Nếu một lần bạn ngắm nhìn bầu trời đêm, không phải những đêm đầy mây mù che kín mà là một đêm đầy sao, không phải một giây lát mà thật chăm chú, bạn sẽ thấy nó thật là đẹp và còn biết bao nhiêu bí ẩn thú vị trong nó. Nếu dành thêm một ngày để tìm hiểu về bầu trời phía trên cao đó mà ngày nay ta biết là vũ trụ với hàng tỷ tỷ những ngôi sao, những hành tinh và vô vàn loại thiên thể khác cùng những hiện tượng quanh chúng, bạn sẽ nhận ra rằng vũ trụ thật là kì diệu. Những ai từng nghĩ rằng chỉ có văn thơ, âm nhạc, hội họa ... mới đẹp đẽ còn khoa học và kĩ thuật thật khô khan thì quả là đã sai lầm. Vì một sự thật rằng chính khoa học và kĩ thuật mới là cầu nối để chúng ta tới với vũ trụ, thứ đẹp đẽ nhất, kì diệu nhất và hơn thế nữa chính nó và những định luật vật lý của nó lại là nguồn gốc của mọi điều tuyệt diệu mà chúng ta được tận hưởng trong đó có sự sống của chính chúng ta.
Phải thú thực rằng tôi là một nhà thiên văn không chuyên, lại theo đuổi công việc chính là phổ biến kiến thức, nếu có nghiên cứu chăng chỉ là lý thuyết để phục vụ công việc của mình. Những kính thiên văn tốt nhất mà tôi từng có và sử dụng cũng chỉ cho phép tôi nhìn thấy những miệng núi trên Mặt Trăng, các hành tinh của Hệ Mặt Trời, những thiên hà và tinh vân sáng lờ mờ qua ống kính. Tôi không có cơ hội được ngắm nhìn những thiên hà xa xôi, những quần sao nhiều màu sắc và những tinh vân muôn vàn hình dạng như những bức ảnh thiên văn thường xuất hiện trên các website mà ngày nay mọi người đều có thể dễ dàng tìm được. Những gì tôi từng thấy trực tiếp đôi khi là bằng mắt thường và đôi khi là qua ống kính nghiệp dư như tôi vừa nhắc tới. Nhưng không phải vì thế mà tôi không nhìn thấy vẻ đẹp của vũ trụ. Nếu bạn đã ngắm nhìn những bức ảnh thiên văn tuyệt đẹp được chụp bởi các kính thiên văn hàng đầu thế giới, hay may mắn hơn có thể bạn từng được quan sát trực tiếp thay vì chỉ qua ảnh, bạn chắc chắn sẽ luôn đồng ý rằng vũ trụ quả là đẹp. Nhưng thực tế, những cái đẹp đó mới chỉ là một phần rất nhỏ trong cái vẻ đẹp của vũ trụ mà thôi. Cái đẹp thực sự của vũ trụ nằm sau cái vẻ đẹp bề ngoài đó, một vẻ đẹp kì diệu mà bạn không cần phải quan sát qua các kính thiên văn hiện đại hay những bộ phim khoa học rực rỡ màu sắc. Đó là cái đẹp của những sự kết hợp tuyệt diệu, của những con số tưởng như khô khan nhưng lại là cái tạo ra tất cả thế giới của chúng ta với những lục địa, đại dương, dãy núi, đồng cỏ và cả văn minh nhân loại chúng ta đang tận hưởng.
