Vật Lý Học Lượng Tử Và Phật Giáo

Vật lý hạt có liên qua gì đến thế giới quan hay hiện tượng quan của đạo Phật ? Đạo Phật chủ ý đưa phương pháp diệt khổ cho chúng sinh . Đức Phật thường im lặng cao quý trước những câu hỏi siêu hình , nhưng như chúng ta biết , Ngài diễn giảng làm so diệt khổ . Một trong những con đường diệt khổ mà tôi hiểu , đó là làm sao cảm ngộ được hai tính vô ngã và vô minh trong cách nhận thức các hiện tượng từ vật chất đến tâm linh mà t Nhã Tâm kinh nhắc nhở qua hai chữ Sắc Không , và anh Cao Huy Thuần nói một cách dí dỏm thú vị là “nói dzậy mà không phải dzậy” . Sắc ở đây , đối với tôi là ‘trường’, là vật chất , mong quý vị chẳng hoàn toàn phủ nhận . Thực là ngẫu nhiên nhưng biết đâu cũng là duyên ngộ mà hơn hai ngàn năm trăm năm sau , danh từ Sắc trong Bát nhã lại được dùng trong sắc tích của quark , danh từ sắc đó chỉ do những nhà vật lý hạt phóng khoáng mượn ba sắc để phân biệt quark ( mang sắc tích ) với electron ( không có sắc tích ) thế thôi , chứ chẳng có cái gì sâu xa cả . Đáng lẽ gắn cho quark ba sắc tích , ta có thể gắn cho chúng ba số 1 , 2, 3 hay ba cái gì khác để đánh dấu cá tính lượng tử của quark khác biệt với lepton.

Trong đạo Phật thế giới hiện tượng không tồn tại trên cơ sở tự tính , nó vô ngã . “ Vật chất sinh thành hoại diệt , thế giới có nhưng không thực có , tự tính của hiện trường là không có tự tính , vậy sự trống rỗng đó được coi là không , cho nên không mới là tự tính của hiện tượng”  ( Lưới trời ai dệt , Nguyễn Tường Bách , tr 294 ) . Câu hỏi là quan niệm không của ngài Long Thụ có chút gì  gần gủi với khái niệm không lượng tử tiếng Anh là the quantum vacuum , tiếng Pháp là le vide quantique) của những nhà vật lý hạt ? Không lượng tử là gì ? , nó tác động ra sao trong các hiện tượng thiên nhiên để chúng ta có thể tính toán đo lường được ?

Đôi điều tản mạn về cái Không lượng tử

Cái Không lượng tử được định nghĩa như trạng thái cơ bản của vạn vật , nó vô hướng , trung hòa , mang năng lượng cực tiểu , trong đó vật chất tức là tất cả các trường lượng tử , bị loại bỏ hết . Do những nhiễu loạn của năng lượng trong Không mà vật chất cùng phản vật chất được nảy sinh ra , để rổi chúng tương tác , phân rã trở về với Không , cứ thế tiếp nối cái vòng sinh hủy . Các hạt ảo cũng dựa vào năng lượng E hay vay mượn của Không mà sinh ra , chúng tồn tại rất ngắn trong thời gian t ~ h/ E ( nguyên lý bất định Heisenberg Et~h 2|k|x| và h / 2 pi ) rồi nhanh chóng trả lại E để lra đi , như vậy nhà vật lý kỳ tài Feynman hài hước : từ chân không mà sinh hùy , hủy sinh , ôi phí phạm thời gian !

