Carlo Rovelli
(Seven Brief Lessons on Physics)
Lời nói đầu
Những bài giảng này được viết cho người
biết ít hay không biết gì về khoa học mới thời nay. Cùng nhau, chúng đem cho
một cái nhìn nhanh từ trên cao về những mặt lạ lùng thú vị nhất của cuộc cách
mạng vĩ đại đã xảy ra trong Vật lý ở thế kỷ XX, và những câu hỏi và những bí ẩn
cuộc cách mạng này đã mở ra. Bởi khoa học cho chúng ta thấy cách để hiểu
thế giới tốt hơn, nó cũng hé lộ cho chúng ta về chỉ những gì vẫn chưa biết thì
bao la đến mức nào.
Những bài giảng đều là những mở rộng của
một loạt bài báo tác giả đã đăng trên phụ trang Chủ nhật của báo Il Sole 24 Ore ở Italy, tôi cảm ơn
Armando Massarenti, người có thể được ghi công với việc mở rộng trang văn
hóa của một tờ báo chủ nhật cho khoa học, và đã cho ánh sáng được rọi
vào vai trò của phương diện không thể thiếu và quan trọng này của văn hóa của
chúng ta.
Carlo Rovelli
Carlo Rovelli
Bảy Bài Giảng Ngắn Về Vật Lý [1]
BÀI GIẢNG THỨ NHẤT
Lý Thuyết Đẹp Nhất Trong Những Lý Thuyết
Trong thời trẻ tuổi, Albert Einstein đã dành một năm rảnh rỗi, không chủ định làm gì cả. Bạn không đến được đâu cả nếu không chịu ‘phí’ thời giờ – một gì đó, thật không may, vốn cha mẹ những thanh thiếu niên thường quên bẵng. Ông ở Pavia, Italy. Ông đã về xum họp với gia đình mình sau khi bỏ học ở Germany, không chịu nổi sự nghiêm ngặt của trường trung học theo học ở đó. Đó là khởi đầu thế kỷ hai mươi, và bắt đầu cuộc cách mạng kỹ nghệ của Italy. Cha ông, một kỹ sư, đang lắp đặt những nhà máy điện đầu tiên ở vùng đồng bằng Padua. Albert đã đang đọc Kant và thỉnh thoảng dự thính những bài giảng tại Đại học Pavia: do thích thú, nhưng không ghi tên học ở trường hay phải lo nghĩ về những kỳ thi. Đó là như thế đã làm nên những nhà khoa học mê say.
Sau đó, ông ghi tên học Trường Bách
khoa Kỹ thuật ở Zurich, và đắm mình trong nghiên cứu vật lý. Một vài năm sau,
vào năm 1905, ông đã gửi ba bài nghiên cứu cho tạp chí khoa học uy tín nhất
thời đó, Annalen der Physik. Mỗi bài
đều xứng với một giải Nobel. Bài thứ nhất cho thấy rằng những atom thực sự hiện hữu. [2] Bài hai đặt nền tảng đầu
tiên cho cơ học quantum, tôi sẽ thảo
luận trong bài giảng tiếp sau. Bài thứ ba trình bày thuyết về tương đối đầu tiên của ông (được biết đến ngày nay là ‘thuyết
về tương đối đặc biệt’), lý thuyết làm sáng tỏ thời gian không trôi qua như
nhau cho tất cả mọi người như thế nào: hai anh chị em sinh đôi, giống hệt nhau,
thấy rằng họ khác tuổi nhau, nếu một trong hai người đã đi du lịch với tốc độ
nhanh. [3]
Chỉ qua đêm, Einstein thành một nhà
khoa học nổi tiếng lừng lẫy, được nhiều trường đại học khác nhau mời làm việc. Mặc
dù được tán dương tức thời, nhưng có một gì đó vẫn khiến ông không yên: thuyết
về tương đối của ông đặt không vừa vào với những gì chúng ta đã biết về lực hấp
dẫn, cụ thể là với cách mọi sự vật rơi. Ông đã đi đến nhận ra điều này khi
viết một bài báo tóm tắt lý thuyết của mình, và đã bắt đầu tự
hỏi có phải lực ‘hấp dẫn vũ trụ’ như đã được cha đẻ của vật lý, Isaac Newton viết
thành công thức, cần sửa đổi để làm nó cùng tồn tại không mâu thuẫn với khái
niệm mới về tương đối [4]. Ông đắm mình trong
vấn đề. Phải mất mười năm để giải quyết. Mười năm nghiên cứu mê
cuồng, những gắng thử, những sai sót, sự lẫn lộn, những bài viết hiểu sai, những
ý tưởng lỗi lạc, những ý tưởng nhận thức sai.
