nhiều tỉ USD để cố nắm bắt cái quang tử xa xôi nhất. Nhưng làm sao chúng ta có thể “nhìn” thấy được ? hay theo chân các thiên văn gia, trong một đêm quang đãng trăng đã lặn trên bầu trời, để chỉ còn là một bầu trời đêm quang đãng trên đầu. Những gì chúng ta phải cố gắng phát hiện trên cái vòm trời tím đen đó?

Xin bạn bình tĩnh lại để chúng ta coi xem liệu từ mặt đất bạn có thể tìm kiếm được hết các hành tinh vận hành chung quanh các                 

chùm sao. Rồi từ một phương hướng nào đó, giả sử bạn thấy được cả các ngân hà cách xa hàng trăm triệu năm ánh sáng. Rồi bạn điều chỉnh cho kính thiên văn đúng ngay vào cái điểm sáng nhỏ xíu li ti mờ ảo đó, để bạn cố gắng “thấy” được nơi sâu thẳm nhất, nghĩa là cho tới một ngôi sao đầu tiên xuất hiện trong vũ trụ, tức là cái khối cầu hydrogene và helium bừng sáng khi lúc vũ trụ hãy còn rất “trẻ”.

Sau khi đắn đo dằn vặt cùng các cuộc tranh luận gay gắt, phần lớn vũ trụ gia phải đồng ý là ánh sáng rất “giới hạn”, ánh sáng không thể cho chúng ta biết “toàn thể” vũ trụ được. Dù bạn có ngắm nhìn vũ trụ suốt cả đêm, hết đêm này tới đêm khác, thí dụ bạn không thể nào nhìn vào Lỗ Đen hay bạn không thể nào nhìn thấu tới “bình minh” của vũ trụ, khi mới khai sanh hay lúc bắt đầu có thời gian hoặc là khi vũ trụ mới có tuổi chỉ vài trăm ngàn năm sau Vụ Nổ Big Bang.

Điều rõ ràng nhất là khi đó các quang tử (photons) hãy còn lẫn lộn trong một mớ bong bong gồm cả các hạt (particles) vật chất nữa, mà chúng ta có thể mường tượng ra, ví chỉ như những con đom đóm lập lòe trong một giòng nước cổng lầy lội vậy. Điều nầy cũng xẩy ra ngay cả sau 380.000 năm sau Big Bang, dù vũ trụ lúc đó đã “nguội”  trong suốt, nhưng vẫn không phải là một “khoảng không” mà chúng ta có thể nhìn thấu xuyên qua được bởi những tia chớp của ánh sáng.

Vậy muốn tìm gốc thời gian vũ trụ gia phải tìm qua tiếng vang của vụ Nổ Lớn (Big Bang), hay còn gọi là vi ba vũ trụ nền (the cosmic microwave background), đây chính là điều căn bản của khoa Vũ Trụ Học. Đây cũng chính là bức tường hay cái rào cản của thời gian, mà trước đó thì chỉ có bóng tối ngự trị tất cả.

Từ nhiều thế kỷ con người vẫn cẩn thận lượm lặt tìm hiểu vũ trụ chỉ qua ánh sáng, và cho đó là phương cách tốt nhất để quan sát vũ trụ, cũng cho là chìa khóa tìm gốc thời gian. Tuy nhiên ánh sáng không thể cho phép tìm về thời gian lúc khởi đầu này, bởi lẽ dản dị là chúng ta không thể chế tạo một thiên văn đài vĩ đại đến bao nhiêu để có thể nhìn xuyên thấu tất cả. Vấn đề bây giờ là phải tìm dùng vi ba vũ trụ nền để tìm ra lúc bình minh của vũ trụ, các vũ trụ gia nghĩ là cần đến lực hấp dẫn vạn vật (gravity), là lực vẫn còn âm vang trong không gian mà chúng ta đặt tên gọi là “sóng lực hấp dẫn” (gravitional waves), rồi muốn ghi lại các sóng này, chúng ta phải dùng nhiều loại máy móc khác, rất khác lạ đối với các thiên văn đài.

