Dựa trên bài phỏng vấn Roger Penrose do Susan Kruglinski và Oliver Chanarin, phóng viên của Discover Magazine, thực hiện năm 2008. Chúng tôi thực hiện bài viết này nhằm vinh danh một trong những bộ óc lỗi lạc nhất lịch sử nhân loại, là người vừa nhận về giải Nobel cao quý nhờ những đóng góp lớn trong nghiên cứu hố đen Vũ trụ.

Chiêm ngưỡng những thành tựu Roger Penrose đạt được, ta có thể dễ dàng bỏ qua cái ngạo mạn hiện hữu trong ước muốn “thay đổi thực tại” của ông. Roger Penrose sẽ là cái tên lưu danh muôn đời, không khác gì những bậc kỳ tài như Hawking và Einstein; lý thuyết gia này đã đóng góp công sức vào ngành vật lý, toán học và cả hình học.

Ông định nghĩa lại thuyết tương đối rộng để chứng minh rằng hố đen có thể hình thành từ những ngôi sao đang chết. Ông phát minh ra thuyết xoắn - twistor theory, một cách khác để nhìn nhận cấu trúc không-thời gian, một lối đi khả thi để ta phát hiện lực hấp dẫn lượng tử, và hiện thuyết này đã phát triển thành một mảng vật lý lý thuyết và vật lý toán học riêng - nhằm hiểu sâu hơn về bản chất của lực hấp dẫn. Ông phát hiện ra một chuỗi sắp xếp hình học đáng kinh ngạc và sau này được đặt tên là Penrose tiles, tạm dịch là sắp xếp hình học Penrose. Ngoài ra, ông còn là một nhà nghiên cứu não bộ, luận ra giả thuyết về nguồn gốc của nhận thức: ông cho rằng đó là một quá trình tương tác của cơ học lượng tử. 

Thế rồi vị giáo sư già vẫn sống cuộc đời khiêm nhường của một nhà nghiên cứu mới bắt đầu hành trình đi tìm sự thật. Văn phòng nhỏ của ông chật chội do chất đầy đồ đạc của sáu nhà nghiên cứu khác. Tới cuối buổi làm việc, bạn sẽ thấy ông vội vã chạy đi đón cậu con trai 9 tuổi sắp tan trường. Với bộ óc tò mò của một con người vẫn đang nỗ lực lưu danh sử sách, ông đào sâu vào tìm câu trả lời cho những thắc mắc căn bản nhất, mà cũng rộng quá đến mức khó nhất: Vũ trụ bắt đầu như thế nào? Liệu có những chiều cao hơn tấm nền không gian và thời gian không? Những khái niệm, những giả thuyết được nhiều người hậu thuẫn trong vật lý lý thuyết có thực sự có nghĩa?

Tam giác Penrose, ví dụ về hình học bất khả thi này là một trong những “phát minh” của bộ óc lỗi lạc nhất nhì lịch sử nhân loại. Tam giác được thể hiện dưới dạng hình động để trực quan hóa khái niệm phi thực tế.

Bởi lẽ người đàn ông này đã chung sống với những phép tính phức tạp suốt đời dài, ông mang trong mình nhiều góc nhìn hơn hẳn một nhà khoa học trẻ. Để giải quyết tận gốc vấn đề, Roger Penrose khăng khăng rằng các nhà vật lý học phải ép mình giải được câu hỏi lớn nhất mà khoa học từng đặt ra: là mối quan hệ giữa bộ luật (chưa hoàn chỉnh) bó buộc các hạt cơ bản và bộ luật (nhiều thiếu sót) nắm quyền thống trị những thứ to lớn - vật thể với kích cỡ từ quả bóng cho đến hành tinh khổng lồ - được tạo nên từ hàng sa số những hạt cơ bản kia. Trong buổi nói chuyện với phóng viên Susan Kruglinski, giáo sư Penrose không nao núng trước loạt câu hỏi về các giáo điều bủa vây lấy vật lý hiện đại, đơn cử như thuyết dây và thuyết cơ học lượng tử.

Vị giáo sư già giữ vững quan điểm: các nhà vật lý học sẽ không bao giờ hiểu được những giả thuyết lớn liên quan tới Vũ trụ, cho đến khi họ nhìn thấu bức màn sao nhãng mà những giả thuyết nửa vời hiện tại kia đang thêu dệt; hãy nhìn vào lớp thực tại sâu nhất mà chúng ta đang sống.

