Đa vũ trụ – Một vấn đề lớn của Vật lý và Triết học

Đa vũ trụ (multiverse) là một tập giả định nhiều vũ trụ khả dĩ ( trong đó có vũ trụ của chúng ta) gồm mọi sự tồn tại vật lý: không thời gian, vật chất , năng lượng các định luật vật lý, các hằng số vật lý. Những vũ trụ khác nhau trong đa vũ trụ còn có lúc được gọi là vũ trụ song song (parallel universe).

Từ đa vũ trụ được sử dụng bởi Williams James năm 1895, J.C.Powys năm 1955 và bởi nhà tiểu thuyết viễn tưởng Michael Moorcock năm 1962.

Khái niệm đa vũ trụ từ khoa học viễn tưởng đã bước vào các tạp chí khoa học từ năm 1990. Nhiều nhà khoa học cho rằng tồn tại triệu triệu vũ trụ khác, mỗi vũ trụ với những định luật vật lý riêng nằm ngoài chân trời quan sát của chúng ta. Tất cả được gọi là đa vũ trụ (multiverse).

Đa vũ trụ không phải là một lý thuyết song đó là hệ quả giả định của một số lý thuyết và những lý thuyết này vốn đã có những tiên đoán có thể kiểm nghiệm ngay trong vũ trụ của chúng ta.

Đa vũ trụ đem lại nhiều ánh sáng mới mẻ không những cho vật lý học mà còn đặt ra nhiều vấn đề sâu sắc về nhận thức luận đối với thế giới khách quan trong triết học (và cách hiểu nhiều ý tưởng tương đồng trong tôn giáo).

Hiện nay các nhà vật lý đều tin vào giả thuyết đa vũ trụ ở nhiều mức khác nhau [1], dường như giả thuyết đa vũ trụ quá hấp dẫn về nhiều mặt để các nhà vật lý có thể cưỡng lại lòng tin đối với giả thuyết này.

Phân lớp đa vũ trụ theo Tegmark

Nhiều nhà vật lý cho rằng cách phân đa vũ trụ sau đây thành bốn mức của tác giả Max Tegmark [2] là triệt để, đầy đủ và phản ánh được mọi khía cạnh của vấn đề.

1 / Mức 1 (lạm phát dẫn đến mức I)
Đa vũ trụ ở mức 1 chính là vũ trụ vô tận, tiên đoán bởi lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein cho hình học phẳng và hyperbolic.

2 / Mức II (LTD-lý thuyết dây với khái niệm “phong cảnh” , các lỗ đen,… dẫn đến mức II)
Một số vô cùng các thể tích Hubble đã lấp đầy vũ trụ này. Mọi điều khả dĩ ( có nghĩa là tượng hợp với các định luật vật lý) đều có thể hình thành, mọi sự cố với xác suất khác không đều có thể xảy ra đâu đó nếu vũ trụ là vô hạn.

Liệu có một alter ego (một cái tôi khác) tồn tại song song với bản thân ta? Các mô hình vũ trụ hiện đại chứng tỏ rằng mỗi chúng ta có thể có một “bản sao” sống trên một thiên hà cách xa ta khoảng 10^28 m. Khoảng cách đó quá xa song không vì thế mà làm cho cái bóng đó (doppelgọnger) trở nên kém hiện thực. Điều khẳng định này có thể suy từ lý thuyết xác suất và từ giả định rằng vũ trụ là vô hạn và vật chất phân bố đều xét ở kích thước vĩ mô (những điều giả định đó lại là những điều mà người ta đang quan sát được). Trong một không gian vô hạn mọi điều tưởng chừng như không thể đều trở thành có thể. Hiện nay chúng ta chỉ quan sát được một vùng gọi là thể tích Hubble có kích thước 10^26 m. Ta có thể chẳng bao giờ thấy được cái tôi khác đó. Và cái tôi khác đó cũng có một thể tích Hubble riêng, một vũ trụ riêng. Mỗi vũ trụ là một phần nhỏ của “đa vũ trụ – multiverse”.

Đa vũ trụ mức I nằm trong một bọt (bubble), ngoài ra còn nhiều bọt khác, tập hợp các bọt đó làm thành đa vũ trụ mức II (xem góc trái dưới của hình)





a.Lý thuyết dây LTD

Theo LTD ngoài 4 chiều không thời gian còn có một số chiều dư (extra dimension), những chiều dư đã cuộn lại (compắc hóa ) thành một đa tạp có cấu trúc nhất định mang tên đa tạp Calabi-Yau do đòi hỏi bởi một số điều kiện vật lý. Susskind phát triển khái niệm về đa vũ trụ và đưa ra quan điểm “phong cảnh (landscape)” vào LTD .

Các kiểu compắc hóa dẫn đến 10^500 phương án, số phương án này còn lớn hơn cả số nguyên tử trong toàn vũ trụ! Điều này dẫn đến một phong cảnh (danh từ của Leonard Susskin ) có đồi núi với 10^500 thung lũng ứng với chân không và là cơ sở cho ý tưởng về đa vũ trụ.

Lý thuyết dây (LTD) với khái niệm phong cảnh (landscape) cho phép sự tồn tại hằng hà vũ trụ khác nhau.

b.Đa vũ trụ theo Smolin

Smolin cho rằng những vũ trụ con có thể phát sinh từ những vũ trụ đã tồn tại thông qua cơ chế co (collapse) hấp dẫn. Theo bức tranh cổ điển khi một sao co thành một lỗ đen, một điểm kỳ dị không thời gian sẽ hình thành ở nội vùng của lỗ đen. Smolin giả định rằng một cách tiếp cận lượng tử sẽ cho ta thay vì điểm kỳ dị là một vùng không gian lạm phát liên thông với không thời gian của chúng ta bằng một lỗ sâu đục.

