[ebook©vctvegroup]

Vật lý của những điều tưởng chừng bất khả

★

— —
Tác giả: Michio Kaku
Người dịch: Thới Ngọc Tuấn Quốc
Phát hành: Alphabooks
Nhà xuất bản Thế Giới 2019

NHỮNG LỜI NGỢI KHEN
“Kaku khuyến khích chúng ta nhìn nhận nghiêm túc về những ý tưởng mà
các bậc trí tuệ tinh anh nhất thế giới vẫn coi là điên rồ. Ông gợi nhắc
chúng ta rằng chính những bộ óc siêu việt này đôi khi cũng tự hỏi liệu các
lý thuyết và mô hình khác biệt đó có đủ điên rồ để trở thành sự thật.”
— The Seattle Times
“Cuốn sách thú vị và đầy cảm hứng; lời nhấn mạnh việc các nhà khoa học
biết-tuốt cần tránh sớm tự mãn với những gì đã đạt được.”
— Physics World
“Cả những người hâm mộ khoa học và khoa học viễn tưởng đều có thể dễ
dàng bắt theo những giải thích của Kaku, khi ông chỉ ra rằng trong thế giới
khoa học diệu kỳ, những điều bất khả vẫn xảy ra mỗi ngày.”
— Publishers Weekly
“Cuốn sách cực kỳ dễ tiếp cận… Với sự nghiêm túc tuyệt đối, Kaku đã
chạm đến những câu hỏi có thể khiến mọi cậu bé trở nên hứng thú.”
— The Sunday Telegraph (London)
“Cuốn sách đầy ắp thông tin bổ ích và rất dễ đọc… Kaku vui mừng lạc
quan về những điều kỳ diệu đang chờ đợi chúng ta.”
— The Inspector

Dành tặng người vợ yêu của tôi, Shizue,
cùng các con Michelle và Alyson

LỜI NÓI ĐẦU
Nếu một ý tưởng nghe chừng không có gì ngớ ngẩn
thì đừng mong có hy vọng gì cho nó.
— ALBERT EINSTEIN

Liệu sẽ đến một ngày chúng ta có thể đi xuyên tường? Chế tạo được tàu vũ
trụ di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng? Đọc được suy nghĩ của người
khác? Tàng hình? Di chuyển đồ vật bằng ý nghĩ? Hay dịch chuyển tức
thời?
Từ thuở bé, tôi đã luôn bị cuốn vào những câu hỏi như vậy. Giống như
nhiều nhà vật lý khác, lớn lên tôi cũng bị mê hoặc bởi khả năng du hành
thời gian, súng bắn tia, trường lực, các vũ trụ song song, v.v. Pháp thuật,
những tác phẩm huyền ảo, khoa học viễn tưởng là sân chơi rộng lớn cho trí
tưởng tượng của tôi. Chúng đã khơi nguồn trong tôi tình yêu lâu dài cho
những điều tưởng chừng không thể.
Tôi còn nhớ hồi xem series phim truyền hình Flash Gordon[1] chiếu
trên tivi. Cứ mỗi thứ Bảy, tôi lại dán mắt vào màn hình, kinh ngạc trước
những cuộc phiêu lưu của nhóm Flash, tiến sĩ Zarkov và Dale Arden với
những thiết bị tuyệt vời mang công nghệ của tương lai: tàu tên lửa, áo
khoác tàng hình, súng bắn tia và những thành phố trên không. Tôi không bỏ
lỡ tập nào. Chương trình đã mở ra một thế giới hoàn toàn mới trước mắt
tôi. Tôi hứng khởi với ý nghĩ một ngày nào đó sẽ được cưỡi tên lửa đặt
chân lên miền đất của người ngoài hành tinh và khám phá địa thế lạ lẫm
ấy. Bị những phát minh tuyệt vời này cuốn hút, tôi biết cuộc đời mình sẽ
gắn liền với những thành tựu khoa học hứa hẹn mà bộ phim gợi mở.
Và hóa ra, tôi không hề đơn độc. Nhiều nhà khoa học lẫy lừng cũng trở
nên hứng thú với khoa học nhờ khoa học viễn tưởng. Nhà thiên văn học vĩ
đại Edwin Hubble đam mê các tác phẩm của Jules Verne tới mức quyết
định từ bỏ sự nghiệp luật gia hứa hẹn, không theo tâm nguyện của cha mà

