Tìm hiểu về cõi lượng tử qua góc nhìn của nhà vật lý học, cố vấn khoa học của Marvel

Thế giới lượng tử và đa vũ trụ gần đây đã trở thành một đề tài ăn khách trên phim ảnh. Không chỉ có các bộ phim của Marvel như Ant-Man, Avengers: Endgame, Spider-Man: No way home hay Doctor Strange in the Multiverse of Madness… chúng ta còn có một bộ phim mới ra rạp, cũng lấy đề tài này làm trung tâm nhưng ít người biết đến: Everything Everywhere All at Once.

Nội dung phim kể về Evelyn Wang (do Dương Tử Quỳnh thủ vai) là một phụ nữ gốc Hoa di cư sang Mỹ. Cô mở một tiệm giặt là để kiếm sống. Wang lẽ ra phải sống một cuộc sống bình thường và ẩn danh như bao phụ nữ nhập cư khác. Nhưng rồi một ngày, cô được trao cho một công nghệ có khả năng đặc biệt: du hành giữa các thực tại khác nhau của đa vũ trụ.

Trong mỗi vũ trụ mà cô ấy đến thăm, cô ấy sẽ gặp một phiên bản khác nhau của chính mình. Có một Vương phi khác không sang Mỹ mà ở lại Trung Quốc, sự lựa chọn đó cuối cùng đã khiến cô trở thành một nữ diễn viên nổi tiếng. Có Wang trở thành một doanh nhân thành đạt, và có một phiên bản của cô ấy là một cao thủ kung fu.

Với đa vũ trụ, mọi thứ đều có thể xảy ra. Wang đã học được nhiều điều khi di chuyển giữa các đa vũ trụ đó. Và cô đã dùng những gì mình học được từ chính các phiên bản khác của bản thân mình để cứu thế giới và cứu cả cuộc sống của mình.

Trong khi câu chuyện hoàn toàn là viễn tưởng, nó gieo vào trong tâm trí người xem một ý niệm: Chúng ta đừng tự giới hạn những năng lực của bản thân, đừng nghĩ rằng mình không thể làm được điều gì đó.

Alex Abad-Santos, một biên tập viên của Vox đã xem bộ phim và thực sự cảm thấy ấn tượng về nó. Anh đã liên hệ với Spyridon Michalakis, một nhà toán lý tại Viện Công nghệ California (Caltech) để hỏi về ý tưởng của bộ phim.

Liệu nó có quá viển vông, hay thực sự chúng ta đang ở trong một đa vũ trụ? Và nếu vậy, làm thế nào để chúng ta biết đến sự tồn tại của các vũ trụ khác, hoặc thậm chí tìm cách đến được đó?

Trong trường hợp bạn chưa biết, Michalakis chính là cố vấn khoa học cho nhiều bộ phim của Marvel bao gồm Ant-Man và Avengers: Endgame. Chính ông là người đã đưa những ý tưởng về thế giới lượng tử và đa vũ trụ bám sát khoa học thực tế nhất lên màn ảnh rộng.

Dưới đây là toàn bộ cuộc trò chuyện giữa Alex và Michalakis:

Cảm ơn anh vì đã dành thời gian trò chuyện với tôi ngày hôm nay. Tôi biết anh đang bận vì ngày mai là Ngày lượng tử thế giới!

Không có gì! Đa vũ trụ là nguồn sống của tôi mà. Trên thực tế, tôi còn phải chịu trách nhiệm về nó nữa cơ.

Ồ, cụ thể - ý anh nói anh "phải chịu trách nhiệm" là sao?

Tôi là cố vấn khoa học cho bộ phim Ant-Man và tôi đã đưa vào đó khái niệm thế giới lượng tử. Sau đó, thế giới lượng tử tiếp tục xuất hiện trong Ant-Man and the Wasp, và sau nữa là Avengers: Endgame, vân vân và vân vân. Cho nên, nếu anh tìm ai đó để nói chuyện về lượng tử thì anh đã tìm đúng người rồi đấy.

Tuyệt, vậy hãy giải thích cho chúng tôi những thứ đó nào.Chà... như anh đã biết, đa vũ trụ trong Marvel dựa trên ý tưởng rằng có một dòng thời gian trung tâm, nhưng mọi quyết định được đưa ra - dù ít hay nhiều - đều khiến nó rẽ nhánh và sinh ra những dòng thời gian mới.Mọi thứ cứ liên tục tách xa dòng thời gian trung tâm đó. Anh có thể nói một chút về những ý tưởng ban đầu của anh về khái niệm này, và cách mà anh áp dụng khoa học vào đó?

Có một điều trớ trêu nhất giữa tất cả, đa vũ trụ có thể đã xuất hiện theo đúng nghĩa đen ở những nơi nhỏ nhất. Khi tôi hỏi ý kiến của Paul Rudd (vai Ant-Man) và Peyton Reed (đạo diễn phim Ant-Man), họ đều muốn biết điều gì sẽ xảy ra khi chúng ta thu nhỏ một người lại.

Tôi nghĩ nếu bạn thực sự có thể thu nhỏ lại - điều này thực sự thú vị - bạn sẽ có được mã nguồn của thực tại. Đó chính là thế giới lượng tử. Dưới kích thước đó, không gian và thời gian không vận hành theo cách mà chúng ta đang thấy.