Những con số khổng lồ
Khi nhìn qua ống kính nghiệp dư, tôi từng thấy Sao Mộc và cả 4 vệ tinh lớn của nó được đặt theo tên của nhà vật lý và thiên văn Galileo Galilei. Chúng chỉ hiện lên qua ống kính như một khối cầu nhỏ với 4 chấm sáng mờ nhạt nằm hai bên. Nhưng những gì tôi thấy và thật sự bị cuốn hút là một nơi xa xôi trong vũ trụ, một hành tinh mà ngày thường chúng ta chỉ thấy như một chấm sáng nhỏ bé lại là một khối cầu khổng lồ rất nhiều lần lớn hơn Trái Đất của chúng ta. Cái gì đã tạo nên những thế giới như vậy hẳn cũng là thứ đã tạo ra hành tinh của chúng ta. Xa hơn nữa chúng ta lại biết rằng không chỉ Trái Đất cùng các hành tinh là những khối cầu chuyển động quanh ngôi sao Mặt Trời mà cả hệ Mặt Trời tưởng như khổng lồ của chúng ta chỉ là một thành viên trong số 200 tỷ thành viên của thiên hà Milky Way, cái dải sáng thường chạy dọc trên bầu trời vào những đêm mùa hè mà nếu có một chiếc ống nhòm nhỏ bạn có thể thấy rõ hàng triệu hay hàng tỷ đốm sáng trong đó. Ấy vậy mà chưa hết, có tới hơn 50 thiên hà trong đó có Milky Way hợp thành một nhóm gọi là Cụm địa phương và nhiều nhóm như vậy hợp thành ngôi nhà lớn hơn là siêu quần thiên hà Virgo. Và tất nhiên là chẳng ai biết chính xác có bao nhiêu siêu quần thiên hà như vậy trong vũ trụ ngày nay.
Nếu bạn chưa hình dung được sự vĩ đại của những con số vừa rồi một cách chính xác và toàn diện thì hãy thử so sánh một chút. Cho đến thời điểm đầu năm 2012, tàu không gian Voyager 1 của NASA đã trở thành thiết bị nhân tạo đi xa nhất trong lịch sử. Nó đã tới vùng gần biên giới của Hệ Mặt Trời, cách Mặt Trời hơn 18 tỷ km. Khoảng cách hơn 18 tỷ km này tương đương với đường truyền của ánh sáng chỉ trong gần 17 giờ, trong khi đó Voyager 1 đã thực hiện cuộc hành tình này trong 35 năm kể từ năm 1977 với vận tốc vào thời điểm cực đại đã được ghi nhận là 17,26 km/s. Vận tốc cực đại này của Voyager 1 cũng được xác nhận là vận tốc lớn nhất mà một tàu không gian của loài người từng đạt được cho đến thời điểm đầu năm 2012. Hãy để ý rằng đây là một vận tốc mà bạn sẽ ... không cả kịp chóng mặt vì ngay cả trong các tác phẩm viễn tưởng cũng không nhiều khi người ta tưởng tượng ra những nhân vật có thể nhìn thấy đường chuyển động của một viên đạn dù nó chỉ vào khoảng 500m/s tức là chậm hơn rất nhiều so với vận tốc của Voyager 1. Bạn có thể thấy rằng 17 giờ là một khoảng thời gian không có gì đáng kể với cuộc đời của con người trên Trái Đất, nó chỉ bằng thời gian từ khi bạn thức giấc vào sáng sớm cho tới khi đặt lưng xuống giường vào tối cùng ngày, và hẳn rằng nó sẽ nhanh đến mức bạn còn không cả nhận ra nếu đó là một ngày nghỉ. Còn 35 năm lại là một chuyện hoàn toà
n khác. 35 năm trước tôi còn chưa ra đời. Đến nay tôi đã là một người trưởng thành, đã 10 năm nghiên cứu thiên văn và ngồi đây viết những dòng suy ngẫm này. Bạn đã có thể thấy sự khác biệt khủng khiếp giữa vận tốc ánh sáng và những gì mà văn minh nhận loại đã đạt được. Vậy bạn thấy sao khi so sánh giữa 17 giờ và 20.000 năm, khoảng thời gian cần cho ánh sáng thoát ra khỏi thiên hà của chúng ta và để tới quần thiên hà gần nhất so với Cụm địa phương là quần thiên hà M81 thì thời gian sẽ là 11 triệu năm, tức là với tốc độ kỉ lục của Voyager 1 chúng ta sẽ mất tới gần 200 tỷ năm để tới được quần thiên hà M81, và khoảng vài lần như thế nữa để ra khỏi siêu quần thiên hà Virgo tới với các vùng xa xôi hơn của vũ trụ.
