Lịch Sử Vạn Vật

“Một nhà vật lý học là người tập hợp những suy nghĩ của nguyên tử về nguyên tử”. – Khuyết danh. Khi thế kỷ mười chín sắp kết thúc, các nhà khoa học có thể cảm thấy hài lòng rằng họ đã khám phá được hầu hết những bí ẩn của thế giới vật chất: điện, từ trường, khí, quang học, âm học, động học, và cơ học thống kê, vân vân. Người ta đã khám phá được tia X, tia catôt, electron, và năng lực phóng xạ; họ cũng phát minh được các đơn vị đo ohm, watt, kenvin, jun, ampere, và éc (erg).

Nếu một vật có thể dao động, kích thích, xáo trộn, chưng cất, kết hợp, cân đo, thì họ đã có thể làm được tất cả những việc này, và họ đã xác định được những định luật chung rất quan trọng, đầy sức thuyết phục, và trang nghiêm đến mức ngày nay chúng ta thường viết những định luật này bằng chữ viết hoa: Học thuyết Điện từ trường Ánh sáng, Định luật Tỷ lệ thuận nghịch của Richter, Định luật khí của Charles, Định luật tổng Khối lượng, Định luật Zeroth, Khái niệm về Hóa trị, và vân vân. Cả thế giới reo vang khi được trang bị bằng các thiết bị và phương tiện vận hành hiệu quả. Nhiều nhà thông thái tin rằng chẳng còn nhiều điều để khoa học khám phá.

Năm 1875, khi chàng trai trẻ người Đức ở vùng Kiel tên là Max Planck đang do dự về việc theo đuổi toán học hay vật lý học, anh được mọi người khuyến khích đừng theo đuổi vật lý học vì mọi bước đột phá trong vật lý học đã được thực hiện. Người ta khẳng định với anh rằng thế kỷ sắp đến sẽ chỉ là sự thống nhất và cải tiến, sẽ chẳng có bất kỳ cuộc cách mạng nào trong vật lý học. Planck không nghe theo họ. Anh quyết định nghiên cứu về vật lý học lý thuyết và dành mọi tâm huyết cho việc nghiên cứu entrôpi, quy trình cốt lõi của nhiệt động lực học, đây là lĩnh vực dường như đầy hứa hẹn đối với chàng trai trẻ nhiều tham vọng này. [1] Năm 1891 ông trình bày những kết quả nghiên cứu của mình và thất vọng khi biết rằng trước đó nghiên cứu quan trọng về entrôpi đã được thực hiện bởi một học giả tại Đại học Yale tên là J. Willard Gibbs.

Gibbs có lẽ là người thông minh nhất mà hầu hết mọi người đều biết đến. Khiêm tốn đến mức không ai biết đến, ông trải qua gần trọn đời mình ở nhà và khu trường sở của Đại học Yale tại New Haven thuộc Connecticut, ngoại trừ ba năm học tập ở châu Âu. Suốt mười năm đầu làm việc tại Đại học Yale, ông thậm chí còn không quan tâm đến việc nhận lương. (Ông có những khoản thu nhập riêng). Từ năm 1871, khi ông vào trường trong vai trò là một Giáo sư cho đến khi ông qua đời vào năm 1903, bình quân các bài giảng của ông chỉ thu hút một sinh viên tham gia. Sách của ông đặc biệt khó hiểu và chứa nhiều thành ngữ riêng mà nhiều người nhận thấy rằng không thể hiểu được. Nhưng chôn vùi theo những công thức bí mật của ông là những hiểu biết vô cùng sắc sảo.

Từ 1875 đến 1878, Gibbs trình bày nhiều bài thuyết trình, được sưu tập thành cuốn Equilibrium of Heterogeneous Substances, khiến mọi người phải sửng sốt vì sự giải thích sáng tỏ về các nguyên tắc nhiệt động lực của gần như là mọi thứ – “các loại khí, các chất hỗn hợp, các bề mặt, các chất rắn, những thay đổi pha… những phản ứng hóa học, các tế bào điện hóa học, sự đóng cặn, và sự thẩm thấu”, William H. Cropper trích dẫn. Về cơ bản, những gì Gibbs đã thực hiện đều cho thấy rằng nhiệt động lực học không chỉ đơn giản áp dụng cho nhiệt và năng lượng mà còn được áp dụng cho các phản ứng hóa học ở mức độ nguyên tử. Cuốn Equilibrium của Gibbs đã được gọi là “các nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học”, nhưng Gibbs xuất bản những khám phá quan trọng này trên tập san Transactions of the Connecticut Academy of Arts, đây là một tập san được xem là vô danh ngay tại Connecticut, chính vì vậy Planck không biết đến những khám phá này mãi đến khi quá muộn.

Không nản lòng – có thể nói là bất khuất – Planck chuyển sang tập trung vào một đề tài khác. [2] Chúng tôi sẽ nói về việc này sau, trước tiên chúng tôi đề cập ngắn gọn (nhưng có liên quan!) về Cleveland, thuộc Ohio, và một tổ chức được gọi là Hội khoa học ứng dụng. Tại đó, vào những năm 1880, một nhà vật lý học trung niên tên là Albert Michelson, kết hợp cùng một người bạn của mình là nhà hóa học Edward Morley, tiến hành nhiều thử nghiệm dẫn đến những kết quả đầy bất ngờ.

Những gì Michelson và Morley đã thực hiện, hoàn toàn không chủ ý, đã hủy hoại niềm tin lâu đời về thứ được gọi là ête ánh sáng, thinh không – chất bền vững, không màu, không trọng lượng, không ma sát, được xem là tỏa khắp trong vũ trụ. Được đề xuất bởi Descartes, được xác nhận bởi Newton, và được tôn kính bởi hầu hết mọi người, thinh không nắm giữ vị trí trung tâm của vật lý học thế kỷ mười chín trong vai trò là phương pháp để giải thích cách truyền đi của ánh sáng qua không gian. Vào những năm 1800 nó cần phải tồn tại vì lúc này ánh sáng và hiện tượng điện từ được xem là các bước sóng, hay còn gọi là sự dao động. Sự dao động nhất định phải xảy ra trong một thứ gì đó; thế nên nhất định cần phải có thinh không. Cuối năm 1909, nhà vật lý học người Anh tên là J. J. Thomson khẳng định: “Thinh không không phải là một tác phẩm kỳ dị của một triết gia tự biện nào đó, nó cần thiết cho chúng ta giống như không khí mà chúng ta hít thở vậy” – bốn năm sau người ta khẳng định rằng nó không hề tồn tại. Tóm lại, mọi người đã quá quen thuộc với khái niệm về sự tồn tại của thinh không.

