Phật Giáo và Thời Đại

 

Đạo của vật lý

The Tao of Physics

 

Tác giả: Fritjof Capra

Nguyễn Tường Bách dịch

 

Phần I. Con đường của vật lý học

Chương 1: Vật lý hiện đại - Một “tâm đạo”?

 

Mỗi con đường chỉ là một lối đi và cũng không ảnh hưởng gì đến mình hay đến ai nếu phải từ bỏ nó, một khi trái tim buộc bạn phải làm thế... Hãy quan sát con đường kỹ lưỡng và chính xác. Và hãy tự hỏi mình, chỉ chính mình thôi... Đó là một con đường của trái tim? Nếu phải thì đó là một lối đi tốt đẹp; nếu không nó chỉ vô ích.

  Carlos Castaneda; Bài học của Don Juan

Nền vật lý hiện đại có một ảnh hưởng sâu đậm hầu như trên mọi hình thái của xã hội loài người. Nó trở thành cơ sở của khoa học tự nhiên, và sự liên hệ hỗ tương giữa khoa học tự nhiên và khoa học kỹ thuật đã biến đổi sâu xa điều kiện sống của chúng ta, xấu tốt đều có. Ngày nay hầu như không có một ngành công nghiệp nào mà không sử dụng những thành tựu của vật lý nguyên tử và ai cũng biết đến ảnh hưởng của vũ khí hạt nhân trong nền chính trị thế giới. Tuy thế thật ra, ảnh hưởng của vật lý hiện đại vượt xa kỹ thuật. Nó vươn dài đến tận tư tưởng, văn hoá và dẫn đến một sự thay đổi cơ bản về thế giới quan cũng như mối quan hệ của con người với vũ trụ. Sự nghiên cứu về thế giới nguyên tử và hạ nguyên tử ^(*) trong thế kỷ 20 đã phát hiện một cách bất ngờ hạn chế của các quan niệm cổ điển và buộc ta có một sự sửa đổi triệt để về nhiều khái niệm. Ví dụ khái niệm “vật chất” trong nền vật lý hạ nguyên tử hoàn toàn khác hẳn với quan niệm thông thường về một thể vững chắc trong vật lý cổ điển. Điều đó cũng tương tự cho các khái niệm không gian, thời gian và nguyên nhân - kết quả. Thế nhưng những khái niệm vừa kể lại là cơ sở của thế giới quan chúng ta với sự chuyển hoá mạnh mẽ của chúng, thế giới quan của ta cũng bắt đầu thay đổi.

Trong những thập niên qua, các nhà vật lý và triết gia đã thảo luận rất nhiều về sự thay đổi này do nền vật lý hiện đại tác động, nhưng rất ít khi người ta thừa nhận rằng sự thay đổi quan niệm này rõ rệt đã dẫn vào thế giới quan của nền đạo học phương Đông. Các khái niệm của vật lý hiện đại cho thấy một sự song song bất ngờ với các quan niệm đã được đề ra trong các nền triết lý, đạo học miền Viễn Đông. Dù sự song hành này chưa được đề cập đến một cách cặn kẽ nhưng nó đã được nhiều nhà vật lý lớn nhất của thế kỷ này đã ghi nhận, khi các vị đó tiếp xúc với các nền văn hoá phương Đông trong các chuyến đi thuyết giảng tại ấn Độ, Trung quốc và Nhật Bản. Xin ghi lại ba thí dụ sau đây:

Những quan điểm chung về nhận thức của con người, được minh hoạ bởi phát hiện của vật lý nguyên tử, tự nó không xa lạ hay khó hiểu. Ngay trong nền văn hoá của chúng ta, chúng đã có lịch sử và trong tư tưởng Phật giáo hay ấn Độ giáo chúng có một chỗ đứng trung tâm đấng kể.

Điều mà ta phát hiện chỉ nêu thêm ví dụ, xác nhận và làm tinh tế thêm cho một nền văn minh triết cổ xưa (Julius Robert Oppenheimer 1904-1067, nhà vật lý học người Mỹ, góp phần quan trọng trong công cuộc nghiên cứu vật lý hạt nhân).

  Để tìm sự song hành với lý thuyết vật lý nguyên tử... ta phải đến với cách đặt vấn đề về nhận thức luận mà các đầu óc như Phật hay Lão Tử đã từng đối mặt, nếu ta muốn hoà điệu vị trí của chúng ta vừa là khán giả vừa là diễn viên trong màn kịch lớn của thế gian. (Niels Bohr).

  Đóng góp lớn nhất trong ngành vật lý lý thuyết của Nhật Bản sau cuộc chiến tranh thế giới vừa qua có lẽ là dấu hiệu của một mối liên hệ nhất định giữa các tư tưởng phương Đông và nội dung triết học của lý thuyết lượng tử. (Werner Heisenberg).

Mục đích của cuốn sách này là tìm hiểu mối tương quan giữa các khái niệm của vật lý hiện đại và cơ sở của nền triết học và đạo học phương Đông. Chúng ta sẽ thấy hai cơ sở chung của nền vật lý thế kỷ 20 - lý thuyết lượng tử và lý thuyết tương đối - buộc chúng ta phải nhìn thế giới như cách nhìn Ấn Độ giáo, Phật giáo, Lão giáo và sự giống nhau giữa hai bên càng tăng thêm khi xét các thí nghiệm gần đây nhằm phối hợp hai lý thuyết để mô tả các hiện tượng trong vũ trụ vi mô: khi nói về các tính chất và tương tác của các hạt hạ nguyên tử, các hạt đó là tác nhân tạo ra vật chất. Đây cũng là nơi mà sự song hành giữa vật lý lý thuyết và đạo học phương Đông nổi bật nhất và chúng ta sẽ gặp những lý giải mà ta sẽ không biết chúng do ai phát biểu, do một nhà vật lý hay một đạo sĩ phương Đông.

Khi nói Đạo học phương Đông, tôi nói đến các triết lý tôn giáo của ấn Độ giáo, Phật giáo và Lão giáo. Mặc dù chúng gồm một số lớn trường phái tâm linh và hệ thống triết lý đan kết lẫn nhau, song tính chất chung của thế giới quan đó đều như nhau. Cái nhìn này không chỉ giới hạn ở phương Đông, nó có thể tìm thấy trong nhiều cấp bậc của mọi triết lý thiên về huyền bí. Vì thế những luận cứ trong sách này có thể nói chung là vật lý hiện đại dẫn ta đến một thế giới quan rất tương đồng với cách nhìn của nhà đạo học của mọi thời đại và truyền thống.

Truyền thống đạo học thực ra có mặt trong tôn giáo và các yếu tố huyền bí cũng có mặt trong trường phái triết học phương Tây. Mối song hành với vật lý hiện đại thật ra không phải chỉ có trong Kinh Vệ Đà của ấn Độ giáo, trong Kinh Dịch hay trong các Kinh Luận của đạo Phật, chúng cũng đã từng hiện diện trong tư tưởng của Heraclitus (550-480 trước CN, triết gia Hy Lạp) trong Sufismus của người Ả-rập và trong giáo pháp của nhà huyễn thuật Yaqui Don Juan. Nhưng ở đây, nhằm dùng từ đơn giản, tôi sẽ nói thế giới quan phương Đông và thỉnh thoảng mới nhắc đến các nguồn đạo học khác.

Nếu nền vật lý hôm nay mà đưa về lại một thế giới quan huyền bí thì thật ra nó chỉ trở lại nguồn gốc của nó, đã cách xa 2500 năm. Thật thú vị khi theo dõi nền khoa học phương Tây trên bước đường của nó, bắt đầu với các triết gia đạo học Hy Lạp đến sự phát triển thành những tư duy duy lý xuất sắc, ngày càng xa tính chất huyền bí ban đầu, tiến tới một thế giới quan đối lập với thế giới quan của phương Đông. Thế nhưng trong những bước đường phát triển gần đây nhất, khoa học phương Tây lại tự vượt lên quan điểm của chính mình và trở lại với tư duy của nền triết học Hy Lạp cổ và triết học phương Đông. Nhưng lần này nó không đặt cơ sở trên trực giác nữa mà dựa trên những thí nghiệm chính xác, phức tạp và dựa trên một lý luận logic chặt chẽ của toán học.

Nguồn gốc của vật lý, cũng như mọi ngành khoa học phương Tây khác, bắt rễ trong giai đoạn đầu của triết học Hy Lạp, và thế kỷ 6 trước Công nguyên, trong một nền văn hóa mà khoa học tự nhiên, triết học và tôn giáo chưa hề tách nhau.

Các nhà hiền triết của truyền thống Milesi tại Ionia hồi đó chưa biết sự phân biệt này. Mục đích của các vị đó là nhằm phát hiện cái cốt tủy của cơ cấu đích thực của sự vật mà họ gọi là Physis. Từ Physis (vật lý) xuất phát từ Hy Lạp đó, có nguyên nghĩa là sự tìm kiếm của tự tính sự vật.

Điều này tất nhiên cũng là mục đích của các nhà đạo học và thực tế là triết học Milesi cũng có một khuynh hướng đạo học mạnh mẽ. Người Hy Lạp đời sau gọi các nhà Milesi là Hylozoist nghĩa là kẻ cho rằng vật chất cũng biết sống vì các vị Milesi không hề phân biệt giữa sinh và vô sinh, giữa tâm thức và vật chất. Thậm chí họ không có từ vật chất, vì họ cho rằng mọi hiện tượng đều là phát biểu của Physis cả, mà cái này chứa sẵn sự sống và tâm thức. Vì thế Thales (625-547 trước CN - nhà toán học và triết học Hy Lạp) xem mọi sự vật đều chứa đầy linh tánh và Anaximender (610-547 trước CN - triết gia Hy Lạp) xem vũ trụ có dạng của một cơ thể, được Pneuma (Hơi thở, khí), hơi thở của vũ trụ điều hòa, cũng như con người được khí trời nuôi sống.

Quan điểm nhất thể và hữu cơ của những người Milesi rất gần với triết học cổ đại ấn Độ và Trung Quốc và sự song hành với thế giới quan phương Đông càng rõ rệt hơn nữa trong triết học của Heraclitus. Heraclitus tin nơi một thế giới đang biến dịch liên tục, của một sự trở thành miên viễn. Đối với ông, những gì tĩnh tại chỉ là sự vọng tưởng và nguyên lý vũ trụ của ông là ngọn lửa, một biểu tượng của sự biến dịch thường xuyên của mọi sự. Heraclitus chỉ ra rằng, mọi biến dịch trong trời đất là do tính động và sự tác động đầy sức sống và nhịp nhàng; ông xem mỗi cặp đối lập đó là cái nhất thể. Ông gọi cái nhất thể, cái xuyên suốt mọi cặp đối lập, là logos.

Đến trường phái Elatic thì cái nhất thể này bị chẻ đôi, họ cho rằng có một nguyên lý thiêng liêng cao hơn cả thánh thần và con người. Mới đầu nguyên lý này được xem là sự nhất thể của vũ trụ, về sau người ta cho rằng nó là Thượng đế có tính toàn trí và mang nhân trạng, là người đứng trên và cai quản thế giới. Đó là khởi thủy của khuynh hướng tách tâm và vật ra làm hai và dẫn triết học phương Tây đến tính nhị nguyên tiêu biểu.

Trong hướng này thì Parmenides đi một bước ngược hẳn với Heraclitus. Ông xem nguyên lý cơ bản của mình chính là cái Tồn Tại, cho nó là cái có thực duy nhất và không thay đổi. Ông xem sự biến dịch không thể có, cái mà ta gọi là biến dịch trong thế giới chỉ là sự nhầm lẫn của giác quan. Từ quan điểm này phát sinh một vật chất bất hoại, vật chất này là nền tảng mang những tính chất có thể thay đổi. Khái niệm vật chất bất hoại trở thành một khái niệm gốc của tư duy phương Tây.

Trong khoảng thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên, các nhà triết học Hy Lạp tìm cách vượt lên hai quan điểm đối lập của Parmenides và Heraclitus. Nhằm dung hòa cái tồn tại bất biến (Parmenides) và sự biến dịch thường xuyên (Heraclitus), người ta cho rẳng tồn tại thể hiện thông qua những chất liệu bất biến, nhưng đem nó mà trộn lẫn với nhau hay tách rời xa nhau thì chúng lại tạo nên sự biến dịch của thế giới. Tư duy này dẫn đến khái niệm nguyên tử, là những hạt nhỏ nhất bất khả phân của vật chất, nó được trình bày rõ nhất trong triết học của Leucippus và Demokritus. Những người Hy Lạp cổ theo truyền thuyết nguyên tử đó kéo một đường phân ranh rõ giữa tâm và vật, đối với họ vật chất được cấu tạo bằng những hạt cơ bản ^(**). Những hạt này vận động hoàn toàn thụ động giữa những hạt khác, cũng chẳng có sự sống trong một không gian trống rỗng. Lý do nào làm chúng ta vận động cũng không được giải thích rõ, chúng thường được xem là do các lực bên ngoài tác động, các lực đó có một nguồn gốc thuộc tâm, khác hẳn vật chất. Trong suốt thế các kỷ sau, hình dung này là một yếu tố then chốt của tư tưởng phương Tây, của quan điểm nhị nguyên Tâm - Vật, giữa hồn phách và thể xác.

Khi ý niệm chia đôi tâm- vật bắt đầu bắt rễ thì các triết gia hướng về thế giới tâm thức nhiều hơn, họ quan tâm đến linh hồn con người và các vấn đề đạo lý. Suốt hơn hai ngàn năm, sau đỉnh cao của nền khoa học và văn hóa Hy Lạp trong thế kỷ thứ 4, thứ 5 trước Công nguyên, các vấn đề đó đè nặng thế giới tư tưởng phương Tây. Dựa trên nhận thức khoa học thời Thượng cổ, Aristotle đã hệ thống và tổ chức thành mô hình, mô hình đó làm nền tảng cho quan niệm của phương tây về vũ trụ suốt hai ngàn năm. Nhưng cũng chính Aristotle lại nghĩ rằng những vấn đề về linh hồn con người và suy tư về Thượng đế đáng quí hơn chuyên nghiên cứu thế giới vật chất. Lý do tại sao thế giới quan của Aristotle tồn tại lâu dài cũng chính là vì người ta không tha thiết gì về thế giới vật chất cũng như vì ảnh hưởng của Giáo hội, vì Giáo hội là người ủng hộ quan điểm của Aristotle suốt thời Trung cổ.

Phải đợi đến thời Phục hưng thì khoa học phương Tây mới bắt đầu phát triển, khi con người bắt đầu tự giải phóng ra khỏi quan điểm của Aristotle và Giáo hội bắt đầu quan tâm đến thế giới tự nhiên. Sau đó đến thế kỷ thứ 15, việc nghiên cứu giới tự nhiên được thực hiện trong một tinh thần khoa học và các thí nghiệm ra đời nhằm kiểm tra những ý niệm mới. Song song, người ta còn quan tâm đến toán học. Cuối cùng, nhằm phát biểu những lý thuyết khoa học vừa được khám phá, được thí nghiệm thừa nhận, người ta sử dụng toán học. Galileo là người đầu tiên đã nối kết các nhận thức từ kinh nghiệm với toán học, vì thế ông được xem là cha đẻ của nền khoa học hiện đại.

Khoa học hiện đại phát sinh, nó mở đường cho sự phát triển của tư duy triết học, và song song nó dẫn đến một sự phát biểu cực đoan về tính nhị nguyên tâm - vật. Sự phát biểu này xuất hiện vào thế kỷ thứ 17 với triết học của Rene Descartes, người cho rằng trong tự nhiên có hai lĩnh vực hoàn toàn tách rời và độc lập với nhau: lĩnh vực tâm thức (res cogitans) và lĩnh vực vật chất (res extensa). Nhờ cách phân chia của Descartes, các nhà khoa học được phép xem vật chất là chết và hoàn toàn độc lập với mình: thế giới vật chất chỉ là một tập hợp của những đối tượng khác nhau, trong một bộ máy khổng lồ. Thế giới quan có tính cơ giới này được Isaac Newton ủng hộ, người đã phát triển nền cơ học của mình trên cơ sở đó và biến nó thành nền tảng của nền vật lý cổ điển. Từ giữa thế kỷ 17 đến cuối thế kỷ 19, mô hình cơ học của Newton đã thống trị toàn bộ nền tư duy khoa học. Song song đó, cũng có một hình ảnh của Thượng đế, người đứng trên thế giới và cai quản thế giới bằng những qui luật của Chúa. Những qui luật của thế giới tự nhiên mà nhà khoa học đang nghiên cứu cũng được xem là nằm trong vòng qui luật trường cửu và bất biến của Chúa vì Chúa là người cai quản thế giới.

Triết học Descartes không những chỉ có ảnh hưởng trong nền vật lý cổ điển. Nó từng có và ngày nay vẫn còn có ảnh hưởng lớn lao trong tư duy phương Tây nói chung. Câu nói nổi tiếng của Descartes “Cogito ergo sum” (tôi tư duy, vậy tôi hiện hữu) làm cho người phương Tây đồng hóa mình với tâm thức thay vì với toàn bộ con người mình. Hậu quả của cách phân chia kiểu Descartes là mỗi con người tưởng mình là một thể cô lập, là một cá thể sống “trong” thân xác. Tâm bị tách rời khỏi thân thể nhưng lại nhận một trách nhiệm là “quản thân thể đó, vì thế mà sinh ra mối mâu thuẫn giữa ý chí có ý thức và bản năng vô ý thức. Mỗi một cá thể lại chia chẻ ra nhiều ngăn hộc khác nhau, tùy hoạt động, khả năng, cảm xúc, niềm tin v.v... của người đó; chúng nằm chồng chéo trong vô số mâu thuẫn, liên tục sinh ra những xao xuyến siêu hình và chán nản.

Mối hỗn loạn nội tâm đó của con người được phản ánh qua cách nhìn ra thế giới bên ngoài, thế giới được nhìn qua nhiều vật thể và tiến trình khác nhau. Thế giới xung quanh được coi như có nhiều phần tử kết nên, nhiều phe nhóm giành nhau cấu xé. Quan niệm chia chẻ này bao trùm luôn lên xã hội, vì thế mà sinh ra nhiều quốc gia, chủng tộc, phe nhóm tôn giáo và chính trị khác nhau. Cho sự chia chẻ như vậy là đúng-trong ta, xung quanh ta và trong xã hội đó chính là nguyên do chủ yếu của mọi cuộc khủng hoảng ngày nay về xã hội, sinh thái và văn hóa; của tình trạng bạo lực ngày càng gia tăng; môi trường ô nhiễm; trong đó cuộc sống trở nên tệ hại về tâm lý và thể chất.

Do đó, sự chia cắt kiểu Descartes và thế giới quan cơ giới vừa có ích vừa tai hại. Nó hết sức thành công trong việc phát triển nền vật lý cổ điển và kỹ thuật, nhưng cũng mang lại nhiều hậu quả tai hại cho nền văn minh của chúng ta. Ngày nay thật là một điều kỳ diệu được nhìn thấy trong thế kỷ 20, nền khoa học sinh ra do sự cách ly kiểu Descartes và quan điểm cơ giới lại phát triển tiến lên, vượt lên sự chia chẻ, trở về lại với ý niệm nhất thể mà đã được các nền triết học Hy Lạp và phương Đông phát biểu.

Ngược lại với quan điểm cơ giới phương Tây thì thế giới quan phương Đông có tính hữu cơ ^(*). Đối với nhà đạo học phương Đông thì mọi vật thể và biến cố con người cảm nhận được có mối quan hệ với nhau, chúng chỉ là những dạng khác nhau của một “thực tại cuối cùng”. Khuynh hướng của chúng ta rất thích chia chẻ thế giới được cảm nhận thành ra những vật thể riêng lẻ và nhận chính mình là một cá thể cô lập, khuynh hướng đó được xem là một vọng tưởng xuất phát từ một tâm thức hay phân biệt đánh giá. Triết học Phật giáo xem khuynh hướng đó là vô minh (Avidya), đó là một dạng của vọng tâm, cần vượt bỏ:

  Nếu vọng tâm sinh khởi, thì các pháp đều sinh khởi;

  Vọng tâm diệt đi thì các pháp đều diệt ⁴ .

  Mã Minh ^(**) 

(*) Organic

(**)Tác giả trích Đại Thừa khởi tín luận của Mã Minh (Asvaghosa), luận sư Đại thừa ấn Độ, sống giữa thế kỷ 1,2 Công nguyên. Trong nguyên bản Anh ngữ của sách này, tác giả trích Mã Minh là từ bản dịch của Daisetz Teiraro Suzuki-Thiền sư nổi tiếng người Nhật, tác giả các bộ Essays in Zen Buddhism, The Essence of Buddhism, còn lời dịch này được trích từ bản dịch của Thích Thiện Hoa. (N.D).

Mặc dù các trường phái đạo học phương Đông khác nhau về nhiều chi tiết, nhưng tất cả đều nhấn mạnh đến tính nhất thể của vũ trụ, đó là điểm trung tâm của mọi giáo pháp. Mục đích cao nhất của kẻ tầm đạo-không kể Ấn Độ giáo, Phật giáo hay Lão giáo-là luôn luôn tỉnh giác về sự nhất thể và về mối tương quan của mọi pháp, vượt lên khái niệm về một cái ngã độc lập và tự hoà mình vào “thực tại cuối cùng” đó. Sự tỉnh giác này-có khi gọi là “giác ngộ”- không phải chỉ là một tiến trình hiểu biết mà là một kinh nghiệm tự nếm trải, kinh nghiệm này chiếm toàn bộ thân tâm hành giả và vì thế có tính chất tôn giáo. Do đó phần lớn các triết lý phương Đông chủ yếu là triết lý có tính tôn giáo.

Theo quan điểm phương Đông thì sự chia chẻ giới tự nhiên thành sự vật riêng lẻ và không có cơ sở và mọi sự vật đều đang hình thành, đang đổi liên tục. Thế giới quan phương Đông vì thế là động, chứa đựng tính chất chủ yếu thời gian và biến dịch. Vũ trụ là một thực tại không thể phân chia- vận hành liên tục, sinh động, hữu cơ; cùng một lúc vừa là tâm thức vừa là vật chất.

Vì vận hành và biến dịch là tính chất căn bản của sự vật nên năng lực tác dụng cho sự vận hành đó, không như quan điểm cổ điển của Hy Lạp, không nằm ngoài sự vật mà nó chính là một tính chất nội tại của vật chất. Do đó mà hình ảnh Thượng đế của phương Đông không phải là một kẻ đứng trên và trị vì thế giới mà là một nguyên lý, nguyên lý đó tác động từ bên trong:

Đó là người, kẻ ẩn trong mọi sự,

Mà khác biệt với tất cả mọi sự,

Kẻ mà mọi loài không ai nhận ra,

Mà thân người chính là nội sự,

Là kẻ dẫn đường nội tại của mọi sự,

Đó chính là tiểu ngã của bạn,

Kẻ dẫn đường bí ẩn, kẻ bất tử ⁵ .

Các chương sau đây sẽ chỉ rõ, mọi yếu tố cơ bản của thế giới quan phương Đông cũng chính là thế giới quan xuất phát từ nền vật lý hiện đại. Các chương đó sẽ nói rõ, những tư duy đạo học phương đông cung cấp cho các lý thuyết của vật lý hiện đại một nền tảng triết học nhất quán và quan trọng; cung cấp một nhận thức về thế giới mà những phát hiện khoa học hoàn toàn hòa điệu với những mục đích tinh thần và niềm tin tôn giáo của con người. Hai cơ sở căn bản của thế giới quan này là sự nhất thể và mối liên hệ qua lại của mọi hiện tượng cũng như tính chất động của vũ trụ. Càng đi sâu vào thế giới vi mô, ta càng rõ, nền vật lý hiện đại cũng như đạo học phương Đông nhìn thế giới là một hệ thống bất khả phân, ảnh hưởng lên nhau và liên tục biến dịch, mà người quan sát là một phần tử trong hệ thống đó.

Thế giới quan hữu cơ và có tính sinh thái của phương Đông hiển nhiên là lý do chính tại sao phương Tây đang ưa chuộng nó, một phong trào mới mẻ và to lớn, nhất là trong giới trẻ. Trong xã hội phương Tây chúng ta, còn sót lại ảnh hưởng nặng nề của nền văn hóa và quan điểm chia chẻ và cơ giới nọ, đang có một số người đã thấy tư duy đó là nguồn gốc của sự bất mãn đang lan tràn trong xã hội và nhiều người đã hướng về con đường giải phóng của phương Đông. Một điều đáng quan tâm, mà thật ra chẳng bất ngờ gì, là những người đang được đạo học phương Đông thu hút, đang tìm hiểu Kinh Dịch hay thực hành phép Du-già (*), những người đó thường có một thái độ chống lại khoa học. Họ cho rằng khoa học, nhất là ngành vật lý, là một môn học buồn tẻ, đóng khung, là môn học mang trách nhiệm của mọi sự xấu xa của kỹ thuật.

Cuốn sách này muốn nâng cao “uy tín” của khoa học, trong đó nó sẽ chỉ ra một sự hòa điệu cốt lõi giữa tinh thần của đạo học phương Đông và khoa học phương Tây. Nó sẽ cố gắng chỉ rõ ngành vật lý đã vượt xa cái khung của kỹ thuật thuần túy, chỉ rằng con đường-hay Đạo-của vật lý là một con đường với trái tim, tâm đạo, một con đường dẫn đến tri kiến đích thực và sự thực chứng.

(*) Yoga.

Chương 2: Biết và thấy

 

Từ vọng tưởng hãy đưa ta về thực tại!

Từ bóng tối hãy đưa ta về ánh sáng!

Từ cái chết hãy đưa ta về bất tử!

Áo nghĩa thư (Brihad-Aranyaka-Upanishad)

Trước khi nghiên cứu về sự song hành giữa nền vật lý hiện đại với nền đạo học phương Đông, ta hãy đi sâu trả lời câu hỏi, làm sao có thể so sánh được hai bên; một bên là một nền khoa học chính xác, dựa trên ngôn ngữ phức tạp của ngành toán học hiện đại và bên kia là một môn tu học tâm thức, chủ yếu dựa trên thiền định quán sát rồi lại còn cho rằng tri kiến của họ không thể dùng ngôn từ để diễn tả.

Điều ta muốn so sánh là nhận thức và tri kiến về thế giới của nhà khoa học và nhà đạo học. Nhằm so sánh cho đúng, trước hết ta phải làm rõ tri kiến ở đây là gì. Liệu một tăng sĩ tại Đế Thiên Đế Thích hay Đông Kinh (Kyoto) hiểu tri kiến cũng như một nhà vật lý tại Oxford hay Berkeley? Thứ hai, ta muốn so sánh loại tri kiến nào? Một bên, chúng ta sẽ lấy ra những con số thực nghiệm, những phương trình hay các lý thuyết và bên kia là các kinh sách tôn giáo, những huyền thoại xưa cũ và các luận văn triết học ra sao? Chương này nhằm giải quyết hai vấn đề vừa nêu: tính chất của các tri kiến cần đề cập và ngôn ngữ được sử dụng để phát biểu những tri kiến đó.

