TT&HĐ V - 47/i

 

Bản chất của thời gian là gì? | Khoa học vũ trụ - Khoa học và Khám phá

                                                 
PHẦN V:     THỐNG NHẤT 

"Khoa học là một sức mạnh trí tuệ lớn nhất, nó dốc hết sức vào việc phá vỡ xiềng xích thần bí đang cầm cố chúng ta."
Gorky 

 

"Mỗi một thành tựu lớn của nhà khoa học chính là xuất phát từ những ảo tưởng táo bạo". 
JohnDewey

"Chân lý chỉ có một, nó không nằm trong tôn giáo, mà nằm trong khoa học."
Leonardo da Vinci
 

"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới" 

Albert Einstein

 "Có hai cách để sống trên đời: một là xem như không có phép lạ nào cả, hai là xem tất cả đều là phép lạ".

Albert Einstein

      

“Chính qua cuộc đấu tranh nhằm thống nhất một cách hợp lý cái đa dạng mà đã đạt được những thành công lớn nhất, dù rằng chính ý đồ đó có thể gây ra những nguy cơ lớn nhất để trở thành con mồi của ảo vọng”.

Albert Einstein

“Người nhìn thấy cái đa dạng mà không thấy cái đồng nhất thì cứ trôi lăn trong cõi chết”.

Upanishad       

CHƯƠNG VIII (XXXXVII): NÓNG – LẠNH

“Nhiệt thể hiện ở chuyển động của các hạt vật chất.”

M.V. Lômônôxốp

 

“Tính chất kỳ lạ nhất của năng lượng là khả năng biến đổi của nó. Một trong những dạng phổ biến nhất của năng lượng trong tự nhiên là năng lượng chuyển động hay động năng. Năng lượng nhiệt là nguồn dự trữ động năng của các phân tử hoặc nguyên tử chuyển động hỗn loạn và liên tục.”

K.A Gladkov

 

"Tôi thích sự ngu dốt nhiệt tình hơn là sự thông thái thờ ơ".

Anatole France

 

"Trong sâu thẳm mùa đông, cuối cùng tôi cũng hiểu được trong tôi có mùa hè bất diệt".

Albert Camus

 

" Phần lớn con người sống cuộc đời tuyệt vọng trong im lặng, và rồi xuống mồ khi trong mình vẫn còn vang điệu nhạc".

Henry David Thoreau

 

"Không có đam mê, bạn không có năng lượng; không có năng lượng, bạn không có cái gì. Không có gì tuyệt vời trên thế giới được làm xong mà không có đam mê trong đó".

Donald Trump

 

"Hãy nuôi dưỡng hy vọng vì không có hy vọng sẽ không có nhiệt huyết. Nhiều khi chỉ cần một tia hy vọng cũng làm rực sáng cả bầu nhiệt huyết trong lòng người, soi rọi những thành quả lớn lao".

NTT

 

"Không thể tưởng tượng ra một Vũ Trụ vô tỉ! Chỉ khi nào vật lý học thừa nhận rằng các hằng số Vũ Trụ phải là những con số xác định (không vô tỉ), thì lúc đó nó mới có khả năng nhận thức được chân xác Vũ Trụ".

NTT 

 

  
(Còn tiếp)

Vận động vật chất, truy cho đến cùng là chuyển hóa không gian. Chuyển hóa không gian nhằm khẳng định tính tuyệt đối tồn tại của Tự Nhiên Tồn Tại. Tuyệt đối tồn tại là đâu đâu cũng tồn tại, lúc nào cũng tồn tại, tồn tại đến tuyệt cùng giới hạn và tồn tại đến vĩnh viễn. Tự nhiên là vốn dĩ như thế và phải như thế chứ không thể khác. Chính vì vậy mà không gian phải là một thực thể tồn tại thống nhất, tuyệt đối không thể phân tách được nhưng đồng thời cũng vì tồn tại mà được phân định tương đối đến tận cùng giới hạn xét về mặt tồn tại. Sự phân định cơ bản nhất, dẫn đến một hình ảnh Vũ Trụ như chúng ta đang quan chiêm, chính là sự phân định không gian thành hai thể môi trường không gian và vật chất Không Gian. Vì môi trường không gian (viết tắt là kg) và vật chất Không Gian (viết tắt là KG) không thể là sự hợp thành từ Hư Vô (hư vô tuyệt đối) được nên tất nhiên phải tồn tại đơn vị nhỏ nhất tuyệt đối, không thể phân chia được của kg là hạt kg , và hai đơn vị tương phản nhau, tuyệt đối nhỏ nhất, không thể phân chia được của KG là hạt KG và hạt KG . Hai hạt KG tương phản  và thực chất là hai hạt kg  có trạng thái nội tại bị kích thích đến tột độ theo hai chiều trái ngược nhau.

