Đạo của vật lý - chương 12 : Không gian và thời gian

Vật lý hiện đại đã thừa nhận một trong những ý niệm cơ bản của đạo học phương Đông; đó là tất cả khái niệm của ta về tự nhiên đều hạn chế, chúng không phải là thực tại đích thực như ta thường tưởng, mà chỉ là sáng tạo của tâm; thành phần của bản đồ, không phải đất thật. Cứ mỗi lần ta mở rộng lĩnh vực của mình là mỗi lần hạn chế của óc tư duy lại hiện rõ và ta phải điều chỉnh, thậm chí từ bỏ khái niệm cũ.

Trên bản đồ chỉ về thực tại thì khái niệm của chúng ta về không gian và thời gian chiếm vị trí quan trọng nhất. Chúng giúp chúng ta nhìn sự vật và tiến trình chung quanh có thứ tự và do đó chúng hết sức quan trọng không những trong đời sống hàng ngày, mà còn nhờ nó để tìm hiểu thế giới tự nhiên thông qua triết học và khoa học. Không có định luật nào của vật lý mà không có khái niệm của không gian - thời gian. Vì thế sự điều chỉnh sâu sắc khái niệm này qua thuyết tương đối là một trong những cuộc cách mạng lớn nhất của lịch sử khoa học.

Vật lý cổ điển đặt nền tảng trên một không gian ba chiều, tuyệt đối, nó độc lập với những vật thể nằm trong nó và những định luật hình học tuân thủ hình học Euclid, và thời gian cũng là một chiều kích thước độc lập, nó trôi chảy tuyệt đối điều hòa, độc lập với thế giới của vật chất. Tại phương Tây, những khái niệm này về không gian và thời gian đã bắt rễ từ lâu trong trí não của triết gia và khoa học gia, đến nỗi chúng được xem tính chất thật sự của thiên nhiên là như thế, không thể chối cãi.

Niềm tin rằng bản chất hình học nằm ngay trong tự nhiên chứ không phải là một phần của cơ cấu do ta sử dụng để mô tả thiên nhiên, niềm tin đó xuất phát từ tư tưởng Hy Lạp. Hình học họa hình là trung tâm của nền toán học Hy Lạp và có ảnh hưởng sâu đậm lên triết lý Hy Lạp. Phương pháp của nó là xuất phát từ những định đề và từ đó rút ra những lý thuyết bằng cách suy luận từng bước, phương pháp đó là đặc trưng tư tưởng Hy Lạp; vì thế mà hình học trở thành trung tâm của mọi hoạt động tư duy và làm nền tảng cho triết học. Trên cổng vào của Viện Hàn lâm của Plato tại Athen ta thấy mang hàng chữ: “Cổng này chỉ dành cho những ai nắm vững hình học”. Người Hy Lạp tin rằng, lý thuyết toán học của họ là sự phát biểu của sự thật chính xác và ngàn đời về thế giới thực và những định luật hình học là sự biểu lộ của thiện mỹ tuyệt đối. Hình học đã trở thành sự phối hợp hoàn hảo của logic và thiện mỹ, và người ta cho rằng nguồn gốc của nó là Thượng đế. Do đó mà có câu nói của Plato: “Thượng đế là một nhà hình học”.

Vì môn hình học được xem là khải thị của Thượng đế cho nên điều hiển nhiên đối với người Hy Lạp là bầu trời phải tỏ rõ những dạng hình học toàn hảo. Điều đó có nghĩa là thiên thể phải quay trong vòng tròn. Để hình ảnh này thêm tính hình học, họ còn cho rằng chúng được gắn chặt vào một loạt những hình cầu trong như pha lê, chúng cũng quay tròn và lấy trái đất làm tâm điểm.

Trong những thế kỷ sau, nhà hình học Hy Lạp vẫn còn gây một ảnh hưởng mạnh lên nhà triết học và khoa học phương tây. Những yếu tố của Euclid, cho đến đầu thế kỷ này, vẫn là một cuốn sách chuẩn mực cho các trường phái phương Tây và hình học Euclid đã được xem là tính chất đích thực của không gian suốt hai ngàn năm nay. Nó chỉ hết là chuẩn mực, cho đến khi Einstein chứng minh rằng, hình học không hề nằm trong thiên nhiên mà là một cơ cấu do đầu óc con người nghĩ ra. Henry Margenau nói:

Nhận thức trung tâm của thuyết tương đối là hình học… chỉ là một cấu trúc của óc suy luận. Chỉ khi nào ta thừa nhận điều này thì tâm ta mới có chỗ cho khái niêm mới của không gian - thời gian, để nẵm được những khả năng định nghĩa chúng và để lựa ra cách phát biểu chúng phù hợp với quan sát.

Ngược lại với người Hy Lạp, triết gia phương Đông đã biết rằng không gian và thời gian là do óc suy luận của con người xây dựng nên. Các nhà đạo học phương Đông xem chúng như những khái niệm suy luận khác, tức là tương đối, hạn chế và có tính ảo giác. Trong một kinh sách Phật giáo ta thấy những câu:

Đức Phật dạy, hỡi các tì kheo, rằng… quá khứ, vị lai, không gian… và cá thể không gì khác hơn là danh sắc, ngôn từ sử dụng một cách bình thường, chúng chỉ là những thực tại nông cạn.

Thế nên tại Viễn Đông, môn hình học không bao giờ lên tới địa vị của thời Hy Lạp cổ, mặc dù điều này cũng không có nghĩa là người Ấn Độ và Trung Quốc không biết đến nó. Họ đã sử dụng nó để xây dựng những đền thờ với dạng hình học chính xác, đo đạc đất đai hay xác định bản đồ của trời sao, nhưng không bao giờ để dùng nó xác định về một thực tại trừu tượng và vĩnh viễn. Thái độ triết học này cũng hiện rõ ở chỗ, khoa học cổ đại của phương Đông cũng không thấy thiên nhiên phải nằm trong một cơ cấu gồm toàn đường thẳng và đường tròn. Ở đây, Joseph Needham có nêu lên một điều rất thú vị về ngành thiên văn Trung Quốc:

Các nhà thiên văn Trung Quốc không cần những dạng hình học để lý giải - những thành phần của vũ trụ sinh cơ tuân thủ đúng tính chất của chúng trong đạo và sự vận động của chúng được diễn tả chủ yếu bằng số học, phi hình tướng. Do đó mà người Trung Quốc thoát khỏi sự mê say của thiên văn phương Tây với cách nhìn cho vòng tròn là hình tượng hoàn hảo nhất…họ cũng không phải sống trong tù ngục của hình cầu pha lê thời Trung cổ.

Như thế, triết gia và khoa học cổ đại tại phương Đông đã có một cái nhìn cơ bản về thuyết tương đối, cho rằng hình học không hề là phản ánh tính chất của thiên nhiên mà chỉ là sản phẩm của tư duy.

Mã Minh nói:

Cần hiểu rõ không gian không gì hơn là một dạng đặc biệt, nó không có tự tính. Không gian chỉ có trong mối liên hệ với dạng ý thức đặc biệt của ta.