Nhưng chẳng phải vì Không chẳng chứa trường vật chất nàm mà năng lượng của  nó bằng 0 , thực ra năng lượng của Không lại vô hạn theo nguyên lý nhất định , Cực tiếu nhưng vô hạn , nghịch lý này hẳn đòi hỏi một cuộc cách mạng trong nhận thức ? Dẫu sao có ít nhất hai biểu hiện của Không đã được kiểm chứng thành công bởi thực nghiệm . Đó là các hằng số tương tác cơ bản không hằng mà biến đổi và hiệu ứng Casimir . Nhưng mặc khác vì năng lượng vô hạn , vai trò của Không trong sự giãn nở của vũ trụ chuha7 tìm thấy lời đáp , minh họa sự mâu thuẩn căn bản giữa hai trụ cột của vật lý hiện đại , Lượng tử trong thế giới vi mô và Tương đối rộng của thế giới vĩ mô .

Theo nguyên lý bất định ( nguồn gốc của sự thăng giáng lượng tử ) , năng lượng của bất cứ trạng thái vi mô nào là chuỗi (1/2) hv , ( 3/2 ) hv , (5/2 ) hv …chứ không phải là 0hv , 1hv, 2hv …Cũng dễ hiểu thôi , nguyên lý bất định bảo ta nếu xung lượng | k | được xác định rõ rệt bao nhiêu thì vị trí của không gian |x| lại mơ hồ rối loạn bấy nhiêu , vậy năng lượng tối thiểu ( 1/ 2 ) hv khác 0 chính là một thỏa hiệp tối ưu bình đẳng cho cả hai bên |k|và |x| . Thực tế , nếu năng lượng tối thiểu bằng 0 , |k|=0 , vậy |x| không sao được xác định nổi . Phản ánh nguyên lý này , thế giới vi mô luôn dao động ngay ở nhiệt độ tuyệt đối thấp nhất ( năng lượng cực tiểu ) và đó là ý nghĩa của sự thăng giáng năng lượng tử . Bởi năng lượng tối thiểu khác 0 , và vì tần số v có thể là bất cứ con số nào từ 0 đến vô cực nên không có năng lượng phân kỳ khi ta lấy tích phân tất cả các mốt dao động . Tuy nhiên , chính vì vô hướng , trung hòa lại có năng lượng vô hạn , nên cái Không lượng tử mang ẩn dụ một hư vô mênh mang tĩnh lặng , từ đó do những kích thích nhiễu loạn của năng lượng mà vật chất ( và phản vật chất ) được tạo thành để tương tác , phân rã , rồi trở về với Không , tiếp nối bao vòng tục lụy ! Cái Không lượng tử thực là trạng thái cơ bản , là cội nguồn và chốn trở về của vạn vật . Nó không rỗng tuếch chẳng có gì mà là cái thế lắng đọng của tất cả ( xem Le Vide , Univers du tout et du rien , Revue de L`Université de Bruxelles , Editions Complexe (1998) , với các bài của Adler , Bitbol , Casimir . Dereuelle . Gunzip và Diner , van Holden , Isham , Lachiezè-Rey , Marage , Mills . Paty , Prigogine và Petrosky )  . Chân không –Vật chất – Không gian – Thời gian  chẳng sao tách biệt , cái này có là cái kia có , cái này không thì cái kia không , đó là hệ quả của Lượng tử và Tương đối !

Thực thế , thuyết Tương đối hẹp liên kết Không gian và Thời gian , còn Tương đối rộng nối Vật chất và như vậy kết nối cả bốn khái niệm cơ bản trên . Dưới một khía cạnh nào , ta cảm ngộ cái Không qua câu nói đáng yêu đầy ẩn dụ của đồng bào miền Nam “ dzậy mà không phải dzậy” , không mà chẳng là không . Mặc dầu Không là trạng thái không sao nắm bắt , chẳng có cái nào của nó mà ta định lượng nổi , nhưng rõ ràng khác với hư không cổ điển trong công nghệ , về mặt định tính ta có thể kể 3 đặc trưng của cái Không lượng tử trừu tượng . Đó là sự thăng giáng lượng tử , sự tràn dầy hạt và phản hạt kết thành các cặp ảo trong Không và sự phân cực của nó , gây ra bởi các cặp này . Phản ánh tác động của Không , hai hệ quả sau đây được phát hiện và đo lường được :