Xuyên suốt toàn bộ lịch sử, ta nhận ra rằng tâm thức con người có hai cách nhận định, hai cách ý thức; hai cách đó có khi được gọi là suy luận và trực giác, suy luận thường được gắn liền với khoa học và trực giác với tôn giáo. Tại phương Tây thì lối tư duy trực giác, tôn giáo hay bị đánh giá thấp so với tư duy khoa học, có tính lý luận; trong lúc phương Đông quan niệm hầu như ngược lại. Những phát biểu sau đây về tri kiến của hai nhà tư tưởng vĩ đại Đông Tây nói lên đặc trưng của hai thế đứng. Tại Hy Lạp, Sokrates nói câu nổi tiếng: “Tôi biết rằng tôi không biết gì cả” và tại Trung Quốc, Lão tử nói: “Biết mà cho là không biết, thì cao”. Tại phương Đông, giá trị của tri kiến thường sớm được đo lường từ nguồn của chúng. Thí dụ áo nghĩa thư quan niệm có loại tri kiến cao cấp và bình thường, loại bình thường xuất phát từ các khoa học và loại cao cấp gắn liền với ý thức tôn giáo. Phật giáo nói về tục đế và chân đế hay sự thật tương đối, sự thật tuyệt đối. Mặt khác, triết học Trung Quốc hay nhấn mạnh tính chất bổ túc lẫn nhau của trực giác và suy luận và diễn tả chúng bằng cặp hình ảnh nguyên thủy Âm, Dương. Tương tự như thế mà hai nền triết học bổ túc lẫn nhau-Khổng giáo và Lão giáo-đã phát triển tại Trung Quốc cổ đại, để đáp ứng với hai loại tri kiến.

Tri kiến suy luận được rút tỉa ra từ kinh nghiệm, loại kinh nghiệm do ta thu góp được bằng dụng cụ hay thông qua biến cố xảy ra trong môi trường xung quanh. Chúng nằm trong lĩnh vực của tri thức phán đoán mà công cụ chủ yếu của nó là phân biệt, chia chẻ, so sánh, đo lường và phân loại. Với phương cách này mà ta tạo dựng một thế giới của phân biệt suy luận, một thế giới gồm những cặp phạm trù đối lập, chúng chỉ hiện diện trong mối tương quan với nhau. Do đó đạo Phật xem loại tri kiến này là “tương đối”.

Một đặc trưng quyết định của loại tri kiến này là sự trừu tượng hóa, vì để so sánh và phân loại vô số các dạng hình, các cấu trúc và hiện tượng chung quanh, ta không thể quan tâm hết mọi tính chất của chúng mà phải lược bớt để lấy một ít tính chất quan trọng thôi.

Với cách thế đó mà ta có một bản đồ tri thức của thực tại, trong đó mọi vật chỉ được qui lại trong tính chất chung nhất. Tri kiến suy luận vì thế là một hệ thống gồm khái niệm trừu tượng và những biểu tượng, đặc trưng của nó là cấu trúc tuyến tính hợp lý; chúng tương thích với tư duy và ngôn ngữ của ta. Trong đa số các ngôn ngữ thì cơ cấu tuyến tính này được nhận rõ khi ta sử dụng các chữ cái, chúng có thể xếp lại từng dòng mà truyền đạt kinh nghiệm và tư tưởng.

Thế giới tự nhiên, mặt khác, chúng gồm vô số hình ảnh trùng trùng điệp điệp, một thế giới đa phương nhiều chiều, trong đó không có một đường nào là thẳng hay dạng nào là đều, trong đó mọi sự vật không vận hành tuần tự trước sau mà cùng thời; một thế giới mà nền vật lý hiện đại chỉ rõ rằng ngay cả không gian trống không cũng cong nữa. Điều rõ rệt là thế giới trừu tượng của cách tư duy khái niệm không bao giờ mô tả hoàn toàn được thực tại này hay hiểu rõ được nó. Khi suy nghĩ về thế giới, chúng ta sẽ đứng trước một vấn đề như người vẽ bản đồ, anh ta phải diễn tả mặt địa cầu vốn cong tròn trên một loạt bản đồ bằng phẳng. Từ đó ta chỉ có thể mô tả thực tại một cách gần đúng và vì thế tất cả mọi tri kiến suy luận hiển nhiên chỉ có giới hạn.

Khoa học tự nhiên là loại khoa học thuộc về tri kiến suy luận, nó đo lường, định lượng, chia loại và phân tích. Sự hạn chế của loại tri thức càng lúc càng rõ trong khoa học hiện đại, đặc biệt trong nền vật lý hiện đại mà câu nói của Werner Heisenberg đã chỉ rõ rằng “mỗi danh từ hay mỗi khái niệm, dù xem ra rõ rệt tới đâu, cũng chỉ có một khả năng ứng dụng giới hạn” .

Thật khó cho phần lớn chúng ta, nếu muốn luôn luôn ý thức về sự giới hạn và tính tương đối của lối tư duy khái niệm. Vì chúng ta dễ hiểu ý niệm về thực tại hơn chính thực tại, chúng ta có khuynh hướng lẫn lộn về hai cái đó và cho rằng khái niệm và hình ảnh của ta tạo ra là chính thực tại rồi. Một trong những mục đích của nền đạo học phương Đông là đưa con người ra khỏi sự lẫn lộn đó. Thiền tông Phật giáo nói rõ người ta có thể dùng ngón tay để chỉ mặt trăng rồi thì hãy quên ngón tay đi. Nhà hiền triết Trang Tử viết:

  Cần nơm bắt cá, nhưng có cá rồi hãy quên nơm;

  Cần bẫy bắt thỏ, được thỏ rồi hãy quên bẫy;

  Cần lời truyền ý, được ý hãy quên lời ² .

Tại phương Tây, Alfred Korzybski cũng diễn tả ý đó rất công hiệu bằng câu “Địa đồ không phải là cảnh thật”.

Các nhà đạo học phương Đông chú tâm tìm kiếm kinh nghiệm trực tiếp với thực tại, thực tại này không những chỉ xuyên suốt tư duy suy luận mà cả mọi cảm thọ giác quan. Áo nghĩa thư viết:

Kẻ biết thờ phụng cái vô thanh, vô cảm, vô sắc, không biến hại, không mùi, không vị, miên viễn, vô thủy, vô chung, cao hơn cả cái đại ngã, không lay chuyển được, kẻ đó đã được giải thoát, không còn là miếng mồi của thần chết.³

Loại tri kiến xuất phát từ sự chứng thực đó được Phật giáo gọi là tri kiến “tuyệt đối”, vì nó không dựa trên sự phân biệt, sự trừu tượng hóa và phân loại của đầu có suy luận, vốn chỉ tương đối và có tính gần đúng. Cái đó được Phật giáo gọi là kinh nghiệm trực tiếp về một thể là như thế (Như lai), một thể nằm ngoài sự phân tích, không thể chia chẻ, không thể định nghĩa. Sự chứng thực của thể này không phải chỉ là hạt nhân trung tâm của đạo giáo phương Đông, nó cũng chính là kinh nghiệm trung tâm của mọi kinh nghiệm.

Các nhà đạo học phương Đông luôn luôn chỉ rằng, thực tại tối hậu không bao giờ là một đối tượng của suy luận logic hay là một tri kiến có thể chỉ bày. Thực tại đó không bao giờ dùng ngôn từ mô tả được vì nó nằm ngoài phạm vi của giác quan và tư duy, từ phạm vi đó mà chữ nghĩa và khái niệm hình thành. Về điều đó, áo nghĩa thư viết:

  Mắt không chen nổi tới đó,

  Tiếng nói cũng không, tâm thức cũng không.

  Ta không biết làm sao, chẳng hiểu làm sao,

  dạy được điều đó ⁴  .

Lão Tử, người gọi thực tại tối hậu đó là Đạo, cũng nói ý đó trong dòng đầu tiên của Đạo Đức Kinh: Đạo khả đạo, phi thường đạo (Đạo mà ta có thể gọi được, không phải là Đạo). Thực tế mà ai cũng có thể đọc ra được từ mỗi dòng báo là nhân loại suốt trong hai ngàn năm qua không hề minh triết thêm chút nào cả, mặc dù tri kiến suy luận tăng lên đáng kinh ngạc, điều đó đủ rõ rằng không thể trao truyền tri kiến tuyệt đối bằng lời được. Như Trang Tử nói: “Nếu nó có thể bảo cho người khác hay được thì ai cũng bảo cho anh em rồi”. Tri kiến tuyệt đối như thế là một sự chứng thực hoàn toàn phi suy luận, một kinh nghiệm diễn ra trong một dạng tâm thức bất thường mà ta có thể gọi là một tình trạng “thiền quái” hay “huyền bí”. Sự hiện hữu một tình trạng đó đã được nhiều nhà đạo giáo đông tây thừa nhận, thậm chí cũng được các công trình nghiên cứu tâm lý thông thường xác nhận. Hãy nghe lời của William James:

Tâm thức thông thường, tỉnh táo của chúng ta, tâm thức suy luận như chúng ta gọi tên, chỉ là một dạng đặc biệt của tâm thức, trong lúc xung quanh đó, chỉ cách một tấm màn mỏng, có nhiều dạng của tâm thức hoàn toàn khác đang sẵn sàng ⁶

Mặc dù nhà vật lý hoạt động với tri kiến suy luận, nhà đạo học với tri kiến trực giác, thế nhưng hai loại tri kiến này lại xuất hiện trên cả hai lĩnh vực. Điều này cũng rõ nếu ta xét hai loại tri kiến đó được đạt tới và được diễn tả như thế nào.

Trong ngành vật lý thì tri kiến được thu lượm từ nghiên cứu khoa học gồm ba giai đoạn. Giai đoạn một gồm tích luỹ kết quả của kinh nghiệm, thông qua các hiện tượng, các hiện tượng đó phải được giải thích thích đáng. Trong giai đoạn hai, những khẳng định do quan niệm mang lại đó được mô tả bằng biểu tượng toán học và một khung toán học sẽ được đề ra nhằm diễn tả mối liên hệ của những biểu tượng toán học nói trên một cách chính xác, hợp với lý luận. Khung đó hay được gọi là mô hình toán học hay nói một cách tổng quát hơn, là một lý thuyết. Sau đó lý thuyết đó được áp dụng để tiên đoán kết quả của những thí nghiệm khác nhằm kiểm tra nó. Trong giai đoạn này, thường nhà vật lý rất vui sướng khi họ tìm ra một mô hình toán học và biết cách áp dụng để tiên đoán kết quả các thí nghiệm. Thế nhưng đến một lúc nào đó thì nhà vật lý phải trình bày kết quả của mình cho một người ngoài ngành và vì thế anh ta phải nói bằng một ngôn ngữ thông thường. Điều đó có nghĩa là anh ta phải trình bày mô hình của mình bằng ngôn ngữ thông thường, dùng ngôn ngữ đó mà giải thích mô hình toán học. Đó là giai đoạn ba của việc nghiên cứu và việc phát biểu một mô hình bằng câu chữ có nói lên trình độ hiểu biết của anh ta tới đâu.

Trong thực tế, ba giai đoạn đó không phải luôn luôn tách bạch hẳn nhau và chúng cũng không luôn luôn xuất hiện như trình tự nêu trên. Lấy thí dụ một nhà vật lý dựa trên một quan điểm triết học để tìm tới một mô hình và rồi các thí nghiệm cho thấy kết quả ngược lại. Anh ta sẽ-điều này rất hay xảy ra trong thực tế-tìm cách uốn nắn mô hình đó để phù hợp với kết quả của thí nghiệm. Thế nhưng nếu kinh nghiệm vẫn tiếp tục phản bác mô hình của anh ta thì thế nào anh ta cũng bỏ rơi mô hình của mình.

Phương pháp dựa trên kinh nghiệm mà thiết lập lý thuyết là phương pháp khoa học ai cũng biết và chúng ta sẽ thấy nó cũng được áp dụng trong đạo học phương Đông. Chỉ có nền triết học Hy Lạp lại hoàn toàn khác trong điểm này. Mặc dù triết gia Hy Lạp có những ý niệm thiên tài về thế giới tự nhiên, rất gần với các mô hình khoa học hiện đại; thế nhưng có một sự khác nhau rất lớn giữa hai bên về giá trị của thực nghiệm, giá trị đó xem ra rất xa lạ với người Hy Lạp. Họ thiết lập mô hình dựa trên một số định đề hay nguyên lý nhất định, chứ không dựa trên quan sát tự nhiên. Mặt khác lối tư duy đó lại đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn hai của nghiên cứu khoa học, đó là giai đoạn thuần túy phát biểu một mô hình toán học và đó cũng là một phần quan trọng của khoa học tự nhiên.

Nghiên cứu khoa học phần lớn dựa trên tri thức và phương pháp có tính suy luận nhưng không thể chỉ có thế. Sự nghiên cứu thuần tuý lý luận thực ra sẽ vô bổ nếu không có trực giác tham dự vào. Nó giúp nhà khoa học có một tầm nhìn mới và làm họ thêm sáng tạo. Những loại tri kiến trực giác này thường xuất hiện một cách đột ngột và đặc trưng của nó là xuất hiện không phải nơi bàn viết, bên cạnh một phương trình đẳng thức mà trong phòng tắm, lúc đi dạo, trên bãi biển v.v... dường như trong giai đoạn tư giãn sau hoạt động của đầu óc suy luận thì óc trực giác chiếm ưu thế hơn lý trí và dẫn đến một sự tỏ ngộ bất ngờ; đó cũng là niềm vui sướng của nghiên cứu khoa học.

Tuy thế, tri kiến trực giác chỉ hữu ích cho ngành vật lý khi nó được phát biểu trong một mô hình toán học hữu lý và được hỗ trợ thêm bằng lý giải trong ngôn ngữ thông thường. Trong khuôn khổ này thì sự trừu tượng hoá là một đặc tính quan trọng. Như đã nói, sự trừu tượng cần một hệ thống những khái niệm và dấu hiệu, chúng diễn tả thực tại bằng một bản đồ. Thế nhưng bản đồ chỉ diễn tả một phần của thực tại, điều mà ta không biết là phần nào của thực tại vì ngay từ bé chúng ta đã từng bước xây dựng bản đồ đó mà không phân tích phê phán gì cả. Vì thế chữ nghĩa của ngôn ngữ không hề được định nghĩa rõ rệt. Chúng có nhiều nghĩa mà phần lớn khi chúng ta nghe đến đều hiểu chúng một cách mơ hồ, và ý nghĩa của chúng vẫn chìm sâu trong tiềm thức.

Tính mơ hồ và đa nghĩa của ngôn ngữ thì quan trọng đối với thi sĩ, đó là những ngưòi làm việc với những tầng sâu của tâm kiến thức và mối tương giao của ngôn ngữ. Nhưng khoa học thì nhắm đến những định nghĩa chính xác và mối liên hệ rõ ràng và vì thế khoa học phải trừu tượng hoá ngôn ngữ thêm nữa bằng cách giới hạn ý nghĩa của từ và khuôn khổ của chúng, làm sao cho phù hợp với qui luật của lý luận logic. Sự trừu tượng hóa cuối cùng được xảy ra trong toán học, trong đó từ ngữ được thay bằng dấu hiệu và mối liên hệ của những dấu hiệu đó được định nghĩa một cách nghiêm ngặt. Với cách đó, thông tin khoa học được ghi lại chỉ bằng một đẳng thức, một dòng dấu hiệu; nếu phải viết ra bằng ngôn ngữ thông thường ta cần nhiều trang giấy.

Quan điểm cho rằng, toán học không gì khác hơn là một ngôn ngữ hết sức trừu tượng và sắc gọn, thật ra cũng không phải được chấp nhận hoàn toàn. Thực tế có nhiều nhà toán học nghĩ rằng toán học không phải chỉ là một ngôn ngữ mô tả thế giới tự nhiên, mà bản thân thiên nhiên cũng chưa đựng toán học. Cha đẻ của lối nhìn này là Pythagoras-người đã từng nói câu nổi tiếng: “Vạn sự là con số”- và là người phát triển một nền toán học huyền bí rất đặc biệt. Triết lý của Pythagoras đã đưa lý luận logic vào lĩnh vực tôn giáo, đó là một sự phát triển mà theo Bertrand Russel đã đóng một vai trò then chốt trong triết lý tôn giáo phương Tây:

Sự phối hợp giữa toán học và thần học, bắt đầu với Pythagoras, là đặc trưng của nền triết lý tôn giáo của Hy Lạp, của thời Trung cổ và trong thời đại mới kéo dài đến Kant... Với Plato, St. Augustine, Thomas Aquinas, Descartes, Spinoza và Leibnitz có một mối giao hoà mật thiết giữa tôn giáo và lý trí, giữa đòi hỏi đạo đức với sự ngưỡng mộ của lý trí về cái miên viễn, mối giao hoà đó xuất phát từ Pythagoras và làm thần học phương Tây đầy tính suy luận khác với nền đạo học trực tiếp từ châu Á .

Dĩ nhiên các nền đạo học trực tiếp của châu Á không thể chấp nhận quan điểm toán học Pythagoras. Theo quan điểm phương Đông, thì toán học đầy chi tiết và định nghĩa phức tạp chỉ có thể là một phần của bản đồ đầy khái niệm về thực tại chứ không thể là bản thân thực tại. Thực tại, như các nhà đạo học thực chứng, thì hoàn toàn không định nghĩa được, không chia chẻ được.

Phương pháp trừu tượng hóa của khoa học rất hiệu nghiệm, nhưng ta phải trả cho nó một cái giá. Khi chúng ta ngày càng định nghĩa tinh vi, càng trơn tru chặt chẽ hệ thống khái niệm của ta, thì nó càng xa rời thực tại. Lấy ẩn dụ của Korzybski về bản đồ và thực tại thì ta có thể nói, ngôn ngữ thông thường là một loại bản đồ, nhưng nhờ sự thiếu chính xác của ngôn ngữ mà nó lại linh động nhất định để có thể diễn tả so lược một mô đất cong. Nếu ngôn ngữ đó trở nên cứng nhắc thì sự linh động cũng mất theo và với ngôn ngữ toán học thì ta đã tới một điểm mà mối liên hệ với thực tại chỉ mỏng như sợi chỉ mành, để giữa dấu hiệu toán học và kinh nghiệm của giác quan không còn gì chắc chắn cả. Do đó khi ta cần phải dùng ngôn từ để trình bày các mô hình toán học hay các lý thuyết, thì ta phải dùng các khái niệm có thể hiểu được bằng trực giác, nhưng phải chịu chấp nhận là chúng có thể đa nghĩa và thiếu chính xác.

Cần phân biệt rõ giữa mô hình toán học và sự giải thích chúng qua ngôn từ. Mô hình thì tự thân nó cứng nhắc và nhất quán, nhưng các dấu hiệu của chúng không liên hệ trực tiếp với kinh nghiệm của chúng ta. Còn khi dùng ngôn ngữ để lý giải mô hình ta cần khái niệm, khái niệm đó có thể hiểu được bằng trực giác, nhưng khi đó chúng hết chính xác trở nên nhiều nghĩa. Với cái nhìn đó, chúng không khác với các mô hình triết học về thực tại, nên cả hai có thể so sánh dễ dàng với nhau.

Nếu trong khoa học đã có một yếu tố trực giác thì ngược lại trong nền đạo học phương Đông cũng có một yếu tố thuộc suy luận. Tuy nhiên mức độ của suy luận thay đổi từ trường phái này qua trường phái khác. Thí dụ như trường phái Vệ-đà của ấn Độ giáo hay Trung quán tông của Phật giáo rất đề cao suy luận, trong lúc Lão giáo rất nghi ngờ khả năng suy luận. Thiền tông, xuất phát từ Phật giáo, nhưng chịu nhiều ảnh hưởng của Lão giáo, cũng tự nhận là “không văn tự, không lý giải, không giáo pháp, không tri thức”. Tông này hầu như tập trung trên kinh nghiệm giác ngộ và nếu có lý giải thì lý giải sơ lược về sự giác ngộ mà thôi. Một câu nói nổi tiếng của thiền là: “Chỉ mở miệng nói về một sự vật là đã sai rồi”.

Các tông phái khác phương Đông, dù ít thái quá hơn, chủ yếu cũng chỉ quan tâm đến kinh nghiệm giác ngộ trực tiếp. Các nhà đạo giáo cũng có vị đi vào những lý luận tinh tế, nhưng ngay các vị đó cũng không bao giờ thấy lý luận là nguồn gốc tri kiến, mà chỉ dùng ngôn từ để phân tích hay lý giải kinh nghiệm thực chứng của mình. Tất cả mọi tri kiến đều xây dựng vững chắc trên kinh nghiệm và chúng cho nền đạo học phương Đông một tính cách thực nghiệm mà kẻ tầm đạo luôn luôn nhắc nhở. Thí dụ D.T.Suzuki nói như sau về Phật giáo:

Kinh nghiệm cá nhân là cơ sở của triết lý Phật giáo. Trong nghĩa này thì Phật giáo theo quan điểm thực chứng tuyệt đối, dù cho về sau có những phép biện chứng nào để triển khai đi nữa để tìm hiểu ý nghĩa của kinh nghiêm giác ngộ .

Joseph Needham luôn luôn nhắc lại quan điểm thực chứng của Lão giáo trong tác phẩm Science and civilisation in China và thấy rằng quan điểm là gốc của khoa học kỹ thật và Trung quốc. Theo Needham thì các nhà hiền triết Lão giáo “rút về hoang dã, rừng núi để thiền quán về trật tự của trời đất và để quan sát vô số dạng xuất hiện của thiên nhiên”. Các câu kệ sau đây của thiền cũng nói điều đó:

Ai muốn hiểu Phật tính, cứ sống thuận thời, thuận lễ nhân quả.

Cơ sở vững chắc của tri kiến dựa trên kinh nghiệm của phương Đông có một sự tương đồng với khoa học thực nghiệm. Sự tương đồng này còn được gia tăng nên bởi kinh nghiệm tuệ giác. Kinh nghiệm này được truyền thống phương Đông mô tả là tri kiến trực tiếp, nó nằm ngoài phạm vi của lý luận và hầu như do Nhìn thấy  mà ra chứ không do Tư duy , thông qua thiền định, thông qua quan sát .

Trong Lão giáo thì khái niệm kiến  (thấy) rất quan trọng, quan sát để thấy và gốc của Đạo. Thiền tông Trung quốc cũng gọi giác ngộ là kiến đạo và trong mọi tông phái Phật giáo đều cho rằng thấy là gốc của biết. Trong Bát chính đạo, bài học của học dẫn đến sự thực chứng, thì chính kiến  là bước đầu tiên, sau đó mới đến chính tư duy. D.T Suzuki viết về điều đó như sau:

“Thấy” đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong nhận thức luận Phật giáo, vì nó là cơ sở của Biết. Không thể có Biết nếu không có Thấy, tất cả mọi cái Biết đều xuất phát từ cái Thấy. Thấy và Biết (Tri Kiến) như thế nằm chung trong giáo pháp của Phật. Triết lý của Phật giáo cuối cùng cũng dạy ta thấy thực tại, đúng như nó là. Thấy chính là chính là chứng ngộ.

Câu này làm ta nhớ đến nhà đạo học Yaqui Don Juan: “Ham muốn của ta là Thấy... vì chỉ nhờ thấy, Con Người Minh Triết mới biết được”.

Ở đây cần nói thêm cho rõ. “Thấy trong các truyền thống đạo học không nên được hiểu theo nghĩa thường, mà chỉ có nghĩa ẩn dụ vì sự thực chứng chủ yếu không phải là một kinh nghiệm do giác quan mang lại. Khi nhà đạo học phương Đông nói “Thấy” họ muốn nói đến một dạng cảm nhận, dạng này bao trùm cả nhận thức bằng mắt, nhưng luôn luôn vượt hơn nhận thức bằng mắt để tiến tới một kinh nghiệm phi giác quan. Điều mà họ luôn luôn nhấn mạnh là Thấy, Kiến, Quán là nguồn gốc kinh nghiệm của triết lý phương Đông nhắc nhở ta nhớ đến tầm quan trọng của quan sát trong nền khoa học tự nhiên và tạo cho ta một cái khung so sánh. Xem ra, giai đoạn một của nghiên cứu khoa học, giai đoạn thí nghiệm, phù hợp với giai đoạn kiến tính trực tiếp trong đạo học và giai đoạn hai, lúc lập mô hình khoa học và lý thuyết phù hợp với lúc mà các vị hiền nhân bắt đầu lý giải các tri kiến của mình.

Sự tương đồng giữa thí nghiệm khoa học và tri kiến đạo học có vẻ bất ngờ khi ta xem xét hai tính cách quan sát. Một mặt, nhà vật lý thực hiện thí nghiệm của mình bằng cách hợp tác với những người khác, với thiết bị hết sức phức tạp, trong lúc nhà đạo học chỉ rút về nội tâm, vắng bóng máy móc, chìm đắm trong thiền định để đạt tri kiến. Mặt khác, các thí nghiệm khoa học có thể được lặp lại bất cứ lúc nào, với mọi ai khác, trong lúc những thực chứng đạo học chỉ xảy ra cho một số ít người, trong những thời điểm nhất định. Thế nhưng, kiểm chứng kỹ hơn ta sẽ thấy sự khác nhau giữa hai loại quan sát chỉ ở nơi phương cách chứ độ tin cậy và tính phức tạp không khác.

Những ai muốn lặp lại một thí nghiệm của nền vật lý hạ nguyên tử hiện đại phải từng trải qua một quá trình học hỏi lâu dài. Sau đó họ mới đủ sức đặt một câu hỏi đặc biệt với cuộc thí nghiệm và mới hiểu được câu trả lời. Tương tự như thế, kinh nghiệm đạo học sâu xa cần nhiều năm tụ tập dưới sự chỉ dẫn của một vị thầy và cũng như khoa học, thời gian được đầu tư đó chưa bảo đảm cho một sự thành công. Thế nhưng nếu nhà nghiên cứu thành công thì anh ta có thể lặp lại thí nghiệm của mình. Thực tế là trong các tông phái đạo học thì khả năng lặp lại kinh nghiệm cũng rất quan trọng. Nó chính là mục đích của các vị thầy trong việc khai thị tâm linh.

Vì thế, một kinh nghiệm đạo học cũng không hề xảy ra một lần rồi thôi, cũng như bên khoa học thực nghiệm. Đồng thời nó cũng chẳng hề ít tinh tế hơn, mặc dù tính phức tạp của đạo học là một loại khác. Tính phức tạp và chức năng bén nhạy của các máy móc của nhà vật lý bị tâm thức của nhà đạo học trong lúc thiền định đạt tới - nói về vật chất lẫn tinh thần - nếu không muốn nói vượt xa. Với cách đó mà nhà khoa học cũng như nhà đạo học có những phương pháp rất phức tạp để quan sát thiên nhiên, người thường không thể đạt tới. Một trang sách của ngành vật lý về các thí nghiệm hiện đại cũng bí ẩn như các man-đa-la (đồ hình, linh phù) của người Tây Tạng. Cả hai đều là nơi ghi lại của những tri kiến về tính chất của vũ trụ.

Mặc dù các kinh nghiệm đạo học sâu xa không thể xảy ra nếu không có trước một thời gian chuẩn bị dài, tất cả chúng ta đều biết đến những nhận biết trực giác trong đời sống hàng ngày. Chúng ta ai cũng đã từng trải qua trạng thái mà trong đó ta muốn nhớ lại một chữ hay một tên, nhưng cố gắng mấy cũng không được. Nó hầu như nằm trên đầu lưỡi nhưng không chịu đến và ta đành bỏ qua và hướng sự chú ý đến vật khác rồi sau đó bỗng nhiên cái tên đã quên chợt hiện đến chớp nhoáng. Trong quá trình này thì tư duy không hề có mặt. Đó là một tri kiến đột ngột, trực tiếp. Thí dụ của sự nhận biết đột ngột này đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong đạo Phật, là giáo lý cho rằng thể tính nguyên thủy của chúng ta là Phật tính, chẳng qua là chúng ta chỉ quên đi. Học trò Thiền tông Phật giáo bị đòi hỏi phải khám phá cái bản lai diện mục và nhớ lại cái diện mục đó chính là sự giác ngộ.