Điều này cũng đúng cho khái niệm thời gian. Nhà đạo học phương Đông xem khái niệm không gian và thời gian liên hệ với những dạng ý thức nhất định, những dạng đó có thể được vượt qua bằng phép thiền định. Những chứng thực tâm linh cho họ những khái niệm tinh tế hơn về không gian - thời gian, trong nhiều mặt chúng rất gần với khái niệm của vật lý hiện đại, thí dụ với thuyết tương đối.

Quan điểm mới về không gian và thời gian xuất phát từ thuyết tương đối, chúng gồm những gì? Chúng xuất phát từ sự phát hiện rằng, tất cả mọi đo lường về không gian và thời gian đều tương đối cả. Tính tương đối trong không gian thực ra không có gì mới. Trước Einstein, người ta đã biết rằng vị trí một vật trong không gian chỉ có thể dựa trên một vật khác đã được xác định. Thường thường vật này là một hệ thống ba trục và gốc của ba trục đó được xem là “vị trí của người quan sát”. Người ta gọi đó là trục tọa độ.

Để làm sáng tỏ tính tương đối của các trục đó, ta hãy tưởng tượng có hai người lơ lửng trong không gian, quan sát một cây dù (xem hình trang 195). Người A thấy cây dù bên trái của mình nghiêng chút ít, đầu dù hướng về mình. Người B thấy cây dù bên phải của mình, đầu dù xa hơn.

Mở rộng thí dụ này lên ba chiều ta thấy rõ những xác định không gian như trái, mặt, trên, dưới, nghiêng v.v… đều phụ thuộc vào vị trí của quan sát viên và như thế chúng chỉ là tương đối. Điều này ta đã biết từ lâu trước thuyết tương đối. Thế nhưng khi nói về thời gian trong vật lý cổ điển, tình hình hoàn toàn khác. Trật tự thời gian của hai tiến trình khác nhau được xem là độc lập với mọi quan sát viên. Khi ta nói “trước đó”, “sau đó” hay “đồng thời” thì chúng có tính tuyệt đối, chúng độc lập với một hệ thống trục qui chiếu.

Einstein đã nhận ra rằng, trật tự thời gian cũng tương đối và tùy thuộc nơi quan sát viên. Trong đời sống hàng ngày, khi ta thấy một trật tự thời gian trong những tiến trình xảy ra quanh ta, những tiến trình này đạt một vận tốc rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng (300.000 km/giây), nên ta có cảm giác rằng chúng xảy ra thì ta nhận thấy tức khắc. Thế nhưng điều này không đúng. Ánh sáng cần một thời gian nhất định để đi từ sự việc đến quan sát viên. Thường thì thời gian đó quá nhỏ nên ánh sáng có thể xem như đến với ta tức thì. Nhưng khi quan sát viên di chuyển với vận tốc nhanh (so với hiện tượng đang được qua sát) thì khoảng thời gian từ lúc xảy ra cho đến lúc ghi nhận một biến cố bắt đầu đóng một vai trò quan trọng khi nói về thứ tự của những biến cố khác nhau. Einstein nhận ra rằng nhiều quan sát viên di chuyển với vận tốc khác nhau sẽ thấy những biến cố có thú tự thời gian khác nhau. Hai biến cố đối với quan sát viên này là đồng thời thì đối với quan sát viên khác có thể cái trước cái sau. Đối với vận tốc di chuyển bình thường thì sự khác nhau giữa chúng quá nhỏ đến nỗi không thể ghi nhận được, thế nhưng khi chúng tiến gần đến vận tốc ánh sáng, chúng gây ra những hiệu ứng có thể đo lường được. Với vật lý cao năng lượng, trong đó toàn là biến cố do sự tương tác giữa các hạt di chuyển với vận tốc gần như của ánh sáng, thì tính tương đối của thời gian đã được xác định và đã được vô số cuộc thí nghiệm thừa nhận.

Tính tương đối của thời gian cũng buộc ta phải từ bỏ khái niệm của một không gian tuyệt đối của Newton. Không gian Newton được xem là thuộc mỗi thời điểm nhất định có một trật tự vật chất nhất định, nhưng bây giờ, tính đồng thời đã trở thành một khái niệm tương đối, nó tùy thuộc vào tình hình vận động của quan sát viên, thì người ta không còn xác định được một thời điểm nhất định của vũ trụ là thời điểm nào nữa. Một biến cố ở rất xa, đối với người này là xảy ra một thời điểm nhất định, nhưng đối với người khác là trước đó hay sau đó. Vì vậy không thể nói vũ trụ tại một thời điểm nhất định. Không có một không gian tuyệt đối, độc lập với người quan sát.

Thuyết tương đối như thế đã chứng tỏ tất cả mọi đo lường về không gian và thời gian đã mất tính chất tuyệt đối và đòi ta phải từ bỏ khái niệm cổ điển về không gian và thời gian tuyệt đối. Sự quan trọng của phát hiện này được Mendel Sachs nói như sau:

Cuộc cách mạng đích thực tới với thuyết của Einstein…, đó là từ bỏ ý niệm xem hệ thống không gian - thời gian là khách quan và là một thực tại riêng biệt. Thay vào đó, thuyết này cho thấy trục của không gian- thời gian chỉ là yếu tố của một ngôn ngữ để quan sát viên mô tả môi trường của mình.

Câu nói này của một nhà vật lý đương thời cho thấy tính chất thật của khái niệm không gian - thời gian của vật lý hiện đại, và cũng là khái niệm của đạo học phương Đông khi nói, không gian - thời gian không gì khác hơn là danh sắc, ngôn từ để sử dụng chung.

Vì không gian - thời gian bây giờ đã trở thành tên gọi có tính chủ quan, mà một quan sát viên dùng để mô tả hiện tượng thiên nhiên, cho nên mỗi người sẽ mô tả hiện tượng để mình quan sát một cách khác nhau.

Nếu ta muốn xuất phát từ sự mô tả hiện tượng mà rút ra những định luật chung về tự nhiên, thì những định luật này phải được phát biểu sao cho chúng đều có dạng giống nhau trong tất cả hệ thống qui chiếu, có nghĩa là phải thích hợp cho mọi quan sát viên bất kỳ đang ở đâu, đang di chuyển với vận tốc nào. Đòi hỏi này được gọi là nguyên lý tương đối và cũng là bước khởi thủy của thuyết này. Điều thú vị này là mầm mống của thuyết tương đối nằm trong một sự mâu thuẫn mà chàng trai trẻ tuổi Einstein đã nhận thấy, lúc chàng mới lên mười sáu. Chàng cố tưởng tượng một tia sáng, hình dáng sẽ như thế nào đối với một quan sát viên di chuyển cũng với vận tốc ánh sáng bên cạnh tia đó. Chàng đi tới kết luận là quan sát viên sẽ thấy tia đó là một điện trường dao động lui tới nhưng không di chuyển, tức là không tạo sóng. Hiện tượng như thế chưa hề biết đến trong ngành vật lý. Chàng trai Einstein cảm thấy rằng, như vậy cái mà người này thấy là hiện tượng điện từ trường đã biết, tức là sóng ánh sáng, thì đối với người khác là một hiện tượng ngược lại với các định luật trong vật lý và chàng không thể chấp nhận sự mâu thuẫn đó. Trong những năm sau, Einstein nhận ra rằng nguyên lý tương đối có thể dùng để mô tả hiện tượng điện từ nếu tất cả các trị số về không gian và thời gian đều tương đối cả. Sau đó thì định luật cơ học chuyên mô tả vận động của khối lượng và định luật của điện động học về lý thuyết của điện và từ được phát biểu chung trong một cấu trúc tương đối, cấu trúc đó bao gồm ngoài ba chiều không gian thêm chiều thời gian là trục thứ tư, tương đối so với quan sát viên.