1- Không lượng từ tự nó thì vô hướng tĩnh lặng , nhưng có vật chất nào ( mà làm sao chẳng có vật chất được vì trong Không tràn đầy năng lượng và trường ảo ?) thì lập tức bị phân cực , do đó hằng số tương tác của các trường không còn hằng nữa mà thay đổi với năng lượng . Tính chất này mang tên hằng số di động , cách tính toán sự biến đổi của hằng số tương tác dựa trên lý thuyết trường lượng tử qua những đóng gp1 của các cặp ảo . Khi năng lượng thay đổi từ 1 đến 100 GeV , hằng số tương tác điện từ aem tăng lên từ 1/ 137 đến 1/129 , trong khi hằng số tương tác mạnh as của quark lại giảm đi từ 0,4 xuống 0,12 . Một cách định tính thôi , ta hiểu sơ lược tại sao trong điện từ , hằng số tương tác aem lại tăng lên khi ta thám dò ở chiều sâu thẳm . Muốn gần electron bao nhiêu (x nhỏ) để đo lường tính chất của nó thì ta cần nhiều xung lượng (k lớn ) bấy nhiêu , theo nguyên lý bất định 2|k| |x| ~h . Vì Không có muôn vàn cặp ảo Positron –electron , những positron ảo này vì điện tích khác dấu với electron nên bị hút lại gần và làm thành hàng rào vây quanh electron thực mà ta muốn quan sát , sự bao bọc đó làm cho Không bị phân cực . Đó là lý do khiến hằng số tương tác điện từ tăng lên vì phải vượt qua cản trở của hàng rào các cặp positron –electron ảo nên đo lường nó càng khó ở kích thước càng sâu ( năng lượng càng cao ) . Mật khác , sắc động lực học lượng tử diễn tả sự vận hành của quark gắn chặt với nhau để cấu tạo nên proton , neutron . Trái với điện từ , hằng số tương tác mạnh giảm đi khi đo lường quark ở chiều sâu thẳm . Tính chất này gọi là sự tự đ tiệm cận hàm ý khi năng lượng tăng vô hạn ( tiệm cận ) thì as giảm xuống đến 0 ( tương tác ràng buộc hết rồi , quark được tự do ( , tính chất này đặt nền tảng cho các định luật vận hành của quark . Giải Nobel Vật lý 2004 trọng thưởng ba nhà lý thuyết hạt đã khám phá ra định luật tự do tiệm cận 1 , Kết quả đo lường sự biến đồi của hai hằng số ( điện động lực và sắc động lực) đều được thực nghiệm kiểm chứng nhiều lần . Tương tác của quark thực là kỳ lạ trái ngược với điện từ , quan sát chúng ở xa ( cần năng lượng nhỏ ) thì cực kỳ khó khăn vì as rất lớn cần gần sát chúng ( cần năng lượng lớn ) thì chúng lại dễ dàng . Lý do là không như điện từ chi có một photon , trong tương tác mạnh ta có ba gluon gắn kết với nhau mà đặc tính chúng là hỗ trợ ( chứ không cản trở ) khi ta đo lường tính chất quark ở chiều sâu thẳm . Trong khi lực điện tĩnh và trọng lượng đều giảm đi theo tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách r . tự do tiệm cận làm cho lực của quark tăng lên với r khiến cho quark bị giam hãm trong proton và neutron , kéo được chúng ra ngoài không nổi vì lực ràng buộc quark mạnh lên khi kéo chúng xa nhau .

