Bạn Tin Vũ Trụ Có Thật? Nhưng Khoa Học Sẽ Khiến Bạn Phải Nghĩ Lại

Khi chúng ta ngủ, những giấc mơ có thể chân thực đến mức ta không thể phân biệt đâu là thực, đâu là ảo. Nhưng ngay cả khi tỉnh táo, làm thế nào chúng ta biết chắc rằng thế giới quanh mình là thật? Các nhà khoa học từng tin rằng thực tại là một thứ khách quan, một quả táo vẫn xanh ngay cả khi không có ai nhìn thấy nó. Nhưng cơ học lượng tử lại kể một câu chuyện khác. Vào năm 2022, ba nhà vật lý đã giành giải Nobel vì chứng minh rằng vũ trụ của chúng ta không tuân theo tính hiện thực cục bộ Local Realism, một nguyên lý từng được xem là nền tảng của thực tại. Vậy nếu thế giới của chúng ta không có thực, thì nơi chúng ta đang sống là gì? Hãy tưởng tượng hai người, Eddie và Mary, đứng ở hai phía đối diện của ngân hạ. Từ trung tâm, hai đồng su được gửi đi, mỗi đồng hướng về một người quan sát. Khi các đồng su di chuyển trong không gian, chúng quay một cách ngẫu nhiên. Theo cơ học lượng tử, không thể dự đoán trước mặt nào của đồng su sẽ xuất hiện khi rơi xuống, kết quả hoàn toàn là ngẫu nhiên. Tuy nhiên, khi kết quả của Mary là mặt ngựa, cô ấy ngay lập tức biết rằng đồng su của Eddie sẽ rơi vào mặt sắp. Sắc xuất để dự đoán đúng kết quả này 200 lần liên tiếp là 1 trên 10 mũ 60, một con số lớn hơn cả tổng số nguyên tử trong hề mặt trời. Mặc dù Mary và Eddie cách nhau hàng tỷ km, cơ học lượng tử khẳng định rằng Mary vẫn có thể dự đoán kết quả của Eddie dựa trên kết quả của mình. Như thế các đồng su có một dạng thần dao cách cảm vậy. Thí nghiệm tư tưởng này được gọi là nghịch lý Einstein-Podolsky-Rosen. Điều nghe có vẻ không khả thi, nhưng đó chính là cách vũ trụ hoạt động. Liệu thông tin có thể di chuyển nhanh hơn cả ánh sáng? Liệu vũ trụ của chúng ta có một cơ chế ân dấu nào đó mà chúng ta chưa thể hiểu? Thực tại chúng ta là gì? Làm thế nào vũ trụ chuyển từ có thể dự đoán sang ngẫu nhiên? Tôi là Kitten, và bạn đang xem tại Kitten Explorer. Hôm nay, chúng ta sẽ khám phá một sự thật đáng kinh ngạc. Vũ trụ mà chúng ta vẫn tin là có thật có thể không thực sự tồn tại theo cách mà chúng ta nghĩ. Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học tin rằng vũ trụ vận hành theo những quy tắc có thể dự đoán. Nếu chúng ta biết đầy đủ thông tin về một hệ thống vật lý, như vị trí, vận tốc, năng lượng của nó, thì ta có thể xác định quá khứ và tương lai của hệ thống đó với độ chính xác tuyệt đối. Nhưng cơ học lượng tử đã làm lung lây niềm tin này bằng một hiện tượng kỳ lạ mang tên sự vương víu lượng tử. Sự vương víu lượng tử mô tả mối liên kết kỳ lạ giữa hai hạt, bất kể khoảng cách giữa chúng là bao xa. Khi hai hạt bị vương víu, trạng thái lượng tử của chúng không còn là độc lập, mà thay vào đó, chúng hoạt động như một thực thể duy nhất. Nếu bản đồ trạng thái của một hạt, trạng thái của hạt còn lại ngay lập tức được xác định, dù chúng có cách nhau hàng tỷ năm ánh sáng. Điều này thách thức một nguyên lý quan trọng trong vật lý cổ điển. Không gì có thể chuyển đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Vậy làm thế nào mà hai hạt vương víu có thể biết được trạng thái của nhau ngay lập tức? Hãy tưởng tượng bạn có hai chiếc hộp, mỗi hộp chứa một viên đá có thể là đen hoặc trắng. Trước khi mở hộp, bạn không thể biết màu sắc của viên đá. Nhưng ngay khi mở một hộp và thấy viên đá bên trong là đen, bạn lập tức biết viên đá trong hộp còn lại là trắng, dù nó đang ở bên kia vũ trụ. Các thí nghiệm đã chứng minh hiện tượng này