Nhằm xác định nguyên lý tương đối, tức là xem liệu các đẳng thức của lý thuyết đều có như nhau trong mọi hệ thống qui chiếu, tất nhiên người ta phải có thể chuyển đổi mọi kích thước không gian và thời gian của một hệ thống qui chiếu hay hệ cơ bản lên một hệ thống khác. Việc chuyển đổi hệ thống đã được biết đến trong vật lý cổ điển và được sử dụng thường xuyên. Sự chuyển đổi của hai hệ qui chiếu trong hình (trang 195) cho thấy hai toạ độ của người A (trục tọa độ được vẽ trong hình) là một sự phối hợp của hai tọa độ của người B và ngược lại. Những công thức này có thể dùng hình học giản đơn để tính ra được.

Trong vật lý tương đối nảy sinh một tình hình mới là thời gian được gắn thêm vào, là chiều thứ tư bên cạnh ba chiều không gian. Khi chuyển đổi từ hệ này qua hệ qui chiếu khác, như trên đã nói, tọa độ của hệ thống này là một sự phối hợp các tọa độ của hệ thống kia, do đó mà một tọa độ không gian của hệ thống sau lại là một sự hỗn hợp không gian - thời gian của hệ trước. Đây thực sự là một tình hình hoàn toàn mới. Mỗi lần đổi thay hệ qui chiếu là thời gian và không gian trộn lẫn với nhau, với sự chính xác của toán học. Hai cái này không thể tách rời ra được nữa, vì cái mà đối với quan sát viên này chỉ là không gian đơn thuần thì nó đối với quan sát viên kia là một sự trộn chung không gian - thời gian. Thuyết tương đối chỉ ra rằng, không gian không phải ba chiều nữa và thời gian không phải là một kích thước độc lập. Cả hai liên quan mật thiết với nhau, không tách rời và tạo nên một thể liên tục bốn chiều, được gọi là “không gian - thời gian”. Khái niệm “không gian - thời gian” này được Herman Minkowski giới thiệu trong bài giảng nổi tiếng năm 1908 với những câu sau đây:

Những quan điểm về không gian và thời gian mà tôi xin giới thiệu cùng quí vị, nó xuất phát từ nền tảng của vật lý thực nghiệm, đó chính là ưu thế của chúng. Những quan điểm đó thật là triệt để. Kể từ nay thì khái niệm không gian tự nó và thời gian tự nó đã mờ nhạt, không có thực chất; và sự thống nhất của hai cái đã thành một thực thể độc lập

Khái niệm về không gian và thời gian là then chốt trong việc mô tả hiện tượng tự nhiên tới mức mà, sự thay đổi của chúng dẫn theo sự thay đổi của cả cơ cấu dùng để mô tả thiên nhiên. Trong cấu trúc mới này thì không gian và thời gian được xem như bình đẳng như nhau, và chúng không được tách lìa nhau. Trong vật lý tương đối không thể nói thời gian mà bỏ qua không gian và ngược lại. Cấu trúc này luôn luôn phải được sử dụng khi có vận tốc lớn xảy ra.

Mối liên hệ mật thiết giữa không gian và thời gian thật ra cũng được biết đến trong thiên văn học, trong một quan hệ khác, trước xa thuyết tương đối. Các nhà thiên văn và thiên thể học phải làm việc với những khoảng cách cực lớn và ở đây ta đã rõ, ánh sáng phải cần thời gian để đi từ vật bị quan sát đến người quan sát. Vì ánh sáng có vận tốc giới hạn như thế mà các nhà thiên văn không bao giờ thấy vũ trụ đúng như hiện tại mà luôn luôn chỉ nhìn thấy quá khứ của nó. Ánh sáng cần tám phút để đi từ mặt trời đến trái đất và vì thế mà ta luôn luôn thấy mặt trời cách đó tám phút trước. Cũng thế ta thấy ngôi sao gần nhất nó như thế nào cách đây bốn năm và với viễn vọng kính rất mạnh, ta có thể thấy các ngân hà như thế nào cách đây hàng triệu năm.

Vận tốc có hạn của ánh sáng đối với các nhà thiên văn không hề là trở ngại mà là một thuận lợi lớn. Nó cho phép họ có thể quan sát sự hình thành của các vì sao, chùm sao và ngân hà trong mọi giai đoạn chỉ bằng cách nhìn lên không gian và nhìn lui quá khứ. Tất cả mọi loại hiện tượng đã xảy ra trong những triệu năm qua quả nhiên có thể thấy được đâu đó trong bầu trời. Vì thế nhà thiên văn biết rõ mối quan hệ giữa không gian và thời gian quan trọng như thế nào. Thuyết tương đối nói rằng mối quan hệ này phải được lưu tâm đến, không phải chỉ khi đến các khoảng cách xa, mà trong trường hợp có vận tốc lớn. Ngay trên trái đất này, sự đo lường khoảng cách cũng không thể độc lập với thời gian vì người ta phải quan tâm đến vận tốc của người quan sát, tức là phải qui về thời gian.

Như trong chương trước đã nhắc đến, sự thống nhất giữa không gian - thời gian cũng mang lại sự thống nhất nhiều khái niệm khác và khía cạnh hợp nhất này là đặc trưng lớn nhất của cấu trúc tương đối. Những khái niệm mà trong vật lý phi tương đối xem ra hoàn toàn độc lập, thì ở đây ta có thể xem chúng là những khía cạnh khác nhau của một khái niệm duy nhất. Tính cách này làm cho cấu trúc tương đối có một vẻ đẹp toán học rất trang nhã. Sau khi làm việc nhiều năm với thuyết tương đối, ta biết quý trọng sự thanh nhã này và nắm vững dạng toán học của nó. Tuy thế dạng toán học lại không giúp ta bao nhiêu về phương diện trực giác. chúng ta không thể hình dung cụ thể gì về một không-thời gian bốn chiều hay về những khái niệm tương đối khác với giác quan của ta. Khi ngiên cứu các hiện tượng tự nhiên có vận tốc cao, chúng ta sẽ thấy những khái niệm này rất khó hiểu trên bình diện trực giác lẫn ngôn ngữ bình thường.

Thí dụ trong vật lý cổ điển, người ta cho rằng các vật thể hình thanh dài lúc ở trạng thái tĩnh hay lúc vận động, chúng đều dài như nhau. Thuyết tương đối cho thấy rằng không phải như thế. Độ dài của một vật phụ thuộc nơi sự vận động của nó với người quan sát và bản thân nó cũng thay đổi với vận tốc của sự vận động đó. Vật thể ngắn lại trong chiều mà nó vận động. Một vật thể có kích thước dài nhất trong hệ qui chiếu, trong đó nó ở trạng thái tĩnh và ngắn đi với người quan sát thấy hệ đó di động. Ở những thí nghiêm của vật lý cao năng lượng, trong đó các hạt di chuyển với vận tốc hết sức cao thì sự bẹp lại do tính tương đối đã lên tới mức mà những hạt hình cầu trở thành những chiếc bánh kẹp.