Một thí dụ khác được nhiều người biết về nhận thức trực giác là những mẩu chuyện hài hước. Trong một giây, khi hiểu một mẩu chuyện, lúc đó ta chứng giác ngộ. Ai cũng biết rằng phút đó tới một cách đột ngột, rằng nó không đợi lý giải câu chuyện, tức là không cần phân tích suy luận mà tới. Chỉ khi nắm cái “chốt” của câu chuyện của câu chuyện một cách trực giác tức thì, ta chứng cái cười mà câu chuyện mang tới. Những con người giác ngộ hẳn cũng phải biết sự tương đồng này giữa nhận thức trực giác và nụ cười hài hước vì thường thường các vị đó có đầu óc khôi hài. Đặc biệt trong Thiền tông chứa đầy những mẩu chuyện hài hước và trong Đạo Đức Kinh ta tìm thấy: “Nếu không cười, sao đủ gọi là đạo".

Trong đời sống hàng ngày những nhận thức trực giác về thể tính sự vật thường rất chớp nhoáng ngắn ngủi. Trong nền đạo học phương Đông thì khác, nó kéo ra một khoảnh khắc dài hơn và cuối cùng trở thành một tâm thức liên tục. Sự chuẩn bị cho tâm được lưu trú trong dạng tâm thức này - một ý thức trực tiếp, phi khái niệm về thực tại - là mục đích chính của tất cả các trường phái đạo học và của cách sống phương Đông. Trong lịch sử văn hóa lâu đời của Ấn Độ, Trung Quốc và Nhật Bản đã phát sinh ra nhiều dạng tu học, hành lễ và nghệ thuật nhằm đạt mục đích này, tất cả những dạng đó có thể gọi chung là thiền định cả, theo nghĩa rộng.

Mục đích căn bản của các phép này là để cho tâm suy luận ngưng bặt hoạt động và chuyển đổi từ ý thức suy luận qua ý thức trực giác. Có nhiều lối thiền quán trong đó tâm suy luận bị ngưng hoạt động bằng cách hành giả chú tâm lên một điểm, như hơi thở, một âm thanh huyền bí hay hình ảnh một man-đa-la. Trường phái khác lại chú tâm lên mọi vận động thân thể, hành động tự nhiên vô niệm. Đó là phương pháp của phép Du-già Ấn Độ giáo hay của Thái Cực Lão giáo. Sự vận động nhịp nhàng của những trường phái này có thể đưa đến cảm thọ an lạc và vô ngại như những cảm thọ của những phép thiền quán tĩnh lặng khác: một thứ cảm thọ mà ngay cả một số môn thể thao cũng có thể mang lại. Theo kinh nghiệm của tôi thì cả môn trượt tuyết cũng là một dạng thiền quán hết sức nên làm.

Các loại nghệ thuật phương Đông cũng là những dạng khác nhau của thiền quán. Chúng không nhất thiết phải là phương tiện bày tỏ ý niệm của người nghệ sĩ mà con đường thực chứng bằng cách phát triển mặt trực giác của ý thức. Thí dụ âm nhạc Ấn Độ được học không bằng cách đọc nốt mà bằng cách lắng nghe vị thầy tấu nhạc và tự phát triển một cảm thọ âm nhạc, cũng như phép tập thái cực không phải nghe sao tập vậy mà phải luôn luôn cùng thầy bước lại từ đầu. Trong trà đạo Nhật Bản ta thấy toàn là những hành động chậm rãi, đúng qui phép. Phép đánh quyền Trung Quốc đòi hỏi bàn tay vận động tự nhiên, không gò bó. Tất cả những phương thức đó được phương Đông áp dụng, nhằm phát triển mặt trực giác của ý thức.

Đối với phần lớn con người, nhất là giới trí thức, dạng ý thức này là một phần kinh nghiệm hoàn toàn mới. Thật ra thì nhà khoa học, xuất phát từ công việc nghiên cứu cũng đã quen với tri thức trực giác đột ngột, vì mỗi sự phát minh mới mẻ đều xảy ra bất ngờ, trong một tuệ giác không mô tả được. Thế nhưng chúng đều xảy ra hết sức ngắn ngủi trong một đầu óc đầy ắp thông tin, khái niệm và mô hình. Còn trong thiền quán ngược lại, đầu óc vắng bóng tư duy và khái niệm và sẵn sàng hoạt động trực giác trong thời gian dài hơn. Lão tử nói như sau về sự đối cực giữa nghiên cứu suy luận và thiền quán:

Theo học, ngày càng thêm; theo đạo, ngày càng bớt. 

Khi óc suy luận ngưng biệt thì tâm trực giác sản sinh ra một dạng ý thức đặc biệt. Thế giới chung quanh được chứng thực một cách trực tiếp, không bị sàng lọc bởi khái niệm. Trang Tử nói: “Tâm thức yên tĩnh của thánh nhân như tấm gương phản chiếu trời đất-chiếu rọi muôn vật. Ý niệm nhất thể với thế giới chung quanh là đặc trưng của tình trạng thiền quán này. Đó là một dạng tâm thức, trong đó mọi sự chia cắt đã chấm dứt, biến mất trong một dạng nhất thể vô phân biệt. Trong thiền sâu lắng thì tâm thức hoàn toàn tỉnh giác. Cùng với cảm nhận phi giác quan về thực tại, thiền giả cũng nhận biết tất cả tiếng động, hình ảnh hay các ấn tượng khác từ bên ngoài, nhưng không giữ chúng lại để phân tích hay suy đoán. Các hình ảnh đó không làm mất sự chú tâm của thiền giả. Dạng đó của tâm thức cũng giống như tâm thức của một kiếm sĩ, người cảnh giác cao độ chờ cuộc tấn công của địch, nghe biết hết tất cả mọi việc xảy ra chung quanh nhưng không lơi là một phút giây. Thiền sư Yasutani Roshi sử dụng hình ảnh này để mô tả phép thiền shikan-taza:

Shikan-taza là một trạng thái tâm thức chú tâm, trong đó người ta không căng thẳng vội vã, tất nhiên cũng không bao giờ đờ đẫn mệt mỏi. Đó là dạng tâm thức của một người đối diện với cái chết. Bạn hãy tưởng tượng mình phải đấu kiếm như kiểu đấu tại Nhật ngày xưa. Đối diện với địch thủ, bạn tỉnh giác từng khoảnh khắc, quyết tâm và sẵn sàng. Chỉ cần một chút mất cảnh giác, bạn sẽ bị đâm gục ngay. Một đám đông người bao chung quanh để xem trận đấu. Bạn không mù nên bạn thấy đám đông qua khóe mắt mà bạn không điếc nên bạn nghe họ. Nhưng cảnh giác của bạn không phút nào bị những cái nghe nhìn đó chi phối.

Vì sự tương tự giữa trạng thái thiền quán và tâm thức của một kiếm sĩ nên hình ảnh người kiếm sĩ đóng một vai trò quan trọng trong đời sống tri thức và văn hóa phương Đông. Trong kinh sách quan trọng nhất của ấn Độ, tập Chí Tôn ca Bhagavad Gita, vị trí câu chuyện là bãi chiến trường, và nghệ thuật chiến tranh cũng tạo nên một phần quan trọng trong văn hóa Trung Quốc và Nhật Bản. Tại Nhật, Thiền tông đã ảnh hưởng lên truyền thống võ sĩ đại Samurai, sinh ra nghệ thật đấu kiếm, trong đó tâm thức kiếm sĩ đạt tới mức hoàn hảo. Nghệ thuật Thái Cực quyền của đạo sỹ cũng được xem là võ thuật cao nhất, nó phối hợp những cử động chậm rãi điều hòa của phép Du-già với một tâm thức tỉnh giác cao độ của một chiến sĩ Đạo học phương Đông dựa trên tri kiến trực tiếp về thể tính thực tại và nền vật lý dựa trên quan sát của khoa học thực nghiệm về hiện tượng của thế giới tự nhiên. Trong cả hai nơi thì những quan sát đó được lý giải, sau đó được diễn bày bằng ngôn từ. Vì ngôn từ chỉ là một bản đồ trừu tượng, trình bày gần đúng thực tại nên mọi diễn bày về một thí nghiệm khoa học hay một thực chứng tâm linh phải thiếu chính xác, không đầy đủ. Nhà vật lý hiện đại và nhà đạo học phương Đông đều biết rất rõ điều đó.

Trong vật lý, người ta gọi sự diễn bày một hiện tượng là lập mô hình hay lý thuyết và biết chúng chỉ có giá trị gần đúng là tính chất cơ bản của nền nghiên cứu khoa học hiện đại ngày nay. Về điều đó, tiền đề của Einstein như sau: “Nếu qui luật của toán học dựa trên thực tại, thì chúng chưa chắc đúng; và nếu chúng đúng thì chúng không dựa trên thực tại”. Nhà vật lý biết rằng, phương pháp phân tích và suy luận của họ không bao giờ cùng một lúc có thể giải thích được toàn bộ lĩnh vực của thế giới hiện tượng và vì thế họ phân loại hiện tượng vào một số nhóm nhất định và tìm cách lập nên mô hình để mô tả từng nhóm. Qua đó họ bỏ ra ngoài một số hiện tượng khác và vì thế mô hình không thể mô tả đầy đủ tình hình thực sự. Những hiện tượng bị loại ra ngoài có thể chúng có ảnh hưởng quá nhỏ để dù có lưu tâm đến chúng thì lý thuyết cũng không thay đổi bao nhiêu, hoặc cũng có thể chúng bị bỏ ra ngoài vì khi lập lý thuyết người ta chưa hề biết đến chúng.

Nhằm làm rõ điều này ta có thể xét mô hình cơ học cổ điển của Newton. Tác động của sức cản của gió hay sự ma sát thường không được để ý trong mô hình này vì chúng quá nhỏ. Nhưng ngoài hai yếu tố đó ra thì suốt một thời gian dài người ta xem mô hình cơ học của Newton là lý thuyết chung quyết để mô tả các hiện tượng tự nhiên, cho đến ngày khám phá ra hiện tượng điện tử, trong đó lý thuyết Newton không có chỗ đứng. Sự khám phá ra những hiện tượng này chỉ rõ mô hình này không đầy đủ, nó chỉ ứng dụng được cho một nhóm hiện tượng thôi, chủ yếu là cho sự vận động của chất rắn.

Khi nói nghiên cứu một nhóm hiện tượng, ta có thể nói nghiên cứu tính chất cơ lý của chúng trong một lĩnh vực hạn chế, điều này lại cho thêm một lý do tại sao một lý thuyết chỉ có tính gần đúng. Nói gần đúng cần phải nói một cách tế nhị, vì rằng ta không bao giờ biết giới hạn thật của một lý thuyết nằm nơi nào. Chỉ có thực nghiệm mới chỉ ra được thôi. Thế nên mô hình cơ học cổ điển tiếp tục bị xói mòn khi nền vật lý của thế kỷ 20 chỉ rõ giới hạn đích thực của nó. Ngày hôm nay, người ta biết rõ mô hình Newton chỉ có giá trị cho loại vật thể do nhiều nguyên tử hợp lại và di chuyển với vận tốc nhỏ so với vận tốc ánh sáng. Nếu điều kiện đầu không thể ứng thì cơ học cổ điển phải được thay bằng nền cơ học lượng tử; nếu điều kiện thứ hai không thỏa ứng, người ta phải áp dụng thuyết tương đối. Điều đó không có nghĩa cơ học Newton là sai hay cơ học lượng tử, thuyết tương đối là đúng. Tất cả mô hình này đều là gần đúng, chúng được áp dụng cho một phạm vi nhất định của thế giới hiện tượng. Ra khỏi phạm vi đó, chúng không còn mô tả đúng đắn về thế giới tự nhiên nữa và ngày nay người ta tiếp tục tìm mô hình mới để thay thế mô hình mới để thay thế mô hình cũ; hay nói đúng hơn, để tăng lên tính gần đúng của chúng.

Việc qui định giới hạn của một mô hình thường là một trong những nhiệm vụ khó nhất và quan trọng nhất khi thành lập nó. Theo Geoffrey chew mà lý thuyết Bootstrap của ông sẽ được trình sau thì quan trọng nhất là phải luôn luôn tự hỏi sau khi một mô hình hay lý thuyết đã được thừa nhận là: Tại sao nó ứng dụng được? Giới hạn nó ở đâu? Nó gần đúng trong dạng nào? Chew xem những câu hỏi này là giai đoạn đầu cho các nghiên cứu tiếp theo.

Các nhà đạo học phương Đông cũng biết là mọi mô tả về thực tại là không chính xác và thiếu đầy đủ. Sự chứng thực tại nằm ngoài suy luận và ngôn từ và mỗi sự giác ngộ đều dựa vào chứng thực đó nên tất cả những gì nói viết về nó đều chỉ đúng một phần. Nếu ở khoa học thực nghiệm thì tính gần đúng có thể diễn đạt bằng số lượng, để cứ mỗi lần tăng tính gần đúng lên thì mỗi lần có tiến bộ. Còn phương Đông giải quyết ra sao với vấn đề của sự truyền đạt ngôn từ?

Trước hết, các nhà đạo học quan tâm chủ yếu đến kinh nghiệm chứng thực mà ít quan tâm đến việc phải mô tả chúng ra sao. Do đó họ ít chú tâm đến việc phân tích sự mô tả và khái niệm gần đúng nhiều hay ít không hề được đặt ra ở phương Đông. Mặt khác, khi các vị đạo học muốn truyền đạt kinh nghiệm của mình, họ cũng gặp phải giới hạn của ngôn ngữ. Nhằm giải quyết vấn đề này, nhiều phương tiện được đề ra ở phương Đông.

Đạo học Ấn Độ, nhất là Ấn Độ giáo, khoác cho những ý niệm của họ một cái áo huyền thoại và sử dụng dấu hiệu, thi ca, ẩn dụ và tính tương quan. Ngôn ngữ huyền thoại ít bị logic hóa và óc suy luận gò bó. Nó đầy ma lực và nghịch lý, đầy hình ảnh khơi gợi và không bao giờ chính xác và nhờ đó nó trình bày thế giác ngộ của đạo gia dễ hơn ngôn ngữ của thông tin cụ thể. Theo Ananda coomaraswamy thì “huyền thoại là hiện thân gần nhất với thực tại mà có thể dùng ngôn từ tạo dựng nên được”.

Sức tưởng tượng phong phú Ấn Độ sản sinh ra một số nam thần nữ thần, mà hiện thân và hành động của họ là nội dung mang tính hoang đường, được ghi lại qua bao thế hệ với qui mô khổng lồ. Người theo Ấn Độ giáo có trình độ biết rằng, tất cả các vị thần đó đều là sản phẩm của tâm, hình ảnh huyền thoại là những bộ mặt của thực tại. Mặt khác họ cũng biết rằng chúng được tạo ra không phải cho vui chuyện mà chúng là phương tiện quan trọng để truyền bá giáo pháp của một nền triết lý bắt rễ từ sự thực chứng tâm linh.

Các nhà đạo học Trung Quốc và Nhật có một giải pháp khác để thoát khỏi chướng ngại ngôn ngữ. Thay vì thông qua hình tượng và huyền thoại để làm rõ nghịch lý của tính thực tại, họ chuộng sử dụng ngôn ngữ thông thường để nhấn mạnh thể tính đó. Lão giáo hay sử dụng nghịch lý để chỉ bày cho thấy những mâu thuẫn do ngôn từ sinh ra và làm rõ giới hạn của cách diễn đạt đó. Họ đã trao truyền cách này cho các nhà Phật học Trung Quốc và Nhật, rồi các vị này tiếp tục phát triển thêm. Cách này đã đạt đỉnh cao trong Thiền tông với những “công án”, những câu đố vô nghĩa được các vị thiền sư dùng để truyền đạt yếu chỉ của giáo pháp. Những công án này cho thấy một sự tương đồng quan trọng với nền vật lý hiện đại (xem chương 3).

Tại Nhật có cách diễn bày thế giới quan triết lý bằng thi ca hết sức súc tích, thường được các vị thiền sư sử dụng để nói đến tính là như thế của thực tại. Khi một vị thiền tăng hỏi thiền sư Phong Huyệt Diên Chiều: “Nói cũng không được, im lặng cũng không xong, làm sao tránh sai sót?”, sư đáp:

Ta nhớ Giang Tô tháng ba

Gà kêu

Mùi thơm hoa lá.

Loại thi ca tâm linh này đạt đỉnh cao của nó với “Haicu”, loại thơ cổ điển Nhật với 17 chữ, mang nặng âm hưởng Thiền. Bài thơ sau đây của một nhà thơ “Haicu” chỉ tri kiến tự tính của đời sống, dù là bản dịch vẫn còn nói lên được điều cần nói:

Lá rơi,

Chiếc này nằm trên chiếc kia.

Mưa tạt mưa .

Khi các nhà đạo học phương đông trình bày tri kiến của mình- bằng huyền thoại, biểu tượng, hình ảnh thi ca hay nói cách nghịch lý- các vị đó biết rõ giới hạn của ngôn ngữ và lối tư duy tuyến tính. Ngày nay nền vật lý hiện đại khi nhìn về các mô hình và lý thuyết của mình, cũng đều có cùng một thái độ như thế. Chúng cũng chỉ có thể gần đúng và không thể chính xác. Chúng chính là một loại tương tự như huyền thoại, biểu tượng và hình ảnh thi ca của phương Đông và trên bình diện này tôi muốn rút ra một sự tương đồng, sự song hành giữa hai bên. Thí dụ trong ấn Độ giáo thì điệu múa vũ trụ của thần Shiva cũng nói lên hình dung về vật chất giống như nhà vật lý nói về một số mặt của lý thuyết trường trong cơ học lượng tử. Cả vị thần nhảy múa lẫn lý thuyết cơ lý đều là sản phẩm của tâm thức: chúng đều là những mô hình để mô tả những tri kiến trực giác về thực tại của tác những mô hình đó.

 

 

Chương 3: BÊN KIA NGÔN NGỮ

Cái mâu thuẫn, cái làm cách tư duy thông thường bị lạc lối, xuất phát từ thực tế là, ta dùng ngôn ngữ để diễn tả kinh nghiệm nội tâm của ta, thế mà tính của kinh nghiệm đó lại vượt lên trên ngôn từ.

  D.T. Suzuki

 

Các vấn đề của ngôn ngữ ở đây là sự thật nghiêm trọng. Chúng ta muốn nói về cơ cấu của nguyên tử, nói một cách nào đó... Nhưng chúng ta không thể dùng ngôn ngữ thông thường mà nói về nguyên tử được.

  W.Heisenberg

Tất cả mọi mô hình khoa học và mọi lý thuyết đều chỉ gần đúng và sự diễn bày của chúng đều chịu mất mát với sự thiếu chính xác của ngôn ngữ điều đó nói chung đã được các nhà khoa học thừa nhận từ đầu thế kỷ này, nhờ một thành tựu mới mẻ và hoàn toàn bất ngờ. Việc nghiên cứu thế giới của nguyên tử đã buộc nhà vật lý nhận ra rằng, ngôn ngữ của ta không những không chính xác mà nó còn hoàn toàn không phù hợp để mô tả thực tại của nguyên tử và thế giới hạ nguyên tử. Nền cơ học lượng tử và thuyết tương đối, hai cột trụ của nền vật lý hiện đại đã làm rõ rằng, thực tại này đã vượt lên logic cổ điển và chúng ta không thể dùng ngôn ngữ thông thường mà nói về nó. Heisenberg viết:

Vấn đề khó nhất của việc sử dụng ngôn ngữ xuất phát từ cơ học lượng tử. Trước hết ở đây ta không có giềng mối gì cả cho phép ta thiết lập mối quan hệ giữa biểu tượng toán học và khái niệm của ngôn ngữ thông thường. Điều duy nhất mà ta biết được trước hết là, khái niệm thông thường của ta không thể áp dụng được cho cơ cấu nguyên tử.

Về mặt triết học thì dĩ nhiên đây là một bước phát triển hấp dẫn của nền vật lý hiện đại và gốc rễ của nó là mối liên hệ với triết học phương Đông. Trong các trường phái của triết học phương Tây thì môn logic và tư duy logic luôn luôn là công cụ quan trọng nhất để phát biểu những ý niệm triết học và theo Bertrand Russell cho cả nền triết lý tôn giáo. Còn trong nền triết học phương Đông thì từ xưa đến nay người ta đã rõ là thực tại vượt ngoài ngôn ngữ thông thường và các nhà minh triết phương đông không ngại vượt qua ranh giới của logic và khái niệm thông thường. Theo tôi, đó là lý do chính yếu tại sao mô hình của các vị đó về thực tại đã cung cấp một cơ sở triết lý thích hợp với vật lý hiện đại hơn là mô hình của triết lý phương Tây.

Vấn đề của ngôn ngữ đặt ra cho các nhà đạo học phương Đông y hệt như đối với vật lý hiện đại. Hai câu nói được trích dẫn ở đầu chương này là của D.T.Suzuki về Phật giáo và Werner Heisenberg về vật lý nguyên tử , thế nhưng hai câu nói gần như đồng nhất với nhau. Cả nhà vật lý lẫn nhà đạo học đều muốn trao truyền kiến giải của mình, nhưng khi họ dùng ngôn từ thì những gì nói ra nghịch lý và đầy mâu thuẫn. Sự nghịch lý này là đặc trưng của những phát biểu tâm linh từ Heraklitus đến Don Juan và từ đầu thế kỷ này, chúng là đặc trưng của ngành vật lý.

Trong vật lý nguyên tử, nhiều nghịch lý bắt nguồn từ thể tính hai mặt của ánh sáng-hay nói chung- của bức xạ điện từ. Một mặt thì rõ là chúng phải do sóng tạo thành vì chúng có hiện tượng giao thoa, hiện tượng đó chỉ có với thể tính sóng: tức là khi có hai nguồn sáng giao thoa với nhau thì độ sáng tại một điểm nhất định không nhất thiết phải là tổng số của hai nguồn sóng, chúng có thể lớn hơn hoặc nhở hơn. Điều này có thể giải thích rõ ràng bằng sự giao thoa của hai nguồn sóng như sau:

Tại những nơi mà hai đỉnh sóng gặp nhau, ta có nhiều ánh sáng hơn tổng số hai nguồn hợp lại; còn nơi một đỉnh một bụng gặp nhau, ta có ít hơn. Trị số chính xác của sự giao thoa có thể được tính dễ dàng. Hiện tượng giao thoa này luôn luôn được quan sát mỗi khi ta làm việc với tuyến điện từ và buộc ta phải thừa nhận những tia này là do sóng hợp thành.

Mặt khác những bức xạ điện từ cũng có tác dụng của hạt : hiệu ứng của các hạt quang tử. Khi ánh sáng cực tím chiếu lên bề mặt một số kim loại thì một số electron (âm điện tử) của bề mặt kim loại đó bị tách ra, do đó tia này phải gồm có những hạt đang vận động. Một hiện tượng tương tự cũng xảy ra với thí nghiệm quang tuyến X. Những thí nghiệm này chỉ có thể giải thích một cách thích đáng khi ta mô tả rằng chúng là sự chạm nhau của những hạt quang tử với electron. Thế mà chúng lại có đặc trưng của sóng với hiện tượng giao thoa. Câu hỏi trong thời kỳ đầu của vật lý nguyên tử làm nhiều nhà vật lý hoang mang là: làm sao được, một tuyến điện từ đồng thời vừa là hạt (đơn vị có khối lượng rất nhỏ) vừa là sóng, có thể lan rộng trong một vùng không gian? Cả ngôn ngữ lẫn tư duy trừu tượng không thể tiếp cận với dạng thực này của thực tại.

Nền đạo học phương Đông đã phát triển nhiều cách nhằm nắm bắt thể tính đầy nghịch lý thực tại. Nếu trong Ấn Độ giáo thể tính đó được tránh né bằng văn chương huyền thoại thì trong Lão giáo và Phật giáo, người ta thấy nên nhấn mạnh tính nghịch lý đó thay vì che giấu nó. Tác phẩm chính của Lão tử, bộ Đạo Đức Kinh được viết với một loại văn làm người đọc hoang mang, dường như thiếu logic. Nó chứa toàn những mâu thuẫn kỳ lạ và ngôn ngữ mạnh bạo, sắc sảo và hết sức thi vị của nó buộc chặt lấy tâm hồn người đọc và ném ta ra khỏi quĩ đạo thông thường của tư duy logic.

Phật giáo Trung quốc và Nhật đã dùng cách thế này của Lão giáo, thông qua nghịch lý mà truyền đạt kinh nghiệm tâm linh. Khi thiền sư Tâm Phong Diệu Siêu gặp nhà vua Godaigo, một thiền sinh, vị thiền sư nói:

  Ta đã xa nhau từ ngàn kiếp trước, nhưng chưa một phút nào rời xa nhau.

Suốt ngày nhìn thấy nhau, nhưng chúng ta chưa bao giờ gặp mặt.

Thiền tông Phật giáo là người biết cách biến những mâu thuẫn của ngôn từ thành một đức hạnh, và với hệ thống “công án”, Phật giáo đã xây dựng một con đường vô song, truyền đạt giáo pháp mà không cần chữ nghĩa. Công án là những câu chuyện, câu đố được soạn thảo kỹ lưỡng, nghe qua rất vô nghĩa, nhưng nó ghi dấu ấn vào đầu thiền sinh một cách hết sức triệt để về giới hạn của logic và lý luận logic. Cách dùng chữ vô nghĩa và nội dung mâu thuẫn của công án làm cho nó không thể giải được bằng tư duy. Chính nó muốn chấm dứt tiến trình suy luận và làm cho thiền sinh sẵn sàng cho chứng nghiệm phi suy luận, tri chứng về thực tại trực tiếp. Thiền sư Yasutani sống cùng thời với chúng ta đưa một thiền sinh phương Tây vào một công án nổi tiếng với những câu sau đây:

Một trong những công án tốt nhất là “Mu”, vì nó giản đơn nhất. Đây là câu chuyện: một vị tăng đến gặp Triệu Châu, một thiền sư nổi tiếng sống vài trăm năm trước tại Trung quốc và hỏi: “Con chó có Phật tính không?”. Triệu Châu trả lời: “Mu”. Dịch nghĩa thì Mu là “Không” nhưng câu trả lời của Triệu Châu không phải là ở chỗ đó. Mu là dạng sinh động, tạo tác, năng động của Phật tính. Điều bạn phải làm là khám phá tâm và thể tính sâu nhất của Mu, không phải bằng đầu óc suy luận mà bạn hãy chứng nghiệm cái thể sâu xa nhất của chính bạn. Sau đó bạn hãy chứng minh cho tôi xem, một cách cụ thể dễ hiểu và không dựa vào bất cứ khái niệm gì, lý thuyết gì hay giải thích trừu tượng gì rằng bạn đã nắm Mu được như một sự thật sinh động. Bạn hãy nhớ: bạn không thể nắm Mu bằng kiến thức thông thường; bạn hãy nắm bắt nó bằng toàn bộ sự hữu hiện của chính bạn.  

Thiền sinh tập sự thường được thầy cho nghe công án Mu này hay một trong hai công án sau đây:

  Bản lai diện mục của người là gì trước khi cha mẹ sinh ra?. Hay:

  Với hai tay thì có tiếng vỗ tay.

  Tiếng vỗ của một bàn tay là thế nào?

Tất cả những công án này có nhiều hay ít lời giải đặc biệt mà một vị thầy đích thực sẽ nhận ra ngay. Một khi lời giải đã được tìm ra, công án không còn là nghịch lý nữa và nó trở thành một phát biểu quan trọng của dạng tâm thức, dạng đã được đánh thức.