Cuối cùng, vào tháng 11 năm 1915, ông
giao cho in một bài báo đưa ra giải pháp hoàn chỉnh: một lý thuyết mới về lực
hấp dẫn, vốn ông gọi là ‘Thuyết Tương đối Tổng Quát’, kiệt tác của ông và ‘lý
thuyết đẹp nhất trong những lý thuyết’ theo như Lev Landau [5], nhà vật lý lớn người Russia.
Có những kiệt tác tuyệt đối làm chúng
ta xúc động sâu xa vô cùng: Requiem
của Mozart; Odyssey của
Homer; nhà nguyện Sistine ở Vatican; Vua Lear của Shakespeare. Để hoàn toàn thấu hiểu sự sáng
chói toàn bích của chúng có thể đòi hỏi một thực tập chuyên môn lâu dài, nhưng
phần thưởng là chỉ cái đẹp tuyệt đối – và không chỉ điều này, nhưng sự mở mắt của
chúng ta tới một viễn cảnh mới về thế giới. Viên ngọc của Einstein, thuyết
tương đối tổng quát, là một kiệt tác trong hàng này.
Tôi nhớ sự phấn khởi tôi đã cảm nhận
khi bắt đầu hiểu một gì đó về nó. Đó là mùa hè. Tôi đang trên một bãi
biển Condofuri ở Calabria, đắm mình dưới nắng Mediterranean của vòm trời
Hellas, trong năm cuối đại học của tôi. Không phân trí với việc đến trường,
người ta học hành tốt nhất trong thời gian của kỳ nghỉ hè. Tôi đang nghiên
cứu với giúp đỡ của một quyển sách chuột gặm đã mất nhiều góc, vì ban đêm tôi dùng
nó để chặn những lỗ chui của những con vật khốn khổ này trong căn
nhà xiêu vẹo, khá ọp ẹp, kiểu sống hippy, trên một sườn đồi vùng
Umbria, nơi tôi ẩn tránh những lớp học chán ngắt ở đại học Bologna. Mỗi
lần như vậy, tôi sẽ ngước mắt lên khỏi quyển sách và nhìn vào biển lấp lánh:
dường như tôi đã thực sự nhìn thấy độ
cong của không gian và thời gian được Einstein tưởng tượng. Như thể
bằng phép thuật: cứ như có một người bạn thì thầm vào tai tôi một sự thật bí
ẩn, đột nhiên vén lên tấm màn vẫn che thực tại, tiết lộ một trật tự đơn giản
hơn, sâu xa hơn. Kể từ khi chúng ta tìm biết được rằng rằng Trái đất thì tròn
và như một con vụ quay điên cuồng, chúng ta đã hiểu rằng thực tại thì không
giống như nó hiện ra với chúng ta: mỗi lần chúng ta thoáng thấy được một phương
diện mới của nó, đó là một kinh nghiệm xúc cảm sâu xa. Một màn che khác đã
rơi xuống.
Nhưng trong sự hiểu biết của chúng ta
vốn đã có rất nhiều bước nhảy vọt nối tiếp nhau thành công trong tiến trình
lịch sử, bước nhảy vọt của Einstein thì có lẽ không gì sánh bằng. Tại sao?
Trước hết, một khi bạn hiểu nó hoạt
động thế nào, lý thuyết có một sự đơn giản kỳ diệu đến hớp hồn. Tôi sẽ tóm
tắt ý tưởng.