Vì thế thật vô nghĩa nếu hỏi độ dài thực sự của một vật, hỏi như thế cũng vô nghĩa như hỏi độ dài thực sự của cái bóng một người. Cái bóng là hình chiếu của những điểm trong không gian ba chiều lên một mặt phẳng hai chiều và chiều dài của nó tuỳ theo góc chiếu mà ra dài ngắn. Tương tự như thế thì độ dài của một vật thể di động là hình chiếu của những điểm trong không gian bốn chiều không - thời gian lên không gian ba chiều và độ dài của nó khác nhau trong hệ qui chiếu khác nhau.

Điều có giá trị đối với độ dài thì cũng có giá trị đối với khoảng cách thời gian. Chúng cũng phụ thuộc vào hệ qui chiếu, nhưng khác với đo lường không gian, thời gian lại dài ra đối với quan sát viên di chuyển với vận tốc cao. Tức là, đồng hồ trong hệ thống đang vận động chạy chậm hơn, thời gian đi chậm hơn. Đồng hồ có thể có nhiều kiểu khác nhau: đồng hồ cơ khí, đồng hồ nguyên tử hay cả trái tim con người. Nếu một trong hai đứa trẻ sinh đôi du hành nhanh chóng trong vũ trụ thì khi trở về nó sẽ trẻ hơn đứa ở nhà, vì tất cả đồng hồ của nó - nhịp tim, tuần hoàn, sóng thần kinh v.v…đều chậm đi trong thời gian du hành, nếu lấy đứa trẻ ở nhà làm căn bản. Đứa đi du hành tất nhiên sẽ không nhận biết điều gì khác lạ cả, chỉ khi về nhà nó mới thấy người anh em mình già hơn mình nhiều. Sự nghịch lý của trẻ sinh đôi này có lẽ là cái nghịch lý nổi tiếng nhất trong nền vật lý hiện đại. Nó gây ra nhiều cuộc tranh cãi nóng bỏng trên các tạp chí khoa học mà ngày nay còn kéo dài, đó là một chứng minh cho một thực tại mà thuyết tương đối mô tả, không dễ dàng được lĩnh hội với tư duy bình thường của ta.

Việc đồng hồ đi chậm lại trong khi vận động, dù nghe qua khó tin đến mấy, cũng đã được vật lý hạt kiểm tra cặn kẽ. Phần lớn các hạt hạ nguyên tử đều bất ổn định, tức là sau một thời gian chúng tự huỷ để biến thành hạt khác. Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng thời gian sống của những hạt bất ổn định đó tùy thuộc vào trạng thái vận động của chúng. Chúng càng vận động nhanh, thời gian sống chúng càng tăng. Những hạt vận động với vận tốc khoảng 80% vận tốc ánh sáng, chúng sống khoảng 1,7 lần lâu hơn các hạt anh em sinh đôi và với 99% vận tốc ánh sáng, chúng sống lâu hơn 7 lần. Thế nhưng diều đó không có nghĩa là thời gian sống nội tại chúng thay đổi. Xét về vị trí của từng hạt thì thời gian sống của chúng luôn luôn bằng nhau, nhưng từ thế đứng của quan sát viên trong phòng thí nghiệm thì đồng hồ nội tại của hạt đi chậm hơn, vì thế chúng sống lâu hơn.

Tất cả những hiệu ứng tương đối đó xem ra kỳ lạ, vì chúng ta không chứng thực thế giới bốn chiều không - thời gian được bằng những giác quan của ta, mà chỉ quan sát hình ảnh phản chiếu của chúng trong không gian ba chiều. Những hình ảnh này có nhiều khía cạnh khác nhau trong những hệ qui chiếu khác nhau: vật thể đang vận động khác với vật thể đang đứng yên, và những đồng hồ chạy khác nhau. Những hiệu ứng này là nghịch lý, mâu thuẫn nếu ta quên rằng chúng chỉ là những hình phản chiếu của hiện tượng bốn chiều, như những cái bóng chỉ là phản chiếu của vật thể ba chiều. Giá như ta thấy được thực tại không - thời gian bốn chiều thì chúng không còn nghịch lý, mâu thuẫn nữa.

Như trên đã nói, dường như các nhà đạo học phương Đông đã đạt được một dạng ý thức phi thường, trong đó họ chuyển hóa được thế giới ba chiều và chứng thực được một thực tại bốn chiều, cao hơn. Thế nên Sri Aurobindo mới nói về một “thay đổi tinh tế, nó cho phép thấy bộ mặt trong dạng thức của một chiều thứ tư”. Có thể các chiều của dạng ý thức này không hẳn là những chiều trong thuyết tương đối, nhưng điều nổi bật là chúng đưa các nhà đạo học đến một khái niệm về không gian và thời gian rất giống với những khái niệm của thuyết tương đối.

Các nhà đạo học phương Đông có một nhận thức trực giác về tính cách không gian - thời gian của thực tại. Có lẽ sự nhận thức được trình bày rõ rệt nhất và triệt để nhất trong Phật giáo, đặc biệt trong Hoa Nghiêm tông của Phật giáo Đại thừa. Kinh Hoa Nghiêm là kinh làm nền tảng cho tông này, cho ta một sự mô tả sinh động, trong tình trạng của giác ngộ thì ta chứng thế giới như thế nào. Đó là ý thức về một sự dung thông vô ngại của không gian và thời gian - đây là cách phát biểu toàn hảo về không gian và thời gian - được kinh nhắc tới nhiều lần và nó được xem là đặc trưng của tâm giác ngộ. D.T.Suzuki viết:

Ý nghĩa của kinh Hoa Nghiêm và tư tưởng của nó sẽ khó hiểu nếu ta chưa bao giờ chứng một tình trạng của một sự tan biến hoàn toàn, trong đó không còn có sự phân biệt thân và tâm, giữa chủ thể và khách thể… Ta nhìn quanh và nhận thấy mỗi sự vật đều liên hệ với mọi sự vật khác… không những trong không gian, mà trong thời gian. Thực tế là trong sự chứng thực thanh tịnh không có không gian phi thời gian, không có thời gian phi không gian, chúng dung thông nhau.

Nếu so sánh câu nói này của Suzuki với những lời đã dẫn của Minkowski, ta thấy ngay cả nhà vật lý lẫn nhà Phật học đều xây dựng khái niệm không gian - thời gian của họ dựa trên thực nghiệm; một bên dựa trên thí nghiệm khoa học, bên kia thì nhờ chứng thực tâm linh.

Theo tôi thấy thì nhận thức trực giác về thời gian của đạo học phương Đông là một lý do giải thích tại sao cái nhìn của họ về thế giới tự nhiên nói chung phù hợp với khoa học hiện đại hơn cái nhìn của phần lớn các triết gia Hy Lạp. Nền triết lý về tự nhiên của Hy Lạp chủ yếu là tĩnh tại và hầu như đặt nền tảng trên suy tư về hình học. Có thể nói hết sức phi tương đối và ảnh hưởng mạnh mẽ của nó trên tư duy phương Tây rõ là một trong những lý do làm chúng ta có khó khăn lớn thế nào với những mô hình tương đối của vật lý hiện đại. Các nhà triết học phương Đông, ngược lại, là những triết gia không gian - thời gian và tri kiến trực giác của họ thường rất gần với thuyết tương đối hiện đại của chúng ta.