Sinh năm 1852 tại vùng biên giới Đức – Ba Lan trong một gia đình thương gia người Do Thái nghèo, Albert Michelson đến Hoa Kỳ cùng gia đình khi còn bé và lớn lên trong một túp lều nhỏ tại vùng khai thác mỏ ở California, tại đây cha ông buôn bán thực phẩm khô. Quá nghèo nên không thể theo học Đại học, ông tìm đến Washington D.C., và lang thang trước cổng Nhà Trắng, từ đó ông có thể tình cờ gặp Tổng thống Ulysses S. Grant khi Tổng thống đang đi dạo như thường lệ. Qua những lần gặp gỡ này, Michelson có thể lấy lòng vị Tổng thống này và cho đến một ngày Tổng thống Grant đồng ý đảm bảo rằng ông sẽ có được một chỗ ở miễn phí tại Học viện Hải quân Hoa Kỳ. Chính tại nơi này Michelson đã nghiên cứu vật lý học.

Mười năm sau, lúc này Michelson đã là một Giáo sư tại Case School ở Cleveland, ông quan tâm nhiều đến việc đo lường thứ được gọi là lực cản của thinh không – một hình thức gió ngược được tạo ra bằng cách di chuyển một vật trong không gian. Một trong những dự đoán của các định luật Newton là: tốc độ của ánh sáng khi nó di chuyển qua thinh không sẽ thay đổi tùy thuộc vào việc người quan sát di chuyển tiến gần đến nó hay di chuyển tránh xa nó, nhưng trước đó không ai tìm ra được phương pháp để đo lường điều này. Michelson có ý tưởng rằng, nửa năm trái đất di chuyển hướng đến gần mặt trời và nửa năm còn lại nó di chuyển hướng ra xa mặt trời, và ông lý luận rằng nếu bạn đo lường cẩn thận sự khác biệt giữa hai mùa trái nghịch nhau và so sánh khoảng thời gian di chuyển của ánh sáng giữa hai mùa, bạn sẽ có được câu trả lời.

Michelson trao đổi với Alexander Graham Bell, người mới phát minh ra điện thoại, và yêu cầu Bell cung cấp quỹ để xây dựng thiết bị do Michelson sáng chế gọi là dụng cụ đo giao thoa, dụng cụ này có thể đo lường được tốc độ của ánh sáng với độ chính xác cao. Sau đó, được sự trợ giúp của Morley, Michelson dành hai năm cho việc này. Đây là công việc tỉ mỉ và khó khăn, đã từng có lúc công việc phải được hoãn lại vì sự kiệt sức của Michelson, nhưng vào năm 1887 họ đã có được những kết quả của mình. Chúng hoàn toàn không phải là những gì hai nhà khoa học này mong đợi tìm thấy.

Theo những gì nhà vật lý học thiên thể Kip S. Thorne đã viết: “Tốc độ của ánh sáng hóa ra lại không đổi ở mọi hướng và mọi mùa”. Đó là dấu vết đầu tiên trong suốt hai trăm năm – thật vậy, chính xác là hai trăm năm – các quy luật của Newton trở thành sai lạc. Kết luận của Michelson-Morley trở thành, theo lời William H. Cropper, “có lẽ là kết luận có khả năng phủ nhận lớn nhất trong lịch sử về khoa học”. Michelson được trao giải Nobel vật lý về công trình này – ông là người Mỹ đầu tiên nhận được vinh dự này – nhưng điều này không tồn tại sau hai mươi năm. Trong khoảng thời gian đó, những thử nghiệm của Michelson-Morley vẫn khiến người ta cảm thấy khó chịu, giống như một thứ mùi ẩm mốc, trong suy nghĩ của những nhà khoa học.

Đáng chú ý, và dù với những khám phá của mình, khi thế kỷ hai mươi xuất hiện Michelson là một trong những người tin rằng khoa học sắp đi đến điểm cuối, và chỉ cần gọt dũa đôi chút.

Thực ra, dĩ nhiên, thế giới sắp sửa bước vào một kỷ nguyên khoa học mới mà nhiều người sẽ không hiểu được và không ai có thể hiểu được mọi việc. Các nhà khoa học sắp sửa nhận thấy rằng mình đang trôi dạt giữa thế giới của các hạt và các phản hạt, nơi mà mọi thứ đến rồi lại đi trong một khoảng thời gian cực ngắn, nơi mà mọi thứ đều trở thành xa lạ. Khoa học đang chuyển từ thế giới vật lý học vĩ mô, nơi mà vật chất có thể được nhìn thấy, cầm nắm, và đong đo, sang thế giới vật lý học vi mô, nơi mà mọi sự kiện xảy ra cực nhanh đến mức khó có thể hình dung được. Chúng ta sắp sửa bước vào thời đại lượng tử, và người đầu tiên đưa chúng ta đến cánh cửa này chính là nhà khoa học kém may mắn Max Planck.

Vào năm 1900, lúc này ông là nhà vật lý học lý thuyết tại Đại học Berlin và đang ở độ tuổi bốn mươi hai, Planck công bố một “thuyết lượng tử” mới, công bố này xác định rằng năng lượng không phải là thứ tồn tại liên tục giống như một dòng nước mà sẽ tập trung vào các bó riêng lẻ, được gọi là các lượng tử. Đây là một khái niệm mới lạ, và là một khái niệm tốt. Trong khoảng thời gian ngắn nó giúp người ta có được giải pháp cho những bối rối từ những thử nghiệm của Michelson-Morley, nó chứng minh được rằng ánh sáng hoàn toàn không nhất thiết phải là một dải sóng. Về lâu về dài nó đã thiết lập được cơ sở cho toàn bộ vật lý học hiện đại. Xét về mọi phương diện, nó là manh mối đầu tiên giúp thế giới thay đổi.

Nhưng sự kiện tạo bước ngoặt – sự mở màn cho thời đại mới – xuất hiện vào năm 1905, khi ấy trên tập san vật lý Đức Annalen der Physik xuất hiện một loạt các bài thuyết trình của tác giả là một viên chức Thụy Sĩ trẻ tuổi, ông hoàn toàn không theo học Đại học, không hề đến phòng thí nghiệm, và chỉ sử dụng văn phòng làm việc ở Bern, tại đó ông được thuê mướn trong vai trò là một nhân viên kỹ thuật hạng ba.

Ông tên là Albert Einstein, và trong năm có nhiều sự kiện như thế ông đã trình bày trên tập san Annalen der Physik năm bài thuyết trình, trong số này có ba bài, theo C. P. Snow, “thuộc về những bài thuyết trình vĩ đại nhất trong lịch sử vật lý học” – một khảo sát hiệu ứng quang điện bằng cách vận dụng thuyết lượng tử mới của Planck, một nói về sự hoạt động của các hạt nhỏ trong thể vẩn (ngày nay được gọi là sự chuyển động Brownian), và vạch ra Thuyết Tương đối lừng danh.

Bài thuyết trình đầu tiên đem lại cho tác giả một giải Nobel và giải thích bản chất của ánh sáng (và cũng giúp người ta phát minh ra truyền hình, và nhiều thứ khác). [3] Bài thuyết trình thứ hai cung cấp bằng chứng cho thấy rằng nguyên tử thực sự tồn tại, thật lạ, đây lại là một sự việc gây nhiều tranh cãi.