Có thể thấy quan niệm trên vừa mang màu sắc triết học, vừa mang màu sắc vật lý học. Nhưng quan niệm đó đã phù hợp với thực tại khách quan chưa? Chúng ta đặt niềm tin không lay chuyển vào luận thuyết của triết học duy tồn nên cho rằng luận điểm đó là đích đáng và có thể coi nó như một dấu gạch ngang, nối triết học duy tồn với vật lý học. Nghĩa là, từ vật lý học, có thể rút ra những luận điểm suy tư của triết học duy tồn và ngược lại, quan niệm của triết học duy tồn về tự nhiên là kim chỉ nam đối với việc thiết lập nhiều công thức ban đầu (!) cho các hiện tượng vật lý.

Theo quan niệm của triết học duy tồn thì không thể có Hư Vô trong thực tại và phải có giới hạn ở vô cùng nhỏ. Đã tồn tại giới hạn ở vô cùng nhỏ thì tuân theo nguyên lý tương phản, phải tồn tại giới hạn ở vô cùng lớn. Điều đó có nghĩa là Vũ Trụ không thể lớn vô hạn. Vũ Trụ hữu hạn thì không gian cũng hữu hạn và được bảo toàn. Nhưng hiểu như thế nào về một Vũ Trụ hữu hạn bởi vì khó mà hình dung được cái “mặt bao bọc” đóng vai trò biên giới của nó và bên ngoài nó là cái gì? Rốt cuộc, phải cho rằng Vũ Trụ hữu hạn nhưng vô biên, hay đơn giản hơn, hiểu như Lão Tử: đi xa cũng có nghĩa là trở về. Nếu từ một vị trí nào đó, chúng ta ra đi trên một quĩ đạo tự do không bị bất cứ một ràng buộc hay cưỡng bức nào cả và có tuổi thọ đủ cho cuộc hành trình thì rồi sẽ đến một ngày chúng ta về lại vị trí xuất phát. Hình dung như thế cũng hay, nhưng hình dung sau đây hay hơn: Vũ Trụ được “phân ra” thành hai miền ảo, thực và hai miền ấy bao bọc lẫn nhau bởi một lớp “rìa” vừa thực vừa ảo. Chúng ta ở miền nào thì miền đó là Vũ Trụ thực và miền kia là Vũ Trụ ảo. Nếu Vũ Trụ thực là hữu hạn thì Vũ Trụ ảo là vô hạn. Vì rìa phân cách hai Vũ Trụ là một tồn tại vừa ảo vừa thực cho nên có thể có một rìa mà cũng có thể có vô vàn rìa. Ở góc độ “thấy” một rìa, nếu chúng ta từ Vũ Trụ thực “bước qua” rìa ấy, thì vì chúng ta là thực nên Vũ Trụ ảo biến thành thực, còn Vũ Trụ thực mà chúng ta vừa rời khỏi lập tức biến thành ảo. Đó chính là “ra đi đồng nghĩa với quay về”. Ở góc độ “thấy” vô vàn rìa thì coi như ở đâu trong Vũ Trụ thực cũng là rìa và nếu chúng ta đang đi thì lúc nào cũng bước qua rìa và như vậy, lúc nào cũng đi về phía tâm của Vũ Trụ thực.