Vì ý thức không gian - thời gian liên hệ mật thiết và dung thông với nhau, cả hai dều là những thế giới quan động, chúng lấy thời gian và sự biến dịch làm những yếu tố cơ bản. Khi học tập những mô hình tương đối của vật lý hiện đại, ta sẽ thấy chúng là những minh họa đầy sức thuyết phục của hai yếu tố của thế giới quan phương Đông; đó là tính nhất thể cơ bản của vũ trụ và tính năng động nội tại của nó.

Đến đây, chúng ta nói về thuyết tương đối đặc biệt. Nó cho ta một khung cảnh chung để mô tả hiện tượng của vật thể vận động, điện và từ. Cơ sở của nó là tính tương đối của không gian - thời gian và sự thống nhất của chúng trong một thể bốn chiều không gian - thời gian.

Khuôn khổ của thuyết tương đối tổng quát bao gồm cả trọng lực. Theo thuyết tương đối tổng quát thì trọng lực làm cong không gian - thời gian. Tưởng tượng ra được điều đó là một việc hết sức khó khăn. Chúng ta có thể dễ dàng tưởng tượng ra một bề mặt cong hai chiều, thí dụ bề mặt của một quả trứng, vì chúng ta thấy bề mặt này nằm trong không gian ba chiều. Ý nghĩa của từ cong của một mặt cong hai chiều như thế là hoàn toàn rõ, nhưng khi ta tới không gian ba chiều - chứ chưa nói gì tới không - thời gian bốn chiều - thì sức tưởng tượng bỏ rơi chúng ta. Vì chúng ta không thể nhìn không gian ba chiều từ bên ngoài nhìn vào (như trường hợp của mặt cong hai chiều), nên ta không thể tưởng tượng được nó có thể bị bẻ cong theo một chiều nào khác được.

Để hiểu ý nghĩa của không gian - thời gian cong, chúng ta phải dùng mặt cong hai chiều, lấy nó làm sự tương tự. Hãy tưởng tượng bề mặt của một quả cầu. Thực tế quyết định nhất cho ta thấy sự tương tự với không - thời gian là, độ cong là một tính chất nội tại của mặt cong đó và có thể đo lường được, chứ không cần phải đi vào một không gian ba chiều nào cả. Một con kiến xem như một sinh vật hai chiều sống trên mặt cong, tuy nó không thể nhận biết được chiều thứ ba, nhưng nó có thể phát hiện bề mặt mà nó đang sống là cong, với điều kiện là nó biết các phép đo lường hình học. Muốn biết thế ta hãy so sánh hình học mặt cong của con kiến với một mặt phẳng khác nhau ra sao.

Giả sử hai con kiến bắt đầu nghiên cứu hình học của chúng bằng cách vẽ một đường thẳng, tức là đường ngắn nhất nối hai điểm. Kết quả như sau: Ta thấy con kiến trên mặt phảng sẽ vẽ một đường thẳng, nhưng con kiến trên mặt cong thì sao? Đường nối hai điểm A và B quả thật là ngắn nhất so với mọi đường khác mà nó có thể chọn, thế nhưng từ cách nhìn của ta thì nó là một đường cong. Bây giờ ta giả định hai con kiến nghiên cứu hình tam giác . Con kiến trên mặt phẳng xác định rằng tổng số ba góc của tam giác là bằng hai góc vuông, tức là 180 0, còn con kiến trên mặt cong thấy rằng tổng số ba góc của hình tam giác luôn luôn lớn hơn 1800. Đối với những tam giác nhỏ thì phần lớn hơn đó không nhiều, nhưng tam giác càng lớn thì phần lớn hơn đó càng lớn theo; trong trường hợp cực điểm thì con kiến của chúng ta có thể vẽ một tam giác với ba góc vuông.

Cuối cùng hai con kiến vẽ vòng tròn và đo chu vi của nó. Kiến mặt phẳng sẽ thấy rằng chu vi vòng trong bằng 2p nhân với bán kính, độc lập với vòng tròn to nhỏ. Còn kiến trên mặt cong sẽ thấy chu vi vòng tròn luôn luôn nhỏ hơn 2p nhân với bán kính.

Như hình sau đây cho thấy, nhờ cách nhìn ba chiều của ta mà ta nhận ra rằng, bán kính của kiến trên mặt cầu không hề là đường thẳng, nó là một đường cong, đường cong đó luôn luôn dài hơn bán kính thật của vòng tròn.

Khi hai con kiến trực tiếp nghiên cứu hình học thì con kiến trên mặt phẳng sẽ phát hiện ra định đề Euclid và các định luật khác, nhưng con kiến trên mặt cong sẽ tới với những nhận thức khác. Sự khác biệt giữa hai nhận thức đó thì nhỏ đối với các hình nhỏ nhưng nó sẽ lớn hơn đối với các hình thể lớn. Thí dụ của hai con kiến cho ta thấy rằng, ta luôn luôn có thể phán quyết, liệu một mặt là cong hay không, cứ đơn giản dựa vào đo lường trên mặt đó rồi so sánh kết quả đo lường với kết quả của hình học Euclid. Nếu có sự khác nhau giữa hai kết quả thì mặt đó là cong, và nếu sự khác nhau càng cao độ thì cong càng lớn.

Với cách thế đó mà ta định nghĩa không gian ba chiều cong là một không gian mà trong đó hình học Euclid không còn đúng nữa. Những định luật trong không gian đó là thuộc về một loại khác, phi Euclid. Hình học phi Euclid đó được nhà toán học Bernhard Riemann giới thiệu vào thế kỷ thứ mười chín, như một ý niệm toán học hoàn toàn trừu tượng và cũng chỉ được xem như thế, cho đến ngày Einstein nêu ra giả thuyết cách mạng là, không gian ta đang sống ba chiều này quả thật là cong. Theo Einstein thì độ cong của không gian bị trường trọng lực của các vật thể mang khối lượng gây ra. Không gian xung quanh vật thể bị cong và độ cong đó, cũng là độ khác biệt với hình học Euclid, tỉ lệ với khối lượng của vật thể.

Phương trình nói lên độ cong không gian liên hệ thế nào với sự phân bố vật thể không gian được gọi là thuyết trường Einstein. Chúng không những được sử dụng để xác định mức biến thiên của độ cong tại mỗi chỗ gần các thiên thể hay hành tinh, mà với chúng, người ta có thể biết được độ cong tổng quát của không gian. Nói cách khác, những đẳng thức trường Einstein có thể dùng để xác định cấu trúc của vũ trụ. Tiếc thay chúng không cho lời giải rõ rệt. Có nhiều lời giải toán học khả dĩ cho những phương trình đó, và mỗi lời giải lại cho những mô hình khác nhau về vũ trụ. Mục đích chính của ngành vũ trụ học hiện nay là xác định lời giải nào đúng với cơ cấu vũ trụ của chúng ta.