Ta hãy lại làm thêm một phép so sánh về thời gian để hiểu rõ về con số khoảng cách kia. Bạn có biết rằng văn minh nhân loại mới bắt đầu cách đây vài nghìn năm và khoa học kĩ thuật, cụ thể là thiên văn học mới đi đúng hướng được vài trăm năm? Kể từ khi mô hình nhật tâm của Copernics ra đời khoa học mới dần đi trên con đường đúng đắn với việc nhận thức được rằng chúng ta không phải trung tâm của vũ trụ. Trong vòng chưa đến 500 năm nhân loại đã không chỉ biết rằng Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời mà xa hơn còn biết tới vị trí của chúng ta trong thiên hà, trong vũ trụ. Chỉ trong mấy trăm năm đó mà khoa học và kĩ thuật đã phát triển tới mức ngày nay không một nhà bác học, một vĩ nhân nào có thể nắm được dù chỉ một phần mười tổng số kiến thức của nhân loại. Chúng ta cũng chứng kiến không biết bao nhiêu biến đổi của lịch sử, đôi khi đọc những cuốn sách viết về những giai đoạn lịch sử cách đây vài trăm năm bạn đã cảm thấy như nó là một quá khứ đã quá xa vời mà không cách gì có thể hình dung nổi. Thực tế ngay cả những tổ tiên xa xưa nhất của chúng ta tính từ khi bắt đầu tiến hóa thành con người với hình dáng tương đối hoàn chỉnh như ngày nay và được ghi nhận là có trí tuệ là cách đây mới chỉ khoảng 100.000 năm. Thời đại của loài người đã kéo dài 100.000 năm, nếu như bạn nghĩ khoảng thời gian đó đã là dài thì bạn cũng nên biết rằng thời đại của loài khủng long nổi tiếng trước đây đã kéo dài tới 165 triệu năm, tức là gấp 1.650 lần tổng thời gian loài người từng có mặt trên Trái Đất và gấp tới 2 triệu lần độ dài cuộc đời mà một con người có thể sống được.
Nhưng độ dài của thời đại khủng long vẫn còn rất nhỏ so với tuổi thọ 4,6 tỷ năm của hành tinh chúng ta và 13,9 tỷ năm của vũ trụ. Có một số tài liệu đã làm một phép so sánh thế này: nếu như coi tuổi của vũ trụ 13,9 tỷ năm chỉ là một năm thì có nghĩa là loài người vừa mới xuất hiện được có hơn 3 phút và nền công nghiệp của chúng ta thì mới được có vài giây. Vậy mà chúng ta phải mất nhiều lần tuổi thọ của vũ trụ nếu muốn tới được quần thiên hà gần nhất với tốc độ của Voyager 1, một điều hoàn toàn không tưởng ...
Vậy thì trong vũ trụ liệu có bao nhiêu Hệ Mặt Trời, bao nhiêu thế giới như của chúng ta? Chỉ riêng thiên hà của chúng ta (Milky Way) đã chứa tới khoảng 200 tỷ ngôi sao, số lượng hành tinh lớn hơn nhiều lần số lượng sao này nhưng tới nay ngoài 7 người anh em của Trái Đất trong Hệ Mặt Trời thì các nhà khoa học mới chỉ quan sát được hơn 500 hành tinh phía ngoài. Con số hành tinh trong vũ trụ có lẽ hàng triệu hay hàng tỷ lần lớn hơn cả số hành tinh trong thiên hà của chúng ta. Điều thật sự đặc biệt là một sự trùng hợp ngẫu nhiên của hàng nghìn yếu tố vật lý và hóa học đã tạo ra trong số vô vàn hành tinh đó chỉ có một số rất nhỏ nào đó với những điều kiện như Trái Đất mà tôi và các bạn đang sống. Và lại không biết bao nhiêu trùng hợp may mắn nữa đã mang lại cho ít nhất một hành tinh trong số đó cái mà chúng ta gọi là sự sống.