quyết tâm theo đuổi khoa học. Cuối cùng, ông trở thành nhà thiên văn học
vĩ đại nhất thế kỷ 20. Carl Sagan, nhà thiên văn học lỗi lạc và tác giả nổi
tiếng, đã được khai sáng sau khi đọc loạt truyện John Carter of Mars (John
Carter ở Hỏa Tinh) của nhà văn Mỹ Edgar Rice Burroughs. Giống như
nhân vật John Carter trong truyện, ông mơ ước một ngày được thám hiểm
những dải cát của Hành tinh Đỏ.
Ngày Albert Einstein qua đời, tôi hãy còn là một đứa trẻ, nhưng tôi nhớ
người ta nói về cuộc đời và sự ra đi của ông đầy kính cẩn. Ngày hôm sau,
tôi thấy trên báo một bức ảnh chụp bàn làm việc với những bản thảo dở
dang của công trình vĩ đại nhất nhưng chưa hoàn tất của ông. Tôi tự hỏi
điều gì quan trọng đến mức nhà khoa học vĩ đại nhất thời đại của chúng ta
lại không thể hoàn thành? Bài báo viết rằng Einstein có một giấc mơ bất
khả thi, một vấn đề quá khó mà không người phàm tục nào có thể hoàn
thành. Tôi phải mất hàng năm trời mới tìm ra được bản thảo đó viết về cái
gì: nó viết về một lý thuyết vĩ đại, thống nhất; một “lý thuyết của vạn vật”.
Giấc mơ ấy — thứ đã lấy đi ba thập kỷ cuối đời ông — giúp tôi đưa
những suy tưởng của mình tập trung hơn. Tôi mong muốn, theo cách nhỏ
bé nào đó, được là một phần trong nỗ lực hoàn thành công trình của
Einstein, để thống nhất các định luật vật lý thành một lý thuyết duy nhất.
Khi lớn hơn, tôi bắt đầu nhận ra rằng mặc dù nhân vật anh hùng Flash
Gordon luôn chiếm được thiện cảm của các nhân vật nữ chính, nhưng
chính nhân vật nhà khoa học mới là linh hồn của series truyền hình ấy.
Không có tiến sĩ Zarkov thì sẽ không có tàu tên lửa, không có các hành
trình tới Mongo, cũng chẳng thể giải cứu Trái Đất. Chỉ có những pha mạo
hiểm, mà không có khoa học, thì sẽ chẳng có khoa học viễn tưởng.
Và rồi tôi nhận ra những câu chuyện này bất khả về mặt khoa học;
chúng chỉ là sự bay bổng của trí tưởng tượng. Càng lớn người ta càng rời
xa những ảo tưởng như vậy. Tôi được dạy rằng trong đời thực, ta phải rời
xa những điều bất khả và đón nhận những thứ thực tiễn hơn.
Tuy vậy, tôi đã kết luận rằng nếu tôi vẫn muốn tiếp tục theo đuổi những
suy tưởng dường như bất khả ấy thì chìa khóa nằm trong địa hạt của vật lý
học. Nếu không có nền tảng vững chắc về vật lý tiên tiến, tôi sẽ mãi phải
suy đoán về những công nghệ tương lai mà không biết liệu chúng có khả
năng trở thành hiện thực hay không. Tôi nhận ra cần phải đắm mình trong
lĩnh vực toán cao cấp và nghiên cứu về vật lý lý thuyết. Và đó chính là

những điều tôi đã làm.
Trong một dự án khoa học thời trung học, tôi đã lắp ráp một máy
nghiền nguyên tử trong gara của mẹ. Tôi đến công ty Westinghouse và xin
được hơn 180 kg thép bỏ đi. Cả kỳ nghỉ Giáng sinh, tôi đã nối hơn 35 km
dây dồng trên sân bóng của trường. Cuối cùng, tôi đã xây dựng thành công
một máy gia tốc hạt beta 2,3 triệu eV (electronvolt) ngốn đến gần 6 kw
điện (toàn bộ công suất điện của gia đình tôi) và tạo ra một từ trường lớn
gấp 20.000 lần từ trường Trái Đất. Mục đích của thiết bị này là phát ra
chùm tia gamma đủ mạnh để tạo phản vật chất.
Dự án khoa học của tôi được tham dự Triển lãm Khoa học Quốc gia và
đã giúp tôi thực hiện giấc mơ của mình — giành học bổng vào Harvard,
nơi tôi có thể theo đuổi mục tiêu trở thành một nhà vật lý lý thuyết và tiếp
bước thần tượng Albert Einstein.
Ngày nay, tôi vẫn nhận được nhiều email từ các nhà văn và biên kịch
phim khoa học viễn tưởng nhờ trau chuốt các câu chuyện của họ bằng cách
khám phá giới hạn của các định luật vật lý trong đó.

“BẤT KHẢ” CHỈ LÀ TƯƠNG ĐỐI
Là một nhà vật lý, tôi học được rằng “bất khả thi” thường là một giới hạn
tương đối. Tôi còn nhớ thời đi học, cô giáo đến bên tấm bản đồ Trái Đất
treo trên tường và chỉ cho chúng tôi đường bờ biển của Nam Mỹ và châu
Phi. Cô cũng nói liệu đây có phải chỉ là một sự trùng hợp kỳ lạ khi hai
đường bờ biển này vừa khít với nhau như hai miếng xếp hình. Cô nói một
số nhà khoa học cho rằng có lẽ chúng từng nằm chung trên một lục địa rộng
lớn. Nhưng khi ấy người ta cho điều này là ngớ ngẩn. Không có tác động
nào đủ mạnh để đẩy hai lục địa lớn ra xa nhau. Suy nghĩ đó là bất khả, cô
kết luận.
Cũng trong năm học đó, chúng tôi nghiên cứu về khủng long. Giáo viên
nói với chúng tôi rằng các em có thấy lạ không khi loài khủng long ngự trị
trên Trái Đất suốt hàng triệu năm rồi bỗng dưng biến mất vào một ngày
nọ? Không ai biết tại sao chúng tuyệt chủng. Một vài nhà cổ sinh vật học
cho rằng có lẽ một thiên thạch đã tiêu diệt chúng, nhưng khi ấy người ta
cho điều này là bất khả, chỉ tồn tại trong khoa học viễn tưởng.
Ngày nay chúng ta biết rằng các lục địa thực sự có di chuyển do hoạt