Trong tông Lâm, Tế, thiền sinh phải giải một loạt công án, mỗi công án đề cập đến một mặt của thiền. Tông phái này chỉ giáo hoá bằng cách đó. Tông này không khẳng định điều gì cả mà chỉ để thiền sinh tự mình nắm bắt sự thật với những công án.

Ở đây ta thấy một sự tương đồng nổi bật với những mâu thuẫn mà nhà vật lý gặp phải trong giai đoạn đầu của nền vật lý nguyên tử. Như trong Thiền, sự thật bị che lấp trong sự nghịch lý, sự thật không do suy luận logic mà lý giải được, mà chỉ được hiểu trong khung cảnh của ý thức mới về sự thật của thế giới nguyên tử. Ở đây người thầy dậy dĩ nhiên cũng lại là Tự nhiên, mà cũng như trong thiền, người thầy đó không khẳng định điều gì cả. Tự nhiên chỉ đặt câu hỏi.

Muốn giải đáp một công án, thiền sinh phải hết sức tập trung và tinh tấn. Qua sách vở về Thiền, ta biết rằng công án chiếm hết tâm trí của thiền sinh, đưa người đó vào một ngõ cụt tư tưởng, một tình trạng căng thẳng liên tục, cả thế giới là một khối khổng lồ những câu hỏi và nghi ngờ. Các nhà sáng lập lý thuyết lượng tử đều đã trải qua tình trạng tương tự mà Heisenberg viết rõ như sau:

Tôi nhớ lại nhiều cuộc thảo luận với Bohr kéo dài suốt đêm và chấm dứt hầu như với sự tuyệt vọng. Và cứ sau mỗi cuộc thảo luận đó tôi còn đi dạo một mình trong công viên gần đấy, tôi tự nhắc lại mái câu hỏi, liệu thế giới tự nhiên có thể vô lý thế chăng như nó đã xuất hiện trong các thí nghiệm nguyên tử.

Luôn luôn, một khi thể tính của sự vật được trí suy luận phân tích thì nó hiện ra một cách vô lý hay mâu thuẫn. Điều này đã được các nhà đạo học nhận biết và đối với nhà khoa học, vấn đề này mới được biết sau này thôi. Từ bao nhiêu thế kỷ nay các nhà khoa học đi tìm Định luật căn bản của thế giới tự nhiên, trên cơ sở đó mà muôn hình hiện tượng xuất hiện. Những hiện tượng này nằm trong thế giới vĩ mô của nhà khoa học, tức là nằm trong lĩnh vực nhận biết được của giác quan. Chính vì hình ảnh và khái niệm suy luận của ngôn ngữ xuất phát từ sự trừu tượng hóa các cảm thọ giác quan đó, nên chúng đủ để mô tả các loại hiện tượng đó.

Các tra vấn về vấn đề tự tính sự vật trong vật lý cổ điển được trả lời với mô hình cơ học Newton, đó là mô hình qui mọi hiện tượng về lại với sự vận động và tương tác của các nguyên tử không phân huỷ, tương tự như mô hình Hy Lạp của Demokritus. Tính chất của thứ nguyên tử này được rút ra từ hình dung vĩ mô của trái banh bi-da, tức là từ kinh nghiệm thông thường của giác quan. Người ta không hề hỏi, liệu hình dung đó có thật đúng với thế giới của nguyên tử thật không. Thời đó người ta chưa thể nghiên cứu thực nghiệm về điều này.

Thế nhưng ở thế kỷ 20, nhà vật lý đã đủ khả năng đặt những câu hỏi thực nghiệm về bản chất cuối cùng của vật chất. Nhờ kỹ thuật tiến bộ, họ nghiên cứu ngày càng sâu vào thế giới tự nhiên, khám phá từ tầng này xuống đến tầng kia, đi tìm hạt cơ bản của vật chất. Nhờ thế mà ta khẳng định có sự hiện diện của nguyên tử cũng như những hạt cấu thành nó, hạt nhân và electron; và cuối cùng thành phần của hạt nhân, tức là những hạt proton và neutron và nhiều hạt hạ nguyên tử khác.

Những thiết bị phức tạp và tinh xảo của ngành vật lý thực nghiệm hiện đại giúp ta đi sâu vào thế giới vi mô, trong lĩnh vực của tự nhiên nằm xa thế giới vĩ mô của chúng ta, và giúp ta có thể nhận biết được bằng giác quan. Tuy nhiên điều này chỉ có thể thực hiện thông qua một loạt tiến trình, mà cuối cùng có thể nghe được bằng tiếng “cóc” của một máy đo phóng xạ hay thấy được bằng một chấm nhỏ trên tấm ảnh. Điều mà chúng ta nghe thấy không bao giờ là bản thân hiện tượng, mà chỉ là hệ quả của nó. Bản thân thế giới của nguyên tử và của các hạt hạ nguyên tử thì nằm bên kia khả năng nhận biết của chúng ta.

Như thế thì, với thiết bị hiện đại ta có thể quan sát tính chất của nguyên tử và thành phần của nó một cách gián tiếp và có thể nhận biết thế giới hạ nguyên tử tới một mức độ nhất định. Thế nhưng những kinh nghiệm này lại không phải thông thường, nếu so sánh với đời sống hàng ngày của chúng ta. Với thế giới vi mô này, nhận thức không còn do giác quan trực tiếp mang lại nữa và do đó ngôn ngữ thông thường của ta (vốn do giác quan tạo ra hình ảnh), không còn đủ khả năng để mô tả các hiện tượng được quan sát. Càng đi sâu vào thế giới tự nhiên, ta càng phải từ bỏ hình ảnh và khái niệm của ngôn ngữ thông thường.

Trên bước du hành vào thế giới cực nhỏ về mặt triết học, bước đầu là bước quan trọng nhất: bước đi vào thế giới nguyên tử. Tìm hiểu nguyên tử và nghiên cứu cơ cấu của nó, khoa học đã vượt qua biên giới của khả năng nhận thức bằng giác quan. Do vậy, khoa học không còn thấy vững tin hoàn toàn nơi logic và óc suy luận nữa. Thế giới nguyên tử hé mở cho nhà khoa học thấy chút ít tự tính của sự vật. Cũng như nhà đạo học, nhà vật lý bây giờ cũng phải đương đầu với kinh nghiệm phi giác quan về thực tại và cũng như nhà đạo học, họ cũng phải trăn trở với những tính chất nghịch lý của các kinh nghiệm này.

Đạo học phương Đông cho rằng sự chứng thực tâm linh trực tiếp về thực tại là một biến cố chớp nhoáng, nó lung lay tận gốc rễ thế giới quan con người. D.T.Suzuki gọi nó là “biến cố sửng sốt nhất có thể xảy ra trong ý thức con người... Nó vứt bỏ mọi dạng kinh nghiệm thông thường”¹ , ông giả thích tính chất đáng sợ của kinh nghiệm này bằng lời một thiền sư đã mô tả “như một bình nước vỡ đáy”.

Đầu thế kỷ này, nhà vật lý cũng bị tình trạng tương tự, họ mô tả kinh nghiệm này giống như cách nói của vị thiền sư nọ. Suzuki. Heisenberg viết:

Người ta chỉ có thể hiểu những phản ứng dữ dội về các phát triển gần đây của nền vật lý hiện đại khi ta nhận thức rằng, nơi đây toàn bộ cơ sở của vật lý đang chuyển dịch và sự chuyển dịch này gây ra một cảm giác là nền tảng đó đang bị cắt rời ra khỏi khoa học ² .

Einstein cũng hoảng sợ như thế khi ông tiếp xúc lần đầu với thực tại của vật lý nguyên tử. Ông viết trong hồi ký của mình:

Tất cả mọi cố gắng của tôi để thích hợp với cơ sở của lý thuyết vật lý của loại nhận thức mới mẻ này, hoàn toàn thất bại. Hầu như đất dưới chân tôi bị sụt lở, không ở đâu còn thấy một nền tảng vững chắc nữa, mà trên đó người ta có thể xây dựng một điều gì ³ .

Sự khám phá nền vật lý hiện đại đòi hỏi một sự đổi thay các khái niệm về không gian, thời gian, vật chất, khách thể, nguyên nhân và hậu quả... và vì những khái niệm này quá căn bản đối với chúng ta, nên chẳng có gì ngạc nhiên khi nhà vật lý buộc phải thay đổi chúng, người đó hoảng sợ cũng phải. Từ sự đổi thay này mà xuất phát một thế giới quan mới, hoàn toàn khác trước, nó vẫn còn tiếp tục phải thay đổi theo tiến trình của các nghiên cứu khoa học đang xảy ra.

Hai đoạn văn sau đây là của Niels Bohr^(*)  của nhà đạo học ấn Độ Sri Aurobindo, nói về chiều sâu và tính chất quyết liệt của kinh nghiệm này:

Trong thời gian qua, kinh nghiệm của ta đã được mở rộng ra, nó được phơi bày dưới ánh sáng, cho thấy tính bất toàn của những khái niệm đơn giản mang tính máy móc và hệ quả của nó là nền tảng của nó bị lung lay tận gốc rễ, nền tảng mà ta dùng để lý giải mọi quan sát ⁴ .

Niels Bohr

Thực tế là mọi sự vật của tự nhiên và mọi hiện tượng bắt đầu thay đổi; toàn bộ kinh nghiệm của chúng ta về thế giới đã khác hẳn... Có một phương thế mới, vĩ đại và sâu xa để ngộ về mọi sự, để thấy, để biết và tiếp xúc chúng ⁵ .

Phần sau sẽ phác họa hình ảnh sơ lược của thế giới quan mới, cho thấy thế giới quan cơ giới cổ điển vào đầu thế kỷ này phải nhường chỗ cho thuyết lượng tử và thuyết tương đối, dẫn đến một quan niệm tinh tế, toàn bộ và hữu cơ hơn nhiều của thế giới tự nhiên ^(*)

Thế giới quan ngày nay đang bị vật lý hiện đại thay đổi vốn đặt cơ sở trên mô hình của Newton về vũ trụ. Mô hình này tạo nên một cái khung chắc chắn cho vật lý cổ điển. Thật sự nó là một nền tảng vĩ đại, trên tảng đá vững chắc đó, ta đã xây dựng toàn bộ khoa học và triết lý về giới tự nhiên cho khoảng ba trăm năm.

Sân khấu của vũ trụ Newton, trong đó tất cả hiện tượng cơ lý xảy ra, là không gian ba chiều của hình học cổ điển Euclid. Đó là một không gian tuyệt đối, luôn luôn tĩnh tại và không thay đổi. Hãy dùng chính ngôn từ của Newton: “Tự tính của không gian tuyệt đối là luôn luôn như nhau, bất động, không hề phụ thuộc gì vào sự vật nằm trong đó”⁶  .Tất cả mọi biến dịch của sự vật trong cơ thế giới cơ lý được mô tả với khái niệm của một kích thước khác, gọi là thời gian, mà thời gian bản thân nó lại là tuyệt đối, có nghĩa là không liên hệ gì với thế giới vật chất và trôi đều đặn từ quá khứ, qua hiện tại đến tương lai. Newton nói: “Thời gian tuyệt đối, đích thực, có tính toán học, tự chảy, theo tự tính của nó là đều đặn và không liên quan gì đến bất cứ vật nào”.

Những vật thể của thế giới Newton, chúng vận động trong không gian và thời gian tuyệt đối là những hạt vật chất. Trong các đẳng thức toán học, chúng được xem là hạt khối lượng ^(**) .Newton xem chúng là những hạt nhỏ, cứng chắc và là vật thể không huỷ, chúng là thành phần cấu tạo mọi vật chất. Mô hình này khá giống với mô hình của các nhà nguyên tử học Hy Lạp. Cả hai đều dựa trên sự phân biệt giữa đầy đặc và trống rỗng, giữa vật chất và không gian, và trong cả hai mô hình thì các hạt đều luôn luôn có khối lượng và hình dạng không thay đổi. Do đó vật chất luôn luôn được bảo toàn. Sự khác biệt lớn giữa Democrit và Newton trong quan niệm nguyên tử là, Newton là người gắn thêm một lực tác động giữa các hạt với nhau. Lực này rất đơn giản và chỉ tuỳ thuộc vào khối lượng và khoảng cách của chúng. Đó là trọng lực hay lực hút lẫn nhau của các khối lượng và Newton xem lực đó gắn chặt với vật thể, chúng tác động tức thì trong khoảng cách rất xa. Mặc dù đây là một giả thuyết kỳ dị, nó không được ai tìm hiểu thêm. Các khối lượng và lực tác động được xem như do Chúa tạo thành và do đó không phải là đối tượng để xem xét. Trong tác phẩm Optics, Newton cho ta thấy hình dung của ông về việc Chúa tạo dựng thế giới vật chất:

"Tôi cho rằng có lẽ mới đầu Chúa tạo vật chất bằng những hạt cững chắc, đầy đắc, không thể xuyên qua, di động, với dạng hình, với kích thước, với tính chất và tương quan nhất định với không gian, phù hợp nhất với mục đích mà ngài muốn tạo ra; và những hạt đơn giản này là thể rắn, cứng hơn bất kỳ vật thể xốp nào khác, chúng cứng đến độ không bao giờ hao mòn, không vỡ. Không có một lực nào có thể chia cắt nó, vật mà trong ngày đầu tiên Chúa đã sáng tạo"

Tất cả mọi hiện tượng cơ lý trong cơ học Newton đều có thể qui về sự vận động của hạt khối lượng trong không gian, sự vận động đó do lực hấp dẫn giữa chúng với nhau: lực trọng trường, gây ra. Nhằm phát biểu tác dụng của lực đó trên hạt khối lượng bằng tính chính xác của toán học, Newton phải sử dụng khái niệm và kỹ thuật toán học hoàn toàn mới, đó là phép tính vi phân. Vào thời điểm đó, đây là một thành tựu tri thức vĩ đại và được Einstein tôn thờ là “có lẽ đó là bước tiến lớn nhất trong tư duy mà một cá nhân xưa nay làm được”.

Các phương trình vận động của Newton là nền tảng của cơ học cổ điển. Chúng được xem là qui luật cố định, theo đó các hạt khối lượng chỉ việc vận hành và thời đó người ta cho rằng nó mô tả được tất cả mọi biến dịch có thể quan sát được trong thế giới cơ lý. Theo cách nhìn của Newton thì trước hết Chúa sáng tạo ra vật chất, lực tác dụng giữa chúng và định luật của sự vận động. Theo cách đó thì vũ trụ được đưa vào vận hành và từ đó chạy như một cái máy, được hướng dẫn bằng qui luật bất di bất dịch.

Thế giới quan cơ giới như vậy liên hệ chặt chẽ với tư tưởng quyết định luận. Bộ máy vũ trụ khổng lồ được xem là có thứ tự trước sau và cái sau được xác định bởi cái trước một cách chắc chắn. Tất cả điều gì xảy ra đều có một lý do, sẽ gây một hiệu ứng rõ rệt, tương lai của mỗi một thành phần trong hệ thống đều được quyết đoán một cách chắc chắn; nói trên nguyên tắc, nếu mọi điều kiện trong một thời gian nhất định được biết rõ. Niềm tin này được nói rõ nhất trong câu nói nổi tiếng của nhà toán học Pháp Pierre Simon Laplace^(*):

Một đầu óc, nếu trong một thời điểm nhất định, nó biết mọi lực tác động, và tình trạng của sự vật tạo nên thế giới- giả định đầu óc đó đủ lớn để phân tích mọi thông tin này- thì đầu óc đó chỉ với một công thức mà biết hết mọi vận động, từ vận động lớn nhất trong vũ trụ đến vận động của những nguyên tử; đối với đầu óc đó thì không gì là bất định và tương lai cũng như quá khứ trước mắt nó là rõ rệt, như hiện tại.

Nền tảng của thuyết quyết định luận này là sự cách ly cơ bản giữa cái tôi và thế giới còn lại, sự cách ly này do Descartes đem vào triết học.

Sự cách ly này làm người ta tin rằng, thế giới có thể được mô tả một cách khách quan , nghĩa là không cần quan tâm gì đến người quan sát và tính khách quan trong việc mô tả thế giới được xem là cứu cánh của mọi khoa học.

Thế kỷ 18 và 19 là nhân chứng cho thành tựu vĩ đại của cơ học Newton. Bản thân Newton áp dụng thuyết của ông vào vận động của thiên thể và nhờ đó mà giải thích được tính chất căn bản của hệ thống thái dương hệ...

Thế nhưng mô hình các hành tinh của ông được đơn giản hóa rất nhiều, thí dụ lực hút giữa các hành tinh với nhau được bỏ qua và vì thế mà ông gặp phải nhiều điều không hợp lý, không giải thích được. Ông giải quyết vấn đề này bằng cách cho rằng Chúa hiện diện thường hằng trong vũ trụ để sửa đổi những điều không hợp lý nọ.

Laplace, nhà toán học lớn, tự đặt cho mình trách nhiệm lớn lao, viết một tác phẩm bổ sung thêm các bài tính của Newton, để “mang lại một lời giải toàn triệt cho vấn đề cơ học lớn của thái dương hệ và đưa lý thuyết sát gần với mọi quan sát, để các phương trình xuất phát từ kinh nghiệm không còn chỗ đứng trong ngành thiên văn”. Kết quả là một tác phẩm đồ sộ với năm cuốn, mang nhan đề Mecanique Cðleste (Cơ học thiên thể), trong đó Laplace thành công, lý giải mọi vận động của các hành tinh, các mặt trăng, sao chổi, đến những chi tiết nhỏ như sự lên xuống của thủy triều và các thứ khác, các hiện tượng liên quan đến sức hút trọng trường. Ông chứng minh qui luật vận động của Newton bảo đảm tính ổn định của thái dương hệ và xem vũ trụ như một cỗ máy tự điều hành một cách toàn hảo. Khi Laplace trình tác phẩm này cho đại đế Napoleon xem, nghe nói nhà vua nói như sau: “Thưa ông Laplace, người ta báo với tôi, ông viết cuốn sách qui mô này về hệ thống vũ trụ mà không hề nhắc nhở tới đấng sáng tạo ra nó”. Laplace trả lời ngắn gọn: “Tôi không cần đến giả thuyết này”.

Phấn khởi trước những thành tựu rực rỡ của cơ học Newton, nhà vật lý cơ học này quay sang xét sự vận hành liên tục của vật thể ở trạng thái lỏng và sự rung động của vật thể đàn hồi và đạt thành quả. Cuối cùng, thậm chí môn nhiệt học cũng có thể qui về cơ học khi người ta biết rằng nhiệt cũng là năng lượng, nó chỉ do chuyển động không trật tự của phân tử mà thành. Khi nhiệt độ của nước tăng cao thì các phân tử nước cũng tăng mức vận động, tăng cho đến khi chúng bứt khỏi lực liên kết nội hãm chúng và thoát đi nhiều hướng. Thế là nước ở trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái hơi. Ngược lại khi nhiệt giảm dần thì các phân tử nước hợp lại, kết thành một cấu trúc mới, cứng rắn, đó là thể rắn ở dạng băng. Theo cách này thì nhiều hiện tượng thuộc nhiệt học có thể hiểu bằng cách nhìn cơ học.

Thành công to lớn của mô hình cơ học làm cho nhà vật lý của đầu thế kỷ 19 tin rằng, quả thật vũ trụ phải là một hệ thống cơ giới khổng lồ, vận hành theo nguyên lý vận động của Newton đề ra. Những qui luật này được xem như nền tảng của qui luật tự nhiên và mô hình Newton là mô hình chung kết về thế giới hiện tượng. Thế nhưng chỉ không đầy một trăm năm sau, người ta khám phá một thực tại cơ lý khác, nó làm rõ giới hạn của mô hình Newton và chỉ ra rằng mô hình đó không hề có giá trị tuyệt đối.

Những nhận thức này không hề xuất hiện một cách bất ngờ, sự phát triển của chúng đã bắt nguồn từ thế kỷ 19 và mở đường chuẩn bị cho cuộc cách mạng khoa học của thời đại chúng ta. Bước đầu tiên của quá trình phát triển này là sự khám phá và nghiên cứu các hiện tượng điện từ, các hiện tượng đó không được giải thích ổn thỏa với mô hình cơ khí và trong các hiện tượng đó người ta thấy có một loại năng lực mới tham gia. Bước quan trọng này do Michael Faraday và Clerk Maxwell thực hiện, người đầu là một trong những nhà thực nghiệm lớn nhất trong lịch sử khoa học, người sau là một lý thuyết gia xuất sắc. Khi Michael Faraday tạo ra một dòng điện bằng cách di chuyển một thỏi nam châm trong một cuộn dây đồng và biến một công cơ -sự di chuyển nam châm-thành điện năng, ông đã tạo một bước ngoặt trong lịch sử khoa học và kỹ thuật. Thí nghiệm căn bản này một mặt đã khai sinh ra ngành điện từ, mặt kia nó làm nền tảng cho những suy luận lý thuyết của ông và của Maxwell không những chỉ nghiên cứu hiệu ứng của lực điện từ, ông còn nghiên cứu bản chất những lực đó là gì. Hai ông mới thay khái niệm của lực bằng một trường và họ trở thành người đầu tiên vượt ra khỏi vật lý cơ giới của Newton.

Thay vì như cơ học Newton, cho rằng hai điện tích âm và dương hút nhau như hai khối lượng trong cơ học cổ điển, hai ông Faraday và Maxwell thấy đúng hơn, họ cho rằng mỗi điện tích tạo ra trong không gian một tình trạng nhiễu hay một điều kiện, nó làm cho một điện tích khác cảm thấy một lực tác động lên mình. Điều kiện này trong không gian, cái có thể sinh ra lực, được gọi là trường . Chỉ một điện tích duy nhất đã sinh ra trường, trường hiện hữu tự nó, không cần có sự hiện diện của một điện tích khác mới có trường và tác động của nó.

Đây là một sự thay đổi sâu sắc trong quan niệm của chúng ta về thực tại cơ lý. Theo cách nhìn của Newton thì lực tác động gắn chặt lên vật thể được tác động. Bây giờ khái niệm lực được thay thế bằng một khái niệm tinh tế hơn của một trường, trường này có thực thể riêng của nó, có thể được nghiên cứu mà không cần dựa trên vật thể nào khác. Đỉnh cao của lý thuyết này, được gọi là điện động, xuất phát từ nhận thức rằng ánh sáng không gì khác hơn là một trường điện từ, trường đó di chuyển trong không gian dưới dạng sóng. Ngày nay người ta biết rằng tất cả sóng truyền thanh, sóng ánh sáng hay quang tuyến X đều là sóng điện từ cả - tức là điện trường và từ trường giao thoa với nhau, chúng chỉ khác nhau về tần số rung và ánh sáng chỉ là một phần rất nhỏ của toàn bộ các trường điện từ.

    Mặc sự có thay đổi sâu xa đó, cơ học Newton vẫn tạm giữ vị trí nền tảng của nền vật lý. Chính Maxwell cũng có khi thử giải thích thành quả của mình bằng quan điểm cơ học. Ông xem trường như là một dạng áp suất cơ học của một chất liệu đầy ắp trong không gian, chất đó được gọi là ê-te và sóng điện từ được xem như sự co giãn đàn hồi của chất ê-te đó. Điều này nghe rất tự nhiên vì sóng hay được hiểu là sự rung động của vật chất, kiểu như sóng là sự rung của nước, âm thanh là sự rung của không khí. Thế nhưng Maxwell cùng lúc sử dụng nhiều cách cơ học để diễn dịch lý thuyết của mình nhưng không coi trọng chúng. Có lẽ ông đã biết một cách trực giác rằng, mặc dù không nói ra, yếu tố nền tảng của lý thuyết của mình là trường chứ không phải là mô hình cơ học. Rồi chính Einstein, người mà năm mươi năm sau nhận rõ điều này khi nói không hề có ê-te và điện từ trường là những đơn vị lý tính tự hiện hữu, nó đi xuyên suốt không gian trống rỗng và không thể được giải thích theo quan điểm cơ học.

Đến đầu thế kỷ 20 thì nhà vật lý có hai lý thuyết thành công trong tay, chúng được áp dụng cho nhiều hiện tượng khác nhau: Nền cơ học Newton và lý thuyết điện từ trường Maxwell. Mô hình Newton không còn là nền tảng duy nhất của ngành vật lý nữa.

Ba mươi năm đầu của thế kỷ 20 thay đổi một cách triệt để tình hình chung của vật lý. Hai sự phát triển khác nhau, thuyết tương đối của vật lý nguyên tử, đã phá hủy mọi khái niệm căn bản của thế giới quan Newton, đó là hình dung về một không gian tuyệt đối và một thời gian tuyệt đối, một hạt khối lượng đặc cứng, tính tuyệt đối của nhân quả trong hiện tượng thiên nhiên và cứu cánh của sự mô tả khách quan của tự nhiên. Không khái niệm nào trong số này đứng vững được trong lĩnh vực mà giờ đây nền vật lý đang thâm nhập.

Trong giai đoạn đầu của vật lý hiện đại ta phải kể đến thành tựu tư duy to lớn của một con người, Albert Einstein. Trong hai công trình, công bố năm 1905, Einstein trình bày hai hướng tư duy cách mạng. Một là thuyết tương đối đặc biệt của ông, hai là cách nhìn của ông về các bức xạ điện từ, cách nhìn đó sẽ là đặc trưng cho thuyết lượng tử, cái mà về sau trở thành lý thuyết của hiện tượng trong thế giới nguyên tử. Lý thuyết lượng tử hoàn chỉnh khoảng hai mươi năm sau mới được thiết lập do một nhóm nhà vật lý. Ngược lại, thuyết tương đối trong dạng hoàn chỉnh thì hầu như chỉ do Einstein xây dựng. Công trình khoa học của Einstein trong đầu thế kỷ 20 này sừng sững như một tòa tri thức vĩ đại - nó là kim tự tháp của văn minh hiện đại.

Einstein tin tưởng một cách sâu sắc nơi sự hòa điệu nội tại của thiên nhiên và suốt trong cuộc đời khoa học thì cái tha thiết nhất của ông là đi tìm một nền tảng chung cho ngành vật lý. Ông bắt đầu chuyến hành trình này bằng cách xây dựng một cơ sở chung cho điện động học và cơ học, hai lý thuyết riêng lẻ của nền vật lý cổ điển. Cơ sở này chính là thuyết tương đối đặc biệt. Nó thống nhất và làm hoàn chỉnh cơ cấu của vật lý cổ điển, đồng thời chứa đựng những sự thay đổi quyết liệt về khái niệm truyền thống của không gian, thời gian và chôn vùi một trong những nền tảng của thế giới quan Newton.

Theo thuyết tương đối thì không gian không phải ba chiều và thời gian không phải là đơn vị độc lập. Cả hai lệ thuộc lẫn nhau và kết hợp thành một thể liên tục bốn chiều, không - thời gian. Vì thế, trong thuyết tương đối không bao giờ ta nói về không gian riêng lẻ mà không đưa thời gian vào, và ngược lại. Hơn thế nữa không thể có một dòng chảy đồng nhất của thời gian như trong mô hình của Newton. Nhiều quan sát viên sẽ ghi nhận những biến cố xảy ra trong thời gian khác nhau, khi họ di chuyển đến biến cố đó với vận tốc khác nhau. Trong trường hợp này, hai biến cố có thể với một quan sát viên là đồng thời, nhưng đối với những người khác thì chúng xảy ra cái trước, cái sau. Tất cả sự đo lường về không gian và thời gian đều mất tính tuyệt đối. Với thuyết tương đối thì khái niệm không gian của Newton, xem nó là một sân khấu cho mọi hiện tượng cơ lý diễn ra, khái niệm đó bị từ bỏ, khái niệm thời gian tuyệt đối cũng cùng chung số phận. Không gian và thời gian chỉ còn là những ngôn từ mà một quan sát viên nhất định sử dụng để mô tả hiện tượng mình nhìn thấy.