Qua vài chục năm gần đây người ta đã cố gắng chế ra các dụng cụ để phát hiện ra sóng của lực hấp dẫn vạn vật (gravitational waves) thế nhưng đều không có kết quả. Thí dụ như trong báo Scientific American số tháng Tư năm 2002 tác giả W. Wayt Gibbs mô tả là một ngân sách gồm 570 triệu USD được xử dụng để chế tạo ra một Đài Đo bằng phương pháp dùng Giao Thoa Kế vởi tia Laser (Laser Interferometry Gravitational Wave Obsevatory) tên viết tắt là LIGO. Đài này gồm ba nhà máy, hai đặt tại bang Washington và một nhà máy đặt tại bang Lousiana. Mỗi nhà máy có một máy phát tia laser kỳ diệu, nó cho phép có thể đo được những đoạn dài chỉ bằng khoảng chiều dài của một đơn vị nguyên tử.

LIGO phóng ra các luồng tia laser theo hai hướng vuông góc với nhau rồi đo độ khác nhau của các luồng laser này, đây là một kỹ thuật (hay còn gọi là chiến lược strategy), đặt tên là Phép Đo bằng Giao Thoa Kế Laser: vì khi các sóng lực hấp dẫn (gravitional waves) tác động kéo hay đẩy làm thay đổi (dù rất nhỏ) chiều dài của các luồng tia laser thì LIGO vẫn ghi nhận được, cho nên ta có thể bảo LIGO là “cái tai trong không gian” (celestial earpiece), hay như một máy microphone khổng lồ, vì nó đã lắng nghe được bản hòa tấu quá mơ hồ trong vũ trụ bao la vô tận.

Cũng y như các hiện tượng vật lý khác lạ, sóng lực hấp dẫn vạn vật (gravitional waves) là một quan niệm có tính cách lý thuyết, hay có thể mô tả chỉ là các trị số của một phương trình, khó mang vào trong thực nghiệm. Chính Albert Einstein đã nêu ra trong lý thuyết tương đối tổng quát (theory of relativity) của ông, sự hiện diện của sóng lực hấp dẫn vạn vật này. Ông cho là bất cứ một vật thể nào có khối lượng và di chuyện nhanh đều có thể làm xoắn khuôn không-thời-gian rồi làm phồng căng chỗ đó lên.

Nhưng phồng căng bao nhiêu? Einstein nghĩ rằng chúng ta chẳng thể nào chứng minh được. Thế rồi từ năm 1974 hai vũ trụ gia tên là Russell Hulse và Joseph Taylor lại nghĩ rằng có thể quy nạp chứng minh sự xoắn này bằng một xét nghiệm: là quan sát tài tình, tế nhị một hệ thống sao đôi (binary pulsar). Các pulsars này quay tít, là nhân phát sáng của các sao nổ. Chúng quay và phát sáng với một nhịp độ đều đặn rất đáng ngạc nhiên, đó là lý do mà phần lớn vũ trụ gia đã muốn dùng chúng như một loại đồng hồ để đo thời gian trong vũ trụ.

Trong hệ thống sao đôi (binary pulsar), thường là một pulsar quay cặp đôi với một sao khác (có thể là một sao siêu đặc như sao trung hòa tử: neutron star). Hai ông Hulse và Taylor cũng nghĩ là Einstein rất đúng khi đưa ra lý thuyềt tương đối, tính ra rằng hệ sao đôi trên gây ra sóng lực hấp dẫn (gravitional waves), lấy đi năng lượng làm quỹ đạo hệ thống hẹp dần lại, trong khi các sao chạy tăng tốc độ lên. Rồi hai ông đã tính và theo dõi đường đi của các sao đôi này trong nhiều năm, thấy hoàn toàn phù hợp với những gì họ đã tiên đoán trước, rất rõ ràng và đó cũng là điều khiến hai ông được nhận giải thưởng Nobel về Vật Lý năm 1993.