động kiến tạo mảng và 65 triệu năm trước rất có thể một thiên thạch có
đường kính hơn chín kilômét đã xóa sổ khủng long và hầu hết sự sống
khỏi Trái Đất. Trong những năm cuộc đời ngắn ngủi đã qua, tôi từng thấy
hết lần này đến lần khác những điều tưởng như bất khả dần trở thành các
thực tế khoa học. Vậy liệu có bất khả không khi nghĩ rằng một ngày nào đó
chúng ta có thể dịch chuyển tức thời từ nơi này đến nơi khác, hay chế tạo
một phi thuyền không gian đưa loài người vượt nhiều năm ánh sáng đến
các ngôi sao xa xôi?
Những kỳ công như vậy thường được các nhà vật lý hiện nay nhìn nhận
là bất khả thi. Nhưng vài thế kỷ tới thì sao? Hoặc 10.000 năm tới, khi công
nghệ của chúng ta đã tiến bộ vượt bậc? Hay một triệu năm nữa? Hoặc theo
cách khác, nếu chúng ta chạm trán với một nền văn minh tiến bộ hơn hàng
triệu năm, liệu công nghệ mà họ sử dụng hàng ngày có giống như “ma
thuật” đối với chúng ta hay không? Đây chính là một trong những câu hỏi
xuyên suốt cuốn sách này: dù “bất khả thi” ở thời điểm hiện tại thì trong
tương lai hàng thế kỷ hoặc cả triệu năm tới liệu đó có còn là điều không
thể?
Dựa vào những thành tựu nổi bật đã đạt được trong thế kỷ trước, đặc
biệt là sự khai sinh thuyết lượng tử và thuyết tương đối rộng, hiện nay
chúng ta có thể ước lượng sơ bộ về thời điểm một số công nghệ tuyệt vời
trên được đưa vào thực tiễn. Với sự tham gia của các lý thuyết tân tiến hơn
nữa, như lý thuyết dây chẳng hạn, ngay cả những khái niệm chỉ có trong
khoa học viễn tưởng như du hành thời gian và vũ trụ song song cũng đều
đang được các nhà vật lý hiện nay xem xét lại. Hãy nghĩ về 150 năm trước:
những công nghệ mà các nhà khoa học thời đó cho là bất khả thi thì hiện
nay lại là một phần của cuộc sống thường nhật. Jules Verne viết cuốn tiểu
thuyết Paris in the twentith (Paris ở thế kỷ 20) vào năm 1863 nhưng không
xuất bản và nó bị rơi vào quên lãng cả thế kỷ, cho đến khi được một người
chắt trai của nhà văn tình cờ phát hiện và xuất bản lần đầu tiên vào năm
1994. Trong sách, Verne đã tiên đoán quang cảnh Paris vào năm 1960.
Cuốn tiểu thuyết này đầy ắp công nghệ được cho là bất khả thi vào thế kỷ
19, bao gồm máy fax, hệ thống thông tin toàn cầu, những tòa nhà kính
chọc trời, xe hơi chạy bằng khí đốt và tàu tốc hành chạy trên cao.
Không hề ngạc nhiên khi Verne có thể đưa ra những tiên đoán chính xác
đến như vậy, vì ông đã đắm mình trong thế giới của khoa học và học hỏi từ

những bộ óc học thuật quanh mình. Chính niềm trân trọng sâu sắc dành cho
các nền tảng khoa học đã cho phép ông đưa ra những dự báo gây sửng sốt
đến vậy.
Buồn thay, một số nhà khoa học lớn nhất của thế kỷ 19 lại có quan
điểm trái ngựợc và cho rằng các công nghệ như vậy hoàn toàn là bất khả
thi. Nam tước Kelvin, có lẽ là nhà vật lý lỗi lạc nhất thời Victoria (ông
được chôn cất bên cạnh Isaac Newton trong tu viện Westminster), đã tuyên
bố những phương tiện “nặng hơn không khí” như máy bay là bất khả. Ông
nghĩ tia X chỉ là trò bịp và chẳng có tương lai nào cho sóng vô tuyến. Nam
tước Rutherford, người phát hiện ra hạt nhân của nguyên tử, lại gạt bỏ khả
năng chế tạo ra bom nguyên tử và xem ý tưởng ấy là điên rồ. Các nhà hóa
học thế kỷ 19 cũng cho rằng công cuộc tìm kiếm đá hiền triết, vật hoang
đường có thể biến chì thành vàng, sẽ đi vào ngõ cụt. Hóa học của thế kỷ 19
dựa trên tính chất cơ bản bất biến của các nguyên tố, như chì. Tuy nhiên,
với những máy va chạm nguyên tử ngày nay, về nguyên tắc chúng ta có thể
biến chì thành vàng. Hãy nghĩ xem, những công nghệ ngày nay như tivi,
máy vi tính và Internet hẳn phải có vẻ “kỳ diệu” thế nào vào thời điểm
chuyển giao sang thế kỷ 20.
Cho đến gần đây thôi, hố đen vẫn được xem là một thứ thuộc về khoa
học viễn tưởng. Bản thân Einstein đã viết một bài nghiên cứu vào năm
1939 để “chứng minh” hố đen không thể nào hình thành. Nhưng ngày nay
Kính thiên văn Không gian Hubble và Kính thiên văn tia X Chandra đã tìm
thấy hàng ngàn hố đen tồn tại trong vũ trụ.
Những công nghệ này được cho là “bất khả thi” là bởi các định luật cơ
bản của vật lý và khoa học chưa được biết đến vào thế kỷ 19 và đầu thế kỷ
20. Với những khoảng trống lớn trong hiểu biết khoa học ở thời điểm đó,
đặc biệt là ở thang nguyên tử, chẳng hề ngạc nhiên khi người ta coi các ý
tưởng như vậy là bất khả thi.