Đó là một hình dung đã đạt đến tột độ của sự hoang tưởng nhưng không phải là không có lý và hơn nữa, có thể rút ra từ đó một kết luận “cực kỳ chân lý”: không thể toàn thể không gian được bảo toàn tuyệt đối mà cả hai thể của chúng là kg và KG, xét như hai lực lượng độc lập với nhau, cũng được bảo toàn tuyệt đối. Nếu từ Vũ Trụ thực, một lực lượng KG vận động qua rìa vào miền Vũ Trụ ảo thì tại đó đồng thời cũng có một lực lượng KG như thế từ Vũ Trụ ảo vận động qua rìa vào miền Vũ Trụ thực. Giả sử chúng ta là một lượng lượng KG thực “xông tới” một tấm gương thì có thể coi mặt gương là rìa Vũ Trụ, vì trong gương (coi như miền Vũ Trụ ảo) cũng có một lực lượng KG ảo giống hệt chúng ta, “xông tới” mặt gương. Sự chuyển hóa KG giữa hai miền ảo và thực khi qua rìa Vũ Trụ cũng tương tự như thế chăng? Hỏi thế mà suy ngẫm thôi chứ chúng ta đừng dại gì xông thẳng vào gương để “thực nghiệm”. Làm thế, nếu không chấn thương sọ não thì cũng sứt đầu mẻ trán. Còn vẫn “gàn bướng” quyết tâm xông vào gương cho bằng được thì vì là giả sử thôi nên dại gì mà không giả sử thêm rằng, mặt gương có tính đàn hồi hoàn toàn, để chúng ta xông vào gương chỉ phải chịu một tác động tương đối ôn hòa rồi tuân theo nguyên lý tác dụng tương hỗ, lại xông ra khỏi gương theo tốc độ và phương như cũ nhưng ngược chiều về nơi chúng ta đã xuất phát. Giả sử này dẫn ra ý niệm: xét theo một khía cạnh nhất định, có thể coi rìa Vũ Trụ có tính đàn hồi lý tưởng và chuyển hóa KG ở đó hoàn toàn tuân theo nguyên lý tác dụng tương hỗ.

Vô cùng khó hình dung Tự Nhiên Tồn Tại lại vận hành như thế. Nhưng nếu Tự Nhiên Tồn Tại không vận hành như thế, thì với những hiện tượng tự nhiên mà loài người khám phá được cho tới nay, có thể còn khó hình dung hơn. Dù chắc chẳng một ai ngoài chúng ta tin nổi một Vũ Trụ “tuy một mà hai, tuy hai mà một”, đầy huyễn hoặc như thế, thì chúng ta vẫn không nao núng: về nguyên tắc, phải như thế chứ không thể khác được.

Những hiện tượng xảy ra trong tự nhiên, dù được thấy rất khác nhau, vì tuân theo những nguyên lý, qui luật khác nhau, nhưng những nguyên lý, qui luật ấy chỉ là những dạng đặc thù của những nguyên lý, qui luật phổ quát hơn nữa, và vì thế, tất cả các nguyên lý, qui luật đều qui về một mối, một nguồn cội duy nhất, nghĩa là tất cả các nguyên lý và qui luật về tồn tại và vận động của Vũ Trụ đều là dạng đặc thù của nguyên lý duy nhất mà chúng ta đã gọi là “nguyên lý Tự Nhiên”. Chính vì thế mà giữa nhiều hiện tượng, dù có vẻ khác nhau đến mấy, không nhiều thì ít, không chỗ này thì chỗ khác, cũng có nét tương tự. Phải cho rằng sự tương tự là đặc tính phổ quát của tự nhiên và hơn nữa là một nguyên lý của tự nhiên. Nếu không có nguyên lý này thì mẫu hành tinh của Bo về cấu trúc nguyên tử Hydrô đã không thể giải thích thỏa đáng được bất cứ hiện tượng nào thể hiện ra từ vận động nội tại của Hydrô. Có lẽ rất nhiều người không biết vì không để ý: trong lịch sử nghiên cứu khoa học, rất nhiều trường hợp nhờ có nguyên lý tương tự mà nhiều phát kiến khoa học có giá trị đã được sáng tạo ra.