Cái rắc rối của LIGO là chúng ta chỉ “nghe thấy” hệ thống sao đôi (binary phulsar) ở phút cuối cùng của chúng thôi, khi mà chúng đã đụng nhau và phát ra những sóng mạnh truyền trong vũ trụ. Tuy vũ trụ bao la, nhưng chuyện sao đôi đụng nhau cũng vẫn kể là rất hiếm, vì vậy chúng ta phải rất cẩn thận mới có thể lắng nghe được các cuộc đụng này trong không gian bao la. Ngay cho tới gần đây, chuyện LIGO ghi nhận được vẫn còn rất giới hạn, trong một khoảng không gian phải nhiều thế kỷ mới ghi  được một hệ thống sao đôi đụng nhau (binary collapse).

Thế nhưng mà ngay hệ thống LIGO cũng không hoàn hảo vì quá phức tạp và chiếm khoảng cách rộng lớn nhiều kilometres. Rồi những phần máy phát hiện cũng rất rắc rối, không đủ nhậy bén để ghi nhận được các vụ sao đôi đụng nhau ở quá xa: như từ 500 triệu năm ánh sáng, phải “nhìn” khoảng cách như trên, mới có thể ghi nhận được khoảng vài trăm vụ sao đụng nhau mỗi năm. Dầu sao thì các nhà thiên văn vật lý cũng phải tạm hài lòng với LIGO, và ít nhất là một thời gian nữa, dự trù khoảng đến năm 2016 hệ thống này mới hoạt động được, nhân tiện cũng là kỷ niệm luôn đúng 100 năm chẵn sau lời tiên đoán của Einstein.

Trong NASA Goddard Space Flight Center (Trung Tâm Bay Goddard của NASA) có hai nhóm kỹ sư , kể như là các khoa học gia đầu tiên quyết định phải khám phá kỳ được sóng lực hấp dẫn vạn vật trong không gian. Nhóm trước muốn thực hiện cho bằng được một Cần dùng cho Phép Đo bằng Giao Thoa Kế Laser (hay the Laser Interferometer Space Antenna) trong nhiều thập niên gọi tên là LISA. Rồi nhóm LISA này còn tham vọng là sẽ so sánh các kết quả với nhóm LIGO kể trên.

Họ có tham vọng phóng ba vệ tinh không gian bay quanh Mặt Trời, ba vệ tinh này chiếm ba góc một hình tam giác đều, mỗi cạnh là năm (5) triệu kilometers. Một khi các vệ tinh đã được phóng lên không gian, khoảng cách của chúng được đo liên tục bằng tia laser. Nếu sóng lực hấp dẫn tác dụng vào những vệ tinh này, sẽ làm vênh váo (không còn trong một mặt phẳng) tam giác đều kể trên, và chúng ta đo được bằng các tia laser với độ chính xác rất cao (đúng hàng phần triệu triệu millimeter).

Trong khoảng ba chục năm trở lại đây, nhóm chuyên gia hàng đầu của khoa nghiên cứu sóng lực hấp dẫn vạn vật (gravitional waves) trong NASA tổ chức nhiều cuộc hội thảo để trao đổi tin tức và kinh nghiệm. Từ 1990 tới 2000 nhóm LISA này có tham vọng mang lá cờ đầu của thiên văn vật lý với Ống Nhòm Không Gian James Webb (James Webb Space Telescope viết tắt JWST). Vì bật đèn xanh cho nhóm LISA này tiêu pha thoải mái đến cả chục năm, nên nhiều năm sau người ta đã thấy JWST ngốn quá nhiều tiền (hàng bao nhiêu tỉ US dollars) của ngân sách NASA trong việc chế tạo các dụng cụ chẳng kém gì LIGO.