NGHIÊN CỨU NHỮNG ĐIỀU BẤT KHẢ THI
Trớ trêu thay, nghiên cứu nghiêm túc về những thứ bất khả thi lại thường
mở ra những lĩnh vực khoa học phong phú và hoàn toàn nằm ngoài dự tính.
Ví dụ, cả thế kỷ tìm kiếm trong vô vọng một “động cơ vĩnh cửu” đã đưa
các nhà vật lý đến kết luận loại máy như vậy không thể tồn tại, thúc đẩy họ

tìm ra định luật bảo toàn năng lượng và ba định luật của nhiệt động lực học.
Như vậy, việc cố gắng chế tạo động cơ vĩnh cửu đã mở ra một chân trời
hoàn toàn mới là nhiệt động lực học, làm nền tảng cho động cơ hơi nước,
thời đại cơ giới và xã hội công nghiệp hiện đại.
Cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học cho rằng Trái Đất không thể đã tồn
tại hàng tỷ năm. Nam tước Kelvin còn quả quyết Trái Đất nóng chảy chỉ
mất từ 20 đến 40 triệu năm để nguội đi, ngược lại với quan điểm của giới
địa chất học và các nhà sinh học theo trường phái Darwin cho rằng Trái
Đất có thể đã hàng tỷ năm tuổi. Điều không thể ở đây cuối cùng được
chứng minh là có thể, nhờ phát hiện của bà Curie và cộng sự về lực hạt
nhân, cho thấy cách lõi Trái Đất được duy trì ở trạng thái nóng chảy hàng
tỷ năm nhờ sự hấp nhiệt từ các phân rã phóng xạ.
Chúng ta cũng tự đặt mình vào hiểm nguy nếu cứ phớt lờ những điều
bất khả. Những năm 1920 và 1930, Robert Goddard, người phát minh ra
tên lửa hiện đại, đã trở thành đối tượng chỉ trích kịch liệt của những người
nghĩ rằng tên lửa không thể di chuyển trong không gian ngoài vũ trụ. Họ
mỉa mai gọi những theo đuổi của ông là “trò ngốc của Goddard”. Năm
1921, các biên tập viên Thời báo New York gần như đã sỉ vả công trình của
ông: “Tiến sĩ Goddard không biết mối liên hệ giữa lực với phản lực và sự
cần thiết phải có thứ gì đó chắc chắn hơn chân không để phản lại tác động.
Có vẻ như ông thiếu những kiến thức căn bản mà người ta vẫn giảng dạy
hằng ngày ở trường phổ thông.” Các biên tập viên nặng lời rằng tên lửa
không hề khả thi vì không có không khí để đẩy ngược lại trong môi trường
chân không. Thật đáng buồn khi người hiểu được ý tưởng của Goddard về
các tên lửa “bất khả thi” này lại là Adolf Hitler. Trong Thế chiến II, hàng
rào tên lửa tân tiến đến “bất khả” V-2 của Đức đã gieo rắc nỗi chết chóc và
sự tàn phá xuống London.
Nghiên cứu về điều bất khả còn có thể làm thay đổi lịch sử thế giới.
Những năm 1930, hầu hết các nhà khoa học, thậm chí cả Einstein đều tin
rằng bom nguyên tử là “bất khả.” Các nhà vật lý đều biết có một năng
lượng khổng lồ bị nhốt bên trong hạt nhân nguyên tử, theo phương trình
của Einstein E = mc2, nhưng năng lượng giải phóng từ từng hạt nhân riêng
lẻ lại không mấy đáng kể. Tuy nhiên, nhà vật lý nguyên tử Leo Szilard nhớ
rằng trong tiểu thuyết The World Set free (Thế giới tự do) của H. G. Wells
xuất bản năm 1914 mà ông từng đọc, tác giả đã tiên đoán về sự phát triển