Vì trong thuyết tương đối, không gian không bao giờ tách ly khỏi thời gian nên độ cong do trọng lực gây ra cũng không chỉ hạn chế trong không gian ba chiều, mà người ta phải mở rộng lên không gian - thời gian bốn chiều. Đó chính là điều mà thuyết tương đối tổn quát đã tiên đoán. Trong một không - thời gian cong thì sự méo mó được sinh ra không những chỉ tác động lên không gian - là những mối liên hệ có thể mô tả bằng hình học - mà còn trên độ dài của những khoảng thời gian. Thời gian trôi sẽ không với một vận tốc đều, như trong một không gian - thời gian phẳng; dòng chảy sẽ không đều, vì sự phân bố vật chất có chỗ cong nhiều cong ít. Thế nhưng chúng ta phải nói rõ là, sự biến đổi này của thời gian được thấy bởi một quan sát viên, người đó đứng khác chỗ của đồng hồ đang đo lường thời gian. Nếu thí dụ quan sát viên cũng đứng ngay chỗ đó, ngay nơi mà thời gian chạy chậm đi, thì mọi đồng hồ cũng chậm theo và người ta sẽ không có cách nào để đo hiệu ứng chậm đi đó nữa.

Trong môi trường địa cầu này thì tác động của trọng lực lên không gian thời gian qúa nhỏ nên ta có thể bỏ qua, thế nhưng trong ngành thiên văn học, khi người ta làm việc với những khối lượng lớn như hành tinh, thiên thể và ngân hà thì độ cong của không gian là một hiện tượng quan trọng. Tới nay thì tất cả mọi quan sát viên đều thừa nhận thuyết của Einstein là đúng và buộc chúng ta phải tin rằng không - thời gian quả thật là cong. Hiệu ứng cùng cực nhất của nó là sự sụp đổ trọng trường của một thiên thể đặc cứng. Theo hình dung của thiên văn học ngày nay thì mỗi thiên thể trong quá trình phát triển sẽ đạt tới một giai đoạn, trong đó nó bị co rút lại vì lực hút lẫn nhau giữa các hạt cấu tạo nên nó. Khi khoảng cách giữa các hạt nhỏ dần thì sức hút giữa chúng tăng nhanh, quá trình sụp đổ càng gia tốc, và khi thiên thể có đủ tỉ trọng rồi, tức là khoảng gấp đôi tỉ trọng của mặt trời thì không còn tiến trình nào có thể cứu vãn sự sụp đổ.

Khi thiên thể co rút lại và ngày càng đặng của không - thời gian quanh nó sẽ tăng lên. Vì sức hút quá mạnh, không có vật gì có thể rời thiên thể được, và tới mức mà ngay cả ánh sáng cũng bị hút, không chạy thoát nổi bề mặt của thiên thể. Tới mức này thì xung quanh thiên thể sinh ra một tầm chân trời biến cố, tức là không còn dấu hiệu gì của thiên thể đi ra ngoài được với thế giới còn lại. Không gian xung quanh thiên thể bị cong tới mức ánh sáng cũng bị nhốt lại, không chạy thoát được. Ta không thể thấy một thiên thể như vậy vì ánh sáng của nó không thể đến với chúng ta và do đó ta gọi nó là một lỗ đen. Sự hiện hữu của những lỗ đen đã được tiên đoán từ năm 1916 trên cơ sở thuyết tương đối. Trong thời gian gần đây, nó gây ra nhiều chú ý vì một hiện tượng của thiên thể cho thấy có sự hiện hữu của một vì sao nặng, vì sao đó quay chung quanh một đối tượng vô hình, đối tượng đó có thể là một lỗ đen.

Lỗ đen là những vật thể bí ẩn và đáng kinh ngạc nhất mà nền thiên văn hiện đại đang nghiên cứu, và chúng minh họa hiệu ứng của thuyết tương đối một cách lạ lùng nhất. Độ cong của không - thời gian quanh chúng không những ngăn trở ánh sáng đến với chúng ta mà còn gây ảnh hưởng đáng kể lên thời gian. Nếu đem một cái đồng hồ gắn trên bề mặt của một thiên thể đang co rút, tức là gắn một thiết bị gửi tín hiệu về phía chúng ta thì ta sẽ thấy rằng những tín hiệu đó chậm dần khi thiên thể càng tiến gần đến tầm chân trời biến cố; và khi nó trở thành lỗ đen thì không còn tín hiệu nào đến với ta nữa. Đối với một quan sát viên ở bên ngoài thì thời gian đi chậm dần khi thiên thể co rút và khi nó đến tầm chân trời biến cố thì thời gian ngưng hẳn lại. Do đó mà sự sụp đổ hoàn toàn một vì sao cần một thời gian vô tận. Còn bản thân thiên thể đó thì không có gì đặc biệt xảy ra cả khi nó vượt qua tầm chân trời biến cố. Thời gian sẽ trôi bình thường và sự sụp đổ sẽ hoàn tất sao một thời gian có hạn, khi thiên thể biến thành một điểm với một tỉ trọng vô cùng lớn. Thế thì sự sụp đổ thật sự kéo dài bao lâu, đó là một khoảng thời gian vô hạn hay hữu hạn? Trong thế giới của thuyết tương đối, một câu hỏi như thế là vô nghĩa. Thời gian sống của một vì sao co giãn cũng như mọi khoảng thời gian khác, nó là tương đối và tùy thuộc nơi hệ qui chiếu của quan sát viên.

Thuyết tương đối tổng quát đã từ bỏ những khái niệm cổ điển xem không gian và thời gian là tuyệt đối và độc lập. Không những mọi đo lường trong không gian và thời gian là tương đối và phụ thuộc vào tình trạng vận động của quan sát viên, mà toàn bộ cấu trúc của không - thời gian lại phụ thuộc vào sự phân bố của vật chất. Không gian mỗi nơi có độ cong khác nhau và thời gian trôi chảy tại nhiều nơi trong vũ trụ với vận tốc khác nhau. Khái niệm của chúng ta về không gian ba chiều Euclid và thời gian trôi chảy tuyến tính chỉ được giới hạn trong đời sống hàng ngày, và ta phải từ bỏ chúng khi muốn đi ra khỏi đó.

Các bậc hiền nhân phương Đông cũng đã nói đến sự mở rộng của kinh nghiệm về thế giới trong những tình trạng ý thức cao cấp và họ đoán chắc rằng những tình trạng này chứa đựng một sự chứng thực hoàn toàn khác về không gian và thời gian. Họ nhấn mạnh rằng, khi ở trong thiền định, họ không những ra khỏi một không gian ba chiều bình thường - mà còn mạnh hơn - họ còn vượt qua sự cảm nhận thời gian thông thường. Thay vì tiếp nối của những khoảng thời gian tuyến tính họ chứng một thực tại vô tận, phi thời gian mà lại năng động. Trông ba đoạn văn sau đây ta sẽ nghe ba nhà đạo học nói về chứng thực của họ về cái thực tại vô cùng: Trang Tử nhà hiền nhân Lão giáo; Huệ năng Lục tổ Thiền tông; và D.T.Suzuki, thiền sư Phật giáo của thời đại chúng ta:

Hãy quên thời gian đang trôi chảy; hãy quên mọi mâu thuẫn của tư duy. Hãy nghe cái vô cùng réo gọi và hãy đứng tại đó.

Trang Tử

Cái giây phút hiện tại này là sự tĩnh lặng vô cùng. Mặc dù nó chỉ hiện hữu trong phút giây này, nó không có biên độ và cũng trong đó mà hiện ra cái miên viễn tuyệt diệu.