Anh trai tôi là một nhà vật lý lý thuyết có tiếng và là thành viên của Hội đồng Hoàng gia. Em trai tôi trở thành nhà vô địch cờ vua Anh Quốc tới 10 lần, một con số kỷ lục. Cha tôi tới từ dòng dõi gia đình Quaker. Cụ thân sinh ra ông là họa sĩ chuyên nghiệp chuyên vẽ tranh chân dung - ông là con người trọng truyền thống, giữ gìn nhiều giá trị tôn giáo. Gia đình tôi khắt khe lắm. Tôi không nhớ liệu con cái trong nhà có được đọc tiểu thuyết không, nhưng chắc chắn không có chuyện đó trong ngày Chủ nhật. Cha tôi có bốn anh em trai, tất cả đều là nghệ sĩ giỏi. Một người trong số họ nổi tiếng trong giới nghệ thuật, ấy là Ngài Roland. Ông là đồng sáng lập Viện Nghệ thuật Đương đại London. Cha tôi là một nhà di truyền học chuyên về gen người, có tiếng tăm nhờ chứng minh những người phụ nữ có tuổi sẽ nhiều khả năng sinh ra con bị hội chứng Down, thế nhưng ông hứng thú với nhiều khía cạnh khoa học khác lắm.

Yếu tố quan trọng hiện hữu nơi cha tôi là ông không đặt giới hạn giữa công việc và các thú vui tiêu khiển. Tôi thừa hưởng điều đó từ ông. Ông thường thiết kế các câu đố và đồ chơi cho con và cháu mình. Ông từng có một cái lán nhỏ sau nhà, nơi ông tự tay cắt gọt gỗ bằng một bàn cưa vận hành bằng chân đạp. Tôi nhớ có lần ông làm ra một thước loga có tới 12 thanh trượt, với rất nhiều ký tự và vô số cách kết hợp phức tạp. Những năm cuối đời, ông dành rất nhiều thời gian chế tạo những mô hình gỗ tự sinh - thứ mà ngày nay người ta gọi là sự sống nhân tạo đó. Chúng là những thiết bị đơn giản nhưng khi lắp ráp vào với nhau, chúng sẽ cho phép những mảnh khác ghép lại theo những cách tương tự. Ông thường ngồi hàng giờ trong lán, tạo ra những thứ này bằng gỗ với số lượng rất, rất lớn.

Câu chuyện ngốc nghếch lắm. Tôi nhớ mình hỏi ông, lúc ấy tôi khoảng 9 tuổi, rằng liệu ta có thể ghép các hình sáu cạnh lại để tạo nên hình cầu không. Ông trả lời là “Không, con không thể đâu, nhưng còn có thể làm vậy với hình năm cạnh”, điều này làm tôi bất ngờ. Ông chỉ tôi cách tạo một khối đa diện, và tôi bắt đầu tìm hiểu từ lúc ấy.

Tôi quan tâm tới cách sắp xếp hình học đặc biệt này là bởi ý tưởng cho rằng vũ trụ bị chi phối bởi một lực rất đơn giản, cho dù chúng ta nhìn đâu cũng thấy các yếu tố phức tạp. Việc sắp xếp hình học chỉ tuân theo một quy luật đơn giản, thế rồi vẫn tạo nên những mẫu hình phức tạp. 

Đây là nỗ lực quan sát xem liệu yếu tố phức tạp có thể được tạo nên bởi những quy luật rất đơn giản không, để rồi nhìn vào đó mà phản ánh những gì ta thấy trong thế giới này.

Trong năm thứ hai theo học tại Cambridge sau khi đã có bằng, tôi có tới dự Đại học Các Nhà Toán học Quốc tế tổ chức tại Amsterdam. Tôi nhớ mình có gặp một giảng viên mà tôi biết khá rõ, và ông cầm theo một cuốn danh mục như thế này. Bìa của nó là bức tranh Ngày và Đêm - Day and Night của Escher, tấm có những con chim bay ngược chiều nhau đó. Khung cảnh trong tranh có nửa đêm, nửa ngày. Tôi hứng thú với tác phẩm đó, và hỏi giảng viên về nguồn gốc cuốn danh mục. Ông nói với tôi “Vậy ư, có một buổi triển lãm do một nghệ sĩ có tên Escher mà cậu có thể hứng thú đấy”. 