của bom nguyên tử. Trong sách, Wells cho rằng bí mật của bom nguyên tử
sẽ được một nhà vật lý phát hiện vào năm 1933. Szilard tình cờ biết đến
cuốn sách vào năm 1932 và bị nó thôi thúc, để rồi vào năm 1933, đúng như
tiên đoán của Wells hai thập kỷ trước, ông ngộ ra ý tưởng tăng cường năng
lượng của một nguyên tử đơn lẻ bằng phản ứng dây chuyền, giúp năng
lượng phân hạch của mỗi hạt nhân urani tăng lên hàng ngàn tỷ lần. Tiếp đó,
Szilard thực hiện một loạt thí nghiệm quan trọng và những cuộc thương
thảo bí mật với Einstein cùng tổng thống Mỹ Franklin Roosevelt, từ đó dẫn
đến Kế hoạch Manhattan chế tạo bom nguyên tử.
Hết lần này đến lần khác, chúng ta nhận thấy việc nghiên cứu những
điều bất khả thi đã mở ra những viễn cảnh mới mẻ, đẩy lùi các giới hạn
của vật lý và hóa học, buộc các nhà khoa học phải định nghĩa lại những gì
là “bất khả thi”. Như bác sĩ, nhà vật lý nổi tiếng người Canada William
Osler từng nói: “Triết lý của một thời đại có thể trở nên lỗi thời ở thời đại
tiếp theo, sự xuẩn ngốc của ngày hôm qua sẽ trở thành sự thông thái của
ngày mai.”
Nhiều nhà vật lý tán thành câu châm ngôn nổi tiếng mà nhà văn người
Anh T. H. White trong cuốn The One and Future King (Nhà vua của quá
khứ và tương lai): “Những gì không bị cấm đoán thì là bắt buộc!” Chúng ta
vẫn luôn tìm thấy dẫn chứng cho điều này trong vật lý. Nếu không có một
định luật vật lý nào ngăn cản một hiện tượng mới xảy ra thì rồi chúng ta sẽ
thấy hiện tượng đó tồn tại. (Điều này đã xảy đến vài lần trong công cuộc
tìm kiếm các hạt hạ nguyên tử. Bằng cách thăm dò những giới hạn cấm,
các nhà vật lý thường phát hiện ra định luật mới). Như vậy một hệ quả rút
ra được từ câu châm ngôn của T. H. White là: “Những gì không phải là bất
khả thi thì là bắt buộc!”
Chẳng hạn, nhà vũ trụ học Stephen Hawking từng cố gắng chứng minh
du hành thời gian là bất khả bằng cách tìm kiếm một định luật vật lý ngăn
cản nó, được ông đặt tên là “phỏng đoán đảm bảo trật tự thời gian”. Thật
không may, sau nhiều năm làm việc vất vả ông vẫn không thể chứng minh
được định luật này. Ngược lại trong thực tế, các nhà vật lý đã chứng minh
được rằng định luật ngăn cản việc du hành thời gian đang nằm ngoài khả
năng toán học hiện nay. Vì không có định luật vật lý nào cản trở sự tồn tại
của cỗ máy thời gian nên các nhà vật lý ngày nay phải nghiêm túc xem xét
khả năng có những cỗ máy này.

Mục đích của cuốn sách này là xem xét các công nghệ được xem là
“bất khả thi” ở thời nay nhưng có thể sẽ trở nên phổ biến trong vài thập
niên cho đến vài thế kỷ tới.
Hiện tại, có một công nghệ “bất khả thi” đang được chứng minh là khả
dĩ, đó là khái niệm dịch chuyển xuyên khoảng cách hay viễn tải (ít nhất là ở
cấp độ nguyên tử). Mới chỉ vài năm trước, các nhà vật lý còn cho rằng việc
gửi hoặc bắn đi một vật từ nơi này đến nơi khác vi phạm các định luật của
cơ học lượng tử. Thực tế, những nhà biên kịch của series Star Trek ban đầu
đã bị các nhà vật lý chỉ trích kịch liệt đến nỗi phải thêm vào “cơ cấu bù trừ
Heisenberg” để lý giải các thiết bị viễn tải của họ nhằm đối phó với khiếm
khuyết khoa học đương thời. Còn ngày nay nhờ vào những đột phá gần
đây, các nhà vật lý có thể viễn tải các nguyên tử qua khoảng cách một căn
phòng hoặc đưa các photon vượt sông Danube.

TIÊN ĐOÁN TƯƠNG LAI
Luôn có đôi chút mạo hiểm khi đưa ra các tiên đoán, đặc biệt đối với các
dự báo cho tương lai trong hàng trăm hay hàng ngàn năm tới. Nhà vật lý
Neils Bohr rất tâm đắc với câu nói: “Thật khó để đưa ra các tiên đoán, đặc
biệt là về tương lai.” Nhưng có những khác biệt căn bản giữa thời đại của
Jules Verne và ngày nay. Hiện tại, các định luật nền tảng của vật lý đã được
khám phá. Các nhà vật lý ngày nay hiểu rõ những định luật cơ bản chi phối
trong khoảng kích cỡ lên đến 43 bậc độ lớn, từ bên trong hạt proton đến vũ
trụ đang giãn nở. Nhờ đó, họ có thể tự tin đáng kể khi đưa ra những nét
khái quát của công nghệ trong tương lai và chỉ ra được sự khác biệt giữa
những công nghệ hầu như không thể và những công nghệ thật sự không thể
thực hiện được.
Bởi vậy trong cuốn sách này, tôi chia những điều “bất khả thi” thành ba
nhóm.
Đầu tiên là nhóm Bất khả thi loại I. Đây là những công nghệ ngày nay
chưa thực hiện được nhưng không vi phạm các định luật vật lý đã biết. Vì
vậy chúng có thể khả thi trong thế kỷ này hoặc xa hơn, trong hình thái đã
được thay đổi. Các công nghệ này bao gồm viễn tải, động cơ phản vật
chất, một số hình thức ngoại cảm, viễn di (điều khiển các vật bằng ý nghĩ)
và tàng hình.