Huệ Năng

Trong thế giới tâm linh này không có phân chia thời gian cũng như quá khứ, hiện tại và tương lai, vì các thứ này đã rút lại trong một cái chớp mắt của hiện tại, trong đó đời sống rung động trong ý nghĩa đích thực của nó… Quá khứ và tương lai đã cuốn tròn trong giây phút hiện tại của giác ngộ và cái chớp mắt hiện tại này không hề đứng yên với những gì nó dung chứa, mà vận động tiếp tục không ngừng nghỉ.

D.T.Suzuki

Thật hầu như không thể nói về sự chứng thực của một hiện tại phi thời gian, vì những từ phi thời gian, hiện tại, quá khứ, phút giây v.v…đều dựa trên khái niệm thông thường về thời gian mà thành. Vì thế thật vô cùng khó mà hiểu các nhà đạo học đó muốn nói gì với những câu trên. Tuy thế, ở đây nền vật lý hiện đại có thể giúp ta dễ hiểu hơn, vì người ta có thể dùng hình vẽ để biểu diễn các lý thuyết vật lý đã chuyển hóa khái niệm thời gian thông thường như thế nào.

Trong nền vật lý tương đối thì lịch sử của một vật thể, thí dụ một hạt, được biểu diễn trong biểu đồ không - thời gian. Trong biểu đồ này thì trục hoành biểu diễn không gian (ở đây chỉ có một chiều), trục tung biểu diễn thời gian. Đường đi của hạt trong không - thời gian được gọi là vạch vũ trụ. Nếu hạt nằm yên thì thật ra nó cũng đã vận động trong thời gian; trong trường hợp này thì vạch vũ trụ của nó là một đường dọc. Nếu hạt cũng vận động trong không gian thì vạch vũ trụ là một đường xéo, vạch càng xéo thì hạt vận động càng nhanh. Ta để ý rằng, trong trục thời gian, hạt chỉ hướng lên, nhưng trong trục không gian nó có thể đi tới hay đi lui. Vạch vũ trụ có thể nghiêng nhiều góc khác nhau so với trục ngang, nhưng nó không bao giờ nằm ngang thực sự, vì nếu thế thì có nghĩa hạt không cần thời gian nào mà vận động được từ nơi này qua nơi khác.

Biểu đồ không - thời gian được sử dụng trong vật lý tương đối để minh họa sự tác động lẫn nhau giữa các hạt. Ta có thể vẽ một biểu đồ cho mỗi tiến trình và khi sự xuất hiện của mỗi tiến trình đó có một xác suất thì ta có thể cho nó một phát biểu toán học nhất định. Thí dụ sự va chạm nhau giữa một electron và photon có thể được biểu diễn trong hình sau đây. Ta đọc biểu đồ này như sau (từ dưới lên trên, theo chiều thời gian): một electron (được biểu thị bằng e-) va chạm một photon (biểu thị bằng g, gamma);electron hấp thụ photon và vận động tiếp với một vận tốc khác (vạch vũ trụ có độ nghiêng khác); sau một thời gian electron nhả photon ra và quay lui.

Lý thuyết xây dựng nên khuôn khổ của biểu đồ không - thời gian và cho nó những phát biểu toán học liên hệ được gọi là thuyết trường lượng tử. Nó là một trong những thuyết thuộc phép tương đối quan trọng nhất của ngành vật lý hiện đại mà ta sẽ bàn đến sau. Để thảo luận về biểu đồ không - thời gian, chúng ta chỉ cần nắm vững hai tính chất quan trọng nhất của thuyết này. Một là, đừng quên mọi tương tác dẫn đến sự phát sinh và huỷ diệt của các hạt, như sự hấp thụ và nhả ra của photon trong biểu đồ trên; và hai là sự đối xứng căn bản giữa hạt và đối hạt. Cứ mỗi hạt lại có một đối hạt có khối lượng như nhau và điện tích ngược nhau. Thí dụ đối hạt của electron là positron và thường được biểu diễn bằng e+. Đối với photon vô điện tích thì đối hạt của nó chính là bản thân nó. Một cặp được phát sinh chớp nhoáng từ photon và trong tiến trình ngược lại chúng hợp nhau thành photon.

Nhờ áp dụng thuật sau đây mà biểu đồ không - thời gian trở nên đơn giản: mũi tên của vạch vũ trụ không còn dùng để chỉ hướng đi nữa(trước sau thì nó cũng vô ích vì tất cả các hạt đều vận động theo chiều thời gian, trong biểu đồ là chỉ lên). Thay vào đó mũi tên dùng để phân biệt hạt và đối hạt: nếu nó chỉ lên thì đó là một hạt (thí dụ một electron). Còn photon, bản thân nó cũng là đối hạt nên được biểu diễn không có mũi tên. Với sự điều chỉnh này ta có thể giữ nguyên mọi trình bày trong biểu đồ mà không gây xáo trộn gì cả: vạch với mũi tên là electron, vạch không có mũi tên là photon. Ta còn có thể đơn giản hoá biểu đồ bằng cách bỏ luôn trục không gian và thời gian, và chỉ nhớ trong đầu trục thời gian từ dưới hướng lên và trục đi tới của không gian từ trái qua phải. Như biểu đồ của quá trình va chạm electron - photon như sau:

Vậy muốn vẽ biểu đồ va chạm của positron - photon, ta chỉ cần dùng biểu đồ trên nhưng quay chiều mũi tên là được.

Tới bây giờ thì chưa xảy ra điều gì lạ lùng trong cuộc thảo luận của ta về biểu đồ không - thời gian cả. Chúng ta đọc nó từ dưới lên, đúng như qui ước của ta về dòng chảy của thời gian tuyến tính. Tuy thế, khía cạnh đặc biệt hiện ra trong biểu đồ với đường đi của positron. Dạng toán học của lý thuyết trường cho phép ta lý giải đường này bằng hai cách: một là, xem nó là positron, vận động theo chiều thời gian; hai là, xem nó là eletron và vận động ngược chiều thời gian! Hai cách diễn giải đều giống nhau về mặt toán học. Tức là sự phát biểu đó áp dụng cho một đối hạt chạy từ quá khứ đến tương lai hay một hạt chạy từ tương lai về quá khứ.

Thế nên ta có thể xem hai biểu đồ này biểu thị một tiến trình duy nhất, tiến trình đó chỉ diễn ra trong hai chiều thời gian khác nhau. Cả hai đều có thể xem là sự va chạm giữa electron và photon, nhưng trong tiến trình này thì các hạt đi theo chiều thời gian; trong tiến trình kia thì chúng đi ngược lại (đường có vạch đứt biểu thị photon, dù nó chạy cùng chiều hay ngược chiều thời gian, vì hạt hay đối hạt của photon chỉ là một). Như thế thuyết tương đối của tương tác giữa các hạt cho thấy một sự đối xứng hoàn toàn, trên trục của thời gian. Tất cả mọi biểu đồ không - thời gian đều có thể được đọc hai chiều như vậy. Điều đó có nghĩa là mỗi một tiến trình đều có một tiến trình ngược lại trong thời gian, trong đó ta thay thế các hạt bằng những đối hạt của chúng.