Các khái niệm không gian - thời gian thật hết sức cơ bản để mô tả hiện tượng tự nhiên, nên sự thay đổi của nó kéo theo sự thay đổi của toàn bộ hệ thống mà ta sử dụng để nói về tự nhiên. Hệ quả quan trọng nhất của sự thay đổi này khiến ta nhận ra rằng khối lượng không gì khác hơn là một dạng của năng lượng. Ngay cả một vật thể đang đứng yên cũng chứa trong nó năng lượng và mối liên hệ giữa hai mặt đó được thiết lập bằng đẳng thức nổi tiếng E=mc², trong đó c là vận tốc ánh sáng, E: năng lượng, m: khối lượng của vật.

Hằng số c, vận tốc ánh sáng, đối với thuyết tương đối, có một tầm quan trọng cơ bản. Mỗi khi chúng ta mô tả các tiến trình cơ lý, trong đó có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, chúng ta phải lưu tâm đến thuyết tương đối. Điều đó có giá trị đặc biệt cho các hiện tượng điện từ mà ánh sáng chỉ là một thí dụ trong đó và chính hiện tượng này đã đưa đến việc Einstein phát biểu thuyết tương đối của ông.

Năm 1915 Einstein trình bày thuyết tương đối tổng quát, trong đó phạm vi của thuyết tương đối đặc biệt đã được mở rộng, bao trùm cả trường trọng lực, tức là lực hút lẫn nhau của các khối lượng. Trong thời gian đó, nếu thuyết tương đối đặc biệt đã được vô số thí nghiệm chứng tỏ, thì thuyết tương đối tổng quát chưa được thực nghiệm chứng minh. Thế nhưng thuyết đó được phần lớn công nhận là thuyết trọng trường nhất quán nhất và cũng là thích hợp nhất và được sử dụng rộng rãi trong vật lý thiên văn và vũ trụ học.

Theo thuyết của Einstein thì trường trọng lực có hiệu ứng làm “cong” không gian và thời gian. Điều đó có nghĩa là hình học thông thường của Euclid không còn giá trị trong một không gian cong nữa, như hình học mặt phẳng hai chiều không thể áp dụng lên mặt cong của khối cầu. Thí dụ trên mặt phẳng ta có thể vẽ một hình vuông bằng cách đo một mét dài của một đường thẳng, lấy điểm cuối của đoạn đó vẽ một góc vuông, lại đo một mét rồi làm thêm hai lần nữa, ta sẽ được một hình vuông. Trên một mặt cong, cách làm đó không thực hiện được, vì qui luật của hình học Euclid không thể áp dụng cho mặt cong.

Cũng như thế, ta có thể định nghĩa một không gian ba chiều cong, trong đó hình học Euclid hết còn giá trị. Thuyết Eistein cho rằng không gian ba chiều bị cong, và độ cong không gian bị trường trọng lực của vật chất gây nên. Bất cứ nơi nào có vật thể, thí dụ một vì sao hay hành tinh, không gian quanh nó bị cong và độ cong phụ thuộc vào khối lượng của vật chất.

Ngoài ra, trong thuyết tương đối, ta không bao giờ được tách rời thời gian, nên thòi gian cũng chịu tác động của vật chất và có dòng chảy khác nhau tại nhiều nơi trong vũ trụ. Với thuyết tương đối tổng quát, Einstein đã hoàn toàn bỏ qua khái niệm “không gian tuyệt đối” và “thời gian tuyệt đối”. Không phải chỉ những đo lường trong không gia thời gian là tương đối, mà cả cơ cấu của thể thống nhất không - thời gian cũng tùy thuộc vào sự phân bố vật chất trong vũ trụ, và khái niệm “không gian trống rỗng” cũng mất luôn ý nghĩa.

Cách nhìn mang tính cơ giới của vật lý cổ điển dựa trên khái niệm về vật thể cứng chắc di chuyển trong không gian trống rỗng vẫn còn giá trị trong qui mô trung bình, tức là trong đời sống hàng ngày của chúng ta, trong đó vật lý cổ điển vẫn là một lý thuyết áp dụng được. Hai khái niệm- không gian trống rỗng và vật thể cứng chắc-đã bám rễ trong thói quen tư duy của ta, đến nỗi ta rất khó nghĩ ra một lĩnh vực cơ lý mà trong đó chúng ta không thể áp dụng được. Thế nhưng nền vật lý hiện đại buộc ta phải từ bỏ chúng, nếu ta muốn vươn ra khỏi qui mô trung bình nói trên. “Không gian trống rỗng” đã mất ý nghĩa trong vật lý thiên văn và vũ trụ học, và khái niệm “vật thể vững chắc” đã bị vật lý nguyên tử về những hạt cực nhỏ, bác bỏ.

Khoảng cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, đã có nhiều hiện tượng trong cơ cấu nguyên tử được khám phá, chúng không được giải thích thỏa đáng với vật lý cổ điển. Dấu hiệu cho hay bản thân nguyên tử cũng có một cơ cấu riêng được khám phá cùng lúc với sự phát hiện quang tuyến X, một dạng bức xạ sớm đi vào lĩnh vực y học. Nhưng tia X không phải là tia duy nhất được phát hiện. Sau khi khám phá ra nó, người ta tìm thấy những loại tia khác, chúng phát ra từ nguyên tử của những chất được gọi là phóng xạ. Hiện tượng phóng xạ được chứng minh rõ ràng là nguyên tử phải do nhiều thành phần cấu tạo thành, rằng nguyên tử của chất phóng xạ không những phát ra những tia khác nhau, mà trong nội bộ nguyên tử phải có nhiều chất chuyển hóa lẫn nhau.

Nhờ vào hiện tượng phóng xạ, Max Von laue dùng quang tuyến X nghiên cứu cơ cấu của nguyên tử ở dạng tinh thể và Ernest Rutherford nhận ra rằng, các hạt gọi là alpha được phát ra từ nguyên tử có tính phóng xạ là những phần tử bị bắn ra với tốc độ nhanh, có kích thước nhỏ hơn nguyên tử, và vì thế chúng được sử dụng để nghiên cứu cơ cấu nội tại của nguyên tử. Nếu ta dùng nó để bắn vào nguyên tử, thì dựa trên cách nó bị bứt ra mà suy đoán cơ cấu nguyên tử.

Khi Rutherford dùng hạt alpha bắn ào ạt nguyên tử thì ông nhận được những kết quả đáng kinh ngạc và hoàn toàn bất ngờ. Nguyên tử không hề là những hạt vững chắc như người ta tưởng mà nó lại là một không gian rộng rãi, trong đó những hạt cực nhỏ-gọi là electron-chạy vòng xung quanh hạt nhân, chúng được nối với hạt nhân bằng điện lực. Không dễ dàng tưởng tượng ra được độ nhỏ của nguyên tử, nó nằm quá xa kích thước vĩ mô của chúng ta. Đường kính của một nguyên tử khoảng một phần một trăm triệu của một cen-ti-mét. Nếu bạn tưởng tượng một trái cam to như trái đất thì lúc đó nguyên tử chỉ vừa bằng một quả dâu. Hàng tỉ tỉ quả dâu nằm chen chúc trong một quả cầu to như trái đất, đó là hình ảnh của vô số nguyên tử của một trái cam.

Nguyên tử đã nhỏ như thế-so với vật thể vĩ mô, thì nó lại là cực lớn so với hạt nhân của nó. Nếu nguyên tử to bằng quả dâu thì hạt nhân của nó không thể thấy. Nguyên tử to bằng trái bóng đá hay bằng cả cái phòng thì hạt nhân cũng chưa thấy được bằng mắt thường. Nếu chúng ta cho nguyên tử lớn bằng giáo đường lớn nhất thế giới, giáo đường Peter tại Roma thì hạt nhân của nó vừa bằng một hạt cát. Một hạt cát nằm giữa giáo đường và đâu đó xa xa trong giáo đường vài đám bụi nhỏ đang tung vãi - như thế, ta hình dung ra hạt nhân và electron của một nguyên tử.

Không bao lâu sau khi phát hiện cơ cấu hành tinh  của nguyên tử, người ta thấy rằng số lượng electron trong nguyên tử của một nguyên tố quyết định tính chất hóa học của nguyên tố đó và ngày nay người ta biết rằng toàn bộ hệ thống tuần hoàn của các nguyên tố có thể tạo nên bằng cách lần lượt thêm vào hạt nhân của nguyên tố nhẹ nhất (khinh khí) các proton và neutron và thêm vòng ngoài của nguyên tử số lượng tương quan các electron. Sự tương tác giữa các nguyên tử sinh ra tiến trình hóa học, thế nên toàn bộ nền hóa học thông qua các qui luật của vật lý nguyên tử mà được hiểu rõ.

Thế nhưng những qui luật này không được chấp nhận dễ dàng. Chúng được phát hiện vào thế kỷ 20 nhờ vào nhóm vật lý gia quốc tế, trong đó có người Đan Mạch Niels Bohs, người Pháp Louis de Broglie, người Áo Erwin Schrodinger và Wolfgang Pauli, người Đức Werner Heisenberg và người Anh Paul Dirac. Với năng lực tổng hợp, vượt qua mọi biên giới, những người đó đã tạo nên một thời kỳ sôi nổi của khoa học hiện đại, thời kỳ đưa con người lần đầu tiên đến tiếp cận với thực thể kỳ lạ và bất ngờ của thế giới hạ nguyên tử. Cứ mỗi khi nhà vật lý hỏi thiên nhiên bằng một thí nghiệm thì thiên nhiên trả lời bằng một sự nghịch lý và nhà vật lý càng tìm cách lý giải, sự nghịch lý càng lớn. Phải trải qua một thời gian dài, họ mới nhận ra rằng sự nghịch lý nằm ngay trong cơ cấu nội tại của nguyên tử, sự nghịch lý luôn luôn xuất hiện khi người ta mô tả những diễn biến trong hạt nhân bằng khái niệm truyền thống của vật lý. Khi đã nhận thức điều này thì nhà vật lý mới biết cách đặt câu hỏi và tránh được mâu thuẫn. Theo Heisenberg thì “bằng cách nào đó, họ đành chấp nhận tinh thần của thuyết lượng tử” và cuối cùng đưa ra được biểu thức toán học chính xác cho thuyết này.

Cả sau khi đưa ra biểu thức toán học của thuyết lượng tử được hoàn thiện, khái niệm của thuyết này cũng không dễ được chấp nhận. Nó đã làm đảo lộn toàn bộ khả năng tưởng tượng của các nhà vật lý. Thí nghiệm Rutherford cho thấy nguyên tử không hề là những hạt nhỏ không thể phân chia mà chỉ là không gian trống không, trông đó những hạt li ti vận động, rồi bây giờ thuyết lượng tử lại càng cho rằng, bản thân những hạt đó cũng chẳng cứng chắc gì cả, theo nghĩa của vật lý cổ điển. Những đơn vị hạ nguyên tử là một cấu trúc trừu tượng, với thuộc tính hai mặt. Tùy theo chúng ta nhìn nó như thế nào mà chúng xuất hiện khi là hạt, khi khác là sóng; ánh sáng xuất hiện cũng hai mặt, khi là sóng điện từ, khi thì xuất hiện như hạt.

Tính chất này của vật chất và ánh sáng thật là kỳ dị. Xem ra không thể chấp nhận được một cái gì đó vừa là hạt, tức là một cơ cấu có kích thước rất nhỏ; đồng thời vừa là sóng, là một cái gì có thể tỏa rộng trong không gian. Đối với nhiều người, mâu thuẫn này là một sự nghịch lý, tương tự như công án, cuối cùng nó dẫn đến sự phát biểu thuyết lượng tử. Toàn bộ sự phát triển bắt đầu với Max Planck, khi ông phát hiện rằng nhiệt lượng không hề tỏa ra liên tục mà trong dạng từng bó năng lượng. Einstein đặt tên cho những bó này là quanton (lượng tử) và thừa nhận đó là dạng cơ bản của thiên nhiên. Ông đủ táo bạo để quả quyết rằng, cả ánh sáng lẫn các tuyến điện từ khác không những chỉ là sóng mà chúng cũng xuất hiện với dạng quanta này. Những “bó ánh sáng”, mà theo đó thuyết lượng tử được đặt tên, từ đó được thừa nhận, người ta đặt tên cho nó là “phonton” (quang tử). Thế nhưng nó là loại hạt đặc biệt, nó phi khối lượng và luôn luôn di chuyển với vận tốc ánh sáng.

Thế là mâu thuẫn rành rành giữa hình ảnh của sóng và hạt được giải quyết một cách bất ngờ, nhưng nó đặt lại một vấn đề của vật lý cổ điển, đó là khái niệm về thực tại của vật chất. Trong bình diện hạ nguyên tử, vật chất không hiện hữu một cách chắc chắn tại một vị trí nhất định, theo một cách thế nhất định, chúng chỉ “có khuynh hướng xảy ra”. Trong cách nói của thuyết lượng tử thì khuynh hướng đó được gọi là xác suất, nó liên hệ với những đại lượng toán học, những đại lượng đó qui định dạng của sóng. Do đó mà hạt cũng có thể là sóng. Những sóng đó không phải là sóng thật như loại sóng trong không gian ba chiều của âm thanh hay sóng trên nước. Chúng là sóng xác suất, đó là những đại lượng toán học trừu tượng với tính chất tiêu biểu của sóng; chúng nói lên với xác suất nào, có nghĩa là người ta “gặp” được một hạt tại một điểm nhất định, tại một thời gian nhất định. Tất cả mọi qui luật của vật lý nguyên tử đều được biểu thị ở dạng xác suất này. Không bao giờ chúng ta có thể quả quyết điều gì về một tiến trình trong nguyên tử, ta chỉ nói xác suất nó xảy ra là bao nhiêu.

Một thuyết lượng tử như thế đã phá vỡ những khái niệm về một vật thể cứng chắc. Với mức độ hạ nguyên tử thì hạt cứng chắc của vật lý cổ điển đã tan thành những hình ảnh xác suất có dạng như sóng và hơn thế nữa, những cấu trúc này không diễn tả xác suất hiện hữu của vật thể mà xác suất của những mối liên hệ. Khi nghiên cứu kỹ về quá trình quan sát trong ngành vật lý nguyên tử người ta thấy rằng các hạt với tính chất là đơn vị không có vai trò gì, mà chúng chỉ được hiểu trong mối liên hệ giữa sự chuẩn bị một thí nghiệm và các đo lường sau đó.

Thế nên thuyết lượng tử trình bày cho thấy thể thống nhất của vũ trụ. Nó cho ta thấy rằng không thể chia chẻ thế giới ra từng hạt nhỏ rời rạc độc lập với nhau. Khi nghiên cứu sâu về vật chất, ta sẽ biết thiên nhiên không cho thấy những “hạt cơ bản” riêng lẻ, mà nó xuất hiện như tấm lưới phức tạp chứa toàn những mối liên hệ của những phần tử trong một toàn thể. Những mối liên hệ này bao gồm luôn luôn cả người quan sát. Con người quan sát chính là mắt xích cuối của một chuỗi quá trình quan sát và tính chất của một vật thể nguyên tử chỉ có thể hiểu được trong mối quan hệ giữa vật được quan sát và người quan sát. Điều đó có nghĩa là hình dung cổ điển về một sự mô tả khách quan thế giới tự nhiên không còn có giá trị nữa. Sự chia cắt giữa cái tôi và thế giới theo kiểu Descartes, giữa người quan sát và đối tượng quan sát không thể áp dụng trong lĩnh vực nguyên tử. Trong vật lý nguyên tử, ta không bao giờ có thể nói về thế giới tự nhiên mà không đồng thời nói về chính ta.

Thuyết nguyên tử mới mẻ lập tức có thể trả lời nhiều điều bí ẩn xuất hiện trong lúc nghiên cứu về cơ cấu nguyên tử mà mô hình hành tinh của Rutherford cho thấy nguyên tử, dựa trên đó mà vật chất cứng chắc thành hình, vốn chỉ là không gian trống rỗng, nếu nhìn theo cách phân bố của khối lượng.

Thế nhưng nếu ta và mọi vật xung quanh chủ yếu là rỗng không thì tại sao ta không đi xuyên qua được cánh cửa đang đóng. Nói cách khác: cái gì làm vật chất có vẻ cứng chắc?

Một điều bí ẩn thứ hai là tính chất ổn định cơ cấu lạ lùng của nguyên tử. Chẳng hạn trong không khí, nguyên tử va chạm nhau hàng triệu lần trong một giây, thế nhưng vẫn giữ được dạng cũ sau mỗi khi va chạm nhau. Không có một hệ thống hành tinh nào, hệ thống nằm trong qui luật của vật lý cổ điển, lại chịu nổi sự va chạm như thế. Thế nhưng một nguyên tử oxygen luôn luôn giữ được cấu trúc electron riêng biệt của nó, dù nó va chạm bao nhiêu lần với các nguyên tử khác. Hơn thế nữa, cấu trúc của mọi nguyên tử cùng loại luôn luôn giống như nhau, không kể xuất xứ của chúng và quá trình tinh luyện chúng như thế nào.

Thuyết lượng tử cho thấy rằng, tất cả những đặc tính lạ lùng đó của nguyên tử xuất phát từ tính chất sóng của các electron. Tính cứng chắc của vật chất là hiệu quả của một hiệu ứng lượngtử, tính chất này liên hệ chặt chẽ với tự tính hai mặt “sóng hạt” của vật chất, đó là một tính chất trong thế giới hạ nguyên tử, cái mà trong thế giới vĩ mô không hề có sự tương tự. Cứ mỗi khi hạt bị giam trong không gian nhỏ hẹp thì nó phản ứng bằng cách vận động chống lại sự chật chội đó, không gian càng nhỏ thì nó vận động càng nhanh. Trong nguyên tử có hai loại lực ngược chiều nhau. Một bên là lực hút của hạt nhân, hút electron bằng sức hút điện tích; bên kia là electron phản ứng với sự hạn chế không gian bằng cách quay cuồng và khi nó càng sát gần với nhân, nó càng quay mạnh. Chúng di chuyển với vận tốc chừng 900km mỗi giây!. Vận tốc rất lớn này làm nguyên tử xuất hiện như một hình cầu cứng rắn, tương tự như một chiếc chong chóng quay nhanh làm ta tưởng đó là một đĩa tròn liên tục. Muốn bóp nhỏ một nguyên tử lại rất khó, nhờ đó mà nguyên tử làm cho vật chất trở nên cứng rắn.

Trong nguyên tử, các electron quay trên các quĩ đạo, sinh ra một sự thăng bằng tối ưu giữa sức hút của nhân và sự phản ứng chống lại sự gò bó không gian. Tuy thế các quĩ đạo electron khác với quĩ đạo của hành tinh trong hệ mặt trời, Đó là một hệ quả của tính chất sóng của electron. Người ta không thể xem nguyên tử là một hệ hành tinh nhỏ được. Chúng ta đừng hình dung có hạt nào chạy vòng xung quanh nhân, mà các sóng xác suất đang xếp đặt trên các quĩ đạo. Cứ mỗi lần đo lường, ta lại tìm thấy chỗ này chỗ kia electron trong các quĩ đạo đó, nhưng chúng ta không thể nối chúng “quay xung quanh” nhân nguyên tử trong nghĩa cơ học cổ điển.

Trong các quĩ đạo, các sóng electron phải rung làm sao cho “đầu đuôi ăn khớp” với nhau, để tạo thành “sóng đứng”. Dạng sóng này xuất hiện khi chúng bị hạn chế trong một lĩnh vực nhất định, thí dụ sự rung động của một dây đàn gi-ta hay luồng khí trong một ống sáo. Từ những thí dụ này ta thấy sóng đứng chỉ có một số lượng nhất định các hình dạng định sẵn.

Trường hợp của sóng electron trong nguyên tử cũng thế, chúng chỉ hiện diện trên những quĩ đạo nhất định với đường kính định sẵn. Chẳng hạn electron của một nguyên tử hydrogen chỉ có thể hiện diện trong quĩ đạo thứ nhất, thứ hai hay thứ ba v.v…, chứ không thể ở nửa chừng. Thường thường nó nằm trong quĩ đạo thấp nhất, ta gọi đó là trạng thái cơ bản của nguyên tử. Từ đó electron có thể nhảy lên quĩ đạo cao hơn, nếu nó có đủ năng lượng. Trong trường hợp đó nó được gọi là trạng thái kích thích, nhưng chỉ sau một thời gian nó trở lại về trạng thái cơ bản và giải phóng năng lượng thừa dưới dạng một lượng của bức xạ điện từ hay quang tử (phonton).

Dạng hình và khoảng cách các quĩ đạo của một nguyên tử có cùng số lượng electron đều giống hệt nhau, vì thế mà hai nguyên tử oxygen giống hệt nhau. Chúng có thể khác nhau về trạng thái cơ bản hay kích thích, có thể vì va chạm với những nguyên tử khác trong không khí, nhưng sau một lúc chúng lại trở về trạng thái cơ bản. Vì thế chính tính chất sóng của electron là cơ sở để nhận diện một nguyên tử và là nguyên do của sự ổn định cơ cấu to lớn của chúng.

Một đặc trưng nữa để xác định tình trạng một nguyên tử là chúng được một nhóm số nguyên mô tả đầy đủ, nhóm số đó được gọi là số lượng tử, chúng diễn tả vị trí và hình dạng của các quĩ đạo. Số lượng tử đầu tiên chỉ số của quĩ đạo và năng lượng một electron phải có để có thể ở trong quĩ đạo đó. Hai con số tiếp theo diễn tả dạng của sóng electron trong quĩ đạo và mối tương quan của vận tốc cũng như hướng quay của electron. Việc các chi tiết này được biểu diễn bằng những số nguyên cho thấy rằng eletron không thay đổi một cách liên tục độ quay của nó mà là nhảy từ trị số này qua trị số khác, cũng như nhảy từ quĩ đạo này qua quĩ đạo khác. Ở đây cũng thế, độ quay càng cao thì nguyên tử càng bị kích động: ở trạng thái cơ bản thì mọi electron nằm trong quĩ đạo thấp nhất và độ quay cũng nhỏ nhất.

Xác suất hiện hữu, các hạt phản ứng mạnh khi vào không gian chật hẹp, nguyên tử đổi trạng thái bằng các bước nhảy lượng tử; và nhất là mối quan hệ nội tại của các hiện tượng - đó là những nét kỳ lạ của thế giới nguyên tử. Mặt khác, lực cơ bản sinh ra các hiện tượng này thì chúng ta đã biết và nó cũng hiện diện trong thế giới vĩ mô. Đó là lực hút giữa các điện tích, giữa nhân chứa điện dương và electron. Sự giao hoà giữa năng lực này với các sóng electron sản sinh ra thiên hình vạn trạng những cơ cấu và hiện tượng. Nó chính là nguồn gốc của mọi phản ứng hoá học và sự thành lập phân tử, tức là nhóm những nguyên tử được tập trung vào nhau nhờ sức hút giữa các nguyên tử. Sự tác động lên nhau của các electron và hạt nhân cũng là nền tảng của tất cả các chất khí, chất lỏng và chất rắn, cũng như của tất cả sinh vật và trong toàn bộ tiến trình có sự sống.

Trong thế giới phong phú của nguyên tử thì nhân nguyên tử đóng vai trò của một trung tâm vừa cực nhỏ vừa ổn định, nó lại là gốc của sức hút điện lực và tạo nên khuôn khổ của cơ cấu một phân tử. Nhằm tìm hiểu những cơ cấu đó và mọi hiện tượng chung quanh chúng ta, người ta chỉ cần biết khối lượng và điện tích của hạt nhân. Còn muốn hiểu tự tính của vật chất, hiểu vật chất gồm những gì đích thực thì ta phải nghiên cứu hạt nhân, là thành phần xem như trọng tâm toàn bộ khối lượng của vật chất. Trong những năm ba mươi của thế kỷ này, sau khi thuyết lượng tử đã giải được bài toán của thế giới nguyên tử thì mục đích chính của nhà vật lý là tìm hiẻu cơ cấu của hạt nhân , các thành phần của nó và lực nội tại là gì mà các thành phần có kết cấu vững chắc như vậy.

Bước quan trọng đầu tiên để hiểu cơ cấu hạt nhân là sự phát hiện các neutron, là thành phần thứ hai, loại hạt có khối lượng gần bằng proton (thành phần thứ nhất), tức khoảng gấp hai ngàn lần khối lượng của electron, tuy nhiên chúng không mang điện tích. Sự khám phá này không những chỉ làm sáng tỏ nhân nguyên tử gồm proton và neutron, nó còn cho thấy rằng lực nội tại trong nhân, thứ lực giữ chắc các hạt này lại với nhau, phải là một hiện tượng mới mẻ. Nó không thể là lực điện từ được vì neutron không có điện tích. Nhà vật lý chóng biết rằng họ đang đương đầu với một thứ lực mới mẻ trong thiên nhiên, nó chỉ nằm trong nhân nguyên tử, ngoài ra nó không hiện hữu ở đâu cả.

Nhân nguyên tử lớn khoảng bằng một phần một trăm ngàn một nguyên tử, mà chứa hầu như toàn bộ khối lượng của nó. Như thế thì vật chất nằm trong nhân hẳn phải có tỉ trọng hết sức lớn, độ nén hết sức cao. Nếu thân người mà nén lại theo cách “hạt nhân” này thì nó chỉ chiếm thể tích bằng đầu một mũi kim. Tuy thế độ nén này không phải là tính chất lạ lùng duy nhất của hạt nhân. Vì cũng có tính chất lượng tử như các electron, các hạt nucleon (gọi chung proton và neutron) cũng phản ứng chống không gian bé nhỏ bằng sự vận động cao độ, nơi càng chật chội chúng càng chuyển động nhanh hơn. Chúng di chuyển trong nhân với vận tốc khoảng 60.000km/giây. Vì thế khối lượng hạt nhân là một dạng khối lượng hoàn toàn khác với khối lượng mà ta biết trong thế giới vĩ mô. Có lẽ chúng ta chỉ có thể tưởng tượng chúng là những hạt tí hon có tỉ trọng cực lớn, sôi sùng sục trong một chất lỏng cũng có tỉ trọng rất lớn.

Khía cạnh mới mẻ của tính chất hạt nhân chính là lực tác động trong nhân với khoảng cách nội tại cực ngắn. Lực đó chỉ tác dụng khi các nucleon tiến sát gần nhau, tức khi khoảng cách giữa chúng chỉ gấp đôi gấp ba lần đường kính của chúng. Với khoảng cách này thì lực hút của hạt nhân phát huy tác dụng. Đến khi khoảng cách giữa chung ngắn lại thì chúng lại có tác dụng đẩy, làm cho các nucleon không hề sát nhau được. Theo cách thế này mà lực hạt nhân giữ được nhân nguyên tử hết sức ổn định, dù cho bản thân chúng lại hết sức năng động.

Như thế thì vật chất là không gian rỗng với những hạt tí hon nằm cách xa nhau, các hạt đó lại là nơi tập trung khối lượng. Trong không gian rộng lớn giữa các hạt nhân đầy khối lượng và sôi sùng sục, đó là electron.Các electron chỉ mang một phần rất nhỏ toàn thể khối lượng, thế nhưng lại tạo cho vật chất tính chất cứng chắc và là lực nối kết với nhau để tạo thành cơ cấu phân tử. Chúng cũng tham gia vào các phản ứng hoá học. ở dạng bình thường này của vật chất thì các phản ứng dây chuyền của lực hạt nhân không tự mình xảy ra được vì năng lượng không đủ lớn để phá huỷ sự ổn định của nhân.