Bài thuyết trình thứ ba làm thay đổi thế giới này.

Einstein sinh năm 1879 tại Ulm, miền Nam nước Đức, nhưng lại lớn lên ở Munich. Tuổi thơ của ông gần như chẳng hứa hẹn điều gì lớn lao. Điều đáng chú ý là mãi đến khi ba tuổi ông mới bắt đầu tập nói. Vào những năm 1890, cha ông gặp thất bại trong việc kinh doanh ngành điện, gia đình chuyển đến sống tại Milan, nhưng Albert, lúc này mới là một cậu thiếu niên, đến Thụy Sĩ để tiếp tục việc học – nhưng ông thi trượt Đại học trong lần thử sức đầu tiên. Năm 1896 ông từ bỏ quốc tịch Đức để tránh bị cưỡng bách tòng quân và tham gia khóa học kéo dài bốn năm tại Học viện Zurich Polytechnic, khóa học này nhằm đào tạo các giáo viên khoa học tại các trường trung học. Ông là một học sinh thông minh nhưng không nổi bật.

Năm 1900 ông tốt nghiệp và chỉ vài tháng sau ông bắt đầu gửi các bài thuyết trình của mình cho tập san Annalen der Physik. Bài thuyết trình đầu tiên của ông, nói về chất lỏng trong ống nghiệm, xuất hiện trong cùng một tờ báo trình bày thuyết lượng tử của Planck. Từ năm 1902 đến 1904 ông trình bày một loạt các bài thuyết trình về cơ học thống kê chỉ để biết được rằng trước đó Willard Gibbs ở Connecticut đã thực hiện trình bày cùng một vấn đề như thế trong cuốn Elementary Principles of Statistical Mechanics xuất bản năm 1901.

Cũng trong thời gian đó ông phải lòng một cô bạn học sinh, một cô gái người Hungari tên là Mileva Maric. Năm 1901 họ có một đứa con ngoài giá thú, một cô con gái, họ âm thầm đem cho đứa bé làm con nuôi. Einstein không bao giờ gặp lại đứa con này. Hai năm sau, ông và Maric kết hôn. Giữa những sự kiện này, năm 1902, Einstein làm việc tại cơ quan cấp bằng sáng chế của Thụy Sĩ, ông làm việc ở đó liên tục bảy năm. Ông thích công việc này: nó có đủ sự kích thích để giúp tâm trí ông luôn bận rộn, nhưng nó vẫn không đủ sức khiến ông sao lãng trong việc nghiên cứu vật lý học. Đây là nền tảng giúp ông tạo ra Thuyết Tương đối lừng danh vào năm 1905.

Được gọi là “Thuyết điện động lực của vật thể chuyển động”, nó là một trong những bản thuyết trình khoa học phi thường nhất trong lịch sử, nó xứng đáng được như thế. Nó không có lời chú thích hay đoạn trích dẫn nào, nó gần như không liên hệ đến toán học, nó không đề cập đến bất kỳ tài liệu nào xuất hiện trước nó, và nó chỉ hàm ơn sự trợ giúp của một người duy nhất, một đồng nghiệp tại phòng cấp bằng sáng chế tên là Michele Besso. Theo những gì C. P. Snow đã viết thì, cứ như thể Einstein “đã có được những kết luận này chỉ bằng cách suy nghĩ, một mình, không nghe ý kiến của bất kỳ ai. Thật ngạc nhiên, đó chính là những gì ông ta đã thực hiện”.

Công thức nổi tiếng của ông, E = mc2, không xuất hiện trong bản thuyết trình, nhưng nó đã xuất hiện trong phần bổ sung ngắn gọn sau đó vài tháng. Bạn có thể nhớ lại những ngày mình còn đến trường, E trong công thức này là năng lượng (energy), m là khối lượng (mass), và c2 là tốc độ ánh sáng bình phương.

Chúng ta có thể phát biểu ngắn gọn là, khối lượng và năng lượng có sự tương quan. Chúng là hai hình thức của cùng một đối tượng: năng lượng là vật chất được giải phóng; vật chất là tập hợp năng lượng tích tụ. Vì c2 (bình phương tốc độ ánh sáng, tốc độ ánh sáng nhân với tốc độ ánh sáng) là một con số vô cùng lớn, thế nên phương trình này muốn nói rằng có một số năng lượng khổng lồ – một lượng thực sự lớn – tiềm ẩn trong mọi vật chất. [4]

Có thể bạn không cảm thấy khỏe lắm, nhưng nếu bạn là một người lớn trung bình bạn có thể sở hữu một số năng lượng không ít hơn 7 x 1018 Jun năng lượng tiềm tàng – đủ để nổ tung với một lực tương đương ba mươi quả bom hydro lớn. Mọi đối tượng đều sở hữu hình thức năng lượng này tiềm ẩn trong nó. Chỉ có điều là chúng ta không giỏi trong việc khai thác nó. Ngay cả một quả bom uranium – thứ mạnh mẽ nhất mà chúng ta đã tạo ra – cũng chỉ giải phóng được ít hơn một phần trăm năng lượng thực sự của nó.

Ngoài ra, học thuyết của Einstein còn giải thích được quá trình hoạt động của sự bức xạ: cách thức mà một lượng uranium có thể tạo ra một dòng suối năng lượng liên tục mà không hề tan chảy như băng tuyết. (Nó có thể làm được điều đó bằng cách chuyển hóa khối lượng thành năng lượng theo cách vô cùng hiệu quả theo công thức E = mc2). Nó giải thích được tại sao các vì sao lại có thể bốc cháy suốt hàng tỷ năm mà không tiêu hết năng lượng của chúng. (Như trên). Nhanh gọn, dứt khoát, trong một công thức đơn giản, Einstein đem lại cho các nhà địa chất và các nhà thiên văn thành quả của hàng triệu năm. Trên hết, thuyết này cũng cho thấy rằng tốc độ của ánh sáng là bất biến và cao nhất. Không gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Nó đem lại ánh sáng (theo đúng nghĩa đen) cho hiểu biết của chúng ta về bản chất của vũ trụ. Nó cũng giải quyết vấn đề thinh không phát sáng bằng cách cho thấy rõ rằng nó không tồn tại. Einstein cho chúng ta thấy rằng vũ trụ không cần có sự tồn tại của thinh không.

Theo thói quen, các nhà vật lý học không quá chú ý đến những lời thông báo của một thư ký văn phòng như thế này, và vì vậy, dù báo chí đưa tin liên tục các bài thuyết trình của Einstein chỉ thu hút được rất ít sự chú ý. Sau khi giải quyết được nhiều bí ẩn sâu sắc nhất của vũ trụ, Einstein nộp đơn xin giảng dạy tại một trường Đại học nọ và bị khước từ, và tiếp theo ông nộp đơn xin giảng dạy tại một trường trung học và cũng bị khước từ. Thế nên ông quay lại công việc cũ của mình trong vai trò là một thư ký hạng ba, nhưng dĩ nhiên ông vẫn không ngừng suy nghĩ. Ông vẫn chưa dừng lại ở đó.