Nếu cần đưa ra thêm thí dụ về sự tương tự nhau của hai hiện tượng vật chất vận động, rất khác nhau, thậm chí xét trên phương diện nào đó có thể nói khác nhau một cách bản chất, thì chúng ta dễ dàng “trưng bày” được ngay lập tức: không đâu xa lạ, đó chính là trường hợp chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí trong thuyết nhiệt động học và sự nhiễu loạn bức xạ trong thuyết bức xạ nhiệt. Nếu trong thuyết nhiệt động học, nguyên nhân của nhiệt độ là sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí, thì trong thuyết bức xạ nhiệt, nguyên nhân của nhiệt độ là sự vận động nhiễu loạn của bức xạ điện từ. Thậm chí có thể nói, hiện tượng xảy ra trong hộp chứa khí lý tưởng thỏa mãn phương trình cơ bản của nhiệt động học hoàn toàn tương tự với hiện tượng xảy ra trong hốc đen tuyệt đối chứa bức xạ thỏa mãn phương trình cơ bản của thuyết bức xạ nhiệt (công thức Planck), nếu xét về mặt vận động vật chất có liên quan đến nhiệt độ. Thậm chí, có thể nói, bức xạ nhiệt là nguyên nhân của các hiện tượng nhiệt động học!

Để tạo điều kiện thuận lợi cho công tác nghiên cứu, nhiệt học đưa ra khái niệm “hệ” (hệ thống), và định nghĩa: hệ là gồm một vùng không gian nhất định và số đông các phân tử hoạt động trong đó. Để có thể khám phá một cách khách quan nhất về bản chất của đối tượng nghiên cứu, nhiệt học cũng đưa ra khái niệm “hệ cô lập”, và định nghĩa: hệ cô lập là hệ được cách ly một cách lý tưởng (tuyệt đối) về phương diện nào đó (chẳng hạn là cách ly nhiệt, cách ly lượng, cách ly hiệu ứng hấp dẫn,…) hoặc tất cả mọi phương diện với môi trường bên ngoài hệ. Như vậy, hộp chứa khí lý tưởng và hốc đen tuyệt đối chứa bức xạ nói trên, theo nhiệt học, chính là hai hệ cô lập không những về mặt nhiệt mà còn về nhiều mặt khác.

Nếu hai hệ đó, trong suốt quá trình tồn tại của chúng luôn ổn định trạng thái (P,V,T không đổi), thì chúng ta nói chúng đã bị cô lập hoàn toàn với môi trường bên ngoài không những về mặt trao đổi năng lượng mà cả về mặt không gian. Tuy nhiên sự cô lập ấy vẫn chưa tuyệt đối vì vẫn xảy ra hiện tượng va chạm, tác động tương hỗ làm chuyển hóa năng lượng của nhau giữa môi trường ngoài (mà “vách” phân cách là đại diện của nó) và mỗi hệ đó. Chỉ khi nào cách ly được cả về phương diện va chạm thì hai hệ đó mới bị cô lập tuyệt đối. Nhưng bằng cách nào có thể cách ly tuyệt đối được sự va chạm mà áp suất P vẫn tồn tại? Không thể có cách nào dù là trong tưởng tượng!

Như vậy, hai hệ cô lập đó có vận động vật chất tương tự nhau về phương diện nhiệt động học, và rất “gần gũi” nhau vì đều có những thể hiện sau đây:

- Thể tích kg không đổi

- Năng lượng toàn phần không đổi

- Áp suất không đổi

- Nhiệt độ không đổi

Có thể diễn giải 4 thể hiện đó ra như thế này:

- Môi trường không gian được bảo toàn

- Lực lượng KG được bảo toàn

- Vận động vật chất được bảo toàn

- Luôn tồn tại cân bằng động

Bốn diễn giải ấy chính là bốn đặc tính cơ bản của Vũ Trụ thực tại mà triết học duy tồn đã hình dung ra. Do đó có thể rút ra ở đây một kết luận đầy lý thú: có thể coi hai hệ cô lập nói trên là hai hình ảnh thu nhỏ của Vũ Trụ thực tại, hay cũng có thể coi Vũ Trụ thực tại là một hệ cân bằng nhiệt động vĩ đại. (Cân bằng nhiệt động thực ra cũng là cân bằng động, vì ở tầng nấc vi mô nào đó, ở một trạng thái vận động vật chất nào đó, nếu chúng ta đến được đó(!), thì vận động vật chất không còn gây ra cảm giác mang khái niệm "nhiệt" nữa. Thí dụ, một tia sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất, nhiệt độ của nó là bao nhiêu trên dặm đường Vũ Trụ? không thể xác định được! Nếu lúc đó, mức độ vận động hỗn loạn trong nội tại nó so với khi ở Mặt Trời bằng 0, thì nhiệt độ của nó phải bằng 0. Có thể như thế nhưng làm sao đo? Vì chúng ta đưa bất cứ dụng cụ đo nào đến đó đều, ngay lập tức, làm tăng mức độ hỗn loạn trong vận động nội tại của tia sáng, làm nhiệt độ của nó tăng lên mất rồi!).

Từ kết luận đó còn rút ra được một kết luận lý thú khác nữa: Vũ Trụ thực tại không thể bị cô lập tuyệt đối, nó “đóng” mà cũng “mở”, không “đóng” mà cũng không “mở”, là cả hai mà cũng không phải cả hai.

Một câu hỏi bật ra: vì hai hệ cô lập đó là hoàn toàn tương tự nhau xét về mặt nhiệt động học, hơn nữa cũng có những thể hiện ám chỉ đến những đặc tính cơ bản nhất của Vũ Trụ thực tại, đều có thể được coi là một Vũ Trụ thực tại thu nhỏ, nên có thể nào từ phương trình cơ bản của nhiệt động học suy ra được phương trình cơ bản của bức xạ nhiệt và ngược lại? Có khả năng lắm chứ!

Để thiết lập phương trình cơ bản, các nhà nhiệt động học đã hình dung chất khí trong hệ cô lập là khí lý tưởng. Theo qui ước về các phân tử khí lý tưởng trong nhiệt học, chúng ta cho rằng có thể thay thế các phân tử khí bằng các phần tử vật chất bất kỳ nào đó, miễn chúng đủ nhỏ để được coi như chất điểm và không tương tác nhau bởi một nguyên nhân nào khác ngoài sự va chạm. Chúng ta quan niệm về sự tồn tại của các hạt KG , vậy có thể thay thế những hạt này cho phân tử khí lý tưởng không? Không được, bởi vì khi “nhốt”, các trong hệ cô lập, chúng mang điện tích nên sẽ hút đẩy điện từ nhau và như thế là trái với qui ước. Hơn nữa, theo thời gian để cuối cùng chỉ còn lại gồm các hạt hoặc các hạt và duy nhất một hạt (dương hoặc âm) tồn tại độc lập (vì KG phải được bảo toàn nên nếu có một hiện tượng hủy cặp giữa hai trái dấu xảy ra thì cũng đồng thời xảy ra hiện tượng một cặp hạt (hạt kg) bị kích thích thành hai hạt  trái dấu ở đâu đó). Hạt  là hạt trung tính, nên giữa hai hạt  không có lý do nào hút hay đẩy nhau hết nếu không “va chạm” nhau, và kích cỡ của nó, xét về độ nhỏ, “chẳng thấm vào đâu” so với “tầm vóc vĩ đại” của hạt phân tử khí mà các nhà nhiệt học qui ước trong việc thiết lập phương trình cơ bản của nhiệt động học, thì sẽ có được một “chất khí” lý tưởng hơn cả lý tưởng!

Trên cơ sở nhận định đó, chúng ta bước vào một cuộc thực nghiệm giả tưởng trong thế giới hoang đường với mục đích tìm lời đáp cho câu hỏi lớn: nhiệt và nhiệt độ đích thực là gì?
(Còn tiếp)
---------------------------------------------------------------------