Kế đến là nhóm Bất khả thi loại II. Đây là các công nghệ nằm ở chân
trời hiểu biết của chúng ta về thế giới vật lý. Nếu quả thật là khả dĩ thì
chúng cũng cần phải chờ hàng vạn đến cả triệu năm nữa mới biến thành sự
thật. Các công nghệ này gồm cỗ máy thời gian, du hành siêu không gian và
du hành qua các lỗ sâu vũ trụ.
Cuối cùng là nhóm Bất khả thi loại III. Đây là các công nghệ vi phạm
các định luật vật lý đã biết. Thật ngạc nhiên là có rất ít công nghệ bất khả
thi như vậy. Nếu được chứng minh là khả dĩ, chúng sẽ làm thay đổi căn bản
nhận thức của chúng ta về vật lý.
Tôi nghĩ cách phân loại này là hợp lý, vì nhiều công nghệ trong khoa
học viễn tưởng bị các nhà khoa học gạt bỏ và coi là hoàn toàn bất khả thi,
nhưng đôi khi thật ra họ muốn nói là chúng không thể thực hiện được đối
với nền văn minh còn thô sơ như của chúng ta. Ví dụ, việc viếng thăm
những người ngoài hành tinh thường được xem là bất khả thi vì khoảng
cách giữa các ngôi sao là quá lớn. Việc du hành giữa các ngôi sao là hoàn
toàn không khả thi đối với nền văn minh của chúng ta, nhưng có thể là hiện
thực đối với những nền văn minh đi trước chúng ta hàng ngàn hoặc hàng
triệu năm. Vì vậy, việc sắp xếp những thứ “bất khả thi” như vậy là quan
trọng. Các công nghệ là không thể đối với nền văn minh hiện tại của chúng
ta không nhất thiết phải là bất khả thi đối với những nền văn minh khác.
Nói về những thứ có thể và không thể phải tính đến các công nghệ của
hàng vạn đến hàng triệu năm tới.
Carl Sagan từng viết: “Nền văn minh một triệu năm có thể tạo ra những
gì? Chúng ta có kính thiên văn vô tuyến và tàu không gian trong vài thập kỷ
gần đây khi nền công nghệ của chúng ta mới vài trăm năm tuổi… một nền
văn minh tiên tiến vài triệu năm tuổi sẽ vượt xa chúng ta, giống như khi so
sánh chính chúng ta với đứa trẻ sơ sinh hay với loài khỉ.”
Trong nghiên cứu, tôi tập trung vào việc cố gắng hoàn thành giấc mơ
của Einstein về một “lý thuyết của vạn vật”. Cá nhân tôi luôn thấy hứng
khởi khi được nghiên cứu một “lý thuyết tối hậu” giúp giải quyết trọn vẹn
những thách thức “bất khả thi” nhất trong khoa học ngày nay, như liệu việc
du hành thời gian có khả thi hay không, có gì nằm ở tâm của hố đen, hay
những gì xảy ra trước Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Tôi vẫn mơ mộng về những
thứ bất khả thi như một tình yêu của cuộc đời tôi và tự hỏi khi nào những
thứ bất khả thi này sẽ trở nên quen thuộc trong cuộc sống thường nhật.

LỜI CẢM ƠN
Tư liệu xây dựng nên cuốn sách này trải rộng trên nhiều lĩnh vực và ngành
nghề, có tham khảo các công trình của nhiều nhà khoa học lớn. Tôi muốn
gửi lời cảm ơn chân thành tới các cá nhân sau, những người đã tử tế dành
cho tôi quỹ thời gian quý báu để thực hiện các cuộc phỏng vấn dài, những
ý kiến đóng góp và nhiều cuộc tranh luận thú vị đầy khích lệ:
Leon Lederman, giải Nobel Vật lý, Viện Công nghệ Illinois,
Murray Gell-Mann, giải Nobel Vật lý, Viện Santa Fe Institute và Cal Tech,
Henry Kendall, giải Nobel Vật lý, Viện Công nghệ Massachusetts,
Steven Weinberg, giải Nobel Vật lý, Đại học Texas tại Austin,
David Gross, giải Nobel Vật lý, Viện Kavli về Vật lý Lý thuyết,
Frank Wilczek, giải Nobel Vật lý, Viện Công nghệ Massachusetts,
Joseph Rotblat, giải Nobel Hòa bình, Bệnh viện St. Bartholomew,
Walter Gilbert, giải Nobel Hóa học, Đại học Harvard,
Gerald Edelman, giải Nobel Triết học và Y khoa, Viện Nghiên cứu Scripps,
Peter Doherty, giải Nobel Triết học và Y khoa, Bệnh viện Nghiên cứu về
Trẻ em St. Jude,
Jared Diamond, giải thưởng Pulitzer, Đại học California tại Los Angeles,
Stan Lee, sáng lập Marvel Comics và nhân vật Người Nhện,
Brian Greene, Đại học Columbia, tác giả cuốn The Elegant Universe,
Lisa Randall, Đại học Harvard, tác giả cuốn Warped Passages,
Lawrence Krauss, Đại học Case Western, tác giả cuốn The Physics of Star
Trek,
J. Richard Gott III, Đại học Princeton, tác giả cuốn Time Travel in Einsteins
Universe,
Alan Guth, nhà vật lý, MIT, tác giả cuốn The Inflationary Universe,
John Barrow, nhà vật lý, Đại học Cambridge, tác giả cuốn Impossibility,