Newton đã gắng để giải thích lý do mọi
sự vật rơi và những hành tinh quay là vì sao. Ông đã tưởng tượng ra sự
hiện hữu của một ‘lực’ kéo tất cả những vật thể hướng về lẫn nhau, và gọi
nó là ‘lực hấp dẫn’. Lực này tác động thế nào, giữa những vật thể xa nhau
với không có bất kỳ một gì giữa chúng, thì đã không biết – và người cha vĩ đại
của khoa học hiện đại đã thận trọng đem cho một giả thuyết. Newton cũng đã
tưởng tượng rằng những vật thể di chuyển trong không gian, và không gian đó đã là
một chỗ chứa rỗng lớn, (như) một cái hộp lớn bao quanh vũ trụ, một cấu trúc bao
la qua đó tất cả những vật thể đúng là đều đã chạy, cho đến khi một lực buộc đường chạy của chúng thành
cong. Cái ‘không gian’ này, cái hộp này của thế giới ông đã có sáng kiến, nó
được tạo ra từ gì, Newton đã không thể nói. Nhưng một vài năm trước khi
Einstein ra đời, hai nhà vật lý lớn người UK, Michael Faraday và James Maxwell, [6] đã cộng thêm một thành tố
then chốt vào thế giới lạnh của Newton: trường
điện từ. Trường này là một thực thể có thực, khuếch tán khắp mọi nơi,
mang những sóng radio, lấp đầy không
gian, có thể đong đưa và dao động như mặt một hồ nước, và ‘chuyên chở’ lực
điện. Từ thời trẻ, Einstein đã bị mê hoặc bởi trường điện từ này vốn làm quay
những rôto trong những nhà máy điện
cha ông đã dựng, và ông nhanh chóng hiểu rằng lực hấp dẫn, như lực điện, cũng
phải được một trường vận chuyển: phải có ‘trường hấp dẫn’ tương tự như ‘điện
trường’. Ông nhắm vào việc tìm hiểu ‘trường hấp dẫn’ này hoạt động như thế nào,
và nó có thể được mô tả bằng những phương trình như thế nào.
Và chính là tại điểm này một ý tưởng
phi thường đã xảy ra với ông, một động tác của thiên tài thuần khiết: trường
hấp dẫn thì không khuếch tán qua không gian; trường hấp dẫn là chính không gian đó. Đây là ý tưởng của thuyết
tương đối tổng quát. ’Không gian’ của Newton, qua đó mọi sự vật chuyển
động, và ‘trường hấp dẫn’ là một và là cùng một sự vật.
Đó là một khoảnh khắc của nhận được ánh sáng. Một sự đơn giản
hóa trọng đại về thế giới: không gian không còn là một gì đó khác biệt với vật
chất, nó là một trong những thành phần ‘vật chất’ của thế giới. Một thực
thể như sóng dập dờn, uốn, cong, xoắn. Chúng ta không còn bao hàm bên
trong một cấu trúc vật chất nền tảng cứng nhắc vô hình: chúng ta chìm sâu trong
một vỏ ốc-sên cuộn cong, dẻo dai dễ uốn khổng lồ. Mặt trời uốn cong không
gian xung quanh chính nó và trái đất không quay quanh nó vì một lực bí ẩn nhưng
vì đang chạy thẳng tới trong một
không gian nghiêng, giống như một hòn bi quay thẳng trong một cái phễu. Không có lực bí ẩn nào được tạo ra ở
trung tâm cái phễu; đó là bản chất cong của những bức tường khiến hòn bi
lăn quanh. Hành tinh quay quanh
mặt trời, và mọi sự vật rơi, vì không
gian cong. Làm thế nào chúng ta có thể mô tả độ cong của không gian
này? Nhà toán học nổi bật nhất của thế kỷ XIX, Carl Friedrich Gauss, [7] người được gọi là ‘hoàng
tử của những nhà toán học’, đã viết công thức toán học để mô tả những bề mặt uốn
cong hai chiều, tựa như những mặt của những ngọn đồi. Sau đó, ông đã hỏi
một sinh viên thiên khiếu của ông hãy tổng quát hóa lý thuyết để bao gồm không
gian trong ba hay nhiều chiều. Sinh viên ông hỏi là Bernhard Riemann, [8] người này đã trình một
luận án tiến sĩ gây thán phục hết sức, nhưng thuộc loại có vẻ hoàn toàn vô
dụng. Kết luận của luận án Riemann là những thuộc tính của một không gian
cong được nắm bắt bởi một đối tượng toán học đặc thù vốn ngày nay chúng
ta đã biết như độ cong của Riemann,
và chỉ bằng chữ ‘R’. Einstein đã
viết một phương trình nói rằng R thì tương
đương với năng lượng của vật chất. Đó là nói rằng: không gian cong ở chỗ có vật chất. Đó là thế. Phương
trình viết vừa vặn hết một nửa dòng chữ trên trang giấy, và không gì
hơn. Một viễn kiến – rằng không gian cong – đã thành một phương trình.