xảy ra trên khoảng cách hàng trăm km, với thời gian phản ứng nhanh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không kịp truyền tín hiệu giữa hai hạt. Một nghiên cứu đổ được rằng, nếu có bất kỳ thông tin nào trao đổi giữa hai hạt vương víu, nó phải di chuyển với tốc độ nhanh hơn ánh sáng ít nhất 10.000 lần. Điều làm sự vương víu lượng tử trở nên khó hiểu hơn nữa là bản thân các hạt dường như không có trạng thái xác định cho đến khi được phát hiện. Giống như khi bạn bước lên cân để đổ trọng lượng, nhưng trong thế giới lượng tử, có vẻ như trọng lượng của bạn chỉ xuất hiện vào khoảnh khắc bạn đứng lên cân. Nếu các tính chất của vật chất chỉ được xác định khi chúng ta quan sát, thì thực tại có thực sự tồn tại độc lập với người quan sát hay không? Đây chính là điểm mấu chốt của một trong những câu hỏi sâu sắc nhất trong vật lý. Giải Nobel vật lý năm 2022 đã được trao cho các nghiên cứu chứng minh rằng, vũ trụ của chúng ta không thể vừa có tính địa phương, vừa có tính hiện thực. Ít nhất một trong hai nguyên lý này phải sai, hoặc có thể cả hai. Chúng ta đang sống trong một thế giới mà các hạt có thể liên lạc với nhau theo cách vượt ngoài mọi hiểu biết thông thường, nơi mà thực tại có thể chỉ xuất hiện vào khoảnh khắc chúng ta quan sát nó. Nếu vậy, bản chất thật sự của vũ trụ là gì? Nó có phải là một mô phỏng? Hay có một quy luật sâu xa hơn mà chúng ta chưa khám phá ra? Chúng ta luôn tin rằng thế giới xung quanh tồn tại theo một cách khách quan, độc lập với người quan sát. Nếu một cái cây đổ trong rừng mà không có ai nghe thấy, nó vẫn tạo ra âm thanh. Đó chính là nguyên lý hiện thực trong vật lý. Các vật thể luôn có những tính chất xác định, bất kể chúng ta có đo lượng hay không. Bên cạnh đó, nguyên lý địa phương cho rằng các đối tượng chỉ có thể bị ảnh hưởng bởi những gì ở gần chúng và không có thông tin nào có thể truyền đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Đây là nền tảng của cơ học cổ điển mà Isaac Newton đã đặt ra. Ông tin rằng, nếu chúng ta biết chính xác vị trí và vận tốc của các hạt trong vũ trụ, ta có thể dự đoán tương lai với độ chính xác tuyệt đối. Nhưng cơ học lượng tử đã phá vỡ niềm tin này. Mọi thứ dường như tuân theo quy luật tất định. Nhưng khi đi sâu vào cấp độ lượng tử, ta thấy một bức tranh khác hẳn. Các hạt vị mồ không có vị trí hay trạng thái cụ thể cho đến khi chúng được đo lượng. Chúng tồn tại trong một trạng thái chống chấp, giống như một đống su vừa sắp vừa ngửa cùng một lúc, cho đến khi ta thực sự nhìn vào nó. Ví dụ, hãy xét một thí nghiệm đơn giản. Một bình chứa đầy nguyên tử phóng xạ. Ta có thể dự đoán khoảng bao nhiêu nguyên tử sẽ phân rã trong một khoảng thời gian nhất định, nhưng không thể biết chính xác nguyên tử nào sẽ phân rã. Tương tự, khi bạn từng hạt electron qua hai khe hẹp, chúng tạo ra một mô hình nhiều đặc trưng trên màn chặn phía sau, ngay cả khi ta bận từng hạt một. Điều này cho thấy hành vi của hạt mang tính xác xuất, chứ không hoàn toàn tất định. Nhưng câu hỏi đặt ra. Liệu sự ngẫu nhiên này có thực sự tồn tại, hay chỉ đơn giản là chúng ta chưa có đủ thông tin? Albert Einstein không tin vào sự ngẫu nhiên tuyệt đối. Ông cho rằng cơ học lượng tử vẫn chưa hoàn thiện và có những biến ẩn mà chúng ta chưa khám phá được. Một trong những hiện tượng gây tranh cãi nhất là sự vương víu lượng tử, nơi hai hạt có thể liên kết với nhau theo cách mà trạng thái của chúng luôn phụ thuộc lẫn nhau, bất kể khoảng cách giữa chúng. Hãy