Cuối cùng họ phải thu gọn và giao cho một nhóm nhỏ đặt tên là nhóm Nghiên Cứu Cao Cấp (the agency’s Advanced Concepts) với kỹ thuật đặt tên chế tạo Giao Thoa Kế Nguyên Tử (Atom Interferometry). Cầm đầu toán này bởi Babak Saif, ông này cũng là kỹ sư cho JWST, và Mark Kasevich, cả hai đều là  giáo sư về vật lý ứng dụng tại Đại Học Stanford Mỹ.

Hồi tháng Hai (February) năm nay tôi tới thăm Ông Saif tại phòng nghiên cứu laser tại Goddard, vì ông đang bắt đầu nghiên cứu chế tạo một  Giao Thoa Kế Nguyên Tử bằng một kỹ thuật mà ông đã đánh giá là căn bản nhỏ nhất cho việc phát hiện sóng lực hấp dẫn (gravitational wave). Đây là một trong các phòng xét nghiệm đáng hãnh diện vì văn minh nhất của thế giới, đã quy tụ các khoa học gia từ các Viện Hàn Lâm nổi tiếng mà Saif nói là nơi đang khởi đầu cho công việc này.

Ông là người Iran di cư sang Mỹ năm 17 tuổi cùng gia đình định cư tại bang Virginia, cũng tại đây ông mới bắt đầu theo học các lớp về khoa học và toán học ở trường college cộng đồng địa phương. Ban đêm thì ông đã phải đi làm tại cột đổ xăng để kiếm thêm tiền học, để cho mau hiểu cùng thu thập các kiến thức hiện đại nhất. Tới năm 1981 thì ông may mắn xin được học bổng vào học Đại Học Công Giáo Hoa Kỳ (the Catholic University of America), mấy năm sau ông mới hoàn tất chương trình Ph.D. Cuối cùng Saif mới được nhận vào Goddard và đã qua hàng chục năm tại Viện Khoa Học Không Gian Chế Tạo Kính Thiên Văn (the Space Telescope Science Institut), ở đó ông đã vẽ kiểu cho giao thoa kế, dẫn đến việc làm test những tấm gương cho phép ghi nhận tới độ chính xác nhậy từng nanometer (phần tỉ millimeter), mà rồi Kính Không Gian Thiên Văn Hubble cũng đã phải sao chép lại.

Chính Saif nói ông và Kasevich đã đưa ra ý niệm cho việc chế tạo giống như LISA, dùng đo khoảng cách thật chính xác cho các quỹ đạo của vệ tinh nhân tạo phóng lên không gian. Nhưng LISA đo sự thay đổi khoảng cách bằng chính các tia laser phát ra giữa các vệ tinh đó. Còn bây giờ phương pháp đo của Saif và Kasevich thì lại đã dùng ngay những nguyên tử đang lơ lửng bao quanh phía ngoài các vệ tinh. Bởi vì giao thoa kế nguyên tử (the atom interferometer) đo khoảng cách giữa các nguyên tử của ngay đám mây chung quanh, vì vậy có thể nói đo đúng tới 5.000 lần nhỏ hơn khoảng cách mà máy móc của LISA đã dùng.

Kỹ thuật này đã có điểm mạnh là độ chính xác rất cao. Các sóng lực hấp dẫn được đo với khoảng cách giữa vệ tinh nhỏ hơn một phần tỉ tỉ của millimeter, mà giao thoa kế vẫn ghi nhận ra độ lệch phân cách.

Tuy nhiên không phải ai cũng thỏa mãn với giao thoa kế nguyên tử: vì vậy đã có sự giới hạn và tranh luận trong nghiên cứu khoa học không gian này, giữa nhóm giao thoa kế nguyên tử của Saif và nhóm LISA. Tuy nhiên quan niệm cũng như phương pháp đo đạc của cả hai nhóm trên thì gần như giống nhau: vì họ củng muốn đòi hỏi sự hài hòa chính xác giữa khoảng cách các vệ tinh và cùng dùng giao thoa kế kiểm soát sự chính xác cần đo. Saif còn nhấn mạnh là chuyển từ giao thoa kế ánh sáng sang giao thoa kế nguyên tử sẽ rẻ tiền hơn nhiều, bởi vì chúng ta có thể giảm thiểu khoảng cách giữa các vệ tinh: và rồi trong tương lai, chính đó là điều cần phải xem xét lại kết quả của nhóm LISA.