Sau đó quá trình bốc hơi Hawking cắt đứt lỗ sâu đục và như thế cắt đứt mối liên thông giữa vũ trụ con vừa hình thành (xem hình dưới đây)





3 / Mức III (CHLT-cơ học lượng tử dẫn đến mức III)

Đa vũ trụ mức I&II là những thế giới nằm cách xa nhau ngoài cả miền quan trắc của thiên văn, song đa vũ trụ mức III lại nằm quanh quẩn gần chúng ta. (xem hình 2).

Một thực tại cổ điển sẽ là trạng thái chồng chất của nhiều thực tại cổ điển khác và việc tách (splitting) trạng thái chồng chất đó sẽ gắn liền với những xác suất (phù hợp với xác suất trong phép collapse). Sự chồng chất các thế giới cổ điển đó cấu thành đa vũ trụ mức III (xem góc phải dưới của hình 6). Cơ học lượng tử tiên đoán một số lớn các vũ trụ song song.

Hãy tưởng tượng một con súc sắc 6 mặt. Khi chúng ta ném nó xuống, nó sẽ trình kiến một mặt nào đó. Cơ học lượng tử khẳng định rằng con súc sắc sẽ trình kiến cùng một lúc 6 mặt. Một cách để giải quyết mâu thuẫn này là con súc sắc trình kiến những mặt khác nhau trong những vũ trụ khác nhau. Trong một vũ trụ nó trình kiến mặt 1, trong một vũ trụ khác nó trình kiến mặt 2, và v.v….Nằm trong một vũ trụ chúng ta chỉ nhận được một mặt của thực tại lượng tử đó.

4 / Mức IV (các mô hình toán học dẫn đến mức IV)

Nếu chúng ta xét đến khả năng tồn tại những quy luật vật lý khác, chúng ta sẽ thu được những vũ trụ song song thuộc mức IV.

Chúng ta có thể kể đến quan điểm của hai nhà triết học: Plato & Aristote.

Theo Aristote thì thực tại vật lý là cơ bản còn ngôn ngữ toán học chỉ là một phương tiện mô tả gần đúng thực tại.

Trái lại Plato thì cho rằng các cấu trúc toán học mới là thực tại cơ bản. Những nhà vật lý hiện đại lại có khuynh hướng thiên về hệ mẫu (paradigme) Plato, họ cho rằng sở dĩ toán học có thể mô tả thực tại đẹp như vậy chỉ vì thực tại vật lý có bản chất toán học! Như vậy cuối cùng mọi bài toán vật lý về thực chất là những bài toán toán học (xem góc phải trên của hình 2). Một cấu trúc toán học là một thực thể trừu tượng tồn tại ngoài không thời gian. Tegmark cho rằng mọi khả năng khả dĩ của các vũ trụ đều có xác suất tồn tại. Lẽ dĩ nhiên đa số các vũ trụ đó đều không dung nạp sự sống.

Tóm tắt các mức

Có thể tóm tắt 4 mức vũ trụ trình bày ở trên trong một hình vẽ tổng hợp sau đây ( xem hình dưới đay)



Hình này có 4 góc:

I / Góc trái trên: các vũ trụ song song mức I, cư trú trong cùng một bong bóng (bubble), quy luật vật lý giống nhau, các điều kiện ban đầu có thể khác nhau, sự tồn tại của chúng dựa trên CMB Þ vũ trụ vô cùng, vật chất phân bố đều trong vũ trụ.

II / Góc trái dưới: các vũ trụ song song mức II, cấu thành bởi nhiều bong bóng, các hằng số vật lý, các hạt cơ bản, số chiều không gian trong các bong bóng có thể khác nhau.

III / Góc phải dưới: không đưa thêm vào những loại vũ trụ mới, song kéo các vũ trụ song song về quanh ta, các vũ trụ song song mức III có các tính chất như ở mức I&II, có nguyên lý unitarity, nguyên lý này đúng ngay cả đối với hấp dẫn lượng tử.Trạng thái sống, chết của con mèo Schrodinger thuộc 2 vũ trụ cổ điển song song.

IV / Góc phải trên: nhiều cấu trúc toán học khác nhau (với những phương trình vật lý khác nhau) sẽ cho những vũ trụ song song khác nhau, sự tồn tại mức IV dựa trên phỏng thuyết thực tại toán học = thực tại vật lý, có thể kiểm nghiệm nhờ một lý thuyết TOE (Theory of Everything-Lý thuyết thống nhất mọi vật).

Những ý tưởng tương đồng trong Phật học

Trong Phật học [3], vũ trụ cũng mang tính đa nguyên. Phật giáo phân thế giới thành 3 loại: Tiểu thiên, Trung thiên & Đại thiên. Đại thiên thế giới (大? 千? 世 界) gồm khoảng một tỷ thế giới. Cách đây hơn 2500 năm Phật học đã biết ngoài thế giới chúng ta đang sống còn có hằng hà sa số thế giới khác. Đa nguyên là nguyên lý cơ bản của vũ trụ.

Cao Chi

Tài liệu tham khảo

[1] George Ellis, Does the Multiverse Really Exist ? Scientific American, tháng 8/ 2011.Alexander Vilenkin & Max Tegmark, The case of parallel universe, Scientific American, tháng 7/2011.
[2] Max Tegmark, Parallel Universes,Scientific American tháng 5/2003.
[3] Edward Conze, A short history of Buddhism: Tam thiên, đại thiên, thế giới (三 千, 大 千, 世 界) trong Phật học gồm 1 tỷ thế giới.