Tuy thế dạng này của vật chất với nhiều sắc thể và cơ cấu cũng như tập hợp phân tử phức tạp chỉ có thể hiện hữu trong những điều kiện nhất định, đó là lúc nhiệt độ không quá cao để cho các phân tử không phản ứng qua mãnh liệt. Nếu nhiệt năng vọt lên gấp trăm lần như trong thiên thể thì tất cả mọi cơ cấu nguyên tử và phân tử bị huỷ hoại. Thực ra, phần lớn vật chất trong vũ trụ hiện hữu trong một trạng thái khác xa với trạng thái mô tả ở trên. Ở trung tâm các thiên thể là toàn những khối nhân khổng lồ và gồm hầu như phản ứng hạt nhân mà trên trái đất rất ít xảy ra. Chúng rất quan trọng đối với những hiện tượng của thiên hà mà các nhà vũ trụ quan sát được. Những hiện tượng đó phần lớn là do sự phối hợp của hạt nhân và hiệu ứng trọng trường tạo ra. Đối với hành tinh chúng ta thì phản ứng hạt nhân ở trung tâm mặt trời hết sức quan trọng, vì nó cung cấp năng lượng để nuôi sống đời sống trên trái đất. Một trong những thành tựu lớn nhất của vật lý hiện đại là sự phát hiện rằng năng lượng xuất phát liên tục từ mặt trời, từ hành tinh cốt tử nối ta với thế giới bao la vô tận, năng lượng đó lại chính là kết quả của phản ứng hạt nhân, là một hiện tượng của thế giới vô cùng bé.

Trong lịch sử nghiên cứu thế giới vi mô vào đầu những năm ba mươi, người ta đã đạt tới một giai đoạn mà nhà khoa học cho rằng đã phát hiện một cách chung kết các hạt cơ bản của vật chất. Người ta biết mọi vật chất đều từ nguyên tử mà thành và mọi nguyên tử đều do proton, neutron và electron cấu tạo.

Những hạt được gọi là “hạt cơ bản” đó được xem là nhỏ nhất, đơn vị không thể phá hủy của vật chất: đó là nguyên tử trong nghĩa của Demokrit. Mặc dù thuyết lượng tử cho thấy thế giới không thể chia cắt ra những hạt cực nhỏ, hiện hữu, độc lập với nhau được, nhưng thời đó người ta vẫn chưa thừa nhận thực tế này. Phép tư duy cổ điển bắt rễ quá sâu xa làm cho phần lớn các nhà vật lý vẫn tìm cách hiểu vật chất qua khái niệm của những hạt cơ bản và khuynh hướng đó ngày nay vẫn còn rất mạnh.

Thế rồi hai sự phát triển mới trong ngành vật lý hiện đại đòi hỏi phải từ bỏ việc xem các hạt cơ bản là đơn vị cuối cùng của vật chất. Một trong hai thành tựu này thuộc về thực nghiệm, cái kia thuộc về lý thuyết, nhưng cả hai đều bắt đầu vào những năm ba mươi. Khi các nhà vật lý ngày càng nâng cao khả năng tinh tế của phép thực nghiệm, các hạt cơ bản khác được khám phá. Đến năm 1935 thì con số ba hạt đã lên sáu hạt, năm 1955 chúng lên đến 18 hạt và ngày nay ta có hơn hai trăm hạt cơ bản.

Ngày nay người ta nói đến hàng trăm các hạt menson và baryon. Chúng chỉ chứng tỏ rằng tĩnh từ “cơ bản” trong giai đoạn này không còn thích ứng nữa.

Qua những năm tháng mà các hạt cứ được phát hiện liên tục thì tất nhiên người ta không thể gọi chúng là cơ bản nữa. Niềm tin này còn được tăng cường hơn nữa qua những phát triển lý thuyết, song song với sự phát hiện các hạt. Không bao lâu sau khi thiết lập thuyết lượng tử người ta biết rõ một lý thuyết đầy đủ để mô tả hiện tượng hạt nhân không những chỉ chứa đựng thuyết lượng tử, mà còn cả thuyết tương đối vì vận tốc các hạt bị giới hạn trong không gian hạt nhân thường tới gần với vận tốc ánh sáng. Điều này rất quan trọng cho sự mô tả hoạt động của chúng, vì với vận tốc như thế luôn luôn ta phải quan tâm đến thuyết tương đối. Như chúng ta nói, đó phải là một sự mô tả tương đối. Để hiểu biết đầy đủ thế giới hạt nhân, ta cần một lý thuyết vừa chứa đựng thuyết lượng tử, vừa thuyết tương đối. Cho đến bây giờ, một lý thuyết như thế chưa được tìm ra và vì thế chúng ta không thể phát biểu một lý thuyết về hạt nhân nguyên tử được. Mặc dù biết khá nhiều về cơ cấu hạt nhân và sự tương tác của các thành phần, nhưng chúng ta không hiểu tự tính và dạng phức tạp của lực trong nhân một cách triệt để. Không có một lý thuyết đầy đủ để giải thích thế giới hạt nhân, tương tự như thuyết lượng tử đã giải thích thế giới nguyên tử. Chúng ta cũng có vài mô hình lượng tử tương đối, chúng mô tả rất tốt vài dạng của thế giới hạt trong nhân. Nhưng sự thống nhất thuyết lượng tử và tương đối thành một lý thuyết toàn triệt của hạt, đó vẫn còn là một bài toán trung tâm và trách nhiệm lớn lao của nền vật lý hiện đại.

Trong vật lý cổ điển, từ khối lượng luôn luôn được liên hệ với một thể vật chất, không thể phân chia, với một chất nhất định, từ đó mà mọi sự thành hình. Thuyết tương đối bây giờ đã chứng minh khối lượng không hề là một chất liệu, mà là một dạng của năng lượng. Năng lượng lại là một đại lượng nói lên tính năng động, một dạng hoạt động hay một tiến trình. Thế nên khi khối lượng của một hạt đồng nghĩa với một trị số năng lượng thì hạt không còn được xem là một vật thể tĩnh nữa mà là một cơ cấu động, là quá trình của một năng lượng chỉ đang mang dạng vật chất.

Quan điểm mới này về hạt, được Dirac khởi xướng đầu tiên khi ông xây dựng một phương trình tương đối mô tả hoạt động của electron. Thuyết của Dirac không những hết sức thành công trong việc lý giải cơ cấu sâu xa của nguyên tử, mà còn cho ta thấy một tính đối xứng cơ bản giữa vật chất và đối vật chất. Nó tiên đoán sự hiện hữu của anti-electron, đó là thứ hạt có khối lượng như electron nhưng mang điện tích ngược dấu. Hạt mang điện tích dương này mà người ta gọi tên là positron quả nhiên được phát hiện hai năm sau khi Dirac tiên đoán. Nội dung của tính đối xứng giữa vật chất và đối vật chất là cứ mỗi hạt thì hiện hữu một đối hạt đồng khối lượng, mang điện tích ngược. Nếu có năng lượng đầy đủ thì từng cặp hạt và đối hạt sẽ được tạo hình, và tiến trình ngược lại là một cặp có thể bị hủy diệt để giải phóng năng lượng. Tiến trình tạo tác và hủy diệt cặp hạt - đối hạt đã được Dirac tiên đoán, trước khi chúng được quan sát thực sự trong thiên nhiên, từ đó đến nay đã xảy ra vô số lần.

Sự tạo tác ra đối hạt thuần túy từ năng lượng hiển nhiên là hiệu ứng kỳ lạ nhất của thuyết tương đối và chỉ được hiểu trong quan niệm về hạt như nói trên. Trước khi nền vật lý hạt tương đối ra đời thì thành phần của vật chất luôn luôn được xem như là những hạt cơ bản không thể hủy hoại không thể biến đổi, nằm xếp trong vật thể, vật thể đó có thể chẻ ra từng miếng. Câu hỏi trung tâm thời đó là liệu ta có thẻ chia chẻ vật chất mãi được không hay chỉ tới một số hạt nhất định nào đó không thể chia được nữa. Sau khám phá của Dirac thì việc chia chẻ vật chất hiện ra trong một ánh sáng mới. Khi hai hạt va chạm nhau với năng lượng cao, chúng vỡ thành từng mảnh thật, nhưng các mảnh đó không nhỏ hơn các hạt ban đầu. Các mảnh này cũng là hạt cùng loại nhưng chúng được tạo tác từ động năng mà thành. Như thế câu hỏi về việc chia chẻ hoài vật chất được trả lời một cách bất ngờ. Cách duy nhất để chia chẻ các hạt hạ nguyên tử chính là cho chúng va chạm nhau với năng lượng cao. Với cách này ta có thể chia chẻ hoài vật chất nhưng chúng không hề bị nhỏ đi vì chúng được sinh ra từ năng lượng. Các hạt hạ nguyên tử như thế là vừa hủy diệt được vừa không hủy diệt được.

Điều xem ra mâu thuẫn nghịch lý đó sẽ tự tan biến nếu ta từ bỏ quan niệm cho rằng vật thể gồm nhiều hạt cơ bản tạo thành, và thay vào đó lấy quan điểm năng động, tương đối, làm cách nhìn của mình. Như thế thì hạt sẽ xuất hiện như một cơ cấu năng động hay một tiến trình, tiến trình đó mang theo mình một trị số năng lượng, nó hiện ra dưới dạng khối lượng. Khi hai hạt va chạm nhau thì năng lượng của hạt đó chuyển đổi vào trong một cơ cấu khác và khi có thêm động năng đủ mức, thì có thêm hạt hiện hữu trong cơ cấu mới

Thí nghiệm va chạm với năng lượng cao đã trở thành phương pháp chính để khảo sát các tính chất cuả hạt, vì thế nền vật lý hạt có khi cũng được gọi là vật lý cao năng lượng.

Nơi đây động năng cần thiết được tạo ra từ các thiết bị chuyên biệt nhằm gia tốc cho hạt, trong những máy móc khổng lồ gồm vài cây số đường tròn, trong đó các hạt proton được gia tốc đến gần vận tốc ánh sáng, để rồi cho chúng va chạm các proton khác hay neutron.

Thật là đáng lạ lùng khi nghiên cứu những cái vô cùng bé phải cần máy móc lớn cỡ như thế này. Chúng là những kính hiển vi siêu đẳng của thời đại chúng ta.

Phần lớn các hạt sinh ra qua những va chạm này đều có đời sống hết sức ngắn ngủi - ít hơn cả một phần triệu giây-và tự giã thành proton, neutron hay electron. Mặc dù chúng có đời sống vô cùng ngắn ngủi, người ta không những phát hiện được chúng, đo lường tính chất, mà còn chụp hình dấu vết của chúng. Dấu vết này được tìm thấy trong các buồng đo, tương tự như vệt khí trắng của một chiếc máy bay trên bầu trời. Kích thước các hạt đó thật ra nhỏ hơn rất nhiều so với dấu vết của chúng nhưng nhờ bề dày và độ cong của một quĩ đạo mà nhà vật lý có thể nhận ra được hạt đã sinh ra các dấu đó. Những giao điểm của các quĩ đạo chính là nơi các hạt đụng nhau và những đường cong là do các từ trường tạo thành, các trường đó được nhà quan sát sử dụng để xác định hạt. Sự va chạm nhau của các hạt là phương pháp thí nghiệm chủ yếu nhất của chúng ta và những đường thẳng, đường cong hay xoắn trôn ốc mà hạt đã để lại là dấu vết hết sức quan trọng trong ngành vật lý hiện đại.

Những thí nghiệm cao năng lượng trong những thập niên qua cho ta thấy một cách rõ rệt tính chất năng động và luôn luôn thay đổi của các hạt. Trong những thí nghiệm này vật chất xuất hiện như là một cái gì luôn luôn chuyển hoá. Tất cả mọi hạt này đều có thể chuyển hoá thành mọi hạt kia; chúng được tạo thành từ năng lượng và biến thành năng lượng. Trong thế giới này, những khái niệm cổ điển như hạt cơ bản, tự tính vật chất hay vật thể độc lập mất hết ý nghĩa. Vũ trụ xuất hiện như một tấm lưới năng động với những cơ cấu năng lượng không thể chia cắt. Đến nay chúng ta chưa có một lý thuyết toàn bộ để mô tả thế giới hạ nguyên tử, nhưng đã có nhiều mô hình lý thuyết, chúng lý giải rất sát nhiều mặt của vấn đề. Trong đó, không có mô hình nào vắng bóng biểu thức toán học phức tạp và trong chừng mực nhất định, bản thân chúng cũng mâu thuẫn lẫn nhau, nhưng tất cả chúng đều phản ánh tính nhất thể cơ bản và tính năng động nội tại của vật chất. Chúng chỉ ra rằng, tính chất của một hạt chỉ được hiểu rõ thông qua hoạt động của nó - thông qua liên hệ, qua tương quan với môi trường xung quanh nó - và vì vậy không thể xem hạt là một cơ cấu độc lập mà phải được hiểu là một thành phần trong một thể thống nhất.

Thuyết tương đối không chỉ ảnh hưởng một cách quyết định lên hình dung của ta về hạt, mà cả lên hình ảnh của ta về lực tác dụng giữa các hạt đó. Trong sự mô tả tương tác giữa các hạt thì lực tác dụng giữa chúng, đó là các lực hút hay đẩy, lực đó được xem là sự hoán chuyển của các hạt khác. Thật khó diễn tả điều này. Nó là hệ quả của tính chất bốn chiều không - thời gian trong thế giới hạ nguyên tử và cả trực giác lẫn ngôn ngữ không thể tiếp cận với điều này.

Thế nhưng nó lại rất quyết định để hiểu được các hiện tượng trong thế giới đó. Nó nối kết lực tác động với các tính chất của vật chất và thống nhất giữa hai khái niệm lực và vật chất với nhau, hai khái niệm vốn được xem là khác nhau từ cơ bản của các nhà nguyên tử học Hy Lạp. Ngày nay lực và vật chất được xem như có nguồn gốc chung trong những cơ cấu động mà ta gọi là hạt.

Khi ta xem hạt thông qua lực mà tác động lên nhau, lực đó lại là hiện thân của các hạt khác, thì đó lại càng thêm một lý do để ta tin thế giới của hạ nguyên tử không thể chia cắt thành từng phần được. Từ cấp vĩ mô xuống đến nhân nguyên tử, các lực nối kết sự vật với nhau tương đối nhỏ để ta có thể nói một cách gần đúng rằng, sự vật gồm nhiều thành phần hợp lại. Như ta có thể nói một hạt cát có nhiều phân tử cát, phân tử cát gồm có hai nguyên tử Si, nguyên tử này gồm có nhân và electron và nhân gồm có proton và neutron. Thế nhưng trên bình diện của các hạt thì người ta không còn được nhìn sự vật như thế nữa.

Trong thời gian gần đây có nhiều dấu hiệu cho rằng cả proton và neutron cũng là vật gồm nhiều thành phần, nhưng lực nối kết của chúng quá lớn, hay vận tốc của các thành phần quá lớn (thật ra cũng như lực) mà người ta phải áp dụng thuyết tương đối, trong đó lực đồng nghĩa với hạt rồi. Vì thế, biên giới giữa hạt có nhiều thành phần và lực kết nối các thành phần đó đã bị xoá nhoà và hình ảnh của một vật thể gồm nhiều thành phần bị đổ vỡ ở đây. Những hạt không còn bị chia chẻ thêm thành những hạt khác được nữa.Trong nền vật lý hiện đại, vũ trụ được thấy như một cái toàn thể năng động, tự tính của nó là luôn luôn bao gồm cả người quan sát. Nơi đây thì những khái niệm truyền thống như không gian, thời gian, vật thể độc lập, nguyên nhân - kết quả đã mất ý nghĩa. Kinh nghiệm này rất tương tự với kinh nghiệm của đạo học phương Đông. Sự tương tự này hiện rõ trong thuyết lượng tử và thuyết tương đối và càng rõ hơn trong mô hình lượng tử - tương đối của thế giới hạ nguyên tử, trong đó hai thuyết thống nhất với nhau, đây chính là sự tương đồng nổi bật nhất với đạo học phương Đông.

Trước khi đi vào từng mối tương đồng, tôi muốn nhắc lại ngắn gọn các trường phái của đạo học phương Đông cho các độc giả chưa biết. Các trường phái đó quan trọng cho việc so sánh, đó là ấn Độ giáo, Phật giáo và Lão giáo. Trong năm chương sau đây, lịch sử, các tính chất đặc trưng và khái niệm triết lý của các truyền thống này sẽ được mô tả, với sự nhấn mạnh đến những mặt và khái niệm quan trọng cho sự so sánh với vật lý sau này.

 

Chương 4. Nền Vật Lý Mới

Thực tế là mọi sự vật của tự nhiên và mọi hiện tượng bắt đầu thay đổi; toàn bộ kinh nghiệm của chúng ta về thế giới đã khác hẳn... Có một phương thế mới, vĩ đại và sâu xa để ngộ về mọi sự, để thấy, để biết và tiếp xúc chúng...

Đạo học phương Đông cho rằng sự chứng thực tâm linh trực tiếp về thực tại là một biến cố chớp nhoáng, nó lung lay tận gốc rễ thế giới quan con người. D.T.Suzuki gọi nó là “biến cố sửng sốt nhất có thể xảy ra trong ý thức con người... Nó vứt bỏ mọi dạng kinh nghiệm thông thường”1 , ông giả thích tính chất đáng sợ của kinh nghiệm này bằng lời một thiền sư đã mô tả “như một bình nước vỡ đáy”.

Đầu thế kỷ này, nhà vật lý cũng bị tình trạng tương tự, họ mô tả kinh nghiệm này giống như cách nói của vị thiền sư nọ. Suzuki. Heisenberg viết:

Người ta chỉ có thể hiểu những phản ứng dữ dội về các phát triển gần đây của nền vật lý hiện đại khi ta nhận thức rằng, nơi đây toàn bộ cơ sở của vật lý đang chuyển dịch và sự chuyển dịch này gây ra một cảm giác là nền tảng đó đang bị cắt rời ra khỏi khoa học 2 .

Einstein cũng hoảng sợ như thế khi ông tiếp xúc lần đầu với thực tại của vật lý nguyên tử. Ông viết trong hồi ký của mình:

Tất cả mọi cố gắng của tôi để thích hợp với cơ sở của lý thuyết vật lý của loại nhận thức mới mẻ này, hoàn toàn thất bại. Hầu như đất dưới chân tôi bị sụt lở, không ở đâu còn thấy một nền tảng vững chắc nữa, mà trên đó người ta có thể xây dựng một điều gì 3 .

Sự khám phá nền vật lý hiện đại đòi hỏi một sự đổi thay các khái niệm về không gian, thời gian, vật chất, khách thể, nguyên nhân và hậu quả... và vì những khái niệm này quá căn bản đối với chúng ta, nên chẳng có gì ngạc nhiên khi nhà vật lý buộc phải thay đổi chúng, người đó hoảng sợ cũng phải. Từ sự đổi thay này mà xuất phát một thế giới quan mới, hoàn toàn khác trước, nó vẫn còn tiếp tục phải thay đổi theo tiến trình của các nghiên cứu khoa học đang xảy ra. 

Hai đoạn văn sau đây là của Niels Bohr(*)  của nhà đạo học ấn Độ Sri Aurobindo, nói về chiều sâu và tính chất quyết liệt của kinh nghiệm này:

Trong thời gian qua, kinh nghiệm của ta đã được mở rộng ra, nó được phơi bày dưới ánh sáng, cho thấy tính bất toàn của những khái niệm đơn giản mang tính máy móc và hệ quả của nó là nền tảng của nó bị lung lay tận gốc rễ, nền tảng mà ta dùng để lý giải mọi quan sát 4 .

Niels Bohr

Thực tế là mọi sự vật của tự nhiên và mọi hiện tượng bắt đầu thay đổi; toàn bộ kinh nghiệm của chúng ta về thế giới đã khác hẳn... Có một phương thế mới, vĩ đại và sâu xa để ngộ về mọi sự, để thấy, để biết và tiếp xúc chúng 5 .

Phần sau sẽ phác họa hình ảnh sơ lược của thế giới quan mới, cho thấy thế giới quan cơ giới cổ điển vào đầu thế kỷ này phải nhường chỗ cho thuyết lượng tử và thuyết tương đối, dẫn đến một quan niệm tinh tế, toàn bộ và hữu cơ hơn nhiều của thế giới tự nhiên (*) 

Vật Lý Cổ Điển

Thế giới quan ngày nay đang bị vật lý hiện đại thay đổi vốn đặt cơ sở trên mô hình của Newton về vũ trụ. Mô hình này tạo nên một cái khung chắc chắn cho vật lý cổ điển. Thật sự nó là một nền tảng vĩ đại, trên tảng đá vững chắc đó, ta đã xây dựng toàn bộ khoa học và triết lý về giới tự nhiên cho khoảng ba trăm năm.

Sân khấu của vũ trụ Newton, trong đó tất cả hiện tượng cơ lý xảy ra, là không gian ba chiều của hình học cổ điển Euclid. Đó là một không gian tuyệt đối, luôn luôn tĩnh tại và không thay đổi. Hãy dùng chính ngôn từ của Newton: “Tự tính của không gian tuyệt đối là luôn luôn như nhau, bất động, không hề phụ thuộc gì vào sự vật nằm trong đó”6  .Tất cả mọi biến dịch của sự vật trong cơ thế giới cơ lý được mô tả với khái niệm của một kích thước khác, gọi là thời gian, mà thời gian bản thân nó lại là tuyệt đối, có nghĩa là không liên hệ gì với thế giới vật chất và trôi đều đặn từ quá khứ, qua hiện tại đến tương lai. Newton nói: “Thời gian tuyệt đối, đích thực, có tính toán học, tự chảy, theo tự tính của nó là đều đặn và không liên quan gì đến bất cứ vật nào”.

Những vật thể của thế giới Newton, chúng vận động trong không gian và thời gian tuyệt đối là những hạt vật chất. Trong các đẳng thức toán học, chúng được xem là hạt khối lượng (**) .Newton xem chúng là những hạt nhỏ, cứng chắc và là vật thể không huỷ, chúng là thành phần cấu tạo mọi vật chất. Mô hình này khá giống với mô hình của các nhà nguyên tử học Hy Lạp. Cả hai đều dựa trên sự phân biệt giữa đầy đặc và trống rỗng, giữa vật chất và không gian, và trong cả hai mô hình thì các hạt đều luôn luôn có khối lượng và hình dạng không thay đổi. Do đó vật chất luôn luôn được bảo toàn. Sự khác biệt lớn giữa Democrit và Newton trong quan niệm nguyên tử là, Newton là người gắn thêm một lực tác động giữa các hạt với nhau. Lực này rất đơn giản và chỉ tuỳ thuộc vào khối lượng và khoảng cách của chúng. Đó là trọng lực hay lực hút lẫn nhau của các khối lượng và Newton xem lực đó gắn chặt với vật thể, chúng tác động tức thì trong khoảng cách rất xa. Mặc dù đây là một giả thuyết kỳ dị, nó không được ai tìm hiểu thêm. Các khối lượng và lực tác động được xem như do Chúa tạo thành và do đó không phải là đối tượng để xem xét. Trong tác phẩm Optics, Newton cho ta thấy hình dung của ông về việc Chúa tạo dựng thế giới vật chất:

"Tôi cho rằng có lẽ mới đầu Chúa tạo vật chất bằng những hạt cững chắc, đầy đắc, không thể xuyên qua, di động, với dạng hình, với kích thước, với tính chất và tương quan nhất định với không gian, phù hợp nhất với mục đích mà ngài muốn tạo ra; và những hạt đơn giản này là thể rắn, cứng hơn bất kỳ vật thể xốp nào khác, chúng cứng đến độ không bao giờ hao mòn, không vỡ. Không có một lực nào có thể chia cắt nó, vật mà trong ngày đầu tiên Chúa đã sáng tạo"

Tất cả mọi hiện tượng cơ lý trong cơ học Newton đều có thể qui về sự vận động của hạt khối lượng trong không gian, sự vận động đó do lực hấp dẫn giữa chúng với nhau: lực trọng trường, gây ra. Nhằm phát biểu tác dụng của lực đó trên hạt khối lượng bằng tính chính xác của toán học, Newton phải sử dụng khái niệm và kỹ thuật toán học hoàn toàn mới, đó là phép tính vi phân. Vào thời điểm đó, đây là một thành tựu tri thức vĩ đại và được Einstein tôn thờ là “có lẽ đó là bước tiến lớn nhất trong tư duy mà một cá nhân xưa nay làm được”.

Các phương trình vận động của Newton là nền tảng của cơ học cổ điển. Chúng được xem là qui luật cố định, theo đó các hạt khối lượng chỉ việc vận hành và thời đó người ta cho rằng nó mô tả được tất cả mọi biến dịch có thể quan sát được trong thế giới cơ lý. Theo cách nhìn của Newton thì trước hết Chúa sáng tạo ra vật chất, lực tác dụng giữa chúng và định luật của sự vận động. Theo cách đó thì vũ trụ được đưa vào vận hành và từ đó chạy như một cái máy, được hướng dẫn bằng qui luật bất di bất dịch.

Thế giới quan cơ giới như vậy liên hệ chặt chẽ với tư tưởng quyết định luận. Bộ máy vũ trụ khổng lồ được xem là có thứ tự trước sau và cái sau được xác định bởi cái trước một cách chắc chắn. Tất cả điều gì xảy ra đều có một lý do, sẽ gây một hiệu ứng rõ rệt, tương lai của mỗi một thành phần trong hệ thống đều được quyết đoán một cách chắc chắn; nói trên nguyên tắc, nếu mọi điều kiện trong một thời gian nhất định được biết rõ. Niềm tin này được nói rõ nhất trong câu nói nổi tiếng của nhà toán học Pháp Pierre Simon Laplace(*):

Một đầu óc, nếu trong một thời điểm nhất định, nó biết mọi lực tác động, và tình trạng của sự vật tạo nên thế giới- giả định đầu óc đó đủ lớn để phân tích mọi thông tin này- thì đầu óc đó chỉ với một công thức mà biết hết mọi vận động, từ vận động lớn nhất trong vũ trụ đến vận động của những nguyên tử; đối với đầu óc đó thì không gì là bất định và tương lai cũng như quá khứ trước mắt nó là rõ rệt, như hiện tại.

Nền tảng của thuyết quyết định luận này là sự cách ly cơ bản giữa cái tôi và thế giới còn lại, sự cách ly này do Descartes đem vào triết học.

Sự cách ly này làm người ta tin rằng, thế giới có thể được mô tả một cách khách quan , nghĩa là không cần quan tâm gì đến người quan sát và tính khách quan trong việc mô tả thế giới được xem là cứu cánh của mọi khoa học.

Thế kỷ 18 và 19 là nhân chứng cho thành tựu vĩ đại của cơ học Newton. Bản thân Newton áp dụng thuyết của ông vào vận động của thiên thể và nhờ đó mà giải thích được tính chất căn bản của hệ thống thái dương hệ...

Thế nhưng mô hình các hành tinh của ông được đơn giản hóa rất nhiều, thí dụ lực hút giữa các hành tinh với nhau được bỏ qua và vì thế mà ông gặp phải nhiều điều không hợp lý, không giải thích được. Ông giải quyết vấn đề này bằng cách cho rằng Chúa hiện diện thường hằng trong vũ trụ để sửa đổi những điều không hợp lý nọ.