Để biết tính chất bất ngờ này của thế giới hạ nguyên tử ảnh hưởng lên quan điểm không gian - thời gian của ta như thế nào, hãy xem tiến trình sau đây trong biểu đồ sau:

Chúng ta hãy đọc biểu đồ theo cách qui ước từ dưới lên trên, ta sẽ thấy như sau: một electron (được biểu diễn bằng vạch liền) và một photon (vạch đứt) tiến gần với nhau; tại A photon phân hủy thành một cặp electron - positron, electron vận động về phía phải, positron về phía trái; positron va chạm với electron đầu tiên tại B, chúng tiêu hủy lẫn nhau và tạo thành photon, chuyển về phía trái.

Mặt khác ta có thể quan niệm biểu đồ này như sự tác động giữa hai photon và một electron, trong đó electron mới đầu di chuyển theo chiều thời gian, sau đó đi ngược thời gian, rồi lại vận động theo chiều thời gian. Muốn quan niệm như thế ta hãy theo chiều mũi tên của electron mà nhìn. Trước hết electron vận động đến B, nơi đó nó nhả một photon (biến thành đối hạt), đổi chiều thời gian đi lui về điểm A; tại A nó hấp thụ photon đầu tiên, lại đổi chiều và vận động theo thời gian. Trong mức độ nào đó thì cách lý giải thứ hai dễ hơn cách thứ nhất vì ta chỉ việc đi theo vạch vũ trụ của một hạt. Thế nhưng ta thấy ngay mình gặp khó khăn về ngôn ngữ. Electron mới đầu đến B trước, sau đó lui về A, mà như thế thì sự hấp thụ photon tại A xảy ra trước khi nhả photon ở B.

Người ta có thể né tránh sự khó khăn này bằng cách xem biểu đồ không - thời gian như trên không phải là sự ghi nhận đường đi của hạt trong quá trình thời gian, mà chỉ là cấu trúc bốn chiều trong không - thời gian, cấu trúc đó diễn tả một mạng lưới toàn những biến cố liên hệ với nhau, mạng lưới đó không có chiều nào là dứt khoát của thời gian cả. Vì tất cả các hạt đều có thể vận động cùng chiều thời gian hay ngược chiều thời gian, cũng như trong không gian có trái có phải, cho nên vô nghĩa khi chỉ có một chiều của thời gian trong biểu đồ. Nó chỉ là một tấm bản đồ bốn chiều, đặt trong không - thời gian, trong đó ta không thể nói về một thứ tự thời gian. Louis de Broglie nói :

Trong không - thời gian , tất cả những gì mà mỗi người chúng ta gọi là quá khứ, hiện tại, tương lai, chúng hiện hữu một lúc (enbloc). Có thể nói mỗi quan sát viên, khi thời gian của họ trôi qua thì họ phát hiện ra những mặt cắt với cái không - thời gian đó, những mặt cắt đó hiện ra với họ như những khía cạnh khác nhau của thế giới vật chất, cả trước cả sau, mặc dù trong thực tại thì tổng thể của những biến cố đã hiện hữu trước khi họ biết tới, xây dựng nên tổng thể không - thời gian.

Đây là toàn bộ ý nghĩa của không gian - thời gian trong vật lý tương đối. Không gian - thời gian là hoàn toàn bình đẳng. Chúng được thống nhất trong một thể liên tục bốn chiều, trong đó sự tương tác giữa các hạt có thể diễn ra trong mọi hướng. Muốn tưởng tượng cụ thể sự tương tác này, ta phải thu một tấm hình bốn chiều, tấm hình đó bao trọn cả toàn bộ thời gian lẫn toàn bộ không gian. Muốn có một cảm giác về thế giới tương đối của các hạt, chúng ta phải “quên thời gian đang trôi”, nói như Trang Tử và do đó mà biểu đồ không - thời gian của đạo học phương Đông? Nghĩa của sự tương đồng đó được Lama Govinda nói như sau về phép thiền định Phật giáo:

Và khi nói tới cảm giác về không gian trong thiền định thì ở đây ta có một kích thước hoàn toàn khác về không gian. Trong sự chứng thực về không gian này, cái trước cái sau trở thành những cái đồng thời, những cái cạnh nhau trong không gian. Rồi cái đó cũng không tĩnh tại mà thành một thể liên tục sinh động, trong đó bao gồm cả không gian và thời gian…

Mặc dù các nhà vật lý sử dụng ngôn ngữ toán học hình thức và các biểu đồ để diễn tả sự tương tác cùng một lúc trong không - thời gian bốn chiều, họ giải thích thêm rằng trong thế giới thực sự một quan sát viên chỉ nhận biết những hiện tượng đó trong từng lớp giai đoạn của không - thời gian, tức là có thứ tự thời gian. Ngược lại các nhà đạo học quả quyết họ thực sự có thể chứng thực qui mô toàn thể của không - thời gian, trong đó thời gian không còn trôi chảy. Thiền sư Đạo Nguyên nói:

Phần lớn đều nói rằng thời gian trôi qua. Thực tế thì nó đứng một chỗ. Hình dung về một sự trôi chảy, người ta có thể gọi nó là thời gian, nhưng đó là một hình dung sai lầm, vì ta chỉ thấy thời gian trôi chảy, ta không thể nhận rằng nó đang đứng tại chỗ.

Nhiều bậc đạo sư phương Đông nhấn mạnh rằng, tư duy phải sinh ra trong thời gian, nhưng linh ảnh có thể vượt thời gian. Govinda nói: “Linh ảnh nằm trong một không gian nhiều chiều hơn và vì thế nó phi thời gian”. Không - thời gian của vật lý tương đối cúng là một không gian phi thời gian, có chiều cao hơn, trong đó mọi biến cố đều liên hệ với nhau, nhưng mối liên hệ không có tính nhân quả. Sự tương tác các hạt chỉ có thể lý giải trong khái niệm nguyên nhân- kết quả khi biểu đồ không - thời gian được đọc trong một hướng nhất

định, thí dụ từ dưới lên trên. Một khi chúng được quan niệm trong một cấu trúc bốn chiều, không có một hướng thời gian nhất định, thì không có cái trước, cái sau và vì thể không có nguyên nhân và hậu quả.

Các nhà đạo học phương Đông cũng quả quyết tương tự như thế, rằng khi họ vượt qua thời gian thì họ cũng vượt lên nhân quả. Cũng như khái niệm cổ điển của ta về không - thời gian, thì hình dung về nhân quả cũng bị giới hạn với một kinh nghiệm nhất định về thế giới và nó phải bị từ bỏ khi kinh nghệm này được mở rộng. Swami Vivekanada nói:

Thời gian, không gian và mối liên hệ nhân quả giống như tấm kính ta nhìn xuyên qua nó để thấy cái tuyệt đối… Trong tuyệt đối thì không có thời gian, lẫn không gian, lẫn liên hệ nhân quả.

Chúng đưa ta vượt lên kih nghiệm về thời gian và giải thoát ra khỏi những mắt xích của nhân quả - thoát khỏi sự trói buộc của nghiệp, nói như Ấn Độ giáo và Phật giáo. Nền đạo học phương Đông do đó là một sự giải thoát khỏi thời gian và trong chừng mực nhất định, điều đó cũng có giá trị cho nền vật lý tương đối.