Nhưng bên trong phương trình này có một
vũ trụ đầy ắp. Và ở đây, sự phong phú huyền diệu của lý thuyết mở ra cho
thấy một tiếp nối chồng chất ảo ảnh lung linh của những tiên đoán vốn tương tự như
những tiên đoán mê sảng vô nghĩa của một người điên, nhưng chúng tất cả đã đều thành
là thực.
Để bắt đầu, phương trình mô tả không
gian uốn cong quanh một vì sao, một vật thể đứng yên tự đốt sáng trong vũ trụ,
như thế nào. Do trạng thái cong này, không chỉ những hành tinh quay tròn
quanh vì sao, nhưng ánh sáng ngừng chuyển động theo một đường thẳng và lệch đi. Einstein
đã tiên đoán rằng mặt trời làm ánh sáng đi lệch. Năm 1919 độ lệch này đã
đo được, và tiên đoán đã chứng thực. Nhưng không chỉ không gian
cong; thời gian cũng vậy. Einstein tiên đoán rằng trên cao thời gian
trôi qua nhanh hơn dưới thấp, gần Trái Đất hơn. Điều này đã đem đo lường
và hóa ra đã xảy ra như thế. Nếu một người đã sống ở mực nước biển, lên gặp
người anh chị em sinh đôi của mình sống ở vùng núi cao, người này sẽ thấy rằng người
sinh đôi của mình thì hơi già hơn mình. Và đây chỉ mới là sự mở đầu.
Khi một vì sao lớn đã cháy hết những
chất cháy của nó (hydrogen), nó tắt đi. Những gì còn lại thì thôi không còn
nhiệt của tiến trình đốt cháy cấp dưỡng và sụp đổ vì trọng lượng riêng của nó,
đến một điểm nó làm cong không gian đến một mức khiến nó lao thẳng vào một cái
hố thực. Đây là những ‘hố đen’ nổi tiếng. Khi tôi còn học đại học, chúng
đã được xem chỉ là những tiên đoán có thể tin được của một lý thuyết
khó hiểu. Ngày nay, hàng trăm trong số chúng đã quan sát được trên
bầu trời, và được những nhà thiên văn nghiên cứu chi tiết.
Nhưng đây vẫn chưa là tất cả. Toàn
bộ của không gian có thể dãn và co. Thêm nữa, phương trình của Einstein
cho thấy không gian không thể đứng yên; nó phải đang dãn rộng. Năm 1930, sự dãn rộng của vũ trụ đã thực
sự được quan sát. Cũng cùng phương trình tiên đoán rằng sự dãn rộng tất đã
được khởi động bởi sự bùng nổ của một vũ trụ trẻ, cực nhỏ và cực kỳ nóng: bởi
những gì chúng ta bây giờ biết là ‘Big
Bang’. Lại thế nữa, lúc đầu không ai đã tin điều này, nhưng bằng chứng
đã tăng lên dần cho đến khi phóng xạ thấy
trong nền vũ trụ [9] – lóa sáng chói vốn còn lại,
sinh ra từ nhiệt của Vụ Bùng Nở Lớn ban
đầu – đã thực sự quan sát được trong bầu trời. Tiên đoán phát
sinh từ phương trình của Einstein đã hóa ra là chính xác. Và vẫn chưa hết,
lý thuyết đoan chắc rằng không gian chuyển động như bề mặt của biển. Những
tác động của những ‘sóng hấp dẫn’ này quan sát được trong bầu trời trên những chùm sao đôi [10], và tương ứng với
những tiên đoán của lý thuyết ngay cả với độ chính xác kinh ngạc, đến một phần của
một trăm tỷ. Và tiếp tục những tương tự như vậy.
