Ngoài hy vọng của tôi về thám hiểm không gian, tương lai sẽ như thế nào và khoa học có thể giúp chúng ta bằng cách nào?

Bức tranh quen thuộc về khoa học trong tương lai được trình bày trong các seri khoa học giả tưởng như Star Trek. Các nhà sản xuất Star Trek thậm chí thuyết phục tôi tham gia, mặc dù khá khó khăn.

Chuyện đó rất khôi hài nhưng tôi kể nó ra để bàn về một vấn đề hệ trọng hơn. Gần như tất cả viễn cảnh về tương lai mà chúng ta thấy được từ thời nhà văn H.G Wells trở đi về cơ bản là tĩnh tại. Họ trình ra một xã hội mà trong đa số trường hợp là đi trước xã hội chúng ta quá xa, về khoa học, công nghệ và về tổ chức chính trị (điều cuối cùng có thể không khó lắm).

Trong khoảng thời gian giữa hiện nay và khi đó chắc hẳn phải có những thay đổi lớn với những căng thẳng và xáo trộn kèm theo. Nhưng, vào lúc này, trong cái tương lai mà chúng ta được cho biết đó, khoa học, công nghệ và tổ chức xã hội được xem là đã đạt tới mức độ gần như hoàn thiện.

Tôi nghi ngờ bức tranh này và thắc mắc liệu có bao giờ chúng ta chạm tới trạng thái ổn định cuối cùng của khoa học và công nghệ không. Chưa khi nào trong suốt 10.000 năm từ Kỷ Băng hà cuối cùng, loài người từng đạt được trạng thái tri thức không đổi và công nghệ cố định.

Đã có vài trở lực như cái mà chúng ta quen gọi là thời kỳ tối tăm sau sự sụp đổ của đế chế La Mã. Nhưng, dân số thế giới, vốn là thước đo khả năng công nghệ của chúng ta trong việc bảo tồn sự sống và cung cấp thức ăn cho bản thân, không ngừng tăng cao, tuy có vài trục trặc kiểu như đại dịch "Cái chết Đen".

200 năm gần đây có những thời gian dân số tăng theo hàm mũ - và dân số thế giới đã nhảy từ 1 tỷ lên khoảng 7,6 tỷ. Các thước đo khác của việc phát triển công nghệ trong thời gian gần đây là mức tiêu thụ điện năng hoặc số bài báo khoa học. Chúng cũng tăng trưởng gần như theo hàm mũ.

Thật vậy, hiện nay, chúng ta đang có những kỳ vọng cao đến nỗi một số người cảm thấy bị các nhà chính trị và nhà khoa học đánh lừa vì chúng ta vẫn chưa đạt được những viễn cảnh không tưởng về tương lai. Chẳng hạn, bộ phim 2001: A Space Odyssey đưa chúng ta đến với một căn cứ trên Mặt Trăng và phóng một chuyến bay cung ứng, hoặc tôi có thể nói là chở con người, tới Mộc tinh.

Hình ảnh trong Star Trek: Discovery mùa 4. Ảnh: CBS Studios.

Không có dấu hiệu nào cho thấy sự phát triển khoa học và công nghệ sẽ đột ngột chậm lại và dừng hẳn trong tương lai gần. Chắc là không phải vào thời của Star Trek, khoảng 350 năm nữa thôi. Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng hiện tại sẽ không thể duy trì trong thiên niên kỷ tiếp theo.

Vào khoảng năm 2600, dân số thế giới sẽ chen chúc vai kề vai và việc tiêu thụ điện năng sẽ làm cho Trái Đất nóng đỏ rực lên. Nếu xếp kế tiếp nhau các cuốn sách mới sẽ xuất bản, thì với nhịp độ sản xuất sách hiện nay, bạn chắc phải chuyển động với tốc độ 145 km một giờ mới theo kịp được điểm cuối của dãy sách. Tất nhiên, vào năm 2600, các công trình nghệ thuật và khoa học sẽ xuất hiện dưới dạng điện tử hơn là các cuốn sách và bài báo hiện hữu.