Thế là tôi lên đường, để rồi bị cuốn hút bởi những thứ kỳ lạ và tuyệt diệu mà tôi chưa từng chứng kiến. Tôi quyết định thử vẽ vài hình bất khả thi và rồi nghĩ ra được thứ sau này được gọi là tam giác Penrose. Nó là một hình ba cạnh trông như vật thể ba chiều, nhưng thực tế nó không thể tồn tại trong không gian ba chiều. Tôi đưa cho cha mình xem và ông cũng thử tiến hành thiết kế một số vật thể, khối kiến trúc bất khả thi. Chúng tôi cùng xuất bản nghiên cứu mới liên quan tới thiết kế này lên Tạp chí Tâm lý học Anh Quốc và công nhận đóng góp của danh họa Escher.

Ông sử dụng hai yếu tố có trong nghiên cứu. Một là hình tam giác, được dùng trong tác phẩm của ông có tên Waterfall. Một yếu tố khác là cầu thang bất khả thi do cha tôi thiết kế. Escher sử dụng nó trong tác phẩm Đi lên và Đi xuống - Ascending and Descending, với hình ảnh các thầy tu đi qua lại trên các bậc cầu thang.

Tôi gặp Escher một lần, và tặng ông một vài mảnh ghép có thể tạo nên một mẫu hình lặp, nhưng nó chỉ ra hình khi và chỉ khi ghép được 12 mảnh lại với nhau. Ông thực hiện xong, viết thư hỏi tôi làm thế nào để ra được hình hài này - nó vận hành dựa trên quy luật gì? Tôi gửi ông một mảnh ghép hình con chim tuân theo quy luật trên, để rồi ông đưa nó vào tác phẩm tôi tin là bức tranh cuối cùng Escher từng thực hiện, nó có tên là Những con Ma - Ghosts.

Tôi chậm chạp một cách khó tin. Tôi sống ở Canada một thời gian, khoảng 6 năm, trong thời gian thế chiến diễn ra. Khi lên 8 tuổi, ngồi trong lớp, chúng tôi đã phải thực hiện tính nhẩm nhanh lắm, hay ít ra với tôi thì tốc độ tính nhẩm ấy là rất nhanh. Tôi luôn lạc lối trong chính suy nghĩ của mình. Có giáo viên, một người không có mấy thiện cảm với tôi, đã chuyển tôi xuống lớp thấp hơn. Rồi một giáo viên khác sáng suốt hơn đã đưa quyết định cho tôi làm bài kiểm tra với thời gian vô hạn, sau khi thấy tôi học hành tệ ra sao. Tôi có thể làm bài trong bao lâu tùy thích. Tất cả chúng tôi đều thực hiện chung một bài kiểm tra. Tôi được phép dành cả giờ ra chơi để làm bài. Ai cũng ra sân vui đùa, còn tôi thì chật vật với những bài kiểm tra ấy. Rồi có khi thời gian làm bài kiểm tra của tôi còn kéo dài tới cả tiết học tiếp theo. Tôi chậm hơn với bạn đồng trang lứa ít nhất hai lần. Dần dần tôi học tốt hơn. Bạn thấy đó, nếu tôi có thể được làm bài với nhiều thời gian như vậy, tôi sẽ đạt điểm rất cao.

Cơ học lượng tử là thuyết tuyệt vời có thể giải thích mọi thứ trước đây ta không luận ra được, với khởi đầu là tính ổn định của các nguyên tử. Nhưng khi bạn chấp nhận sự lạ kỳ của cơ học lượng tử trong thế giới vĩ mô, bạn phải từ bỏ ý tưởng không thời gian mà Einstein chỉ ra. Điều kỳ lạ nhất ở đây là nó không có nghĩa. Nếu như cứ tuân thủ các quy luật, bạn sẽ luận ra thứ gì đó không đúng.

Vật lý lượng tử không hợp lý, và chỉ có một lý do đơn giản thôi. Bạn thấy đó, các phép toán của cơ học lượng tử có hai phần. Một là quá trình tiến hóa của một hệ thống lượng tử, được phương trình Schrödinger mô tả chính xác. Phương trình này nói với bạn rằng: Nếu như bạn biết trạng thái hệ thống ở thời điểm hiện tại, bạn sẽ tính được trong 10 phút tới nó sẽ ra sao.