Vắn tắt, lý thuyết mô tả một thế giới đa
dạng thích thú và đầy ngạc nhiên, nơi những vũ trụ nổ tung, không gian đổ sụp vào
trong những hố không đáy, thời gian lún xuống và chậm lại gần một hành tinh, và
những mở rộng không giới hạn của không gian giữa những chòm sao chao động và rung
lắc như mặt biển… Và tất cả điều này, vốn hiện lên dần dần từ quyển sách chuột gặm
của tôi, đã không là một câu chuyện do một người ngốc nói trong một lần lên cơn
rồ dại, hay một ảo giác do mặt trời Mediterranean đang cháy và biển rực rỡ của vùng
Calabria đã gây ra. Nó là thực tại.
Hoặc đúng hơn, một thoáng nhìn thấy
thực tại, ít bị che phủ hơn một chút so với cái nhìn mờ nhòe và nhạt nhẽo hàng
ngày của chúng ta thấy nó. Một thực tại mà dường như được làm bằng những
thứ tương tự vốn những giấc mơ của chúng ta cũng được làm bằng, nhưng dẫu sao
đi nữa nó vẫn thực hơn cái giấc mơ mù như mây phủ thường ngày của chúng ta.
Tất cả điều này là kết quả của một trực
giác cơ bản: rằng không gian và trường của lực hấp dẫn đều cùng là một. Và
của một phương trình đơn giản mà tôi không thể cưỡng lại để đưa ra ở đây, mặc
dù bạn gần như chắc chắn sẽ không có khả năng mở được ý nghĩa của nó. Có
lẽ bất cứ ai đọc phương trình này sẽ có thể vẫn thâm cảm được sự đơn giản tuyệt
diệu của nó:
R ab − ½ R g ab = T ab
Có thế, hết!
Dĩ nhiên, bạn cần phải học và ‘tiêu
hóa’ nổi toán học của Riemann hầu có khả năng chuyên môn để đọc và dùng
phương trình này. Phải mất một chút nhất quyết và cố gắng. Nhưng ít
hơn là cần thiết để đi đến cảm thức được cái đẹp cao vời của một bản quartet đàn dây của Beethoven đã viết cuối
đời [11]. Trong cả hai trường
hợp, phần thưởng là cái đẹp tuyệt đối, và đôi mắt mới để nhìn thế giới.
Lê Dọn Bàn tạm dịch – bản nháp thứ nhất
(Dec/2018)
[1] Carlo Rovelli. Sette Brevi Lezioni Di Fisica, bản tiếng
England Seven Brief Lessons on Physics
của Simon Carnell và Erica Segre, nxb Penguin Books Ltd (2016)
Carlo Rovelli (1956-) nhà vật lý lý thuyết, người
Italy. Tiến sĩ Vật lý, đại học Padova (1986), Sau nhiều năm làm viêc, giảng dạy
ở UK và US; Từ 2000, ông là giáo sư của đại học Méditerranée, Marseille,
France. Nghiên cứu chính của ông là lực hấp dẫn quantum, vốn ông là một trong
những nhà vật lý đã thành lập thuyết Lực hấp dẫn Quantum Vòng (LQG).
Ông cũng có những nghiên cứu trong lĩnh vực lịch sử và triết học về khoa học.
Quyến sách thuộc loại ‘khoa học phổ thông’ tôi tạm dịch/giới thiệu Bảy Bài Giảng Ngắn Về Vật Lý này
của ông đã dịch và xuất bản trong 41 ngôn ngữ, và đã bán hơn một triệu bản in
khắp thế giới.
Muốn hiểu thêm về thuyết Loop Quantum Gravity (thuyết Lực hấp dẫn Quantum Vòng) của
ông – có thể theo dõi những bài giảng của chính ông trong lớp Vật Lý ban Cao học
– Quantum Gravity at CPT Marseille ở
đây:
Hệ luận đáng chú ý của ông – về một vấn đề cũng trong triết
học – là không có thời gian – đúng hơn không có thời gian vật lý, sau khi Einstein đã cho chúng ta biết về thời gian tương đối, rồi nhập cả hai, thời
gian và không gian thành một thực tại là thời-không.