Một lần nọ, khi thi sĩ Paul Valéry hỏi Einstein rằng ông có mang theo bên mình một cuốn sổ để ghi chép những ý tưởng của mình không, Einstein nhìn Valéry với vẻ ngạc nhiên. “Ô, cái đó không cần thiết”, ông đáp, “Hiếm khi nào tôi dùng sổ lắm”. Tôi không cần phải nói rằng khi ông ta có một ý tưởng nào đó thì nó thường là một ý tưởng tốt. Theo Boorse, Motz, và Weaver thì, “là sự sáng tạo của một cá nhân, rõ ràng nó là thành tựu thông minh nhất của nhân loại”.

Năm 1907, hoặc đâu đó trong khoảng thời gian này, Albert Einstein trông thấy một công nhân té ngã từ trên mái nhà và ông bắt đầu suy nghĩ về trọng lực. Các bạn biết đấy, giống như các câu chuyện ca ngợi khác, câu chuyện này dường như cũng không đích xác. Theo lời Einstein, ông đang ngồi trên một chiếc ghế thì vấn đề trọng lực xuất hiện trong tâm trí ông.

Thật vậy, những gì xảy ra với Einstein cũng gần như là điểm khởi đầu để giải quyết vấn đề trọng lực, vì trước đó, ngay từ đầu, ông đã nhận thấy rằng còn có một thiếu khuyết đối với học thuyết đặc biệt của ông, thiếu khuyết đó chính là trọng lực. Điều “đặc biệt” đối với học thuyết đặc biệt này là, nó xử lý những vật di chuyển trong trạng thái không bị cản trở. Nhưng điều gì xảy ra khi một vật đang di chuyển – trên hết là ánh sáng – nhưng lại gặp sự trở ngại chẳng hạn như trọng lực? Đây là câu hỏi ám ảnh ông suốt gần một thập kỷ sau và dẫn đến sự xuất hiện của bản thuyết trình vào năm 1917 có tiêu đề là “Cosmological Considerations on the General Theory of Relativity” (Những suy xét trong vũ trụ học về Thuyết Tương đối tổng quát). Thuyết Tương đối đặc biệt của năm 1905 là một tác phẩm quan trọng và sâu sắc, dĩ nhiên, nhưng theo lời C. P. Snow thì, nếu Einstein không nghĩ đến nó thì người khác cũng sẽ nghĩ ra, có lẽ chỉ trong vòng năm năm; nó là một ý tưởng sẵn sàng xuất hiện. Nhưng Thuyết Tương đối tổng quát này lại là thứ hoàn toàn khác. “Nếu không có nó”, Snow viết vào năm 1979, “có lẽ mãi đến ngày nay chúng ta vẫn đang chờ đợi nó xuất hiện”.

Với chiếc tẩu, thái độ ân cần và khiêm tốn, và mái tóc bị nhiễm điện, Einstein là một nhân vật quá tuyệt vời nên không thể mãi mãi bị che mờ, và vào năm 1919, chiến tranh kết thúc, thế giới đột nhiên khám phá ra ông. Gần như ngay lập tức các Học Thuyết Tương đối của ông trở nên nổi tiếng đến mức một người bình thường mãi mãi không bao giờ có được. Theo những gì David Bodanis vạch ra trong cuốn sách nổi tiếng của mình, cuốn E = mc2, tờ New York Times quyết định thực hiện một cuộc phỏng vấn và cử phóng viên Henry Crouch thực hiện cuộc phỏng vấn này.

Crouch rõ ràng là người thiếu sâu sắc, và ông gần như đã hiểu mọi việc một cách sai lạc. Một trong những sai lạc lớn nhất trong bản tường thuật của ông là sự xác nhận rằng Einstein đã tìm một nhà xuất bản đủ liều lĩnh dám xuất bản một cuốn sách mà chỉ có mười hai người “trên thế giới có thể hiểu được”. Chẳng có cuốn sách nào như thế cả, chẳng có nhà xuất bản nào như thế cả, và cũng chẳng có con số mười hai người am hiểu như thế, nhưng dù sao việc này cũng tạo ra nhiều trở ngại. Chẳng bao lâu sau, con số những người có thể hiểu được Thuyết Tương đối giảm xuống đến mức không ai có thể hình dung được.

Khi một nhà báo hỏi nhà thiên văn học người Anh, Ngài Arthur Eddington, rằng ông có phải là một trong ba người duy nhất trên thế giới có thể hiểu được các Thuyết Tương đối của Einstein không, Eddington suy nghĩ một lúc rồi đáp: “Tôi đang cố nghĩ xem ai là người thứ ba có thể hiểu được các Thuyết Tương đối này”. Thực ra, vấn đề ở đây không phải là do các Thuyết Tương đối này liên quan đến quá nhiều công thức khác nhau, hay liên quan đến các phép biến đổi của Lorentz, hoặc gồm nhiều định đề toán học phức tạp (dù rằng Einstein phải nhờ sự trợ giúp của chúng), mà vấn đề ở đây là nó hoàn toàn không thể cảm nhận được bằng trực giác.

Về cơ bản, những gì Thuyết Tương đối phát biểu là: không gian và thời gian không hoàn toàn tuyệt đối mà chỉ mang tính tương đối đối với cả đối tượng quan sát lẫn đối tượng được quan sát, và các đối tượng di chuyển càng nhanh thì những tác động này càng được thể hiện rõ rệt. Chúng ta không bao giờ có thể di chuyển với vận tốc ánh sáng, và chúng ta càng di chuyển nhanh thì những lệch lạc này càng xuất hiện rõ ràng, đối với người quan sát bên ngoài.

Gần như ngay lập tức, các nhà khoa học cố gắng tìm cách để giúp mọi người có thể thấu hiểu và vận dụng được các Thuyết Tương đối này. Một trong những nỗ lực thành công nhất – ít ra cũng về phương diện thương mại – là cuốn The ABC of Relativity của tác giả Bertrand Russell vốn là nhà toán học kiêm triết gia. Trong cuốn sách này, Russell mượn một hình ảnh đã được vận dụng nhiều lần trong lịch sử. Ông yêu cầu độc giả hình dung một đoàn xe lửa dài một trăm yard (1 yard = 0,914 met) di chuyển với tốc độ bằng sáu mươi phần trăm tốc độ ánh sáng. Đối với một người đang đứng tại sân ga để quan sát, đoàn tàu dường như chỉ dài 7,312 met và mọi thứ trên nó dường bị nén lại. Nếu chúng ta có thể nghe được các hành khách trên đoàn xe lửa này trò chuyện, giọng nói của họ sẽ trở thành âm thanh líu nhíu và “nhão”, giống như một bản nhạc được phát với tốc độ quá chậm, và sự chuyển động của họ dường như rất chậm. Ngay cả những chiếc đồng hồ trên đoàn xe lửa cũng dường như chạy với vận tốc bằng bốn phần năm vận tốc bình thường của chúng.