Laplace, nhà toán học lớn, tự đặt cho mình trách nhiệm lớn lao, viết một tác phẩm bổ sung thêm các bài tính của Newton, để “mang lại một lời giải toàn triệt cho vấn đề cơ học lớn của thái dương hệ và đưa lý thuyết sát gần với mọi quan sát, để các phương trình xuất phát từ kinh nghiệm không còn chỗ đứng trong ngành thiên văn”. Kết quả là một tác phẩm đồ sộ với năm cuốn, mang nhan đề Mecanique Cðleste (Cơ học thiên thể), trong đó Laplace thành công, lý giải mọi vận động của các hành tinh, các mặt trăng, sao chổi, đến những chi tiết nhỏ như sự lên xuống của thủy triều và các thứ khác, các hiện tượng liên quan đến sức hút trọng trường. Ông chứng minh qui luật vận động của Newton bảo đảm tính ổn định của thái dương hệ và xem vũ trụ như một cỗ máy tự điều hành một cách toàn hảo. Khi Laplace trình tác phẩm này cho đại đế Napoleon xem, nghe nói nhà vua nói như sau: “Thưa ông Laplace, người ta báo với tôi, ông viết cuốn sách qui mô này về hệ thống vũ trụ mà không hề nhắc nhở tới đấng sáng tạo ra nó”. Laplace trả lời ngắn gọn: “Tôi không cần đến giả thuyết này”.

Phấn khởi trước những thành tựu rực rỡ của cơ học Newton, nhà vật lý cơ học này quay sang xét sự vận hành liên tục của vật thể ở trạng thái lỏng và sự rung động của vật thể đàn hồi và đạt thành quả. Cuối cùng, thậm chí môn nhiệt học cũng có thể qui về cơ học khi người ta biết rằng nhiệt cũng là năng lượng, nó chỉ do chuyển động không trật tự của phân tử mà thành. Khi nhiệt độ của nước tăng cao thì các phân tử nước cũng tăng mức vận động, tăng cho đến khi chúng bứt khỏi lực liên kết nội hãm chúng và thoát đi nhiều hướng. Thế là nước ở trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái hơi. Ngược lại khi nhiệt giảm dần thì các phân tử nước hợp lại, kết thành một cấu trúc mới, cứng rắn, đó là thể rắn ở dạng băng. Theo cách này thì nhiều hiện tượng thuộc nhiệt học có thể hiểu bằng cách nhìn cơ học.

Thành công to lớn của mô hình cơ học làm cho nhà vật lý của đầu thế kỷ 19 tin rằng, quả thật vũ trụ phải là một hệ thống cơ giới khổng lồ, vận hành theo nguyên lý vận động của Newton đề ra. Những qui luật này được xem như nền tảng của qui luật tự nhiên và mô hình Newton là mô hình chung kết về thế giới hiện tượng. Thế nhưng chỉ không đầy một trăm năm sau, người ta khám phá một thực tại cơ lý khác, nó làm rõ giới hạn của mô hình Newton và chỉ ra rằng mô hình đó không hề có giá trị tuyệt đối.

Những nhận thức này không hề xuất hiện một cách bất ngờ, sự phát triển của chúng đã bắt nguồn từ thế kỷ 19 và mở đường chuẩn bị cho cuộc cách mạng khoa học của thời đại chúng ta. Bước đầu tiên của quá trình phát triển này là sự khám phá và nghiên cứu các hiện tượng điện từ, các hiện tượng đó không được giải thích ổn thỏa với mô hình cơ khí và trong các hiện tượng đó người ta thấy có một loại năng lực mới tham gia. Bước quan trọng này do Michael Faraday và Clerk Maxwell thực hiện, người đầu là một trong những nhà thực nghiệm lớn nhất trong lịch sử khoa học, người sau là một lý thuyết gia xuất sắc. Khi Michael Faraday tạo ra một dòng điện bằng cách di chuyển một thỏi nam châm trong một cuộn dây đồng và biến một công cơ -sự di chuyển nam châm-thành điện năng, ông đã tạo một bước ngoặt trong lịch sử khoa học và kỹ thuật. Thí nghiệm căn bản này một mặt đã khai sinh ra ngành điện từ, mặt kia nó làm nền tảng cho những suy luận lý thuyết của ông và của Maxwell không những chỉ nghiên cứu hiệu ứng của lực điện từ, ông còn nghiên cứu bản chất những lực đó là gì. Hai ông mới thay khái niệm của lực bằng một trường và họ trở thành người đầu tiên vượt ra khỏi vật lý cơ giới của Newton.

Thay vì như cơ học Newton, cho rằng hai điện tích âm và dương hút nhau như hai khối lượng trong cơ học cổ điển, hai ông Faraday và Maxwell thấy đúng hơn, họ cho rằng mỗi điện tích tạo ra trong không gian một tình trạng nhiễu hay một điều kiện, nó làm cho một điện tích khác cảm thấy một lực tác động lên mình. Điều kiện này trong không gian, cái có thể sinh ra lực, được gọi là trường . Chỉ một điện tích duy nhất đã sinh ra trường, trường hiện hữu tự nó, không cần có sự hiện diện của một điện tích khác mới có trường và tác động của nó.

Đây là một sự thay đổi sâu sắc trong quan niệm của chúng ta về thực tại cơ lý. Theo cách nhìn của Newton thì lực tác động gắn chặt lên vật thể được tác động. Bây giờ khái niệm lực được thay thế bằng một khái niệm tinh tế hơn của một trường, trường này có thực thể riêng của nó, có thể được nghiên cứu mà không cần dựa trên vật thể nào khác. Đỉnh cao của lý thuyết này, được gọi là điện động, xuất phát từ nhận thức rằng ánh sáng không gì khác hơn là một trường điện từ, trường đó di chuyển trong không gian dưới dạng sóng. Ngày nay người ta biết rằng tất cả sóng truyền thanh, sóng ánh sáng hay quang tuyến X đều là sóng điện từ cả - tức là điện trường và từ trường giao thoa với nhau, chúng chỉ khác nhau về tần số rung và ánh sáng chỉ là một phần rất nhỏ của toàn bộ các trường điện từ.

    Mặc sự có thay đổi sâu xa đó, cơ học Newton vẫn tạm giữ vị trí nền tảng của nền vật lý. Chính Maxwell cũng có khi thử giải thích thành quả của mình bằng quan điểm cơ học. Ông xem trường như là một dạng áp suất cơ học của một chất liệu đầy ắp trong không gian, chất đó được gọi là ê-te và sóng điện từ được xem như sự co giãn đàn hồi của chất ê-te đó. Điều này nghe rất tự nhiên vì sóng hay được hiểu là sự rung động của vật chất, kiểu như sóng là sự rung của nước, âm thanh là sự rung của không khí. Thế nhưng Maxwell cùng lúc sử dụng nhiều cách cơ học để diễn dịch lý thuyết của mình nhưng không coi trọng chúng. Có lẽ ông đã biết một cách trực giác rằng, mặc dù không nói ra, yếu tố nền tảng của lý thuyết của mình là trường chứ không phải là mô hình cơ học. Rồi chính Einstein, người mà năm mươi năm sau nhận rõ điều này khi nói không hề có ê-te và điện từ trường là những đơn vị lý tính tự hiện hữu, nó đi xuyên suốt không gian trống rỗng và không thể được giải thích theo quan điểm cơ học.

Đến đầu thế kỷ 20 thì nhà vật lý có hai lý thuyết thành công trong tay, chúng được áp dụng cho nhiều hiện tượng khác nhau: Nền cơ học Newton và lý thuyết điện từ trường Maxwell. Mô hình Newton không còn là nền tảng duy nhất của ngành vật lý nữa.

Vật Lý Hiện đại

Ba mươi năm đầu của thế kỷ 20 thay đổi một cách triệt để tình hình chung của vật lý. Hai sự phát triển khác nhau, thuyết tương đối của vật lý nguyên tử, đã phá hủy mọi khái niệm căn bản của thế giới quan Newton, đó là hình dung về một không gian tuyệt đối và một thời gian tuyệt đối, một hạt khối lượng đặc cứng, tính tuyệt đối của nhân quả trong hiện tượng thiên nhiên và cứu cánh của sự mô tả khách quan của tự nhiên. Không khái niệm nào trong số này đứng vững được trong lĩnh vực mà giờ đây nền vật lý đang thâm nhập.

Trong giai đoạn đầu của vật lý hiện đại ta phải kể đến thành tựu tư duy to lớn của một con người, Albert Einstein. Trong hai công trình, công bố năm 1905, Einstein trình bày hai hướng tư duy cách mạng. Một là thuyết tương đối đặc biệt của ông, hai là cách nhìn của ông về các bức xạ điện từ, cách nhìn đó sẽ là đặc trưng cho thuyết lượng tử, cái mà về sau trở thành lý thuyết của hiện tượng trong thế giới nguyên tử. Lý thuyết lượng tử hoàn chỉnh khoảng hai mươi năm sau mới được thiết lập do một nhóm nhà vật lý. Ngược lại, thuyết tương đối trong dạng hoàn chỉnh thì hầu như chỉ do Einstein xây dựng. Công trình khoa học của Einstein trong đầu thế kỷ 20 này sừng sững như một tòa tri thức vĩ đại - nó là kim tự tháp của văn minh hiện đại.

Einstein tin tưởng một cách sâu sắc nơi sự hòa điệu nội tại của thiên nhiên và suốt trong cuộc đời khoa học thì cái tha thiết nhất của ông là đi tìm một nền tảng chung cho ngành vật lý. Ông bắt đầu chuyến hành trình này bằng cách xây dựng một cơ sở chung cho điện động học và cơ học, hai lý thuyết riêng lẻ của nền vật lý cổ điển. Cơ sở này chính là thuyết tương đối đặc biệt. Nó thống nhất và làm hoàn chỉnh cơ cấu của vật lý cổ điển, đồng thời chứa đựng những sự thay đổi quyết liệt về khái niệm truyền thống của không gian, thời gian và chôn vùi một trong những nền tảng của thế giới quan Newton.

Theo thuyết tương đối thì không gian không phải ba chiều và thời gian không phải là đơn vị độc lập. Cả hai lệ thuộc lẫn nhau và kết hợp thành một thể liên tục bốn chiều, không - thời gian. Vì thế, trong thuyết tương đối không bao giờ ta nói về không gian riêng lẻ mà không đưa thời gian vào, và ngược lại. Hơn thế nữa không thể có một dòng chảy đồng nhất của thời gian như trong mô hình của Newton. Nhiều quan sát viên sẽ ghi nhận những biến cố xảy ra trong thời gian khác nhau, khi họ di chuyển đến biến cố đó với vận tốc khác nhau. Trong trường hợp này, hai biến cố có thể với một quan sát viên là đồng thời, nhưng đối với những người khác thì chúng xảy ra cái trước, cái sau. Tất cả sự đo lường về không gian và thời gian đều mất tính tuyệt đối. Với thuyết tương đối thì khái niệm không gian của Newton, xem nó là một sân khấu cho mọi hiện tượng cơ lý diễn ra, khái niệm đó bị từ bỏ, khái niệm thời gian tuyệt đối cũng cùng chung số phận. Không gian và thời gian chỉ còn là những ngôn từ mà một quan sát viên nhất định sử dụng để mô tả hiện tượng mình nhìn thấy.

Các khái niệm không gian - thời gian thật hết sức cơ bản để mô tả hiện tượng tự nhiên, nên sự thay đổi của nó kéo theo sự thay đổi của toàn bộ hệ thống mà ta sử dụng để nói về tự nhiên. Hệ quả quan trọng nhất của sự thay đổi này khiến ta nhận ra rằng khối lượng không gì khác hơn là một dạng của năng lượng. Ngay cả một vật thể đang đứng yên cũng chứa trong nó năng lượng và mối liên hệ giữa hai mặt đó được thiết lập bằng đẳng thức nổi tiếng E=mc2, trong đó c là vận tốc ánh sáng, E: năng lượng, m: khối lượng của vật.

Hằng số c, vận tốc ánh sáng, đối với thuyết tương đối, có một tầm quan trọng cơ bản. Mỗi khi chúng ta mô tả các tiến trình cơ lý, trong đó có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, chúng ta phải lưu tâm đến thuyết tương đối. Điều đó có giá trị đặc biệt cho các hiện tượng điện từ mà ánh sáng chỉ là một thí dụ trong đó và chính hiện tượng này đã đưa đến việc Einstein phát biểu thuyết tương đối của ông.

Năm 1915 Einstein trình bày thuyết tương đối tổng quát, trong đó phạm vi của thuyết tương đối đặc biệt đã được mở rộng, bao trùm cả trường trọng lực, tức là lực hút lẫn nhau của các khối lượng. Trong thời gian đó, nếu thuyết tương đối đặc biệt đã được vô số thí nghiệm chứng tỏ, thì thuyết tương đối tổng quát chưa được thực nghiệm chứng minh. Thế nhưng thuyết đó được phần lớn công nhận là thuyết trọng trường nhất quán nhất và cũng là thích hợp nhất và được sử dụng rộng rãi trong vật lý thiên văn và vũ trụ học.

Theo thuyết của Einstein thì trường trọng lực có hiệu ứng làm “cong” không gian và thời gian. Điều đó có nghĩa là hình học thông thường của Euclid không còn giá trị trong một không gian cong nữa, như hình học mặt phẳng hai chiều không thể áp dụng lên mặt cong của khối cầu. Thí dụ trên mặt phẳng ta có thể vẽ một hình vuông bằng cách đo một mét dài của một đường thẳng, lấy điểm cuối của đoạn đó vẽ một góc vuông, lại đo một mét rồi làm thêm hai lần nữa, ta sẽ được một hình vuông. Trên một mặt cong, cách làm đó không thực hiện được, vì qui luật của hình học Euclid không thể áp dụng cho mặt cong.

Cũng như thế, ta có thể định nghĩa một không gian ba chiều cong, trong đó hình học Euclid hết còn giá trị. Thuyết Eistein cho rằng không gian ba chiều bị cong, và độ cong không gian bị trường trọng lực của vật chất gây nên. Bất cứ nơi nào có vật thể, thí dụ một vì sao hay hành tinh, không gian quanh nó bị cong và độ cong phụ thuộc vào khối lượng của vật chất.

Ngoài ra, trong thuyết tương đối, ta không bao giờ được tách rời thời gian, nên thòi gian cũng chịu tác động của vật chất và có dòng chảy khác nhau tại nhiều nơi trong vũ trụ. Với thuyết tương đối tổng quát, Einstein đã hoàn toàn bỏ qua khái niệm “không gian tuyệt đối” và “thời gian tuyệt đối”. Không phải chỉ những đo lường trong không gia thời gian là tương đối, mà cả cơ cấu của thể thống nhất không - thời gian cũng tùy thuộc vào sự phân bố vật chất trong vũ trụ, và khái niệm “không gian trống rỗng” cũng mất luôn ý nghĩa.

Thế là mâu thuẫn rành rành giữa hình ảnh của sóng và hạt được giải quyết một cách bất ngờ, nhưng nó đặt lại một vấn đề của vật lý cổ điển, đó là khái niệm về thực tại của vật chất...

Cách nhìn mang tính cơ giới của vật lý cổ điển dựa trên khái niệm về vật thể cứng chắc di chuyển trong không gian trống rỗng vẫn còn giá trị trong qui mô trung bình, tức là trong đời sống hàng ngày của chúng ta, trong đó vật lý cổ điển vẫn là một lý thuyết áp dụng được. Hai khái niệm- không gian trống rỗng và vật thể cứng chắc-đã bám rễ trong thói quen tư duy của ta, đến nỗi ta rất khó nghĩ ra một lĩnh vực cơ lý mà trong đó chúng ta không thể áp dụng được. Thế nhưng nền vật lý hiện đại buộc ta phải từ bỏ chúng, nếu ta muốn vươn ra khỏi qui mô trung bình nói trên. “Không gian trống rỗng” đã mất ý nghĩa trong vật lý thiên văn và vũ trụ học, và khái niệm “vật thể vững chắc” đã bị vật lý nguyên tử về những hạt cực nhỏ, bác bỏ.

Khoảng cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, đã có nhiều hiện tượng trong cơ cấu nguyên tử được khám phá, chúng không được giải thích thỏa đáng với vật lý cổ điển. Dấu hiệu cho hay bản thân nguyên tử cũng có một cơ cấu riêng được khám phá cùng lúc với sự phát hiện quang tuyến X, một dạng bức xạ sớm đi vào lĩnh vực y học. Nhưng tia X không phải là tia duy nhất được phát hiện. Sau khi khám phá ra nó, người ta tìm thấy những loại tia khác, chúng phát ra từ nguyên tử của những chất được gọi là phóng xạ. Hiện tượng phóng xạ được chứng minh rõ ràng là nguyên tử phải do nhiều thành phần cấu tạo thành, rằng nguyên tử của chất phóng xạ không những phát ra những tia khác nhau, mà trong nội bộ nguyên tử phải có nhiều chất chuyển hóa lẫn nhau.

Nhờ vào hiện tượng phóng xạ, Max Von laue dùng quang tuyến X nghiên cứu cơ cấu của nguyên tử ở dạng tinh thể và Ernest Rutherford nhận ra rằng, các hạt gọi là alpha được phát ra từ nguyên tử có tính phóng xạ là những phần tử bị bắn ra với tốc độ nhanh, có kích thước nhỏ hơn nguyên tử, và vì thế chúng được sử dụng để nghiên cứu cơ cấu nội tại của nguyên tử. Nếu ta dùng nó để bắn vào nguyên tử, thì dựa trên cách nó bị bứt ra mà suy đoán cơ cấu nguyên tử.

Khi Rutherford dùng hạt alpha bắn ào ạt nguyên tử thì ông nhận được những kết quả đáng kinh ngạc và hoàn toàn bất ngờ. Nguyên tử không hề là những hạt vững chắc như người ta tưởng mà nó lại là một không gian rộng rãi, trong đó những hạt cực nhỏ-gọi là electron-chạy vòng xung quanh hạt nhân, chúng được nối với hạt nhân bằng điện lực. Không dễ dàng tưởng tượng ra được độ nhỏ của nguyên tử, nó nằm quá xa kích thước vĩ mô của chúng ta. Đường kính của một nguyên tử khoảng một phần một trăm triệu của một cen-ti-mét. Nếu bạn tưởng tượng một trái cam to như trái đất thì lúc đó nguyên tử chỉ vừa bằng một quả dâu. Hàng tỉ tỉ quả dâu nằm chen chúc trong một quả cầu to như trái đất, đó là hình ảnh của vô số nguyên tử của một trái cam.

Nguyên tử đã nhỏ như thế-so với vật thể vĩ mô, thì nó lại là cực lớn so với hạt nhân của nó. Nếu nguyên tử to bằng quả dâu thì hạt nhân của nó không thể thấy. Nguyên tử to bằng trái bóng đá hay bằng cả cái phòng thì hạt nhân cũng chưa thấy được bằng mắt thường. Nếu chúng ta cho nguyên tử lớn bằng giáo đường lớn nhất thế giới, giáo đường Peter tại Roma thì hạt nhân của nó vừa bằng một hạt cát. Một hạt cát nằm giữa giáo đường và đâu đó xa xa trong giáo đường vài đám bụi nhỏ đang tung vãi - như thế, ta hình dung ra hạt nhân và electron của một nguyên tử.

Không bao lâu sau khi phát hiện cơ cấu hành tinh  của nguyên tử, người ta thấy rằng số lượng electron trong nguyên tử của một nguyên tố quyết định tính chất hóa học của nguyên tố đó và ngày nay người ta biết rằng toàn bộ hệ thống tuần hoàn của các nguyên tố có thể tạo nên bằng cách lần lượt thêm vào hạt nhân của nguyên tố nhẹ nhất (khinh khí) các proton và neutron và thêm vòng ngoài của nguyên tử số lượng tương quan các electron. Sự tương tác giữa các nguyên tử sinh ra tiến trình hóa học, thế nên toàn bộ nền hóa học thông qua các qui luật của vật lý nguyên tử mà được hiểu rõ.

Thế nhưng những qui luật này không được chấp nhận dễ dàng. Chúng được phát hiện vào thế kỷ 20 nhờ vào nhóm vật lý gia quốc tế, trong đó có người Đan Mạch Niels Bohs, người Pháp Louis de Broglie, người Áo Erwin Schrodinger và Wolfgang Pauli, người Đức Werner Heisenberg và người Anh Paul Dirac. Với năng lực tổng hợp, vượt qua mọi biên giới, những người đó đã tạo nên một thời kỳ sôi nổi của khoa học hiện đại, thời kỳ đưa con người lần đầu tiên đến tiếp cận với thực thể kỳ lạ và bất ngờ của thế giới hạ nguyên tử. Cứ mỗi khi nhà vật lý hỏi thiên nhiên bằng một thí nghiệm thì thiên nhiên trả lời bằng một sự nghịch lý và nhà vật lý càng tìm cách lý giải, sự nghịch lý càng lớn. Phải trải qua một thời gian dài, họ mới nhận ra rằng sự nghịch lý nằm ngay trong cơ cấu nội tại của nguyên tử, sự nghịch lý luôn luôn xuất hiện khi người ta mô tả những diễn biến trong hạt nhân bằng khái niệm truyền thống của vật lý. Khi đã nhận thức điều này thì nhà vật lý mới biết cách đặt câu hỏi và tránh được mâu thuẫn. Theo Heisenberg thì “bằng cách nào đó, họ đành chấp nhận tinh thần của thuyết lượng tử” và cuối cùng đưa ra được biểu thức toán học chính xác cho thuyết này.

Cả sau khi đưa ra biểu thức toán học của thuyết lượng tử được hoàn thiện, khái niệm của thuyết này cũng không dễ được chấp nhận. Nó đã làm đảo lộn toàn bộ khả năng tưởng tượng của các nhà vật lý. Thí nghiệm Rutherford cho thấy nguyên tử không hề là những hạt nhỏ không thể phân chia mà chỉ là không gian trống không, trông đó những hạt li ti vận động, rồi bây giờ thuyết lượng tử lại càng cho rằng, bản thân những hạt đó cũng chẳng cứng chắc gì cả, theo nghĩa của vật lý cổ điển. Những đơn vị hạ nguyên tử là một cấu trúc trừu tượng, với thuộc tính hai mặt. Tùy theo chúng ta nhìn nó như thế nào mà chúng xuất hiện khi là hạt, khi khác là sóng; ánh sáng xuất hiện cũng hai mặt, khi là sóng điện từ, khi thì xuất hiện như hạt.

Tính chất này của vật chất và ánh sáng thật là kỳ dị. Xem ra không thể chấp nhận được một cái gì đó vừa là hạt, tức là một cơ cấu có kích thước rất nhỏ; đồng thời vừa là sóng, là một cái gì có thể tỏa rộng trong không gian. Đối với nhiều người, mâu thuẫn này là một sự nghịch lý, tương tự như công án, cuối cùng nó dẫn đến sự phát biểu thuyết lượng tử. Toàn bộ sự phát triển bắt đầu với Max Planck, khi ông phát hiện rằng nhiệt lượng không hề tỏa ra liên tục mà trong dạng từng bó năng lượng. Einstein đặt tên cho những bó này là quanton (lượng tử) và thừa nhận đó là dạng cơ bản của thiên nhiên. Ông đủ táo bạo để quả quyết rằng, cả ánh sáng lẫn các tuyến điện từ khác không những chỉ là sóng mà chúng cũng xuất hiện với dạng quanta này. Những “bó ánh sáng”, mà theo đó thuyết lượng tử được đặt tên, từ đó được thừa nhận, người ta đặt tên cho nó là “phonton” (quang tử). Thế nhưng nó là loại hạt đặc biệt, nó phi khối lượng và luôn luôn di chuyển với vận tốc ánh sáng.

Thế là mâu thuẫn rành rành giữa hình ảnh của sóng và hạt được giải quyết một cách bất ngờ, nhưng nó đặt lại một vấn đề của vật lý cổ điển, đó là khái niệm về thực tại của vật chất. Trong bình diện hạ nguyên tử, vật chất không hiện hữu một cách chắc chắn tại một vị trí nhất định, theo một cách thế nhất định, chúng chỉ “có khuynh hướng xảy ra”. Trong cách nói của thuyết lượng tử thì khuynh hướng đó được gọi là xác suất, nó liên hệ với những đại lượng toán học, những đại lượng đó qui định dạng của sóng. Do đó mà hạt cũng có thể là sóng. Những sóng đó không phải là sóng thật như loại sóng trong không gian ba chiều của âm thanh hay sóng trên nước. Chúng là sóng xác suất, đó là những đại lượng toán học trừu tượng với tính chất tiêu biểu của sóng; chúng nói lên với xác suất nào, có nghĩa là người ta “gặp” được một hạt tại một điểm nhất định, tại một thời gian nhất định. Tất cả mọi qui luật của vật lý nguyên tử đều được biểu thị ở dạng xác suất này. Không bao giờ chúng ta có thể quả quyết điều gì về một tiến trình trong nguyên tử, ta chỉ nói xác suất nó xảy ra là bao nhiêu.

Một thuyết lượng tử như thế đã phá vỡ những khái niệm về một vật thể cứng chắc. Với mức độ hạ nguyên tử thì hạt cứng chắc của vật lý cổ điển đã tan thành những hình ảnh xác suất có dạng như sóng và hơn thế nữa, những cấu trúc này không diễn tả xác suất hiện hữu của vật thể mà xác suất của những mối liên hệ. Khi nghiên cứu kỹ về quá trình quan sát trong ngành vật lý nguyên tử người ta thấy rằng các hạt với tính chất là đơn vị không có vai trò gì, mà chúng chỉ được hiểu trong mối liên hệ giữa sự chuẩn bị một thí nghiệm và các đo lường sau đó.

Thế nên thuyết lượng tử trình bày cho thấy thể thống nhất của vũ trụ. Nó cho ta thấy rằng không thể chia chẻ thế giới ra từng hạt nhỏ rời rạc độc lập với nhau. Khi nghiên cứu sâu về vật chất, ta sẽ biết thiên nhiên không cho thấy những “hạt cơ bản” riêng lẻ, mà nó xuất hiện như tấm lưới phức tạp chứa toàn những mối liên hệ của những phần tử trong một toàn thể. Những mối liên hệ này bao gồm luôn luôn cả người quan sát. Con người quan sát chính là mắt xích cuối của một chuỗi quá trình quan sát và tính chất của một vật thể nguyên tử chỉ có thể hiểu được trong mối quan hệ giữa vật được quan sát và người quan sát. Điều đó có nghĩa là hình dung cổ điển về một sự mô tả khách quan thế giới tự nhiên không còn có giá trị nữa. Sự chia cắt giữa cái tôi và thế giới theo kiểu Descartes, giữa người quan sát và đối tượng quan sát không thể áp dụng trong lĩnh vực nguyên tử. Trong vật lý nguyên tử, ta không bao giờ có thể nói về thế giới tự nhiên mà không đồng thời nói về chính ta.

Thuyết nguyên tử mới mẻ lập tức có thể trả lời nhiều điều bí ẩn xuất hiện trong lúc nghiên cứu về cơ cấu nguyên tử mà mô hình hành tinh của Rutherford cho thấy nguyên tử, dựa trên đó mà vật chất cứng chắc thành hình, vốn chỉ là không gian trống rỗng, nếu nhìn theo cách phân bố của khối lượng.

Thế nhưng nếu ta và mọi vật xung quanh chủ yếu là rỗng không thì tại sao ta không đi xuyên qua được cánh cửa đang đóng. Nói cách khác: cái gì làm vật chất có vẻ cứng chắc?

Một điều bí ẩn thứ hai là tính chất ổn định cơ cấu lạ lùng của nguyên tử. Chẳng hạn trong không khí, nguyên tử va chạm nhau hàng triệu lần trong một giây, thế nhưng vẫn giữ được dạng cũ sau mỗi khi va chạm nhau. Không có một hệ thống hành tinh nào, hệ thống nằm trong qui luật của vật lý cổ điển, lại chịu nổi sự va chạm như thế. Thế nhưng một nguyên tử oxygen luôn luôn giữ được cấu trúc electron riêng biệt của nó, dù nó va chạm bao nhiêu lần với các nguyên tử khác. Hơn thế nữa, cấu trúc của mọi nguyên tử cùng loại luôn luôn giống như nhau, không kể xuất xứ của chúng và quá trình tinh luyện chúng như thế nào.