Toán học và những hằng số của vũ trụ
Chúng ta đã nhắc tới những con số cùng sự ra đời một cách đầy ngẫu nhiên và may mắn của chúng ta giữa thế giới khổng lồ đó. Nhưng cái rộng lớn và vĩ đại của vũ trụ chưa phải tất cả vẻ đẹp của nó. Điều đáng để bạn lưu ý và nhớ nhất về các con số của vũ trụ là sự kì diệu đằng sau những con số.
Chúng ta đều biết rằng ngôn ngữ và chữ viết là một thành tựu vĩ đại của văn minh nhân loại. Nhờ nó chúng ta có thể diễn tả không chỉ thái độ và tình cảm với những người xung quanh mà còn có thể trình bày và mô tả những vấn đề của khoa học một cách rõ ràng và chính xác. Tuy nhiên có một điều mà nhiều người đôi khi đã nhầm lẫn đó là khi nghĩ rằng các tính chất của toán học và vật lý mà chúng ta đang có là do sự mô tả của ngôn ngữ mà ra. Bạn nên biết rằng mỗi tính chất toán học và vật lý mà bạn đang biết đều là đúng trong toàn vũ trụ, và nó luôn được mô phỏng một cách hoàn toàn y nguyên như bạn đã học cho dù ở bất cứ nền văn minh nào ngoài vũ trụ xa xôi kia. Dù ở bất cứ nơi đâu trong vũ trụ, thì phép tính 1+1=2 luôn luôn đúng cho dù người ta có thể dùng các kí hiệu khác để chỉ chúng chăng nữa. Bởi vì đơn giản mang một quả cam tới gần một quả khác và đặt ở đó thì nhất định là bạn sẽ có hai quả chứ không bao giờ là ba hay bốn cho dù bạn có thể dùng một thứ ngôn ngữ khác, kí hiệu khác. Nếu giả sử bạn qui ước số hai sẽ viết là 3 và số ba sẽ viết là 2 thì chúng ta sẽ có phép tính 1+1=3 và 3+1=2. Nhưng điều đó chẳng ảnh hưởng gì tới tính chất toán học của sự việc vì khi bạn tự qui ước viết như vậy thì điều đó không có nghĩa là khi bạn đặt một quả cam cạnh quả cam khác thì bạn sẽ có ba quả cam, mà chỉ có nghĩa là bạn "đặt tên" cho thuật ngữ chỉ số lượng đó là "ba" hoặc kí hiệu nó là 3. Mọi việc tất nhiên cũng tương tự với các phép tính khác gồm cả những con số khổng lồ như những số liệu mà tôi đã nhắc tới phía trên kia và cả những phép tính và phương trình phức tạp của toán học.
Tính chất bất biến nói trên cũng đúng cả trong vật lý. Mọi thiên thể trong vũ trụ đều có cấu tạo từ các dạng vật chất, các nguyên tố tương tự như chúng ta, chỉ khác nhau về thành phần của chúng. Tại bất cứ hành tinh nào trong vũ trụ, vật chất luôn được cấu tạo từ các nguyên tử gồm electron chuyển động quanh hạt nhân của nó. Lực hấp dẫn luôn tồn tại giữa hai vật thể có khối lượng bất chấp mọi công nghệ của các nền văn minh, câu chuyện về những chiếc máy làm giảm lực hấp dẫn để con người có thể bay trên không trung như trong bộ truyện tranh nổi tiếng Doraemon sẽ chẳng bao giờ xảy ra vì đơn giản là lực hấp dẫn sinh ra bởi một thứ duy nhất là khối lượng, chừng nào còn khối lượng thì sẽ còn hấp dẫn...