Mô tả nổi ba lực cơ bản ( mạnh, yếu, và điện -từ ) một cách vô cùng chính xác bằng trường lượng tử , tom tăt trong lý thuyết chuẩn , là một thành công kỳ diệu với không dưới hai chục nhà vật lý hạt đoạt giải Nobel trong gần ba mươi năm nay ! Biết bao nhiêu tiên đoán của lý thuyết này đều vững vàng vượt qua tất cả trắc nghiệm. Trong bốn lực cơ bản chỉ có cái cuối cùng là luật cổ điển hấp dẫn ( tương đối rộng ) hãy còn chưa hòa nhịp tương thích nổi với lượng tử .

2- Hiệu ứng Casimir trong một chân không kín rỗng, không ánh sáng không chút vật chất , ta đặt hai tấm gương mỏng song song . Mặc dù năng lượng của Không giữa hai tấm đều phân kỳ như ta biết , nhưng năng lượng của Không ở giữa nhỏ hơn ngoài hai tấm , sự khác biệt hữu hạn đó gây nên một áp suất làm chúng hút lẫn nhau. đó là lực Casimir , một đặc trưng của Không lượng tử . Lực hút đó được ông tính ra tỉ lệ thuận với hằng số Planck , vận tốc ánh sáng , diện tích của gương và tỷ lệ nghịch với lủy thừa bốn của khoảng cách d giữa hai tấm . Ở khoảng cách d = nanô –mét công nghệ tương lai , lực này có thể đóng vai trò quan trọng .Các phòng thực nghiệm ở Riverside ( California ) , Padova , Stockhom đã đo lực Casimir với độ sai biệt khoảng 1% với tính toán . Các nhà vật lý trong nhóm Kastler-Brossei của trường Cao đẳng Sư phạm Paris 2  đang xúc tiến việc tính toán đo lường với chủ đích tăng độ chính xác lên nhiều lần hơn nữa ( http://www.spectro.jussieu.fr/Vacuum/ ) Trong hư không của vật lý ứng dụng / công nghệ , tất cả đều vắng bóng chẳng có ánh sáng , vật chất , khối lượng , điện tích , sắc tích chi cả , kỳ lạ thay đột khởi một lực mà gốc nguồn rút tỉa từ năng lượng cực tiểu của chân không lượng tử !

3- Liên quan đến thiên văn vật lý , câu hỏi cực kỳ quan trọng về vai trò của Không trong sự giãn nở vũ trụ được đặt ra nhưng chưa biết giải pháp ra sao , báo hiệu một điều mới lạ đang đón chờ chúng ta ở chân trời . Năng lượng vô hạn của Không ( còn gọi là tai họa chân không) phản ánh sự tương phản căn bản ( ở giai đoạn Big Bang khai thiên lập địa ) giữa hai trụ cột của vật lý hiện đại : thuyết lượng tử của thế giới vi mô và thuyết tương đối rộng của thế giới vĩ mô . Thuyết này diễn tả luật hấp dẫn của trọng trường là do sự cong xoắn của không-thời gian làm cho mọi vật rơi lại gần nhau chứ chẳng có lực nào hút chúng ta cả , mà cái cấu trúc cong xoắn này là do vật chất tạo nên . Những kết quả đo lường gia tốc giãn nở của vũ trụ cần đến lực phản hấp dẫn ( lực đẩy xa thay vì hút vào của lực hấp dẫn ) khá mạnh để chống lại sự co rút của vũ trụ bởi trọng trường . Lực phản hấp dẫn này ( liên quan đến hằng số vũ trụ học trong phương trình Einstein về thuyết tương đối rộng ) có thể xuất phát bởi một loại vật chất không bức xạ , chỉ tác động lên cach1 vận hành và giãn nở của vũ trụ , khác lạ với vật chất bình thường của những thiên hà sáng ngời mà ta quan sát được hàng ngày . Các nhà thiên văn gọi cái vật chất khác lạ này là vật tối , mang năng lượng tối mà bản chất chưa được xác định . Nhưng quan trọng hơn cả , mật độ năng lượng cực kỳ lớn của Không vượt xa quá nhiều năng lượng cần thiết để giải thich gia tốc giãn nở của vũ trụ mà các nhà thiên văn đo lường . Về mặt cơ bản , cái tai họa chân không này là nỗi trăn trở hàng đầu của các nhà vật lý đương đại , nhưng đầy lý thú và thách thức cho thế hệ tương lai .Lý thuyết dây/ màng M3 ( với không gian mười chiều , bảy chiều quá nhỏ lại bị cuốn tròn khiến ta khó nhận thức được ) có thể cho ta chìa khóa trả lời không ? trong không gian nhiều hơn 3 chiều , lực hấp dẫn giảm đi theo tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r không còn chính xác nữa , và việc kiểm chứng bằng thực nghiệm sự ai biệt với luật Newton ở kích thước r = milimet đang là một đề tài vật lý sôi nổi .Cần biết thêm rằng lý thuyết M chưa biết giải quyết cái “tai họa” chân không ra sao . Phải chăng cũng như Planck và Einstein trước thời Lượng tử và Tương đối , có lẽ còn cái gì đang thiếu sót trong cách nhận thức các hiện tượng thiên nhiên của Con Người ? Thiếu sót đó có tìm thấy tia sáng rọi đường nhờ một vài ý niệm gì trong đạo Phật , trong giáo lý vô ngã để phá bớt vô minh hay không ,điều này tôi không biết .