Thuyết lượng tử cho thấy rằng, tất cả những đặc tính lạ lùng đó của nguyên tử xuất phát từ tính chất sóng của các electron. Tính cứng chắc của vật chất là hiệu quả của một hiệu ứng lượngtử, tính chất này liên hệ chặt chẽ với tự tính hai mặt “sóng hạt” của vật chất, đó là một tính chất trong thế giới hạ nguyên tử, cái mà trong thế giới vĩ mô không hề có sự tương tự. Cứ mỗi khi hạt bị giam trong không gian nhỏ hẹp thì nó phản ứng bằng cách vận động chống lại sự chật chội đó, không gian càng nhỏ thì nó vận động càng nhanh. Trong nguyên tử có hai loại lực ngược chiều nhau. Một bên là lực hút của hạt nhân, hút electron bằng sức hút điện tích; bên kia là electron phản ứng với sự hạn chế không gian bằng cách quay cuồng và khi nó càng sát gần với nhân, nó càng quay mạnh. Chúng di chuyển với vận tốc chừng 900km mỗi giây!. Vận tốc rất lớn này làm nguyên tử xuất hiện như một hình cầu cứng rắn, tương tự như một chiếc chong chóng quay nhanh làm ta tưởng đó là một đĩa tròn liên tục. Muốn bóp nhỏ một nguyên tử lại rất khó, nhờ đó mà nguyên tử làm cho vật chất trở nên cứng rắn.

Trong nguyên tử, các electron quay trên các quĩ đạo, sinh ra một sự thăng bằng tối ưu giữa sức hút của nhân và sự phản ứng chống lại sự gò bó không gian. Tuy thế các quĩ đạo electron khác với quĩ đạo của hành tinh trong hệ mặt trời, Đó là một hệ quả của tính chất sóng của electron. Người ta không thể xem nguyên tử là một hệ hành tinh nhỏ được. Chúng ta đừng hình dung có hạt nào chạy vòng xung quanh nhân, mà các sóng xác suất đang xếp đặt trên các quĩ đạo. Cứ mỗi lần đo lường, ta lại tìm thấy chỗ này chỗ kia electron trong các quĩ đạo đó, nhưng chúng ta không thể nối chúng “quay xung quanh” nhân nguyên tử trong nghĩa cơ học cổ điển.

Trong các quĩ đạo, các sóng electron phải rung làm sao cho “đầu đuôi ăn khớp” với nhau, để tạo thành “sóng đứng”. Dạng sóng này xuất hiện khi chúng bị hạn chế trong một lĩnh vực nhất định, thí dụ sự rung động của một dây đàn gi-ta hay luồng khí trong một ống sáo. Từ những thí dụ này ta thấy sóng đứng chỉ có một số lượng nhất định các hình dạng định sẵn.

Trường hợp của sóng electron trong nguyên tử cũng thế, chúng chỉ hiện diện trên những quĩ đạo nhất định với đường kính định sẵn. Chẳng hạn electron của một nguyên tử hydrogen chỉ có thể hiện diện trong quĩ đạo thứ nhất, thứ hai hay thứ ba v.v…, chứ không thể ở nửa chừng. Thường thường nó nằm trong quĩ đạo thấp nhất, ta gọi đó là trạng thái cơ bản của nguyên tử. Từ đó electron có thể nhảy lên quĩ đạo cao hơn, nếu nó có đủ năng lượng. Trong trường hợp đó nó được gọi là trạng thái kích thích, nhưng chỉ sau một thời gian nó trở lại về trạng thái cơ bản và giải phóng năng lượng thừa dưới dạng một lượng của bức xạ điện từ hay quang tử (phonton).

Dạng hình và khoảng cách các quĩ đạo của một nguyên tử có cùng số lượng electron đều giống hệt nhau, vì thế mà hai nguyên tử oxygen giống hệt nhau. Chúng có thể khác nhau về trạng thái cơ bản hay kích thích, có thể vì va chạm với những nguyên tử khác trong không khí, nhưng sau một lúc chúng lại trở về trạng thái cơ bản. Vì thế chính tính chất sóng của electron là cơ sở để nhận diện một nguyên tử và là nguyên do của sự ổn định cơ cấu to lớn của chúng.

Một đặc trưng nữa để xác định tình trạng một nguyên tử là chúng được một nhóm số nguyên mô tả đầy đủ, nhóm số đó được gọi là số lượng tử, chúng diễn tả vị trí và hình dạng của các quĩ đạo. Số lượng tử đầu tiên chỉ số của quĩ đạo và năng lượng một electron phải có để có thể ở trong quĩ đạo đó. Hai con số tiếp theo diễn tả dạng của sóng electron trong quĩ đạo và mối tương quan của vận tốc cũng như hướng quay của electron. Việc các chi tiết này được biểu diễn bằng những số nguyên cho thấy rằng eletron không thay đổi một cách liên tục độ quay của nó mà là nhảy từ trị số này qua trị số khác, cũng như nhảy từ quĩ đạo này qua quĩ đạo khác. Ở đây cũng thế, độ quay càng cao thì nguyên tử càng bị kích động: ở trạng thái cơ bản thì mọi electron nằm trong quĩ đạo thấp nhất và độ quay cũng nhỏ nhất.

Xác suất hiện hữu, các hạt phản ứng mạnh khi vào không gian chật hẹp, nguyên tử đổi trạng thái bằng các bước nhảy lượng tử; và nhất là mối quan hệ nội tại của các hiện tượng - đó là những nét kỳ lạ của thế giới nguyên tử. Mặt khác, lực cơ bản sinh ra các hiện tượng này thì chúng ta đã biết và nó cũng hiện diện trong thế giới vĩ mô. Đó là lực hút giữa các điện tích, giữa nhân chứa điện dương và electron. Sự giao hoà giữa năng lực này với các sóng electron sản sinh ra thiên hình vạn trạng những cơ cấu và hiện tượng. Nó chính là nguồn gốc của mọi phản ứng hoá học và sự thành lập phân tử, tức là nhóm những nguyên tử được tập trung vào nhau nhờ sức hút giữa các nguyên tử. Sự tác động lên nhau của các electron và hạt nhân cũng là nền tảng của tất cả các chất khí, chất lỏng và chất rắn, cũng như của tất cả sinh vật và trong toàn bộ tiến trình có sự sống.

Trong thế giới phong phú của nguyên tử thì nhân nguyên tử đóng vai trò của một trung tâm vừa cực nhỏ vừa ổn định, nó lại là gốc của sức hút điện lực và tạo nên khuôn khổ của cơ cấu một phân tử. Nhằm tìm hiểu những cơ cấu đó và mọi hiện tượng chung quanh chúng ta, người ta chỉ cần biết khối lượng và điện tích của hạt nhân. Còn muốn hiểu tự tính của vật chất, hiểu vật chất gồm những gì đích thực thì ta phải nghiên cứu hạt nhân, là thành phần xem như trọng tâm toàn bộ khối lượng của vật chất. Trong những năm ba mươi của thế kỷ này, sau khi thuyết lượng tử đã giải được bài toán của thế giới nguyên tử thì mục đích chính của nhà vật lý là tìm hiẻu cơ cấu của hạt nhân , các thành phần của nó và lực nội tại là gì mà các thành phần có kết cấu vững chắc như vậy.

Bước quan trọng đầu tiên để hiểu cơ cấu hạt nhân là sự phát hiện các neutron, là thành phần thứ hai, loại hạt có khối lượng gần bằng proton (thành phần thứ nhất), tức khoảng gấp hai ngàn lần khối lượng của electron, tuy nhiên chúng không mang điện tích. Sự khám phá này không những chỉ làm sáng tỏ nhân nguyên tử gồm proton và neutron, nó còn cho thấy rằng lực nội tại trong nhân, thứ lực giữ chắc các hạt này lại với nhau, phải là một hiện tượng mới mẻ. Nó không thể là lực điện từ được vì neutron không có điện tích. Nhà vật lý chóng biết rằng họ đang đương đầu với một thứ lực mới mẻ trong thiên nhiên, nó chỉ nằm trong nhân nguyên tử, ngoài ra nó không hiện hữu ở đâu cả.

Nhân nguyên tử lớn khoảng bằng một phần một trăm ngàn một nguyên tử, mà chứa hầu như toàn bộ khối lượng của nó. Như thế thì vật chất nằm trong nhân hẳn phải có tỉ trọng hết sức lớn, độ nén hết sức cao. Nếu thân người mà nén lại theo cách “hạt nhân” này thì nó chỉ chiếm thể tích bằng đầu một mũi kim. Tuy thế độ nén này không phải là tính chất lạ lùng duy nhất của hạt nhân. Vì cũng có tính chất lượng tử như các electron, các hạt nucleon (gọi chung proton và neutron) cũng phản ứng chống không gian bé nhỏ bằng sự vận động cao độ, nơi càng chật chội chúng càng chuyển động nhanh hơn. Chúng di chuyển trong nhân với vận tốc khoảng 60.000km/giây. Vì thế khối lượng hạt nhân là một dạng khối lượng hoàn toàn khác với khối lượng mà ta biết trong thế giới vĩ mô. Có lẽ chúng ta chỉ có thể tưởng tượng chúng là những hạt tí hon có tỉ trọng cực lớn, sôi sùng sục trong một chất lỏng cũng có tỉ trọng rất lớn.

Khía cạnh mới mẻ của tính chất hạt nhân chính là lực tác động trong nhân với khoảng cách nội tại cực ngắn. Lực đó chỉ tác dụng khi các nucleon tiến sát gần nhau, tức khi khoảng cách giữa chúng chỉ gấp đôi gấp ba lần đường kính của chúng. Với khoảng cách này thì lực hút của hạt nhân phát huy tác dụng. Đến khi khoảng cách giữa chung ngắn lại thì chúng lại có tác dụng đẩy, làm cho các nucleon không hề sát nhau được. Theo cách thế này mà lực hạt nhân giữ được nhân nguyên tử hết sức ổn định, dù cho bản thân chúng lại hết sức năng động.

Như thế thì vật chất là không gian rỗng với những hạt tí hon nằm cách xa nhau, các hạt đó lại là nơi tập trung khối lượng. Trong không gian rộng lớn giữa các hạt nhân đầy khối lượng và sôi sùng sục, đó là electron.Các electron chỉ mang một phần rất nhỏ toàn thể khối lượng, thế nhưng lại tạo cho vật chất tính chất cứng chắc và là lực nối kết với nhau để tạo thành cơ cấu phân tử. Chúng cũng tham gia vào các phản ứng hoá học. ở dạng bình thường này của vật chất thì các phản ứng dây chuyền của lực hạt nhân không tự mình xảy ra được vì năng lượng không đủ lớn để phá huỷ sự ổn định của nhân.

Tuy thế dạng này của vật chất với nhiều sắc thể và cơ cấu cũng như tập hợp phân tử phức tạp chỉ có thể hiện hữu trong những điều kiện nhất định, đó là lúc nhiệt độ không quá cao để cho các phân tử không phản ứng qua mãnh liệt. Nếu nhiệt năng vọt lên gấp trăm lần như trong thiên thể thì tất cả mọi cơ cấu nguyên tử và phân tử bị huỷ hoại. Thực ra, phần lớn vật chất trong vũ trụ hiện hữu trong một trạng thái khác xa với trạng thái mô tả ở trên. Ở trung tâm các thiên thể là toàn những khối nhân khổng lồ và gồm hầu như phản ứng hạt nhân mà trên trái đất rất ít xảy ra. Chúng rất quan trọng đối với những hiện tượng của thiên hà mà các nhà vũ trụ quan sát được. Những hiện tượng đó phần lớn là do sự phối hợp của hạt nhân và hiệu ứng trọng trường tạo ra. Đối với hành tinh chúng ta thì phản ứng hạt nhân ở trung tâm mặt trời hết sức quan trọng, vì nó cung cấp năng lượng để nuôi sống đời sống trên trái đất. Một trong những thành tựu lớn nhất của vật lý hiện đại là sự phát hiện rằng năng lượng xuất phát liên tục từ mặt trời, từ hành tinh cốt tử nối ta với thế giới bao la vô tận, năng lượng đó lại chính là kết quả của phản ứng hạt nhân, là một hiện tượng của thế giới vô cùng bé.
 

Trong lịch sử nghiên cứu thế giới vi mô vào đầu những năm ba mươi, người ta đã đạt tới một giai đoạn mà nhà khoa học cho rằng đã phát hiện một cách chung kết các hạt cơ bản của vật chất. Người ta biết mọi vật chất đều từ nguyên tử mà thành và mọi nguyên tử đều do proton, neutron và electron cấu tạo.

Những hạt được gọi là “hạt cơ bản” đó được xem là nhỏ nhất, đơn vị không thể phá hủy của vật chất: đó là nguyên tử trong nghĩa của Demokrit. Mặc dù thuyết lượng tử cho thấy thế giới không thể chia cắt ra những hạt cực nhỏ, hiện hữu, độc lập với nhau được, nhưng thời đó người ta vẫn chưa thừa nhận thực tế này. Phép tư duy cổ điển bắt rễ quá sâu xa làm cho phần lớn các nhà vật lý vẫn tìm cách hiểu vật chất qua khái niệm của những hạt cơ bản và khuynh hướng đó ngày nay vẫn còn rất mạnh.

Thế rồi hai sự phát triển mới trong ngành vật lý hiện đại đòi hỏi phải từ bỏ việc xem các hạt cơ bản là đơn vị cuối cùng của vật chất. Một trong hai thành tựu này thuộc về thực nghiệm, cái kia thuộc về lý thuyết, nhưng cả hai đều bắt đầu vào những năm ba mươi. Khi các nhà vật lý ngày càng nâng cao khả năng tinh tế của phép thực nghiệm, các hạt cơ bản khác được khám phá. Đến năm 1935 thì con số ba hạt đã lên sáu hạt, năm 1955 chúng lên đến 18 hạt và ngày nay ta có hơn hai trăm hạt cơ bản.

Ngày nay người ta nói đến hàng trăm các hạt menson và baryon. Chúng chỉ chứng tỏ rằng tĩnh từ “cơ bản” trong giai đoạn này không còn thích ứng nữa.

Qua những năm tháng mà các hạt cứ được phát hiện liên tục thì tất nhiên người ta không thể gọi chúng là cơ bản nữa. Niềm tin này còn được tăng cường hơn nữa qua những phát triển lý thuyết, song song với sự phát hiện các hạt. Không bao lâu sau khi thiết lập thuyết lượng tử người ta biết rõ một lý thuyết đầy đủ để mô tả hiện tượng hạt nhân không những chỉ chứa đựng thuyết lượng tử, mà còn cả thuyết tương đối vì vận tốc các hạt bị giới hạn trong không gian hạt nhân thường tới gần với vận tốc ánh sáng. Điều này rất quan trọng cho sự mô tả hoạt động của chúng, vì với vận tốc như thế luôn luôn ta phải quan tâm đến thuyết tương đối. Như chúng ta nói, đó phải là một sự mô tả tương đối. Để hiểu biết đầy đủ thế giới hạt nhân, ta cần một lý thuyết vừa chứa đựng thuyết lượng tử, vừa thuyết tương đối. Cho đến bây giờ, một lý thuyết như thế chưa được tìm ra và vì thế chúng ta không thể phát biểu một lý thuyết về hạt nhân nguyên tử được. Mặc dù biết khá nhiều về cơ cấu hạt nhân và sự tương tác của các thành phần, nhưng chúng ta không hiểu tự tính và dạng phức tạp của lực trong nhân một cách triệt để. Không có một lý thuyết đầy đủ để giải thích thế giới hạt nhân, tương tự như thuyết lượng tử đã giải thích thế giới nguyên tử. Chúng ta cũng có vài mô hình lượng tử tương đối, chúng mô tả rất tốt vài dạng của thế giới hạt trong nhân. Nhưng sự thống nhất thuyết lượng tử và tương đối thành một lý thuyết toàn triệt của hạt, đó vẫn còn là một bài toán trung tâm và trách nhiệm lớn lao của nền vật lý hiện đại.

Trong vật lý cổ điển, từ khối lượng luôn luôn được liên hệ với một thể vật chất, không thể phân chia, với một chất nhất định, từ đó mà mọi sự thành hình. Thuyết tương đối bây giờ đã chứng minh khối lượng không hề là một chất liệu, mà là một dạng của năng lượng. Năng lượng lại là một đại lượng nói lên tính năng động, một dạng hoạt động hay một tiến trình. Thế nên khi khối lượng của một hạt đồng nghĩa với một trị số năng lượng thì hạt không còn được xem là một vật thể tĩnh nữa mà là một cơ cấu động, là quá trình của một năng lượng chỉ đang mang dạng vật chất.

Quan điểm mới này về hạt, được Dirac khởi xướng đầu tiên khi ông xây dựng một phương trình tương đối mô tả hoạt động của electron. Thuyết của Dirac không những hết sức thành công trong việc lý giải cơ cấu sâu xa của nguyên tử, mà còn cho ta thấy một tính đối xứng cơ bản giữa vật chất và đối vật chất. Nó tiên đoán sự hiện hữu của anti-electron, đó là thứ hạt có khối lượng như electron nhưng mang điện tích ngược dấu. Hạt mang điện tích dương này mà người ta gọi tên là positron quả nhiên được phát hiện hai năm sau khi Dirac tiên đoán. Nội dung của tính đối xứng giữa vật chất và đối vật chất là cứ mỗi hạt thì hiện hữu một đối hạt đồng khối lượng, mang điện tích ngược. Nếu có năng lượng đầy đủ thì từng cặp hạt và đối hạt sẽ được tạo hình, và tiến trình ngược lại là một cặp có thể bị hủy diệt để giải phóng năng lượng. Tiến trình tạo tác và hủy diệt cặp hạt - đối hạt đã được Dirac tiên đoán, trước khi chúng được quan sát thực sự trong thiên nhiên, từ đó đến nay đã xảy ra vô số lần.

Sự tạo tác ra đối hạt thuần túy từ năng lượng hiển nhiên là hiệu ứng kỳ lạ nhất của thuyết tương đối và chỉ được hiểu trong quan niệm về hạt như nói trên. Trước khi nền vật lý hạt tương đối ra đời thì thành phần của vật chất luôn luôn được xem như là những hạt cơ bản không thể hủy hoại không thể biến đổi, nằm xếp trong vật thể, vật thể đó có thể chẻ ra từng miếng. Câu hỏi trung tâm thời đó là liệu ta có thẻ chia chẻ vật chất mãi được không hay chỉ tới một số hạt nhất định nào đó không thể chia được nữa. Sau khám phá của Dirac thì việc chia chẻ vật chất hiện ra trong một ánh sáng mới. Khi hai hạt va chạm nhau với năng lượng cao, chúng vỡ thành từng mảnh thật, nhưng các mảnh đó không nhỏ hơn các hạt ban đầu. Các mảnh này cũng là hạt cùng loại nhưng chúng được tạo tác từ động năng mà thành. Như thế câu hỏi về việc chia chẻ hoài vật chất được trả lời một cách bất ngờ. Cách duy nhất để chia chẻ các hạt hạ nguyên tử chính là cho chúng va chạm nhau với năng lượng cao. Với cách này ta có thể chia chẻ hoài vật chất nhưng chúng không hề bị nhỏ đi vì chúng được sinh ra từ năng lượng. Các hạt hạ nguyên tử như thế là vừa hủy diệt được vừa không hủy diệt được.

Điều xem ra mâu thuẫn nghịch lý đó sẽ tự tan biến nếu ta từ bỏ quan niệm cho rằng vật thể gồm nhiều hạt cơ bản tạo thành, và thay vào đó lấy quan điểm năng động, tương đối, làm cách nhìn của mình. Như thế thì hạt sẽ xuất hiện như một cơ cấu năng động hay một tiến trình, tiến trình đó mang theo mình một trị số năng lượng, nó hiện ra dưới dạng khối lượng. Khi hai hạt va chạm nhau thì năng lượng của hạt đó chuyển đổi vào trong một cơ cấu khác và khi có thêm động năng đủ mức, thì có thêm hạt hiện hữu trong cơ cấu mới

Thí nghiệm va chạm với năng lượng cao đã trở thành phương pháp chính để khảo sát các tính chất cuả hạt, vì thế nền vật lý hạt có khi cũng được gọi là vật lý cao năng lượng. 

Nơi đây động năng cần thiết được tạo ra từ các thiết bị chuyên biệt nhằm gia tốc cho hạt, trong những máy móc khổng lồ gồm vài cây số đường tròn, trong đó các hạt proton được gia tốc đến gần vận tốc ánh sáng, để rồi cho chúng va chạm các proton khác hay neutron. 

Thật là đáng lạ lùng khi nghiên cứu những cái vô cùng bé phải cần máy móc lớn cỡ như thế này. Chúng là những kính hiển vi siêu đẳng của thời đại chúng ta.

Phần lớn các hạt sinh ra qua những va chạm này đều có đời sống hết sức ngắn ngủi - ít hơn cả một phần triệu giây-và tự giã thành proton, neutron hay electron. Mặc dù chúng có đời sống vô cùng ngắn ngủi, người ta không những phát hiện được chúng, đo lường tính chất, mà còn chụp hình dấu vết của chúng. Dấu vết này được tìm thấy trong các buồng đo, tương tự như vệt khí trắng của một chiếc máy bay trên bầu trời. Kích thước các hạt đó thật ra nhỏ hơn rất nhiều so với dấu vết của chúng nhưng nhờ bề dày và độ cong của một quĩ đạo mà nhà vật lý có thể nhận ra được hạt đã sinh ra các dấu đó. Những giao điểm của các quĩ đạo chính là nơi các hạt đụng nhau và những đường cong là do các từ trường tạo thành, các trường đó được nhà quan sát sử dụng để xác định hạt. Sự va chạm nhau của các hạt là phương pháp thí nghiệm chủ yếu nhất của chúng ta và những đường thẳng, đường cong hay xoắn trôn ốc mà hạt đã để lại là dấu vết hết sức quan trọng trong ngành vật lý hiện đại.

Những thí nghiệm cao năng lượng trong những thập niên qua cho ta thấy một cách rõ rệt tính chất năng động và luôn luôn thay đổi của các hạt. Trong những thí nghiệm này vật chất xuất hiện như là một cái gì luôn luôn chuyển hoá. Tất cả mọi hạt này đều có thể chuyển hoá thành mọi hạt kia; chúng được tạo thành từ năng lượng và biến thành năng lượng. Trong thế giới này, những khái niệm cổ điển như hạt cơ bản, tự tính vật chất hay vật thể độc lập mất hết ý nghĩa. Vũ trụ xuất hiện như một tấm lưới năng động với những cơ cấu năng lượng không thể chia cắt. Đến nay chúng ta chưa có một lý thuyết toàn bộ để mô tả thế giới hạ nguyên tử, nhưng đã có nhiều mô hình lý thuyết, chúng lý giải rất sát nhiều mặt của vấn đề. Trong đó, không có mô hình nào vắng bóng biểu thức toán học phức tạp và trong chừng mực nhất định, bản thân chúng cũng mâu thuẫn lẫn nhau, nhưng tất cả chúng đều phản ánh tính nhất thể cơ bản và tính năng động nội tại của vật chất. Chúng chỉ ra rằng, tính chất của một hạt chỉ được hiểu rõ thông qua hoạt động của nó - thông qua liên hệ, qua tương quan với môi trường xung quanh nó - và vì vậy không thể xem hạt là một cơ cấu độc lập mà phải được hiểu là một thành phần trong một thể thống nhất.

Thuyết tương đối không chỉ ảnh hưởng một cách quyết định lên hình dung của ta về hạt, mà cả lên hình ảnh của ta về lực tác dụng giữa các hạt đó. Trong sự mô tả tương tác giữa các hạt thì lực tác dụng giữa chúng, đó là các lực hút hay đẩy, lực đó được xem là sự hoán chuyển của các hạt khác. Thật khó diễn tả điều này. Nó là hệ quả của tính chất bốn chiều không - thời gian trong thế giới hạ nguyên tử và cả trực giác lẫn ngôn ngữ không thể tiếp cận với điều này. 

Thế nhưng nó lại rất quyết định để hiểu được các hiện tượng trong thế giới đó. Nó nối kết lực tác động với các tính chất của vật chất và thống nhất giữa hai khái niệm lực và vật chất với nhau, hai khái niệm vốn được xem là khác nhau từ cơ bản của các nhà nguyên tử học Hy Lạp. Ngày nay lực và vật chất được xem như có nguồn gốc chung trong những cơ cấu động mà ta gọi là hạt.

Khi ta xem hạt thông qua lực mà tác động lên nhau, lực đó lại là hiện thân của các hạt khác, thì đó lại càng thêm một lý do để ta tin thế giới của hạ nguyên tử không thể chia cắt thành từng phần được. Từ cấp vĩ mô xuống đến nhân nguyên tử, các lực nối kết sự vật với nhau tương đối nhỏ để ta có thể nói một cách gần đúng rằng, sự vật gồm nhiều thành phần hợp lại. Như ta có thể nói một hạt cát có nhiều phân tử cát, phân tử cát gồm có hai nguyên tử Si, nguyên tử này gồm có nhân và electron và nhân gồm có proton và neutron. Thế nhưng trên bình diện của các hạt thì người ta không còn được nhìn sự vật như thế nữa.

Trong thời gian gần đây có nhiều dấu hiệu cho rằng cả proton và neutron cũng là vật gồm nhiều thành phần, nhưng lực nối kết của chúng quá lớn, hay vận tốc của các thành phần quá lớn (thật ra cũng như lực) mà người ta phải áp dụng thuyết tương đối, trong đó lực đồng nghĩa với hạt rồi. Vì thế, biên giới giữa hạt có nhiều thành phần và lực kết nối các thành phần đó đã bị xoá nhoà và hình ảnh của một vật thể gồm nhiều thành phần bị đổ vỡ ở đây. Những hạt không còn bị chia chẻ thêm thành những hạt khác được nữa.Trong nền vật lý hiện đại, vũ trụ được thấy như một cái toàn thể năng động, tự tính của nó là luôn luôn bao gồm cả người quan sát. Nơi đây thì những khái niệm truyền thống như không gian, thời gian, vật thể độc lập, nguyên nhân - kết quả đã mất ý nghĩa. Kinh nghiệm này rất tương tự với kinh nghiệm của đạo học phương Đông. Sự tương tự này hiện rõ trong thuyết lượng tử và thuyết tương đối và càng rõ hơn trong mô hình lượng tử - tương đối của thế giới hạ nguyên tử, trong đó hai thuyết thống nhất với nhau, đây chính là sự tương đồng nổi bật nhất với đạo học phương Đông.

Trước khi đi vào từng mối tương đồng, tôi muốn nhắc lại ngắn gọn các trường phái của đạo học phương Đông cho các độc giả chưa biết. Các trường phái đó quan trọng cho việc so sánh, đó là ấn Độ giáo, Phật giáo và Lão giáo. Trong năm chương sau đây, lịch sử, các tính chất đặc trưng và khái niệm triết lý của các truyền thống này sẽ được mô tả, với sự nhấn mạnh đến những mặt và khái niệm quan trọng cho sự so sánh với vật lý sau này.
 

 

---o0o---
 

 Mục lục| Phần 1 | Phần 2 | Phần 3 | Phần 4

 

---o0o---
 

Source: http://sg.vnexpress.net/Vietnam/Khoa-hoc/Tu-sach/
Trình bày: Nhị Tường
Cập nhật: 1-11-2004

Trở về trang Phật Giáo và Thời Đại

Đầu trang