Dù sao đi nữa, nếu mức tăng trưởng theo hàm mũ vẫn được duy trì, thì cứ mỗi giây sẽ xuất hiện mười bài báo trong lĩnh vực vật lý lý thuyết của tôi, và chẳng có đủ thời gian để mà đọc chúng.

Rõ ràng là mức độ tăng trưởng theo hàm mũ như hiện nay không thể duy trì mãi mãi. Vậy thì điều gì sẽ xảy ra? Một khả năng là chúng ta sẽ tự diệt vong bởi thảm họa nào đó, chiến tranh hạt nhân chẳng hạn. Thậm chí cho dù không tự hủy hoại hoàn toàn, có khả năng chúng ta sẽ rơi vào tình trạng tàn bạo và dã man, giống như cảnh mở màn của phim Terminator (Kẻ hủy diệt).

Chúng ta sẽ phát triển khoa học và công nghệ như thế nào trong suốt thiên niên kỷ tiếp theo? Rất khó trả lời. Tuy nhiên, cho phép tôi liều lĩnh đệ trình các dự đoán của mình về tương lai. Tôi có chút cơ may để đoán đúng cho khoảng một trăm năm tiếp theo, nhưng với thời gian còn lại của thiên niên kỷ thì sẽ là một sự suy đoán tùy tiện.

Những hiểu biết khoa học hiện đại của chúng ta đã bắt đầu khoảng cùng thời gian người châu Âu định cư ở Bắc Mỹ và đến cuối thế kỷ 19, dường như chúng ta đã đạt được sự hiểu biết trọn vẹn về vũ trụ theo những gì mà hiện nay được gọi là các định luật cổ điển.

Nhưng như chúng ta đã biết, vào thế kỷ 20, các quan sát bắt đầu cho thấy rằng năng lượng gồm những gói nhỏ gián đoạn gọi là lượng tử và một loại hình lý thuyết mới gọi là cơ học lượng tử đã được Max Planck và những người khác đề xuất. Lý thuyết này trình ra một bức tranh hoàn toàn khác về thực tại, trong đó các vật không có một lịch sử duy nhất riêng lẻ, mà có mọi lịch sử có thể với xác suất của riêng mình.

Khi ta đi sâu xuống các hạt đơn lẻ, những lịch sử của hạt có thể bao gồm cả những quỹ đạo mà chúng di chuyển nhanh hơn ánh sáng và thậm chí cả những quỹ đạo mà chúng quay về quá khứ. Tuy nhiên, những quỹ đạo quay về quá khứ của chúng không phải là vô vị như kiểu các thiên thần khiêu vũ trên đầu đinh ghim. Chúng có những hệ quả thực sự quan sát được.

Ngay cả cái mà chúng ta xem là không gian trống rỗng cũng chứa đầy các hạt chuyển động theo những vòng khép kín trong không gian và thời gian. Điều đó nghĩa là chúng chuyển động hướng về tương lai ở một phía của vòng và hướng về quá khứ ở phía kia.

Cái khó là vì có vô số điểm trong không gian và thời gian, nên có vô số các vòng khép kín khả dĩ của hạt. Và, vô số vòng hạt kín sẽ có năng lượng lớn vô hạn và sẽ làm không gian và thời gian cong đến mức quy về chỉ một điểm.

Ngay cả tiểu thuyết khoa học giả tưởng cũng chẳng thể nghĩ ra cái gì kỳ quặc như thế. Việc xử lý lượng năng lượng vô hạn này đòi hỏi một cách giải thích thực sự sáng tạo và nhiều công trình về vật lý lý thuyết trong hai mươi năm gần đây đã tìm kiếm một lý thuyết, trong đó số vô hạn các vòng kín trong không và thời gian triệt tiêu lẫn nhau. Chỉ khi đó chúng ta mới có thể thống nhất lý thuyết lượng tử với tương đối tổng quát của Einstein và đạt được một lý thuyết hoàn chỉnh về các quy luật cơ bản của vũ trụ.