Tuy nhiên – vấn đề là ở đây – những người trên đoàn xe lửa lại không có cảm giác lệch lạc này. Với họ, mọi thứ trên đoàn xe lửa đều dường như khá bình thường. Họ chỉ nhận thấy rằng chúng ta, những người đứng tại sân ga, có vẻ như bị nén nhỏ lại và di chuyển chậm lại. Bạn thấy đấy, tất cả đều tùy thuộc vào vị trí của bạn trong mối quan hệ với đối tượng chuyển động.

Thực ra thì hiệu ứng này xảy ra mỗi khi bạn di chuyển. Bạn hãy bay xuyên Hoa Kỳ, và bạn sẽ bước xuống từ máy bay, lúc này bạn trẻ hơn một phần rất nhỏ của giây so với những người bạn đã bỏ lại phía sau. Ngay cả khi bạn bước ngang qua phòng bạn cũng sẽ thay đổi trải nghiệm về thời gian và không gian của mình. Người ta tính toán được rằng một quả bóng chày được ném với vận tốc một trăm dặm một giờ sẽ tăng thêm 0,000000000002 gam trọng lượng. Thế nên hiệu ứng của Thuyết Tương đối là có thật và đã được đo lường. Vấn đề ở đây là những thay đổi như thế quá nhỏ nên không thể tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào để chúng ta có thể cảm nhận được bằng trực giác. Nhưng đối với các đối tượng khác trong vũ trụ – ánh sáng, trọng lực, và chính vũ trụ – thì vấn đề này lại tác động mạnh đến chúng.

Thế nên nếu những ý tưởng về sự tương đối ở đây có vẻ khó hiểu, đó chỉ là do chúng ta không cảm nhận được những tương tác này trong đời sống bình thường. Tuy nhiên, quay lại với Bodanis, tất cả chúng ta đều chịu tác động của một hình thức tương đối khác – ví dụ với âm thanh. Nếu bạn ngồi tại một công viên và một ai đó đang chơi nhạc ồn ào, bạn biết rằng nếu bạn di chuyển cách xa nơi này thì âm thanh dường như trở nên êm ả hơn. Sở dĩ như thế không phải là vì âm thanh thực sự trở nên êm ả hơn, dĩ nhiên, mà chỉ đơn giản vì vị trí của bạn trong mối quan hệ với nó đã thay đổi.

Thuyết Tương đối khó cảm nhận bằng trực giác nhất và thử thách nhất chính là ý tưởng rằng thời gian là một phần của không gian. Chúng ta có xu hướng cho rằng thời gian là thứ vĩnh cữu, tuyệt đối, bất biến – không gì có thể tác động đến nó. Thực ra, theo Einstein, thời gian có thể thay đổi và liên tục thay đổi. Thậm chí nó còn có hình dạng. Nó gắn liền – “có quan hệ chặt chẽ”, theo lời Stephen Hawking – với ba chiều của không gian trong một phạm trù nghe có vẻ kỳ lạ là không-thời gian.

Không-thời gian thường được giải thích bằng cách yêu cầu bạn hình dung một thứ gì đó phẳng nhưng mềm dẻo – chẳng hạn một tấm đệm, hoặc một tấm cao su được kéo căng ra – trên đó là một vật nặng tròn, chẳng hạn một quả bóng sắt. Trọng lượng của hòn bi sắt khiến mặt phẳng này căng ra và trũng xuống. Điều này có thể so sánh tương tự với tác động của một vật khổng lồ chẳng hạn như mặt trời (quả bóng sắt) đối với không-thời gian (tấm đệm hoặc tấm cao su): nó kéo căng, bẻ cong, và làm oằn không-thời gian. Lúc này nếu bạn lăn một quả bóng nhỏ hơn ngang qua chất liệu này (tấm đệm hoặc tấm cao su), nó cố gắng di chuyển theo một đường thẳng theo đúng các định luật chuyển động của Newton, nhưng khi nó đến gần đối tượng lớn hơn này và gần con dốc của vùng trũng, nó lăn xuống, bị hút thẳng vào vật lớn hơn này. Đây là trọng lực – một sản phẩm được tạo ra bởi sự uốn cong của không-thời gian.

Mọi đối tượng có khối lượng đều tạo ra sự cong oằn trong kết cấu vũ trụ. Thế nên vũ trụ, theo Dennis Overbye, là “một tấm đệm trũng khổng lồ”. Trọng lực ở đây không còn là một sản phẩm – “không phải là một ‘lực’ mà là một sản phẩm phụ trong quá trình bẻ cong không-thời gian”, theo lời nhà vật lý học Michio Kaku, “Xét một khía cạnh nào đó, trọng lực không còn tồn tại; những gì làm di chuyển các hành tinh và các vì sao chính là sự vặn xoắn của không gian và thời gian”.

Dĩ nhiên cách giải thích như thế này chỉ có thể đưa chúng ta đến được đây vì nó không kết hợp được tác động của thời gian.

Nhưng khi đó suy nghĩ của chúng ta chỉ có thể đưa chúng ta đến được đó vì chúng ta gần như không thể hình dung một phạm trù gồm có ba phần không gian với một phần thời gian, tất cả đan xen với nhau giống như những sợi chỉ trong khung cửi. Trong mọi trường hợp, tôi nghĩ chúng ta có thể đồng ý rằng đây là một suy nghĩ vô cùng lớn đối với một chàng trai trẻ đang nhìn ra cửa sổ từ một văn phòng tại thủ đô Thụy Sĩ.

Trong số nhiều thành tựu khác nhau, Thuyết Tương đối tổng quát của Einstein đề xuất rằng vũ trụ ắt hẳn hoặc liên tục nở rộng hoặc liên tục co lại. Nhưng Einstein không phải là một nhà thiên văn, và ông chấp nhận hiểu biết hiện thời cho rằng vũ trụ là cố định và vĩnh cữu. Hơi mâu thuẫn với chính mình, ông đưa vào các phương trình của mình thứ được gọi là hằng số vũ trụ, hằng số này tùy tiện làm đối trọng với hiệu ứng của trọng lực, đóng vai trò là nút tạm ngưng trong toán học. Các sách nói về lịch sử khoa học đều thứ lỗi cho Einstein về sai sót này, nhưng thực ra đây là một thiếu sót khá lớn trong khoa học và ông biết điều đó. Ông gọi đó là “điều ngớ ngẩn lớn nhất trong đời tôi”.

