Hiện tại, nhiều người nghĩ rằng khoa học hiện đại sẽ tiếp tục tiến bộ vô thời hạn và cuối cùng sẽ khám phá ra lý thuyết hoàn chỉnh và nhất quán về vũ trụ. Tuy khoa học hiện đại đã đạt được những tiến bộ to lớn, nhưng nó cũng có những hạn chế nhất định. Một trong số những khám phá vĩ đại nhất của khoa học hiện đại là khám phá ra những hạn chế của chính nó.
Những hạn chế cơ bản của khoa học hiện đại đã được phát hiện trong các lĩnh vực có liên quan đến khoa học, ở mọi nơi, mọi thời điểm và bởi những người khác nhau. Chính những hạn chế này đã kìm hãm sự phát triển của khoa học hiện đại.
Các hạn chế chủ yếu trong ba lĩnh vực chính của khoa học hiện đại đều có chung một vấn đề của nghịch lý. Trong vật lý hiện đại, nguyên lý bất định vẫn tồn tại ngay cả trong các lý thuyết vượt ra khỏi phạm vi của cơ học lượng tử. Logic luận, công cụ nổi tiếng nhất về mô hình lý luận và hiểu biết của con người, nhanh chóng rơi vào nghịch lý. Ngay cả bộ môn vẫn đóng một vai trò thiết yếu trong việc thúc đẩy các ngành khoa học hiện đại như vật lý, triết học, thì thuyết nhị nguyên và nghịch lý cũng không thoát khỏi các suy luận lý trí về bản chất vũ trụ.
Tất nhiên, khoa học hiện đại sẽ tiếp tục đạt được những tiến bộ trong vật lý và các ngành khoa học ít khó khăn hơn như sinh học. Tuy nhiên, một số vấn đề cơ bản nhất định không thể được giải quyết bằng nhiều thời gian và nhiều nghiên cứu hơn. Những hạn chế này có thể hé mở vì ngay từ đầu, khoa học hiện đại đã gói vũ trụ vào một cái hộp, điều này có thể là một thiếu sót nghiêm trọng.
Trong loạt bài nhiều phần này, chúng tôi bắt đầu với vật lý.
Khởi đầu của sự kết thúc của cơ học cổ điển
Khi một mảnh vật chất được nung nóng, nó bắt đầu phát sáng, nóng đỏ và ở nhiệt độ cao hơn trở thành màu trắng. Trong một thời gian dài, các định luật bức xạ và nhiệt đã biết không thể giải thích cho hiện tượng phổ biến này. Nhà vật lý người Đức, Tiến sĩ Max Planck, người được coi là cha đẻ của thuyết lượng tử, đã dành rất nhiều tâm huyết để đưa ra một diễn giải vật lý về hiện tượng này ở cấp độ nguyên tử.
Cuối cùng, sau hàng loạt các cố gắng, trong năm 1900, Planck miễn cưỡng kết luận rằng một nguyên tử bức xạ chỉ có thể phát ra lượng tử năng lượng rời rạc. Ông miễn cưỡng đưa ra kết luận này, vì nó đi ngược lại các định luật của vật lý cổ điển mà đã không áp đặt một hằng số cố định đối với các mức năng lượng.
Sau đó, kết luận của Plank về lượng tử năng lượng đã trở thành một nền tảng quan trọng trong lý thuyết lượng tử và nó chỉ là khởi đầu của những xung đột giữa lý thuyết lượng tử và lý thuyết cổ điển của Newton. Cơ học cổ điển có liên quan chặt chẽ với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta về thế giới. Tuy nhiên, các nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử dường như có những đặc điểm bí ẩn rất khác với kinh nghiệm thông thường của chúng ta về thế giới.
Sự trỗi dậy của cơ học lượng tử
Từ những bất thường liên tục xuất hiện, những dữ liệu tích lũy được từ thực nghiệm và những mâu thuẫn của cơ học cổ điển, các nhà vật lý đã buộc phải rời bỏ vật lý cổ điển của Newton và dấn bước vào con đường dài và quanh co về cơ học lượng tử.
Một nhà vật lý người Đức khác, Tiến sĩ Werner Heisenberg, người đã phát hiện ra nguyên lý bất định, đã nói trong cuốn sách Vật lý và Triết học của ông:
‘’Cuộc cách mạng trong khoa học hiện đại, đề tài mà tôi đã thảo luận với Bohr, trải qua nhiều giờ đến tận đêm khuya và kết thúc trong tuyệt vọng; và khi kết thúc cuộc thảo luận, tôi đi một mình trong công viên gần đó, lặp đi lặp lại câu hỏi: Thiên nhiên liệu có thể tồn tại vô lý như trong các thí nghiệm ở cấp độ nguyên tử này của chúng ta không?’’
Tuy nhiên, bất chấp những khó khăn về khái niệm, cơ học lượng tử đã trở thành một trong những ngành khoa học thành công nhất trong khoa học hiện đại. Về nguyên tắc, cơ học lượng tử có thể mô tả vô số các hiện tượng vật lý và tính chất hóa học của vật chất với độ chính xác đáng kinh ngạc. Và các ứng dụng của nó ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của xã hội công nghệ hiện đại của chúng ta.
Tiến sĩ Michio Kaku, giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Thành phố New York, trong cuốn sách của ông Khoa học hậu Einstein: Truy tìm lý thuyết về vũ trụ, đã viết:
‘’Những kết quả của cơ học lượng tử tồn tại khắp nơi xung quanh chúng ta. Nếu không có cơ học lượng tử, rất nhiều vật thể quen thuộc hàng ngày như tivi, laser, máy tính và radio, đã không được phát minh ra. Ví dụ, phương trình sóng Schrödinger đã giải thích nhiều hiện tượng đã biết trước đây mà chưa được giải thích trong thực tế, chẳng hạn như độ dẫn điện. Kết quả này cuối cùng đã dẫn đến việc phát minh ra bóng bán dẫn. Công nghệ điện tử và máy tính hiện đại sẽ không thể được chế tạo nếu không có bóng bán dẫn, và nó là kết quả của một hiện tượng cơ học lượng tử’’.
-
- Michio Kaku nói chuyện tại Campus Party Brasil vào ngày 11 tháng 2 năm 2012. (Ảnh: Wikipedia)
Thành công to lớn của cơ học lượng tử đến từ hình thức luận mô tả chính xác vô số hiện tượng của những thứ cực nhỏ, nhưng cũng chính trong thế giới vi mô, cơ học lượng tử cũng có những hạn chế cơ bản.
(còn nữa)
Ánh Dương (biên dịch)
Tác giả: Du Won Kang
Theo The Epoch Times