Paul Davies, nhà vật lý, tác giả cuốn Superforce,
Leonard Susskind, nhà vật lý, Đại học Stanford,
Joseph Lykken, nhà vật lý, Phòng thí nghiệm Quốc gia Fermi,
Marvin Minsky, viện MIT, tác giả cuốn The Society of Minds,
Ray Kurzweil, nhà sáng chế, tác giả cuốn The Age of spiritual Machines,
Rodney Brooks, giám đốc Phòng thí nghiệm Trí tuệ Nhân tạo MIT,
Hans Moravec, tác giả cuốn Robot,
Ken Croswell, nhà thiên văn học, tác giả cuốn Magnificent Universe,
Don Goldsmith, nhà thiên văn học, tác giả cuốn Runaway Universe,
Neil de Grasse Tyson, giám đốc Heyden Planetarium, thành phố New York,
Robert Kirshner, nhà thiên văn học, Đại học Harvard,
Fulvia Melia, nhà thiên văn học, Đại học Arizona,
Sir Martin Rees, Đại học Cambridge, tác giả cuốn Before the Beginning,
Michael Brown, nhà thiên văn học, Viện Công nghệ California,
Paul Gilster, tác giả cuốn Centauri Dreams,
Michael Lemonick, biên tập viên mảng Khoa học, tạp chí Time,
Timothy Ferris, Đại học California, tác giả cuốn Coming of Age in the
Milky Way,
Ted Taylor, người thiết kế đầu đạn hạt nhân của Hoa Kỳ,
Freeman Dyson, Học viện Nghiên cứu Phát triển, Princeton,
John Horgan, Học viện Công nghệ Stevens, tác giả cuốn The End of
Science,
Carl Sagan, Đại học Cornell, tác giả cuốn Cosmos,
Ann Druyan, vợ của Carl Sagan, xưởng phim Cosmos Studios,
Peter Schwarz, nhà tương lai học, sáng lập Global Business Network,
Alvin Toffler, nhà tương lai học, tác giả cuốn The Third Wave,
David Goodstein, trợ lý điều hành Viện Công nghệ California,
Seth Lloyd, học viện MIT, tác giả cuốn Programming the Universe,
Fred Watson, nhà thiên văn học, tác giả cuốn Star Gazer,
Simon Singh, tác giả cuốn The Big Bang,
Seth Shostak, nhà báo khoa học của thời báo New York Times,

Jeffrey Hoffman, học viện MIT, phi hành gia của NASA,
Tom Jones, phi hành gia của NASA,
Alan Lightman, học viện MIT, tác giả cuốn Einsteins Dreams,
Robert Zubrin, sáng lập Mars Society,
Donna Shirley, thuộc chương trình Hỏa Tinh của NASA,
John Pike, GlobalSecurity.org,
Paul Saffo, nhà tương lai học, Học viện Tương lai,
Louis Friedman, đồng sáng lập Planetary Society,
Daniel Werthheimer, SETI@home, Đại học California tại Berkeley,
Robert Zimmerman, tác giả cuốn Leaving Earth,
Marcia Bartusiak, tác giả cuốn Einstein's Unfinished Symphony,
Michael H. Salamon, chương trình Beyond Einstein của NASA,
Geoff Andersen, Học viện Không quân Hoa Ký, tác giả cuốn The
Telescope.
Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn tới người đại diện của tôi, Stuart
Krichevsky, người đã ở bên cạnh tôi trong suốt những năm qua, chăm sóc
cho những cuốn sách của tôi; và biên tập viên của tôi, Roger Scholl — sự
chắc chắn, những đánh giá sáng suốt và kinh nghiệm biên tập của anh đã
chỉ đường cho nhiều cuốn sách của tôi. Tôi cũng xin cảm ơn các đồng
nghiệp tại Cao đẳng New York và Đại học thành phố New York, đặc biệt là
V. P. Nair và Dan Greenberger, những người đã hào phóng dành thời gian
để cùng tôi bàn luận.