Rất trùng hợp, tại thời điểm Einstein đang đưa hằng số vũ trụ vào học thuyết của mình, tại đài thiên văn Lowell thuộc Arizona, một nhà thiên văn tên gọi Vesto Slipher (thực ra quê ông ở Indiana) đang đọc các tài liệu phổ ký về các vì sao ở rất xa và khám phá được rằng chúng dường như đang di chuyển ngày càng xa chúng ta hơn. Vũ trụ không hề tĩnh tại. Những vì sao mà Slipher quan sát thể hiện các dấu hiệu biến đổi âm Doppler [5] – cơ chế giống như sự thay đổi âm yee sang âm yummm mà xe hơi thường tạo ra khi chúng chạy vụt qua đường đua. Hiện tượng này cũng được áp dụng cho ánh sáng, và trong trường hợp các dải ngân hà đang lùi xa thì nó có màu đỏ (vì khi ánh sáng di chuyển hướng xa chúng ta thì nó chuyển sang màu đỏ; khi nó di chuyển hướng về chúng ta thì nó có màu xanh biển).

Slipher là người đầu tiên nhận thấy hiệu ứng này đối với ánh sáng và ông ý thức được ý nghĩa quan trọng của nó đối với sự hiểu biết về sự chuyển động của vũ trụ. Đáng tiếc là không ai hiểu được hết giá trị của việc này. Đài thiên văn Lowell, bạn có thể nhớ lại, được xây dựng từ sự ám ảnh của Percival Lowell về các con kênh trên sao Hỏa, được xây dựng vào những năm 1910, là thành tựu nổi bật của thiên văn học. Slipher không hiểu được Thuyết Tương đối của Einstein, và thế giới, tương tự, cũng không hiểu được Slipher. Thế nên khám phá của ông không tạo ra ảnh hưởng gì.

Thay vì thế, niềm vinh dự này lại chuyển sang cho Edwin Hubble. Hubble sinh năm 1889, mười năm sau Einstein, tại thị trấn nhỏ Missouri ở vùng ven Ozarks, ông lớn lên ở đó và ở Wheaton, Illinois, ngoại ô Chicago. Cha ông là ủy viên bảo hiểm thành công, thế nên đời sống của ông luôn sung túc, và Edwin cũng được thừa hưởng nhiều tài sản lớn. Ông là người mạnh khỏe, có năng khiếu thể thao, duyên dáng, thông minh, và ngoại hình đẹp – “vô cùng đẹp trai” theo sự mô tả của William H. Cropper, “một thanh niên đẹp trai” theo lời một người hâm mộ khác. Theo những mô tả về ông, ông cũng sống một đời dũng cảm – cứu người chết đuối, dẫn đầu một đoàn quân chiến thắng tại các chiến trường ở Pháp, là tay chơi quyền anh nổi tiếng với những cú đấm có thể hạ đo ván đối phương. Đúng vậy. Vì tài năng của mình, Hubble cũng là người hay nói dối.

Điều này khá kỳ quặc, vì đời sống của Hubble ngay từ nhỏ đã gắn liền với sự xuất chúng đôi khi huy hoàng đến mức lố lăng. Tại cuộc hội thao các trường trung học năm 1906, ông giành chiến thắng trong môn nhảy sào, đẩy tạ, ném đĩa, quăng búa, nhảy cao và nhảy cao tại chỗ, và chạy tiếp sức đồng đội. Cũng trong năm đó ông thiết lập kỷ lục nhảy cao tại Illinois.

Trong vai trò là nhà nghiên cứu ông cũng tài giỏi không kém, và ông dễ dàng được nhận vào nghiên cứu vật lý và thiên văn tại Đại học Chicago (rất ngẫu nhiên, lúc này Albert Michelson là trưởng bộ phận này). Tại đây ông được bầu chọn là một trong những nhà nghiên cứu Rhodes tại Oxford. Ba năm sống tại Anh rõ ràng đã thay đổi suy nghĩ của ông, vì khi ông quay về Wheaton vào năm 1913 ông có thói quen mặc áo choàng ê-cốt, ngậm tẩu, và giọng nói đặc biệt trang nghiêm. Dù rằng sau đó ông khẳng định rằng mình đã trải qua gần hai mươi năm tại Kentucky, thực ra ông đã làm việc trong vai trò là giáo viên trung học và huấn luyện viên bóng rổ tại New Albany, Indiana, trước khi có được bằng Tiến sĩ và phục vụ quân ngũ ngắn hạn. (Ông đến Pháp một tháng trước khi có thỏa thuận ngừng bắn và gần như ông chưa bao giờ nghe thấy tiếng súng nổ trong sự tức giận).

Năm 1919, ở độ tuổi ba mươi, ông chuyển đến California và đảm nhận vị trí tại đài thiên văn trên đỉnh Wilson gần Los Angeles. Ngay lập tức, ông trở thành nhà thiên văn học nổi tiếng của thế kỷ hai mươi.

Chúng ta cũng nên ngừng lại một chút để nói về những hạn hẹp đối với hiểu biết của con người về vũ trụ vào thời điểm đó. Ngày nay các nhà thiên văn tin rằng có lẽ có khoảng 140 tỷ dải ngân hà trong vũ trụ mà chúng ta có thể nhìn thấy được. Đó là một con số khổng lồ, lớn hơn nhiều so với những gì bạn nghĩ. Nếu các dải ngân hà là các hạt đậu bị đóng băng, nó sẽ đủ để lấp đầy một hội trường rộng – chẳng hạn như Hội trường Royal Albert. (Một nhà vật lý học thiên thể tên là Bruce Gregory đã tính toán được điều này). Vào năm 1919, khi Hubble lần đầu tiên đặt mắt mình vào thị kính, con số các dải ngân hà này chỉ là một: dải ngân hà Milky Way. Tất cả những thứ còn lại đều được cho rằng hoặc là một phần của Milky Way hoặc là một trong nhiều đám khí ngoại biên. Hubble nhanh chóng chứng minh được rằng suy nghĩ đó là sai lạc.

Trong suốt một thập niên sau đó, Hubble xử lý hai trong số những vấn đề cơ bản nhất về vũ trụ: nó bao nhiêu tuổi, và nó to lớn đến mức nào? Để trả lời được hai câu hỏi này thì chúng ta nhất định phải hiểu hai việc – các dải ngân hà cách chúng ta bao xa và chúng di chuyển xa dần chúng ta với tốc độ bao nhiêu. Ánh sáng đỏ cho thấy rằng các dải ngân hà đang di chuyển xa dần chúng ta, nhưng nó không cho chúng ta biết được rằng chúng cách chúng ta bao xa. Để biết được điều đó chúng ta cần có thứ được gọi là “những ngọn nến chuẩn” – các vì sao có ánh sáng dễ dàng tính toán chính xác và được vận dụng trong vai trò là các điểm chuẩn để đo lường độ sáng (và cả khoảng cách tương đối) của các vì sao khác.

Vận may của Hubble đến sau khi một phụ nữ tài ba tên gọi Henrietta Swan Leavitt tìm được cách để thực hiện điều đó. Leavitt làm việc tại đài thiên văn Đại học Havard trong vai trò là chuyên gia tính toán, theo chúng tôi biết. Các chuyên gia tính toán dành cả đời để nghiên cứu các hình ảnh của các vì sao và thực hiện công việc tính toán – đây là tên gọi cho nghề nghiệp của họ. Đây là một công việc khá vất vả, nhưng vào những ngày đó thì đây là công việc có khả năng giúp một phụ nữ có thể trở thành một nhà thiên văn thực sự tại Havard.