Điều quan trọng trước mắt là trong việc triển khai kỹ thuật mới không cho phép đánh giá thật chính xác, hay sự tiêu pha phải tốn kém đến mức nào (tiêu hết bao nhiêu tỉ USD) cho việc triển khai kỹ thuật mới này. Muốn định giá cho việc chế tạo những phương tiện mới trị giá bao nhiêu tiền là điều khó khăn cho các vũ trụ gia để họ bắt đầu ước lượng cho cả một hệ thống máy móc cần dùng cho việc nghiên cứu.

Đến Viện Goddard tôi tim gặp và hỏi Saif là ông đã dùng thời gian nghiên cứu để suy nghĩ kỹ về kế hoạch này chưa, nếu tốn nhiều tiền rồi mà các vệ tinh này vẫn không bay hay phóng lên được thì sao. Ông bảo rồi những nghiên cứu về tân vật lý (new physics) sẽ có thể làm được. Ông còn tin là trong thập niên tới đây sẽ là thời gian chuyển tiếp trong tất cả mọi lãnh vực Vũ Trụ Học, nghĩa là người ta không nghiên cứu vũ trụ bằng ánh sáng với “hạt quang tử” (photon) nữa mà sẽ chuyển sang nghiên cứu vũ trụ bằng lực hấp dẫn vạn vật tức bằng “hạt trọng lực” (graviton).

Sóng lực hấp dẫn vạn vật (waves gravitional) hay sóng trọng lực sẽ thay thế sóng ánh sáng giúp chúng ta đi tìm ra Gốc Thời Gian hay lúc Khởi Đầu Vũ Trụ. Ánh sáng thường bị giới hạn bởi vì chính nó chỉ là sản phẩm của sự tác động giữa các hạt vật chất (particles), khi ánh sáng lóe bật phát lòa ra trong vũ trụ cũng chỉ là một sự kiện nhỏ, vì chỉ tổng hợp làm cho hydrogene biến thành helium ở các sao (định tinh), thì kể như một hiện tượng không đáng kể. Nếu chúng ta muốn nghiên cứu xem một vật khổng lồ chuyển động trong không-thời-gian, thì chúng ta phải để ý đến nhiều sự kiện trong một toàn cảnh phức tạp (mosaic) hơn nhiều của vũ trụ.

Đó là không nói ánh sáng có thể làm sai lệch cho các quan sát vũ trụ, vì nó chỉ là một hiện tượng cơ nhiệt học (thermodynamic) của môi trường. Trong Thiên Văn Học tổng quát, ánh sáng phát ra chỉ là một sản phẩm quá bình thường tại các ngôi sao hoặc khi siêu sao nổ đụng nhau, trong khi vũ trụ là một cấu trúc sinh động đầy rẫy sự hỗn mang.

Sóng ánh sáng cũng mỏng manh (fragile) nữa. Các sóng ánh sáng thường lẫn lộn hay bị che khuất khi truyền đi trong không-thời-gian. Rất nhiều luồng ánh sáng bị mất hút trong các đám mây dầy đặc, đó là không kể nhiều luồng sáng khác bị phân tán trong các giếng sâu trọng lực hoặc bị hút vào các Lỗ Đen Khổng Lồ (Supermassive Black Holes), hoặc vào những cột cấu trúc vật chất đầy rẫy giữa các thiên hà. Thực ra có nhiều vũ trụ gia muốn nghiên cứu về các Lỗ Đen, nhưng cũng không thể biết gì bởi vì rất dản dị là các quang tử không thể nào thoát ra khỏi Trung Tâm của Lỗ Đen để tới thiên văn đài quan sát của bạn được.