PHẦN 1
BẤT KHẢ THI LOẠI I

1: TRƯỜNG LỰC
I. Khi một nhà khoa học xuất sắc nhưng lớn tuổi khẳng định thứ gì đó là khả dĩ thì
ông ta gần như chắc chắn là đúng. Còn khi ông cho rằng điều gì đó là bất khả thi,
nhiều khả năng ông ta sai.
II. Cách duy nhất để khám phá giới hạn của sự khả thi là dám bước qua những giới
hạn ấy để hướng về những điều bất khả.
III. Công nghệ càng tiến bộ thì càng khó phân biệt với ma thuật.
— BA ĐỊNH LUẬT CỦA ARTHUR C. CLARK

“Khiên chắn!”
Trong nhiều tập phim Star Trek, đây là mệnh lệnh đầu tiên của thuyền
trưởng Kirk dành cho phi hành đoàn, yêu cầu bật tấm chắn trường lực để
bảo vệ phi thuyền Enterprise trước hỏa lực của địch.
Các trường lực đóng vai trò sống còn trong phim Star Trek vì kết quả
của trận chiến phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng chống đỡ của trường lực
trước các đợt tấn công của đối phương. Mỗi khi năng lượng của các
trường lực cạn, vỏ tàu Enterprise lại bị công phá nghiêm trọng cho đến khi
việc đầu hàng là không thể tránh khỏi.
Vậy trường lực là gì? Trong khoa học viễn tưởng, nó đơn giản đến mức
dễ gây hiểu lầm: một rào chắn mỏng manh vô hình nhưng không thể xuyên
thủng, có thể làm lệch tia laser và các tên lửa. Thoạt nghe, trường lực đơn
giản tới mức dường như tạo ra nó chỉ trong tích tắc. Người ta mong mỏi
đến ngày một nhà sáng chế nào đó tuyên bố đã khám phá ra một trường lực
có khả năng phòng thủ. Nhưng sự thật lại không đơn giản như vậy.
Cũng như bóng đèn điện của Edison đã cách mạng hóa nền văn minh
hiện đại, trường lực có thể ảnh hưởng sâu sắc lên mọi mặt của cuộc sống.
Trường lực giúp quân đội không thể bị tấn công vì nó sẽ tạo ra một tấm
khiên không thể xuyên thủng chống lại tên lửa và đạn đạo của đối phương.
Về lý thuyết, các cây cầu, đường siêu cao tốc và những con đường có thể

được xây dựng chỉ bằng một cái bấm nút. Các thành phố có thể mọc lên từ
hoang mạc chỉ trong chớp mắt, với những tòa nhà chọc trời được xây dựng
hoàn toàn nhờ vào các trường lực. Những trường lực được dựng lên trong
khắp thành phố có thể giúp cư dân ở đó điều chỉnh thời tiết — cuồng
phong, bão tuyết và cả vòi rồng — như mong muốn. Các thành phố có thể
được xây dựng dưới đáy đại dương bên trong những mái vòm an toàn bằng
trường lực. Kính gương, sắt thép và vữa có thể được thay thế hoàn toàn.
Tuy vậy, thật kỳ lạ vì trường lực là một trong những thiết bị khó có thể
tạo ra nhất trong phòng thí nghiệm. Trên thực tế, một số nhà vật lý tin rằng
trường lực thực sự là bất khả nếu không bổ sung thêm các tính chất cho
chúng.

MICHAEL FARADAY
Khái niệm trường lực bắt nguồn từ các công trình của nhà vật lý lỗi lạc
người Anh thế kỷ 19 — Michael Faraday.
Sinh ra trong một gia đình thuộc tầng lớp lao động (cha ông là thợ rèn),
Faraday nỗ lực tìm cách đổi đời từ vị trí người học việc nghề đóng sách
vào đầu những năm 1800. Chàng trai trẻ Faraday bị mê hoặc bởi hàng loạt
phát hiện đột phá về các tính chất kỳ lạ của hai lực mới: lực điện và lực từ.
Faraday đọc ngấu nghiến tất cả những gì tìm được liên quan đến chúng và
tham dự các lớp của giáo sư Humphrey Davy ở Viện Hoàng gia London.
Một ngày, giáo sư Davy bị thương nặng ở mắt trong một tai nạn hóa
học và thuê Faraday làm thư ký. Faraday dần nhận được sự tin tưởng của
các nhà khoa học ở Viện Hoàng gia và được phép tiến hành các thí nghiệm
của riêng mình dù vẫn còn bị coi thường. Năm tháng qua, càng ngày giáo
sư Davy càng đố kỵ với người cộng sự trẻ tuổi, một ngôi sao đang lên
trong mảng thực nghiệm, thậm chí làm lu mờ cả tiếng tăm của ông. Sau khi
Davy mất vào năm 1829, Faraday được tự do tiến hành một loạt thí nghiệm
đột phá dẫn đến sự ra đời các máy phát điện có thể cung cấp năng lượng
cho cả thành phố và làm thay đổi vĩnh viễn tiến trình của nền văn minh thế
giới.
Chìa khóa cho những phát minh vĩ đại nhất của Faraday là khái niệm
“trường lực”. Nếu đặt các mạt sắt quanh một nam châm, ta sẽ thấy chúng
sắp xếp thành một hệ thống giống hình mạng nhện trong không gian bao

quanh. Đó là các đường sức, mô tả một cách hình ảnh cách điện trường và
từ trường lan ra không gian. Ví dụ, nếu vẽ đồ thị từ trường của Trái Đất, ta
sẽ thấy các đường sức đi ra từ cực bắc và đi vào ở cực nam. Tương tự, nếu
vẽ đồ thị các đường sức điện của một cột thu lôi...