Tuy nhiên, cơ học lượng tử còn một phần thứ hai nữa - là những thứ xảy ra khi bạn muốn thực hiện đo đạc. Thay vì có được một câu trả lời duy nhất, bạn sử dụng phương trình để luận ra các khả năng của một loạt những đáp án. Kết quả không hiện hữu dưới dạng “Đây là cách thế giới đang tồn tại”. Thay vào đó, chúng chỉ mô tả khả năng xảy ra khi thực hiện một hành động nhất định. Đáng lẽ phương trình mô tả thế giới phải có tính tất định*, nhưng nó lại chẳng thể hiện được điều đó.

*Thuyết tất định: học thuyết triết học cho rằng tất cả các sự việc xảy ra là do những điều tất yếu và do đó là không thể tránh được.

Schrödinger biết rõ điều đó như bất cứ ai khác. Ông thường nói về ví dụ con mèo nổi tiếng và rằng, “Được rồi, nếu bạn tin vào những gì phương trình của tôi nêu lên, bạn sẽ phải tin rằng con mèo vừa chết và vừa sống ở cùng một thời điểm”. Ông nói thêm “Điều đó rõ ràng là vô lý, bởi lẽ sự thật không như vậy. Do đó, phương trình của tôi không đúng với ví dụ về con mèo. Vậy nên phải có sự tham gia của những yếu tố khác nữa”.

Đúng vậy, tôi nghĩ ông đã nói rõ như vậy đó. Bạn hãy nhìn vào những cái tên lớn nhất của ngành nghiên cứu vật lý lượng tử mà xem, là Schrödinger, Einstein và Paul Dirac. Theo một cách hiểu nào đó, họ đều là những người hoài nghi tính chính xác của cơ học lượng tử. Dirac là một trong những cái tên gây nhiều sự ngạc nhiên nhất, bởi lẽ ông là người đặt nền móng, là người vẽ nên khung sườn xây dựng nên cơ học lượng tử. 

Người ta nghĩ rằng ông là một người chỉ nói lên sự thật sắt đá, nhưng ông rất cẩn trọng trong từng phát ngôn của mình. Khi được hỏi rằng “Đâu là câu trả lời giải thích vấn đề hiện hữu trong đo đạc?”, thì Dirac trả lời rằng “Cơ học lượng tử là giả thuyết lâm thời. Tại sao tôi lại nên đi tìm câu trả lời trong cơ học lượng tử mà làm gì?”. Ông không tin cơ học lượng tử là đúng. Nhưng ông không hay nói ra điều này.

Đúng. Không ai muốn thay đổi phương trình Schrödinger, ý niệm đó dẫn người ta đến với cách giải thích “nhiều thế giới cùng tồn tại” mà cơ học lượng tử nêu lên.

Nó cho rằng con mèo, bằng một cách nào đó, vừa sống lại vừa chết ở cùng một thời điểm. Để có thể nhìn con mèo, chính bạn phải rơi vào trạng thái chồng [hai trạng thái cùng xảy ra một lúc], tại đó bạn nhìn thấy mèo sống và bạn nhìn thấy mèo chết. Tất nhiên, chúng ta không thể trải nghiệm được điều này, nên các nhà vật lý học cho rằng bằng cách chưa rõ, nhận thức của bạn tự chọn lấy một đường mà bạn không biết trước. Nó dẫn tới bạn một thế giới quan hoàn toàn quái lạ. Bạn đi vào phạm vi của “nhiều thế giới”, thứ không có bất cứ mối quan hệ nào với thế giới mà chúng ta đang quan sát thấy.

Vấn đề là, bạn có thể làm gì với nhận định đó? Chẳng làm được gì cả. Bạn muốn một giả thuyết mô tả thế giới ta đang nhìn. Đó là mục tiêu của vật lý suốt bao thuở nay: Giải thích thế giới ta đang thấy, tại sao và bằng cách nào mọi vật lại tồn tại như vậy. Cơ học lượng tử nhiều thế giới không làm được điều đó. Hoặc là bạn chấp nhận nó và cố giải nghĩa sao cho đúng, đây là điều rất nhiều người đã và đang làm, hoặc bạn có thể giống tôi, bạn nói không - rằng nhận thức về thế giới vượt xa khỏi giới hạn mà cơ học lượng tử vẽ ra cho chúng ta. Đáng ngạc nhiên là cách suy nghĩ này không phổ biến. Quan điểm của tôi là cơ học lượng tử không hoàn toàn chính xác, và tôi nghĩ rằng có bằng chứng chỉ ra điều đó. Chỉ có điều đây không phải bằng chứng trực tiếp có được bằng thử nghiệm, với khả năng của khoa học hiện có được.