Theo Rovelli, ở mức độ quantum của vật chất,
thời gian không hiện hữu. Theo Rovelli, chỉ có một phương trình cơ bản trỏ về
một mũi tên chỉ sự ‘trôi chảy’ thời gian: nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực
học, nói rằng entropy luôn tăng lên, rằng hành trình đi từ trật tự đến rối loạn
là một con đường một chiều như chúng ta cảm nhận và gọi là thời gian. Ông trình
bày trong The Order of Time, một quyển
sách bán chạy mới hơn của ông, có dịp sẽ dịch và giới thiệu. Ông viết sách khoa
học như triết học và hơn nữa, dùng nhiều những thí dụ sống động, chân thực như
vật lý và linh động nhiều hình tượng như thơ – ông là một nhà khoa học cho rằng
“Có lẽ thơ ca là một trong những nguồn
gốc sâu xa nhất của khoa học: khả năng để nhìn thấy xa hơn những gì có thể nhìn
thấy.”
[2]
Khoảng 2500 năm trước, hai thày trò Leucippus và Democritus, những triết gia
Hellas, đầu tiên đã đưa ra ý tưởng rằng vật chất được những hạt rất nhỏ tạo
thành. Không
rõ họ khai triển khái niệm này thế nào, nhưng họ đã không nghĩ rằng những hạt rất nhỏ này có gì đặc biệt – họ chỉ nghĩ rằng
nếu cắt một gì đó làm đôi, rồi lại cắt đôi của nửa đôi, tiếp tục thế đến cuối
cùng sẽ được một hạt rất nhỏ không thể cắt đôi được nữa. Họ gọi những hạt tưởng
tượng này này là “atomos” (ἄτομον, atomon – có nghĩa là không thể cắt hay không
thể phân chia được).
Khái niệm về atom này của phái triết học Atom (atomism), đã không phát triển như
một lý thuyết vật lý cho đến gần 2300 năm sau. John Dalton, nhà khí tượng học
và hóa học người UK, đã hình thành mô tả hiện đại đầu tiên về atom như khối xây
dựng cơ bản của cấu trúc hóa học. Dalton đã phát triển Law of multiple
proportions (luật về những thành phần tỷ lệ) (trình bày lần đầu tiên vào năm
1803) bằng nghiên cứu và mở rộng những công trình của Antoine Lavoisier và
Joseph Proust. Dalton cho rằng mỗi nguyên tố hóa học gồm những atom của một loại
duy nhất, và mặc dù chúng không thể bị thay đổi hay bị phá hủy bằng những
phương tiện hóa học, chúng có thể kết hợp để tạo thành những cấu trúc phức tạp
hơn (những hợp chất hóa học). Dalton đi đến kết luận của ông bằng thí nghiệm và
xem xét những kết quả thực nghiệm, nên ông được nhận là người đầu tiên xây dựng
một lý thuyết khoa học về atom. Sau đó, thêm nhiều lý thuyết: hóa học nghiên cứu
atom trong những hợp chất và vật lý nghiên cứu thuyết atom của khí và chất lỏng.
Những lý thuyết này dẫn đến thuyết atom khoa học được chấp nhận rộng rãi. Tuy
nhiên, cho đến năm 1905, những atom này vẫn chưa được ‘nhìn thấy’.
Từ năm 1827, Robert Brown, nhà thực vật học người
Scott, quan sát chuyển động ngẫu nhiên của những hạt lơ lửng, gọi là Chuyến động
Brown. Năm 1905, Einstein xuất bản một bài báo ‘Movement
of Small Particles Suspended in a Stationary Liquid Demanded by the
Molecular-Kinetic Theory of Heat’ (tạm dịch – Chuyển động của những hạt
nhỏ lơ lửng trong một chất lỏng tĩnh theo đòi hỏi của lý thuyết particle-động học
về Nhiệt). Trong bài báo này Einstein tóm tắt:
“‘Trong bài viết này, sẽ
được cho thấy rằng, theo lý thuyết molecular-kinetic về nhiệt, những vật thể có
một kích thước có thể nhìn bằng kính hiển vi, lơ lửng trong chất lỏng, phải như
là kết quả của chuyển động phân tử nhiệt, phải thực hiện những chuyển động với
kích thước vốn có thể dễ dàng quan sát với kính hiển vi. Điều có thể có được là
những chuyển động đang thảo luận ở đây giống hệt với những gì gọi là chuyển động