Tuy nhiều thiên văn gia vẫn hài lòng với chuyện nhìn ngắm vũ trụ (qua áng sáng), nhưng sự thực thì Lỗ Đen vẫn luôn ngốn ngấu tất cả nguồn sáng dù chúng có cố bật bắn ra chung quanh đi nữa, thì chúng cũng bị xoắn tít lại bởi không-thời-gian bao quanh. May mắn thay, sóng lực hấp dẫn (gravitional wave) không bị những khiếm khuyết hoặc thay đổi giống như của ánh sáng đã nêu kể ở trên. Chúng không bị cào nát cũng như không bị mờ nhạt đi như ánh sáng, chúng luôn lan truyền trong không gian một cách rõ ràng dù có phải lướt qua những vật thể vĩ đại trong vũ trụ.

Cách nay ít tuần lễ, tôi đến Goddard thăm gặp Ông David Spergel là Chủ Trì Viện Vật Lý Vũ Trụ của Đại Học Princeton cùng được coi là khoa học gia xuất sắc nhất thế giới về lãnh vực này. Ông cũng là Giám Đốc Hội Đồng Nghiên Cứu Quốc Gia (chairs the National Research Council ‘s) thuộc nhóm theo dõi ghi nhận kiến thức vũ trụ và vật lý căn bản, ghi những bản tường trình giữ vị trí quan trọng trong việc định hình cho chiều hướng nghiên cứu vũ trụ, mà NASA cũng phải trả giá cho những đòi hỏi chung, đó là điều Spergel sẽ phải quyết định cho chuyến bay.

Khi chúng tôi vừa ngồi yên vị trong văn phòng, ông Spergel bắt đầu mô tả ngay sự lợi ích về dùng sóng lực hấp dẫn. Ông bảo: “Không giống như ánh sáng, vũ trụ luôn quang đãng đối với sóng lực hấp dẫn vạn vật, cũng như không có thời kỳ hay thời gian nào mà các điều kiện của vũ trụ che khuất được sóng lực hấp dẫn, hay nói một cách khác, sóng lực hấp dẫn vạn vật không cho một rắc rối nào đối với chúng ta, suốt cả từ lúc khởi đầu vũ trụ hay “gốc thời gian”. Nhưng làm sao chúng ta có thể nghiên cứu để dùng chúng được.

Spergel bảo tôi: “Muốn sinh ra sóng lực hấp dẫn vạn vật, thì ta phải làm sao di chuyển được nhiều vật thể với tốc độ rât nhanh và có thể làm chuyện này qua một thời kỳ chuyển tiếp (a phase transition)”. Thời kỳ chuyển tiếp chỉ xẩy ra khi cả một hệ thống vật lý thay đổi với tính chất biến dạng. Một thí dụ dản dị cổ điển là: như nước ở thể lỏng biến hết thành đá đặc, thế nhưng làm sao cho chuyện này xẩy ra ngay cho toàn vũ trụ và phải rất mau chóng, ngay sau Vụ Nổ Lớn Big Bang. Đấy là không kể như muốn tác dụng lên các quarks, nhưng mà bây giờ các quarks đã gần như dinh vào nhau hết để làm thành nhân nguyên tử cả rối. Lúc khởi đầu (gốc) thời gian hay những microgiây (microseconds) đầu tiên của vũ trụ, những quarks này vẫn còn như một chất lỏng (plasma) mà các vũ trụ gia gọi tên là “quark-gluon plasma”. Thời kỳ chuyển tiếp là vũ trụ đã biến tử cái “quark-gluon-plasma” này thành các protons và các neutrons (làm thành nhân nguyên tử) hay sinh ra vật chất.

Spergel mô tả tiếp: “Nếu kể từ lúc khởi đầu giai đoạn chuyển tiếp, từ các củ hoặc cục (bubbles) trong plasma biến thành vật chất một cách dữ dội. Những củ này trương nở lớn rồi đụng nhau cho tới khi tan biến mất hẳn, chinh thời gian chuyển đổi này làm sinh ra các sóng lực hấp dẫn vạn vật và tồn tại cho tới nay mà chúng ta quan sát được”. Chính các quan sát về thời gian này làm cho chúng ta biết lúc vũ trụ còn non trẻ.