Đâu là triển vọng của việc chúng ta sẽ phát minh ra lý thuyết hoàn chỉnh này trong thiên niên kỷ tiếp theo? Tôi muốn nói rằng triển vọng là rất tốt nhưng nói vậy bởi tôi là người lạc quan. Vào năm 1980, tôi đã nói rằng theo tôi thì cơ hội 50 - 50 là chúng ta sẽ phát minh ra lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh trong hai mươi năm tới.

Từ khi đó đến nay, chúng ta đã đạt được tiến bộ đáng kể, nhưng khoảng cách tới lý thuyết cần có thì vẫn xa xăm như thế. Có phải chiếc Chén Thánh của vật lý sẽ cứ mãi mãi ở ngoài tầm tay của chúng ta? Tôi không nghĩ vậy.

Vào đầu thế kỷ 20, chúng ta đã hiểu được cách thức vận hành của tự nhiên ở thang kích thước của vật lý cổ điển, nhỏ tới khoảng một phần trăm milimet. Các thành tựu về vật lý nguyên tử trong ba mươi năm đầu của thế kỷ đã đưa hiểu biết của chúng ta đến những kích thước nhỏ hơn, tới một phần triệu milimet. Rồi từ đó, việc nghiên cứu vật lý hạt nhân và vật lý năng lượng cao đã mang chúng ta tới những thang kích thước hàng tỷ lần nhỏ hơn nữa.

Dường như chúng ta có thể tiếp tục phát hiện các cấu trúc ở thang kích thước nhỏ nữa và nhỏ nữa. Tuy nhiên, có một giới hạn với chuỗi này giống như với chuỗi các búp bê Nga lồng vào nhau. Rốt cuộc, ta cũng lấy ra con búp bê nhỏ nhất, nó không thể tiếp tục tháo ra được nữa.

Trong vật lý, con búp bê nhỏ nhất có tên là độ dài Planck, là một milimet chia cho 100.000 tỷ tỷ tỷ. Chúng ta chưa có khả năng xây dựng các máy gia tốc hạt để có thể thăm dò tới các khoảng cách nhỏ như vậy. Những máy này có lẽ phải lớn hơn cả Hệ Mặt Trời và chúng chẳng thể nào được duyệt chi trong điều kiện tài chính hiện tại. Tuy nhiên, các lý thuyết của chúng ta có những hệ quả có thể kiểm tra được bằng các thiết bị khiêm tốn hơn rất nhiều.

Không thể tiến hành thăm dò tới độ dài Planck trong phòng thí nghiệm, cho dù chúng ta có thể nghiên cứu Big Bang để có được bằng chứng quan sát ở các mức năng lượng cao hơn và các thang độ dài nhỏ hơn so với chúng ta có thể đạt được trên Trái Đất. Tuy nhiên, với một phạm vi lớn, chúng ta sẽ phải dựa vào vẻ đẹp và tính nhất quán toán học để tìm lý thuyết tối hậu của mọi thứ.

Tầm nhìn Star Trek về tương lai, trong đó loài người đạt được một mức độ tiên tiến nhưng về cơ bản là tĩnh, có thể đúng đối với hiểu biết của chúng ta về các quy luật cơ bản chi phối vũ trụ. Nhưng tôi không nghĩ rằng có khi nào đó chúng ta sẽ chạm tới trạng thái ổn định trong việc sử dụng các định luật này. Lý thuyết tối hậu sẽ không đặt ra giới hạn về mức độ phức tạp của hệ mà chúng ta có thể tạo ra và tôi cho rằng những phát triển quan trọng nhất của thiên niên kỷ tiếp theo chính là ở độ phức tạp này.