Một chuyên gia tính toán của Havard, Annie Jump Cannon, đã vận dụng sự quen thuộc nhuần nhuyễn của mình đối với các vì sao để tạo ra một hệ thống phân loại các vì sao, phương pháp này có giá trị thực tiễn cao đến mức ngày nay nó vẫn được vận dụng. Đóng góp của Leavitt thậm chí còn sâu sắc hơn. Cô nhận thấy rằng một loại sao được gọi là các sao Cepheid (sau chòm sao Cepheus, nơi nó được nhận diện lần đầu tiên) liên tục dao động với sự nhịp nhàng – một hình thức nhịp (tim) đập của các vì sao. Sao Polaris (sao Bắc cực) là một vì sao loại Cepheid.

Ngày nay chúng ta biết rằng sở dĩ các sao Cepheid dao động nhịp nhàng như thế là vì chúng là những vì sao khá già cỗi đã vượt qua “thời kỳ chính của chúng”, theo cách nói của các nhà thiên văn, và trở thành những vì sao khổng lồ màu đỏ. Hóa học về các vì sao khổng lồ màu đỏ có ý nghĩa quan trọng đối với những cân nhắc của chúng ta ở đây (nó đòi hỏi sự hiểu biết về các đặc tính của các nguyên tử heli được ion hóa, và nhiều yếu tố khác), nhưng ở đây đơn giản nó có ý nghĩa là, chúng đốt cháy nhiên liệu còn lại của chúng theo cách có thể tạo ra được ánh sáng có cường độ mạnh và rất nhịp nhàng. Tài năng của Leavitt ở đây là qua việc so sánh độ sáng biểu kiến của các vì sao Cepheids tại những điểm khác nhau trên bầu trời cô có thể xác định được vị trí của chúng trong mối quan hệ với nhau. Chúng có thể được vận dụng trong vai trò là “các ngọn nến chuẩn” – cụm từ mà cô nghĩ ra và vẫn được sử dụng đến ngày nay. Phương pháp này không những giúp chúng ta xác định được các khoảng cách tương đối mà còn giúp chúng ta xác định được các khoảng cách chính xác, đây là lần đầu tiên có người tìm được phương pháp tiện dụng để đo lường vũ trụ bao la này.

(Khi nói đến những việc này, có lẽ chúng ta cũng nên lưu ý rằng vào thời điểm đó Leavitt và Cannon chỉ đề cập đến những đặc tính cơ bản của vũ trụ từ những dấu vết mờ mờ trên những hình ảnh chụp được về vũ trụ; nhà thiên văn học của Havard, William H. Pickering, dĩ nhiên ông có thể quan sát vũ trụ bằng loại kính thiên văn hạng nhất bất cứ lúc nào ông muốn, đã phát triển học thuyết phôi thai của mình cho rằng những vết đen trên mặt trăng được tạo ra bởi vố số các côn trùng di trú theo mùa).

Kết hợp tiêu chuẩn so sánh vũ trụ của Leavitt với khám phá về sự thay đổi ánh sáng sang màu đỏ của Vesto Slipper, lúc này Edwin Hubble bắt đầu đo lường các điểm đã chọn trong không gian bằng một tư duy mới. Năm 1923 ông cho thấy rằng luồng khí mỏng ở chòm sao Andromeda được gọi là M31 hoàn toàn không phải là đám mây khí mà là ánh sáng của các vì sao, một dải ngân hà độc lập, có bề rộng khoảng một trăm nghìn năm ánh sáng và cách xa chúng ta ít nhất chín trăm nghìn năm ánh sáng. Vũ trụ này to lớn hơn nhiều – rất nhiều – so với những gì bất kỳ ai có thể hình dung. Năm 1924 ông trình bày một bản thuyết trình có khả năng tạo bước ngoặt, “Cepheids in Spiral Nebulae”, trong đó ông nói rằng vũ trụ không chỉ gồm có dải ngân hà Milky Way mà còn có nhiều dải ngân hà độc lập khác, đại đa số chúng lớn hơn so với Milky Way và cách chúng ta rất xa.

Chỉ khám phá này thôi cũng đủ để đem lại danh tiếng cho Hubble, nhưng lúc này ông lại chuyển sang tìm hiểu xem vũ trụ này to lớn đến mức nào, và ông đã thực hiện một khám phá thậm chí còn tạo ấn tượng lớn hơn. Hubble bắt đầu đo lường các quang phổ của các dải ngân hà ở xa – công việc mà trước đó Slipher đã thực hiện tại Arizona. Sử dụng kính thiên văn hiện đại tại đỉnh Wilson và những suy luận sắc sảo, ông khám phá được rằng mọi dải ngân hà trên bầu trời (ngoại trừ dải ngân hà của chúng ta) đang di chuyển hướng ra xa chúng ta. Hơn nữa, tốc độ và khoảng cách của chúng tương ứng với khoảng cách: chúng càng di chuyển xa thì chúng càng di chuyển nhanh.

Đây là điều đáng ngạc nhiên. Vũ trụ liên tục nở rộng, rất nhanh và hướng về mọi hướng. Chúng ta có thể hình dung rằng ắt hẳn chúng đã di chuyển xuất phát từ một điểm trung tâm nào đó. Khác xa với trạng thái vĩnh cửu và cố định mà trước đó mọi người luôn tin chắc, đây là một vũ trụ có điểm khởi đầu. Thế nên nó có thể có điểm kết thúc.

Theo ghi chú của Stephen Hawking, điều băn khoăn của chúng ta ở đây là trước đó chưa ai hình dung được sự nở rộng của vũ trụ. Một vũ trụ tĩnh tại, theo Newton và mọi nhà thiên văn học trước đó, trở thành một khái niệm hoàn toàn sai lạc. Ngoài ra còn có một vấn đề là: nếu mọi vì sao bốc cháy đến vô hạn trong một vũ trụ bất động thì chúng đã khiến cho toàn vũ trụ này trở nên vô cùng nóng bức – rõ ràng là quá nóng để chúng ta có thể tồn tại. Một vũ trụ liên tục chuyển động, liên tục nở rộng, giúp chúng ta giải quyết được triệt để đa số những vấn đề này.

Hubble tỏ ra giỏi hơn nhiều trong vai trò là chuyên gia quan sát so với vai trò là nhà tư tưởng và ông không lập tức đánh giá cao ý nghĩa của những gì mình đã khám phá. Một phần là do ông hoàn toàn không biết gì về Thuyết Tương đối Tổng quát của Einstein. Đây là điều khá kỳ lạ, vì lúc này Einstein và Thuyết Tương đối của ông đã nổi tiếng khắp thế giới. Hơn nữa, vào năm 1929 Albert Michelson – lúc này đã ở tuổi xế chiều nhưng vẫn còn là một trong những nhà khoa học xuất chúng và được yêu mến nhất – đã chọn vị trí tại đỉnh Wilson để đo lường vận tốc của ánh sáng bằng dụng cụ đo giao thoa đáng tin cậy của mình, và ắt hẳn ông đã đề cập với Hubble về ứng dụng của Thuyết Tương đối của Einstein vào những khám phá của ông.