phân tử Brown; tuy nhiên, dữ liệu có sẵn cho tôi về (hiện tượng) vừa kể thì
không chính xác đến mức tôi không thể thành lập được một phán đoán về vấn đề. Nếu
chuyển động được thảo luận ở đây thực sự có thể được quan sát, cùng với những định
luật nó được mong đợi để tuân theo, thì nhiệt động lực học cổ điển thôi không
còn có thể được xem như áp dụng cho những vùng vốn có thể phân biệt được với
kính hiển vi và một sự xác định chính xác của những kích thước atom thực trở
thành có thể được. Mặt khác, nếu dự đoán của chuyển động này đã được chứng minh
là sai, sự kiện này sẽ cung cấp một lập luận có tầm rất sâu rộng chống lại
molecular-kinetic về nhiệt’ (Bản gốc trong tạp chí khoa học Annalen der Physik,
số 17 [1905]: pp 549-560)
Những kết quả của Chuyến động Brown liên quan đến những
hạt nhỏ như bị bắn phá bởi những particle khí; và những kết quả này của
Einstein đã đồng ý với thí nghiệm Brown. Thế nên, dù không trực tiếp, những kết
quả của Einstein là một hình ảnh gián tiếp minh họa cho lý thuyết về những
atom. Do đó, Einstein thường được ghi nhận cuối cùng đã hoàn tất thiết lập lý
thuyết atom. Toán học được sử dụng trong bài báo của Einstein là những phép
tính vi phân và tích phân và thuyết xác suất; ông đã dùng những giả thuyết hóa
học và atom của thời đó. Toán học của ông trong bài báo này thì đơn giản hơn
nhiều so với toán học trong những bài báo về thuyết tương đối của ông; nó có thể
được mô tả như là sử dụng rất thông minh của ‘toán học thông thường’. Trong bài
báo, Einstein giữ nó đơn giản và đã dẫn đến một kết quả chứa đụng những ý nghĩa
sâu xa.
[3] Albert
Einstein đã không được trao giải Nobel về thuyết tương đối – thực sự, chỉ là
qua một tranh luận chính trị dài trong ủy ban Nobel khiến ông đã được giải
thưởng. Giải Nobel Vật lý năm 1921 nhưng đến năm 1922, mới trao cho Einstein,
chủ yếu cho khám phá của ông về luật hiệu ứng quang điện (the law of the
photoelectric effect). Vào cuối thế kỷ này, các nhà vật lý đã biết rằng, trong
một số trường hợp, việc phơi sáng một số vật liệu nhất định với ánh sáng có thể
tạo ra dòng điện. Nhưng quan sát thấy ánh sáng có thể tạo ra điện không giống
như sự hiểu biết tại sao ánh sáng có thể tạo ra điện. Điều đó thật khó hiểu.
Hiệu
ứng quang điện là một hiện tượng trong đó những electron được phát ra từ bề mặt
của vật chất (thường là kim loại) khi ánh sáng chiếu vào nó. Einstein giải
thích hiệu ứng bằng đề xuất rằng ánh sáng đó bao gồm những particle nhỏ, hay
quanta, gọi là photon, mang năng lượng tỉ lệ thuận với tần số của ánh sáng.
Những electron trong vật chất hấp thụ năng lượng của photon bị đẩy ra. Những
phát kiến này đã được xuất bản vào năm 1905, khi ông mới 26 tuổi trong bài báo
“Về quan điểm khám phá liên quan đến sự sản xuất và biến đổi của ánh sáng”.
Những quan sát của Einstein cho rằng hiệu ứng quang điện chỉ có thể giải thích
được nếu ánh sáng hoạt động như một particle, không phải là một sóng, đã là khí
cụ trong sự thiết lập giả thuyết rằng ánh sáng có thể hành xử giống cả hai: như
sóng và particle.
Ở
thời đó, ánh sáng đó được hiểu là hoạt động như một làn sóng. Nhưng nếu điều đó
đúng, nó không giải thích được tại sao ánh sáng có thể tạo ra dòng điện: Một
làn sóng ánh sáng sẽ không có đủ năng lượng để tạo ra vật chất. Năm 1905 đó,
Einstein và bài báo đó đã thay đổi cách chúng ta nghĩ về thế giới trong nhiều
chục năm tới khi Einstein cho rằng, có lẽ, ánh sáng không phải là một làn sóng.
ông viết:
‘Hiện tượng giống như
hiệu ứng quang điện hiểu dễ dàng hơn nếu người ta giả định rằng năng lượng của
ánh sáng thì phân tán không liên tục trong không gian. Cứ theo như giả định xem
xét ở đây, năng lượng của một tia sáng lan truyền từ một điểm nguồn không được
phân bố liên tục, trong một không gian mở rộng dần, nhưng gồm một số lượng có
hạn của năng lượng quanta được định vị trí ở những điểm trong không gian, vốn
nó di chuyển nhưng không phân chia và chỉ có thể được sản xuất và hấp thụ như
những đơn vị hoàn chỉnh.
Nói
cách khác, ánh sáng có thể tạo ra điện nếu nó hoạt động, đôi khi, giống như một
particle chứ không như một làn sóng. Chỉ có một phần của bài báo nói về hiệu
ứng quang điện, nhưng nó đã chỉ ra rằng một particle ánh sáng có thể cung cấp
đủ năng lượng, tất cả cùng một lúc, để loại bỏ một electron khỏi một nguyên tử
và tạo ra dòng điện, tất cả như thế nào. Điều này, hóa ra, chứng minh thực
nghiệm dễ dàng hơn một số giả thuyết khác.
[4] universal gravitation: lực hấp dẫn
vũ trụ: Newton nổi tiếng không vì phát kiến của ông về lực hấp dẫn, những đúng
hơn là phát kiến của ông rằng lực hấp dẫn thì phổ quát trong vũ trụ. Thế nên dịch
là thuyết về lực hấp dẫn vũ trụ, thì đúng hơn là ‘vạn vật hấp dẫn’
[5] Lev Davidovich Landau, (1908
-1968), nhà vật lý lý thuyết Soviet, một trong những người thành lập ngành
quantum theory, giải Nobel Prize Vật lý 1962
[6]
Michael Faraday (1791-1867): nhà vật lý và hoá học người England, có nhiều thí
nghiệm đóng góp rất lớn vào sự hiểu biết về điện từ. James Clerk Maxwell
(1831-1879): nhà toán học và vật lý người Scotland, được biết nhiều nhất với
công thức của ông về lý thuyết điện từ.
[7]
Johann Friedrich Carl Gauss (1777-1855): nhà toán học người Germany, thường được
coi là một trong những nhà toán học vĩ đại nhất mọi thời, vì những đóng góp của
ông cho lý thuyết số, hình học, lý thuyết xác suất, trắc địa, thiên văn học
hành tinh, lý thuyết hàm số và lý thuyết thế vị (potential theory)
[8]
Georg Friedrich Bernhard Riemann, (1826 -1866): nhà toán học người Germany, có
phương pháp tiếp cận sâu sắc và mới lạ để nghiên cứu hình học đã đặt nền tảng
toán học cho lý thuyết tương đối của Albert Einstein. Ông cũng có những đóng
góp quan trọng cho lý thuyết theory of functions, complex analysis, và number
theory.
[9] cosmic background radiation. Năng
lượng trong dạng điện từ vẫn còn thấy khắp nơi trong vũ trụ, được cho là những
phóng xạ còn lại từ Vụ Bùng NởLớn (nên
đôi khi gọi là ‘chói sáng đầu tiên’).
[10] binary star: chùm sao đôi: một hệ thống gồm hai sao, quay
quanh nhau hay quanh một trục chung; vẫn dịch (máy móc) là ‘sao nhị phân’
[11] The five Late Quartets: Năm
Quartets thời Cuối: (khác với những Quartets thời Đầu và 3 Quartets thời Giữa),
như tên gọi, là những quartet đàn dây viết trong những năm cuối đời Beethoven,
chúng vượt trên tất cả những gì của chính ông hay của bất kỳ một nhạc sĩ nào
khác đã từng viết trước và sau đó. Chúng không có tên hoa mỹ, chỉ đơn giản gọi
theo số thứ tự sáng tác: Op. 127, 130, 131, 132, 135. Lắng nghe tiếng nhạc này
chúng ta như nhìn vào tâm hồn sâu thẳm của con người khó tính, nóng nảy, giờ đã
điếc trầm trọng. Beethoven đã tự bóc trần, phơi bày những cảm xúc của mình
trong thế giới âm thanh của ông, thế giới đó có những ngõ ngách như những gì
trong vô thức, không hiểu trọn và dĩ nhiên không ý tưởng nào nào có thể biểu hiện,
chưa nói đến lời nếu muốn truyền đạt.