Hoàn toàn chính xác. Và theo một cách hiểu nào đó, tôi đổ lỗi cho cơ học lượng tử bởi người ta vẫn nói, “Cơ học lượng tử không trực quan; nếu bạn tin vào nó, bạn có thể tin vào bất cứ thứ gì mà trực giác của mình không nhận thức được”. Nhưng bạn thấy đó, cơ học lượng tử được hậu thuẫn bởi rất nhiều thí nghiệm, vậy nên có nhiều cơ sở cho thấy nó tồn tại. Trong khi đó ta không có thí nghiệm nào ủng hộ thuyết dây.

Cuốn sách có tên Thời trang, Niềm tin và Ý nghĩa tưởng tượng trong Nền Vật lý mới của Vũ trụ - Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe. Mỗi một từ trong tựa sách đều tượng trưng cho một ý tưởng vật lý lý thuyết. “Thời trang” là thuyết dây; “Ý nghĩa tưởng tượng” có liên quan tới một loạt những khái niệm vũ trụ, chủ yếu là những nghiên cứu và phỏng đoán về sự giãn nở của vũ trụ [cho rằng vũ trụ phình rộng ra về mọi hướng chỉ trong một phần nhỏ của giây ngay sau khi Big Bang xảy ra]. Chúng đều là những khái niệm to lớn và được công nhận rộng rãi. Hành động đả kích chúng gần như là báng bổ khoa học. Và thứ còn lại, thậm chí còn mang tính xúc xiểm cao hơn, chính là cơ học lượng tử ở mọi cấp độ - ấy chính là “Niềm tin”. Một vài người lại có quan điểm là ta không thể đặt dấu hỏi lên những khái niệm ấy.

Không có, dù rằng ý tưởng này có mang hàm ý khuyến khích người ta thực hiện nghiên cứu. Quan niệm trước đây cho rằng đó là suy nghĩ lập dị, những hoạt động bên lề người ta thường thực hiện khi đã luống tuổi và về hưu. Ừ thì, đúng là tôi già và đã nghỉ hưu rồi! Nhưng đáng tiếc là người ta không coi nó là hoạt động thường nhật nên được thực hiện thường xuyên.

Quá khó để dự đoán. Ernest Rutherford nói rằng mô hình nguyên tử mà ông dựng nên [dẫn tới sự hình thành của vật lý nguyên tử và bom nguyên tử] sẽ chẳng bao giờ có đất dụng võ. Nhưng đúng, tôi chắc chắn nó sẽ mang theo một sức ảnh hưởng khổng lồ. Đã có những nhận định về cách ứng dụng cơ học lượng tử trong sinh học. Dần dần nó sẽ tạo ra thay đổi lớn, có lẽ là ảnh hưởng theo tất cả các cách mà ta vốn không mường tượng nổi.

Theo cách nhìn nhận của tôi, một bộ não có nhận thức không hoạt động dựa trên vật lý cổ điển. Nó thậm chí còn không hoạt động theo cơ học lượng tử mà ta luận ra. Nó vận hành theo một giả thuyết khoa học chưa nghĩ tới được. Đây là vấn đề phải não to mới ngẫm được, nhưng tôi cho rằng nó cũng giống việc William Harvey khám phá ra việc máu lưu thông trong huyết quản. Ông luận được rằng máu phải tuần hoàn, nhưng ven và tĩnh mạch lại mai một theo thời gian, vậy tại sao máu di chuyển được từ nơi này qua nơi khác. Và rồi ông nhận định, “Chắc hẳn phải có những ống dẫn nhỏ xíu trong cơ thể, ta không thể thấy được chúng nhưng chắc chắn chúng phải tồn tại”. Cũng suốt một thời gian không ai tin ông cả. Vậy nên tôi vẫn mong ta sẽ tìm thấy thứ gì tương tự thế - một cấu trúc nào đó có thể bảo tồn được khả năng kết nối chặt chẽ của vạn vật, bởi tôi tin nó phải tồn tại.

Tôi nghĩ nó sẽ đẹp lắm.