Có thể có sóng lực hấp dẫn từ thời gian trước lâu hơn, nhưng chúng ta tìm lúc mà vũ trụ đang phẳng (inflation) ra chúng ta sẽ thấy có vùng có toàn cục (bubbles) và có vùng chưa có các cục, ta gọi đây là thời gian chuyển tiếp hay “gốc” thời gian khi hình thành vũ trụ. Ta cũng gọi đây là “stochastic” của các sóng lực hấp dẫn, là lúc vũ trụ mới ở một phần tỉ của một phần tỉ của một phần tỉ giây (second) sau Big Bang mà vũ trụ gia Robert R.Caldwell và Marc Kamionkownski mô tả.

Spergel cũng đồng ý và bảo tôi: “Phần lớn các vũ trụ gia nói đây là điều căn bản cho Vật Lý Vũ Trụ. Nó cho chúng ta biết khi vũ trụ còn mang năng lượng gấp 10 lũy thừa 13 lần trong Large Hadron Collider. Tiến đến phát hiện “stochastic của sóng lực hấp dẫn vạn vật” rất khó khăn phức tạp, cần những dụng cụ siêu nhậy, ghi nhận các dữ kiện và phân tích, đó là các sóng “căn bản” cho việc tìm kiếm. Nếu chúng ta ghi nhận được các sóng này ở mọi phương hướng trên bấu trời, có thể nói chúng ta đã nắm được căn bản cho việc tìm gốc thời gian.

Nhiệm vụ này được giao cho cả LISA và giao thoa kế nguyên tử của Saif cùng ghi các mục tiêu ngay cả tại trong các hố đen. Một ngày đẹp trời nào đó, chắc nhóm làm việc trong LISA còn mộng làm được Đài Quan Sát Big Bang (Big Bang Observatory), sẽ là thế hệ tiếp nối của “stochastic lực hấp dẫn vạn vật”, nhưng thực hiện được điều này chắc còn phải vài chục năm nữa. Saif còn bảo tôi là có thể ông sẽ đảo ngược thứ tự, chứ không làm giống như các vũ trụ gia khác.

Spergel bảo tôi: ”Làm các siêu lỗ đen khổng lồ đụng nhau giống như quẹt bơ vào bánh mì hấp dẫn tôi rất nhiều, hơn cả chuyện những sóng lực hấp dẫn vạn vật. Tôi sẵn sàng bay trong các phi thuyền để quan sát điều này. Thế nhưng ngay từ trên mặt đất ghi nhận được mới là những gì cần thiết cho khoa vũ trụ học.”

Khi tôi đứng lên ra về hỏi Spergel là ông có nghĩ là chương trinh của Saif có hữu ích cho LISA không? Ông trả lời là ông không tin vào quan niệm của nhóm làm giao thoa kế nguyên tử, nhưng chúng cũng cho các kết quả tốt khác. Ông bảo: “Nhiều năm trước khi tôi được giải Nobel tôi có nói chuyện với một khoa học gia là Steven Chu, ông ta khuyên tôi là: “Tốt nhất là anh hãy chỉ tin vào những quan niệm của chinh anh, và hãy tiến hành những gì mà anh cho là hữu ích.”

Ngay trong phần định nghĩa thì thời gian cũng chỉ là một “ý niệm” của con người thôi. Nếu bạn dễ tính thì có thể coi Gốc Thời Gian là ngay lúc Big Bang, còn nếu bạn muốn cho thực rỏ ràng hay thực chinh xác theo khoa học: tức thời gian chỉ có khi đã hình thành vật chất, bạn phải đợi khi nào phát minh ra các máy móc hiện đại, ghi nhận được cả các “sóng lực hấp dẫn” vạn vật khi bắt đầu có Vật Chất.                                        

 

Tác Giả Bài Văn
Bùi Trọng Căn