Tôi cũng xin tâm tình đôi chút . Hôm nay là ngày giỗi mẹ tôi . Ngày mẹ tôi mất cách đây 16 năm , lần đầu tôi nghe và đọc Bát Nhã Tâm Kinh : “Sắc bất dị không , không bất dị sắc ; thọ , tưởng , hành , thức , diệc , phục như thị …” và tìm đến triết lý “tánh không” của ngài Long Thụ . Qua cuốn sách của anh Bách , tôi suy ngẫm về cái Không lượng tử theo đó chân không là vật chất , vật chất là chân không , hai cái đó chỉ là một giả ngữ , chúng liên hoàn tương tác với nhau , cái này chứa cái kia ; chân không , vật chất chẳng sao tách biệt . Hơn nữa khi kết hợp hai lý thuyết Lượng tử và Tương đối thì ta thấy chân không , vật chất , thời gian , không gian cũng liên kết ràng buộc , cái này có là cái kia có , cái này không thì cái kia không , kể cũng chẳng đối kháng lắm theo thiển ý tôi với hai chữ Sắc Không của đạo Phật .  Xin cám ơn quý vị .

PHẠM XUÂN YÊM -Tạp chí Văn Hóa Phật Giáo số 11

http://tapchivanhoaphatgiao.com

________________________

Chú thích

1- Chi tiết chứng minh tự do tiệm cận của sắc động lực học lượng tử có thể tìm thấy ở chương 15 trong sách giáo trình về lý thuyết chuẩn . Elementary paricles and their interactions Concepts and Phenomena  , Hồ Kim Quang và Phạm Xuân Yêm , Springer –Verlag ( 1998) . Xem http://www.lpthe-jussieu.fr/~pham

* Xem bài của H.B casimir và một số bài khác trong Lr Vide , Univers du tout etdu rien đã dẫn , Lực Casimir được trình bày trong P.W .Miloni , The Quantum vacuum . Academic press ( 1994 ) . Casimir : Nhà vật lý Hà Lan sau khi công bố công trình này năm 1948 đã giữ chức Tổng Giám đốc nghiên cứu của hảng công kỹ nghe65b Phillips .

2- Tập hợp những nhà nghiên cứu giảng dạy đại học uy tín hàng đầu nước Pháp .

3- Xem Giai điệu dây và bản giao hưởng vũ trụ , Tia Sáng và BXB Trẻ ( 2003) do Phạm Văn Thiều dịch theo cuốn The Elegant Universe của Brian Greene , W.W Norton & Company ( 1999)

This entry was posted in Khoa Học, Đời Sống. Bookmark the permalink.