Nói tới lực hấp dẫn, chúng ta nhớ tới hằng số hấp dẫn trong định luật hấp dẫn Newton. Hằng số này khá quen thuộc với những người từng học vật lý dù chỉ ở chương trình phổ thông, nhưng nó chính là một trong những con số đặc biệt nhất. Hằng số hấp dẫn có cùng một giá trị tại mọi nơi trong vũ trụ và công thức tính lực hấp dẫn luôn được áp dụng chính xác và nhờ thế các nhà khoa học ngày nay mới có thể tính toán chính xác chuyển động của các thiên hà cách chúng ta tới hàng tỷ năm ánh sáng. Không chỉ bất biến, hằng số hấp dẫn còn đóng vai trò quan trọng quyết định sắp xếp vật chất trong vũ trụ trong đó có cả hành tinh của chúng ta. Nếu ngay khi hình thành vũ trụ chỉ cần hằng số hấp dẫn nhỏ hơn đôi chút là có thể những tiểu hành tinh trong Hệ Mặt Trời không thể hình thành, nhỏ thêm một chút nữa thì hành tinh nhỏ như Sao Thủy cũng không thể hình thành hoặc có chăng chỉ là một đám bụi bay quanh Mặt Trời, và nhỏ hơn nữa thì có thể Trái Đất của chúng ta không ra đời, hoặc nó vẫn ra đời nhưng lực hấp dẫn sẽ không đủ để giữ được khí quyển xung quanh nó, và như vậy có nghĩa là sự sống sẽ không bao giờ có thể tồn tại. Ngược lại nếu như hằng số hấp dẫn lớn hơn con số ngày nay chúng ta biết, Mặt Trời sẽ nóng hơn và thiêu đốt các hành tinh gần với nhiệt lượng lớn hơn nhiệt lượng ngày nay chúng ta có, Trái Đất sẽ quay nhanh hơn và các cơn bão, sóng thần ... sẽ xảy ra thường xuyên hơn với cường độ khủng khiếp hơn rất nhiều. Chỉ có một con số chính xác của hằng số này như chúng ta có hiện nay mới giúp cho sự ra đời và tồn tại của chúng ta. Ngoài hằng số này chúng ta còn có những hằng số đặc biệt khác như là vận tốc của ánh sáng trong chân không hay là hằng số Planck. Chúng cũng là những con số hết sức đặc biệt đặt nền tảng cho mọi sự hiện hữu và tồn tại trong vũ trụ. Và khi nhắc tới ánh sáng, thì hẳn trong chúng ta không ai không thừa nhận rằng ánh sáng chính là yếu tố không thể thiếu mang lại cho chúng ta tất cả những bức tranh, những phong cảnh tuyệt đẹp, những màu sắc phong phú của cuộc sống và cả những hình ảnh hùng vĩ và rực rỡ của vũ trụ.
Với những con số khổng lồ của các siêu quần, quần thiên hà, thiên hà và các sao, hành tinh cùng sự kết hợp tuyệt vời của những hằng số, cuối cùng chúng ta có mặt ở đây để ngắm nhìn và nghiên cứu vũ trụ. Chúng ta đã may mắn được sinh ra nhờ một chuỗi những trùng hợp kéo dài hàng tỷ năm để chiêm ngưỡng tất cả những vẻ đẹp kì diệu của vũ trụ.
Đặng Vũ Tuấn Sơn
(Vui lòng ghi rõ tên tác giả và nguồn trích dẫn Thienvanvietnam.org khi bạn sử dụng bài viết này)
Một phần bài viết này đồng thời là nội dung do tác giả trự tiếp trình bày trong hội thảo "Ngày hội thiên văn học Việt Nam 2012". Dưới đây là video của bài thuyết trình