tưởng tượng bạn có hai quả bóng, một vàng và một xanh. Bạn đặt chúng bất kỳ vào hai hộp kín và gửi chúng đến hai đầu vũ trụ. Nếu bạn mở một hộp và thấy quả bóng xanh, ngay lập tức bạn biết hộp còn lại chưa quả bóng vàng. Điều này nghe có vẻ bình thường, nhưng trong thế giới lượng tử, hai quả bóng không có màu xác định cho đến khi bạn mở hộp. Khoảnh khắc bạn quan sát một hộp, trạng thái của hộp còn lại cũng được xác định ngay lập tức, như thể có một kết nối vô hình giữa hai hạt, bất chấp khoảng cách. Điều này dường như vi phạm nguyên lý địa phương của vật lý. Bằng cách nào một hạt có thể biết trạng thái của hạt kia Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý đã cố gắng kiểm chứng xem liệu có thể tồn tại những biến ẩn để giải thích sự vượng víu hay không. Vào năm 2022, ba nhà khoa học John Klauser, Alan Aspect và Anton Zehlinger đã được trao giải Nobel vật lý vì chứng minh rằng những biến ẩn này không tồn tại. Điều này đồng nghĩa với một thực tế gây sốc. Một hạt vượng víu không có tính chất xác định cho đến khi có người đổ nó. Và bởi vì trạng thái của hạt này ảnh hưởng ngay lập tức đến hạt kia, điều này có thể buộc chúng ta phải chấp nhận rằng hoặc thông tin có thể truyền đi nhanh hơn ánh sáng, hoặc thực tại không tồn tại một cách khách quan như ta từng nghĩ. Kết quả của những thí nghiệm này đặt ra câu hỏi mang tính chết học sâu sắc. Liệu vũ trụ có tồn tại độc lập với người quan sát không? Hay có thể, như một số nhà khoa học đề xuất, thực tại chỉ xuất hiện vào khoảnh khắc chúng ta quan sát nó. Nếu vậy, có lẽ vũ trụ không phải là một tập hợp các hạt và lực tuân theo quy luật cố định, mà là một dạng thông tin đang được xử lý, một chương trình vũ trụ hoạt động theo cách mà chúng ta chỉ mới bắt đầu khám phá. Nếu thực tại mà chúng ta trải nghiệm không thực sự tồn tại, thì những gì chúng ta nhìn thấy, cảm nhận và tương tác mỗi ngày thực chất là gì? Một nhóm nhà vật lý ở Los Angeles đã đưa ra một lý thuyết mới đầy táo bảo vệ bản chất của thực tại. Theo đó, họ cho rằng thực tại không phải là một không gian liên tục, mà là một dạng cấu trúc tinh thể đặc biệt có nguồn gốc từ một chiều không gian cao hơn. Cấu trúc tinh thể quả thực có nhiều dạng khác nhau, nhưng chúng luôn tuân theo các quy luật sắp xếp tuần hoàn chặt chẽ. Một số tinh thể có thể tồn tại ở dạng bán tinh thể, nghĩa là chúng có trật tự, nhưng không hoàn toàn tuần hoàn. Các nhà vật lý đã sử dụng một tinh thể 8 chiều, 8D, và chiều nó xuống không gian 4D ở một góc nhất định. Từ đó, họ thu được một cấu trúc bán tinh thể 3D mà họ tin rằng chính là cơ bản của thực tại. Cấu trúc này được hình thành từ các đơn vị nhỏ nhất gọi là tư diện, một dạng hình học 3 chiều có tất cả các cành bằng nhau. Điều đặc biệt là kích thước của các tư diện này chính là độ dài Planck, khoảng 10 mũ âm 35 mét, nhỏ hơn rất nhiều so với một proton. Nếu một nguyên tử có kích thước bằng căn phòng, thì độ dài Planck sẽ nhỏ hơn một hạt bụi vô cùng nhiều lần. Lý thuyết này gợi ý rằng thực tại của chúng ta có thể giống như một màn hình kỹ thuật số, trong đó các tư diện đóng vai trò như các pixel 3 chiều. Nhưng khác với màn hình máy tính thông thường, các pixel này không chỉ đơn giản là điểm ảnh bất đồng, mà chúng có thể thay đổi trạng thái theo một số quy tắc xác định. Mỗi tư diện chỉ có một số trạng thái nhất định mà nó có thể tồn tại, và trạng thái của một tư diện sẽ ảnh hưởng đến trạng thái của các tư diện xung quanh, tạo nên toàn bộ không gian