Vũ trụ có được tạo nên từ toán học? Phần 2: Vũ trụ tối giản

Trong suốt lịch sử phát triển của nhân loại, chúng ta đã chứng kiến sự chuyển mình ngoạn mục từ triết học tự nhiên sang khoa học hiện đại. Những kỳ quan công nghệ đang lấp đầy cuộc sống hàng ngày, từ điện thoại thông minh, hệ thống định vị GPS cho đến các phương pháp y học tiên tiến, tất cả đều là thành quả của khoa học.

Và sở dĩ khoa học đạt được những thành tựu vĩ đại đó là nhờ vào một công cụ đắc lực: Toán học. Sự hiệu quả đến mức khó tin của toán học trong việc mô tả vũ trụ khiến chúng ta phải đặt câu hỏi: Tại sao nó lại hoạt động tốt đến vậy?.

Phải chăng, như Galileo từng nói, chúng ta cuối cùng đã tìm ra ngôn ngữ bí mật của tự nhiên? Hay táo bạo hơn, có lẽ toán học không chỉ là công cụ mô tả, mà chính là bản chất của vũ trụ?

Giả thuyết về vũ trụ Toán học và gánh nặng của "hành lý"

Có lẽ vũ trụ được tạo nên từ toán học, ý tưởng mới nhất này đến từ nhà vũ trụ học Max Tegmark. Trong cuốn sách xuất bản năm 2014 mang tên "Our Mathematical Universe" (tạm dịch: Vũ trụ Toán học của chúng ta), ông đã phác thảo ý tưởng: Ranh giới giữa vật lý, siêu hình học và triết học thường rất mờ nhạt. Ông lập luận dựa trên một giả định cơ bản: tồn tại một thực tại khách quan bên ngoài, độc lập với ý thức của con người. Nhiệm vụ của khoa học là khám phá và giải thích thực tại khách quan bên ngoài đó, và chúng ta đã sử dụng toán học để làm chính điều đó.

Tegmark cho rằng vật lý hiện đại đang mang vác quá nhiều "hành lý". Dù chúng ta có những lý thuyết toán học tuyệt đẹp như Thuyết tương đối rộng hay Cơ học lượng tử, con người vẫn cố gắng bao bọc chúng bằng những khái niệm ngôn ngữ chủ quan. Những thuật ngữ như "hàm sóng", "không thời gian", "nguyên lý tương đương", hay thậm chí là "khối lượng", "điện tích" và "lực" thực chất chỉ là những lớp vỏ bọc do con người tạo ra để cố gắng hiểu cái cốt lõi bên trong.

Theo Tegmark, đây là những quan điểm lấy con người làm trung tâm, phủ lên trên thực tại khách quan. Để nhìn thấy cấu trúc thực sự của vũ trụ, chúng ta cần phải loại bỏ những "hành lý" này. Thực tại khách quan phải là thứ tinh gọn, hiệu quả và không chứa đựng những định kiến chủ quan của loài người.

Trong triết học và khoa học, nguyên lý "Dao cạo Occam" (Occam's Razor) thường được sử dụng để ưu tiên các giải pháp đơn giản nhất. Nhưng với Tegmark, ông không chỉ dùng dao cạo, ông dùng một "chiếc búa tạ". Ông đề xuất việc đập bỏ hoàn toàn các lớp khái niệm vật lý để lộ ra cái lõi trần trụi bên trong.

Hãy thử tưởng tượng về một chiếc ghế, nếu bạn tước bỏ màu sắc, khối lượng, các nguyên tử và các lực tương tác - tức là loại bỏ mọi khái niệm do con người định nghĩa - bạn còn lại gì? Bạn còn lại các sự đối xứng và các cấu trúc. Nói cách khác, điều gì xảy ra khi bạn loại bỏ tất cả hành lý khỏi các lý thuyết vật lý của chúng ta? Chỉ còn lại toán học trần trụi, nguyên bản. Theo quan điểm này, không có sự phân biệt nào giữa toán học và vũ trụ; chúng là một.

Giấc mơ về một Lý thuyết Vạn vật thuần khiết

Nhiều nhà vật lý dành cả sự nghiệp để theo đuổi một "Lý thuyết vạn vật" (Theory of Everything - TOE) nhằm thống nhất các lực trong tự nhiên. Tegmark tin rằng nếu giả thuyết của ông đúng, lý thuyết này sẽ không chỉ dừng lại ở việc mô tả các lực. Nó sẽ là một phương trình (hoặc một tập hợp các phương trình) giải thích được mọi loại hạt, mọi tương tác và mọi tính chất của vũ trụ mà không cần đến bất kỳ hằng số vật lý tùy ý nào.

Trong một vũ trụ toán học tối giản, sẽ không có hằng số tốc độ ánh sáng, không có điện tích cố định trên electron, và thậm chí không có số chiều không gian hay thời gian được định sẵn. Tất cả sẽ được gói gọn trong một phương trình duy nhất có khả năng giải thích toàn bộ thực tại, bao gồm cả chính sự tồn tại của nó.

Cuối cùng, lập luận của Tegmark đưa chúng ta về một câu hỏi mang tính triết học sâu sắc: Nếu một phương trình toán học có thể mô tả hoàn hảo mọi khía cạnh của thực tại, thì tại sao chúng ta cần phải phân biệt giữa phương trình đó và thực tại? Có lẽ đã đến lúc "cắt bỏ người trung gian" và chấp nhận một khả năng rằng: Vũ trụ này, ở bản chất sâu xa nhất, chính là toán học.