Nói gì thì nói, Hubble đã không tận dụng được Thuyết Tương đối của Einstein khi có cơ hội. Thay vì thế, người làm được việc này lại là một linh mục kiêm nhà nghiên cứu người Bỉ (với bằng Tiến sĩ do MIT cấp) tên là Georges Lemaitre. Ông kết hợp hai nguồn kiến thức quan trọng này trong “thuyết pháo hoa” của mình, thuyết này đề xuất rằng vũ trụ khởi đầu là một điểm hình học, “hạt nhân nguyên sinh”, hạt nhân này nổ bùng lên và tạo thành các thiên thể chuyển động trên bầu trời mãi đến nay. Đó là một ý tưởng cơ sở cho khái niệm về Big Bang hiện đại nhưng ngoài ra Lemaitre dường như chẳng nói thêm bất kỳ điều gì khác. Thế giới này cần thêm vài thập niên nữa, sau đó là khám phá vô tình về sự bức xạ nền của vũ trụ bởi Penzias và Wilson tại New Jersey (đã trình bày ở phần trước) trước khi có sự xuất hiện của học thuyết thú vị về Big Bang.

Năm 1936 Hubble xuất bản cuốn sách nổi tiếng, The Realm of the Nebulae, cuốn sách này giải thích theo phong cách vui nhộn về những khám phá đáng kể của ông. Cuối cùng, trong cuốn sách này ông khẳng định rằng trước đó ông đã tìm hiểu Thuyết Tương đối của Einstein – ở một mức độ nào đó: ông dành bốn trang trong số hai trăm trang của cuốn sách để nói về việc này.

Hubble qua đời do bởi triệu chứng tim mạch vào năm 1953. Điều kỳ quặc cuối cùng đang chờ đợi ông. Vì những lý do bị che giấu trong sự bí ẩn, vợ không chấp nhận tổ chức đám tang và không bao giờ tiết lộ về việc bà ấy đã làm gì với thi thể của ông. Nửa thế kỷ sau người ta vẫn không biết nơi ở của nhà thiên văn học vĩ đại nhất của thế kỷ này. Để tưởng niệm Hubble bạn hãy nhìn lên bầu trời và hãy đến tham quan đài thiên văn Hubble Space Telescope, được xây dựng năm 1990 và đặt tên theo ông để tỏ lòng kính trọng ông.

____________

[1] Đặc biệt entrôpi là phép đo lường sự bừa bộn hoặc sự mất trật tự của một hệ thống. Darrell Ebbing, trong cuốn General Chemistry, đề nghị chúng ta hãy hình dung một cỗ bài. Một cỗ bài mới được lấy ra từ một chiếc hộp, được sắp xếp theo thứ tự từ quân ách (ace) đến quân già (king), có thể được xem là đang ở tình trạng có trật tự. Bạn hãy xáo các quân bài này và bạn đặt chúng trong tình trạng mất trật tự. Entrôpi là một phương pháp để đo lường xem nó mất trật tự đến mức nào và xác định khả năng có thể xảy ra với những bước xáo trộn tiếp theo. Dĩ nhiên, nếu bạn muốn có được những hiểu biết tốt hơn thì bạn cần phải biết các khái niệm khác chẳng hạn như sự bất biến nhiệt, khoảng cách lưới, và các mối quan hệ hóa học lượng pháp, nhưng đây chỉ là một ý tưởng khái quát.

[2] Planck là người kém may mắn trong đời. Người vợ đầu tiên của ông qua đời khi còn rất trẻ vào năm 1909, và con trai nhỏ của ông bị thiệt mạng trong cuộc Chiến tranh thế giới lần thứ nhất, ông cũng có hai đứa con gái song sinh mà ông rất yêu quý. Một người qua đời trong khi đang sinh đẻ. Cô con gái còn lại chăm sóc em bé và đem lòng yêu thương người anh rể. Họ kết hôn và hai năm sau cô ấy qua đời cũng trong khi đang sinh đẻ. Năm 1944, khi Planck được tám mươi lăm tuổi, một quả bom của phe Đồng minh rơi trúng nhà ông khiến ông mất hết mọi thứ – các bản thuyết trình, sách vở, tài liệu, sổ nhật ký, tất cả tài sản. Một năm sau, người con trai còn lại duy nhất của ông bị bắt giữ trong một âm mưu ám sát Hitler và bị hành quyết.

[3] Einstein được kính trọng, có phần không cụ thể, “về sự phục vụ dành cho vật lý học lý thuyết”. Ông đã phải đợi mười sáu năm, mãi đến năm 1921, mới được tặng giải Nobel – một khoảng thời gian khá dài, nhưng vẫn chưa là gì so với Frederick Reines, ông khám phá ra nơtrinô vào năm 1957 nhưng không nhận được giải Nobel mãi đến năm 1995, sau ba mươi tám năm, hoặc so với Ernst Ruska, ông phát minh ra kính hiển vi điện tử vào năm 1932 và nhận giải Nobel năm 1986, hơn nửa thế kỷ trôi qua. Vì giải Nobel không bao giờ được trao tặng sau khi tác giả qua đời, nên yếu tố tuổi thọ cũng đóng vai trò quan trọng không kém gì yếu tố tài năng của người nhận giải.

[4] Tại sao c lại là ký tự tượng trưng cho tốc độ ánh sáng lại là một việc bí ẩn. Nhưng David Bodanis đề xuất rằng có lẽ nó xuất nguồn từ tiếng La Tinh celeritas, có nghĩa là sự nhanh lẹ. Ấn bản từ điển Oxtord English Dictionary, được biên soạn mười năm trước khi học thuyết này ra đời, xác nhận c là ký tự tượng trưng cho nhiều thứ, từ carbon cho đến cricket, nhưng không đề cập đến việc nó là ký tự tượng trưng cho tốc độ ánh sáng.

[5] Được đặt tên theo Joham Christian Doppler, một nhà vật lý người Áo, ông là người đầu tiên nhận ra hiệu ứng này vào năm 1842. Nói ngắn gọn, khi một vật chuyển động hướng về phía một vật tĩnh tại thì các sóng âm của nó bị dồn nén lại khi chúng va phải bất kỳ thiết bị nào nhận chúng (chẳng hạn như tai bạn), cũng giống như khi một vật nào đó bị đẩy mạnh từ phía sau hướng về phía một vật bất động. Người nghe cảm nhận âm thanh bị dồn nén này giống như loại âm thanh được đưa lên tần số cao (tiếng yee). Khi nguồn âm này kết thúc, các sóng âm bị kéo dài ra, khiến cao độ bị kéo xuống đột ngột (tiếng yummm).