vũ trụ. Tuy nhiên, nếu một tư diện chỉ có thể tồn tại trong một trạng thái cụ thể và một thời điểm nhất định, thì điều gì hoặc ai quyết định trạng thái đó? Đây chính là câu hỏi trọng tâm khiến lý thuyết này trở nên thú vị hơn. Một số nhà vật lý trên khắp thế giới tin rằng thực tại không chỉ được tạo nên từ vật chất mà còn là một dạng thông tin. Nhưng thông tin là gì? Về bản chất, thông tin là sự sắp xếp có trật tự của dữ liệu, và dữ liệu chỉ có ý nghĩa khi được so sánh với một thứ khác. Điều này có nghĩa là thông tin không thể tồn tại một cách độc lập, nó cần được nhận thức. Điều này dẫn đến một giả thuyết táo bảo. Nếu thông tin chỉ có ý nghĩa khi được nhận thức, thì có thể thực tại cũng chỉ tồn tại khi có ý thức quan sát nó. Đây là một mở rộng từ nguyên lý của cơ học lượng tử, nơi trạng thái của một hạt trì được xác định khi có sự đo lượng. Nếu lý thuyết này đúng, thì thực tại có thể không phải là một cấu trúc cố định, mà là một sản phẩm của ý thức. Lý thuyết này có nhiều điểm tương đồng với giả thuyết vũ trụ mô phỏng. Ý tưởng cho rằng, thực tại của chúng ta có thể chỉ là một mô phỏng được vận hành bởi một hệ thống cao cấp hơn. Trong trường hợp này, các tư diện đóng vai trò như các đơn vị cơ bản của một chương trình máy tính vũ trụ. Nếu đúng như vậy, thì ý thức của chúng ta có thể không chỉ đơn thuần là một sản phẩm phụ của bộ não, mà có thể chính là yếu tố cốt lõi định hình thực tại. Vũ trụ mà chúng ta đang sống, có thật hay chỉ là một chương trình chạy trên một siêu máy tính nào đó? Đây là câu hỏi mà giả thuyết mô phỏng do nhà triết học Nick Bostrom tại Đại học Oxford đề xuất tìm cách giải đáp. Theo giả thuyết này, có khả năng rất lớn rằng thực tại của chúng ta chỉ là một mô phỏng do một nền văn minh tiên tiến tạo ra và có một số bằng chứng có thể giúp chúng ta kiểm tra tính xác thực của nó. Nếu vũ trụ của chúng ta là một mô phỏng, phần cúng chảy, nó sẽ có rơi hạn về tài nguyên tính toán. Điều này có nghĩa là sẽ có những dấu hiệu để lộ ra rằng thực tại không hoàn toàn liên tục hay vô hạn. Một cách để tìm ra dấu vết của sự mô phỏng là tạo ra những tình huống có thể làm quá tải hệ thống. Nếu một siêu máy tính nào đó đang chạy mô phỏng này, có lẽ nó sẽ không thể xử lý một số loại phép toán nhất định ở mức độ cực đại. Các nhà khoa học đã đề xuất tiến hành những thí nghiệm đòi hỏi mức độ tính toán khổng lồ để kiểm tra xem có bất kỳ hiện tượng nào xảy ra mà không thể giải thích bằng vật lý truyền thống hay không. Một cách tiếp cận khác là tìm kiếm những đặc điểm bất thường trong vũ trụ. Ví dụ, trong thế giới kỹ thuật số, mỗi phần mềm đều có những giới hạn về độ phân giải hoặc tốc độ xử lý. Nếu vũ trụ là một mô phỏng, nó cũng có thể có những giới hạn tương tự. Tốc độ ánh sáng là 299.792.458m trên giây, dường như là một giới hạn tuyệt đối trong vũ trụ. Bất kể người quan sát di chuyển như thế nào, tốc độ ánh sáng vẫn luôn không đổi. Điều này khiến nhiều nhà khoa học đặt ra câu hỏi Tại sao vũ trụ lại có giới hạn này? Trong một hệ thống máy tính, bất kỳ mô phỏng nào cũng có một giới hạn về tốc độ xử lý và tốc độ truyền thông tin. Nếu vũ trụ là một mô phỏng, tốc độ ánh sáng có thể là giới hạn trên của tốc độ truyền dữ liệu trong hệ thống đó. Nói cách khác, nếu không có giới hạn tốc độ ánh sáng, chúng ta có thể di chuyển nhanh hơn khả năng tính toán của máy trụ. Điều này có thể làm gián đoạn mô phỏng. Ngoài giới hạn tốc độ ánh sáng, có một số dấu hiệu khác có thể chỉ ra rằng vũ trụ của chúng ta là một mô phỏng. Trong cơ học lượng tử, một hạt chỉ có trạng thái xác định khi nó bị quan sát. Điều này giống với cách dữ liệu trong máy tính, Một số nghiên cứu vật lý đề xuất rằng không gian có thể không phải là liên tục, mà có cấu trúc dạng lưỡi, giống như các điểm ảnh trong đồ hoa máy tính. Một số nhà khoa học đang nghiên cứu xem liệu có các mô hình lập lại trong bức xạ nền vũ trụ hay không, bởi nếu có, chúng có thể là dấu hiệu của thuật toán mô phỏng. Nếu vũ trụ chỉ là một chương trình máy tính chạy trên một hệ thống lớn hơn, điều đó có thể thay đổi hoàn toàn cách chúng ta hiểu về thực tế. Điều này cũng đặt ra những câu hỏi quan trọng. Liệu họ có đang quan sát chúng ta không? Nếu đây là một mô phỏng, liệu nó có thể bị tắt, hoặc khởi động lại không? Chúng ta có thể thoát khỏi mô phỏng này không? Hay có cách nào để giao tiếp với người lập trình? Những câu hỏi này vẫn còn đang được nghiên cứu. Nhưng dù vũ trụ có là một mô phỏng hay không, chúng ta vẫn phải sống trong nó. Trong phim ảnh hay trò chơi điện tử, chúng ta thường thấy câu chuyện diễn ra dưới góc nhìn của nhân vật. Những gì chúng ta thấy trên màn hình, những âm thanh phát ra từ loa không phải dành cho các nhân vật trong trò chơi, mà là để phục vụ chính chúng ta, những người quan sát và trải nghiệm. Nếu giả thuyết mô phỏng là đúng, có lẽ ý thức cũng hoạt động theo cách tương tự. Trong vũ trụ của chúng ta, ý thức là một hiện tượng đầy bí ẩn. Không có lý thuyết chiết học hay khoa học nào có thể giải thích hoàn toàn nguồn gốc và chức năng của ý thức. Nếu xét theo lý thuyết tiến hóa, ý thức không mang lại một lợi thế sinh tồn rõ ràng, và nó cũng tiêu tốn một lượng lớn năng lượng để duy trì. Vậy mục đích thực sự của nó là gì? Nếu chúng ta chấp nhận giả thuyết mô phỏng, ý thức có thể là một giao diện chủ quan được thiết kế để mang lại trải nghiệm cho người chơi. Thay vì chỉ đơn giản là một sản phẩm của bộ não, có thể nó là một công cụ để truyền tải dữ liệu giữa thực tại mô phỏng và một thực tại khác, nơi mà những người quan sát thực sự đang theo dõi chúng ta. Các nhà vật lý tại Đại học Maryland đã mô phỏng thành công một hạt nhân heli bao gồm 2 proton và 2 neutron bằng cách sử dụng siêu máy tính. Họ tin rằng trong 20-30 năm tới, chúng ta có thể mô phỏng hoàn chỉnh một phân tử phức tạp, và trong vòng 100 năm, có thể mô phỏng toàn bộ bộ não con người. Nếu chúng ta có thể tạo ra những mô phỏng như vậy, thì tại sao một nền văn minh tiên tiến hơn lại không thể làm điều tương tự với chính chúng ta? Một vấn đề khác đặt ra là nếu chúng ta thực sự sống trong một mô phỏng, tại sao chúng ta vẫn có cảm giác về ý chí tự do? Liệu có ai đó đang quan sát những hành động của chúng ta để xem chúng ta sẽ làm gì khi không có bất kỳ sự hướng dẫn nào? Nếu thời gian trong thực tại mô phỏng của chúng ta chỉ là vài phút so với thế giới thực, thì có thể người chơi chỉ đang theo dõi chúng ta như một thí nghiệm khoa học. Nhưng nếu chúng ta thực sự chỉ là một phần của một trò chơi khổng lồ, vậy điều gì sẽ xảy ra khi trò chơi kết thúc? Có lẽ đó là lúc chúng ta sẽ tìm ra câu trả lời thực sự. Vậy bạn nghĩ sao? Vũ trụ của chúng ta là gì? Liệu chúng ta có đang sống trong một thực tại mô phỏng không? Hãy để lại ý kiến của bạn bên dưới và cùng thảo luận nhé. Cảm ơn các bạn đã quan tâm theo dõi. Hãy like và đăng ký kênh để ủng hộ Kitten Explorer trong hành trình khám phá tiếp theo. Xin chào và hẹn gặp lại bạn trong những video tiếp theo.