Tôi đã cố gắng truyền tải càng nhiều những kiến thức khoa học thực tế vào phim càng tốt. Ở một góc độ nào đó, những người viết kịch bản thấy hào hứng với khoa học thực tế hơn là những thứ được khoác cho một vỏ bọc lừa dối.

Anh không có ý xúc phạm Doctor Strange đó chứ?

Ồ vâng! Không xúc phạm!

Đó cũng là nơi mà đa vũ trụ xuất hiện, từ thực tế là bạn có một khái niệm rất cơ bản trong vật lý lượng tử, nó được gọi là chồng chất lượng tử.

Về cơ bản, chồng chất lượng tử nói rằng vũ trụ này – vũ trụ mà chúng ta nghĩ rằng nó chỉ tồn tại – thực sự là một chồng chất lượng tử, là giao điểm của vô số vũ trụ khác.

Mỗi vũ trụ khác nhau đều có những sự kiện khác nhau xảy ra ở một mức độ vi mô nào đó. Khi bạn thu nhỏ từ góc nhìn vi mô của con người, chúng ta thấy một số mẫu nhất định như không gian, thời gian và vật chất xuất hiện, và các hạt đang có một số vị trí tương đối xác định trong toàn vũ trụ. không gian và thời gian.

Marvel đã tập trung vào ý tưởng rằng chúng ta có thể sử dụng thế giới lượng tử để thiết kế ngược lại vũ trụ duy nhất đó và chia nó thành các đường nhánh. Sau đó, họ có thể khám phá từng dòng thời gian riêng lẻ để có hiệu ứng ấn tượng.

Tôi muốn hỏi anh về "khoa học thực sự". Có phải tôi rất ngớ ngẩn khi nghĩ rằng có một tôi khác trong một vũ trụ khác hay không? Hay đó là một suy luận quá viển vông?

Tôi thực sự nghĩ rằng điều đó hoàn toàn khả thi và chính là những gì đang xảy ra.

Ôi không! Điều gì sẽ xảy ra nếu có một tôi khác tốt hơn ở đâu đó?

Không, anh là phiên bản tốt nhất của mọi anh từ trước đến nay.

Đợi đã. Nhưng làm thế nào để chúng ta biết điều đó? Hay anh chỉ đang khách sáo với tôi thôi?

Bởi vì tôi vừa nói như vậy, và đó là tất cả những gì cần thiết để khẳng định điều đó.

Nhưng tôi muốn biết - những gì chúng ta thấy trên màn hình là một chuyện, thế còn khoa học ngoài đời thực thì như thế nào? Anh có thể vui lòng giải thích nó cho tôi theo cách đơn giản nhất có thể được không?

Anh đã nghe về thí nghiệm hai khe hẹp chưa? Nó là một trong những thí nghiệm lượng tử rất nổi tiếng.

Thành thật mà nói, tôi học chuyên ngành tiếng Anh. Vì vậy, tôi đoán là tôi chưa nghe nói về thí nghiệm đó.

Đây là một trong những thí nghiệm lượng tử nổi tiếng, được thực hiện trước cả khi vật lý lượng tử được các nhà khoa học quan tâm đến. Thí nghiệm này đã khiến loài người - lần đầu tiên trong lịch sử của mình - phải lo lắng rằng cách chúng ta nghĩ về vũ trụ đang có điều gì đó không ổn.

Chúng ta nghĩ rằng chúng ta có thể bắn một hạt electron hoặc photon – vâng chỉ một hạt duy nhất - về phía một bức tường nơi anh đặt trước nó hai khe hở. Vậy thì hạt đó hẳn phải đi qua một trong hai cái khe, bên trái hoặc bên phải, trước khi nó đập vào bức tường phía sau.

Tôi hiểu rồi.

Như anh có thể tưởng tượng, giống như một viên đạn hoặc một quả bóng bi-a, từng viên trong số đó sẽ phải đi qua khe bên phải hoặc khe bên trái.

Rồi bạn nhìn vào bức tường phía sau, nó để lại một loạt các vết đạn hoặc bên phải hoặc bên trái. Nhưng khi làm thí nghiệm đó với các hạt electron và photon siêu nhỏ, các nhà khoa học đã không thấy những gì mà họ mong đợi.

Ở đây, các hạt trở thành sóng – mỗi một electron và một photon đơn lẻ lại có thể đi qua cả hai khe cùng một lúc, chúng giao thoa với chính chúng đằng sau bức tường đó, như thể mỗi hạt là một làn sóng.

Hãy nghĩ về nó giống như anh truyền sóng nước đi qua hai khe hẹp này, và sau đó anh có thể thấy các đỉnh sóng lên xuống, tùy thuộc vào cách dòng nước giao thoa. Đó là những gì đang xảy ra với các hạt vật chất trong thực tế, từng hạt một.

Tôi nghĩ rằng tôi đã hiểu thí nghiệm đó - kết quả không như mong đợi, và mọi thứ, kể cả xác suất, đều không như những gì mà các nhà khoa học nghĩ. Thú thật thì: Lần cuối cùng tôi học vật lý là hồi còn học đại học.

Đúng vậy, hồi đó họ đã nghĩ: Làm thế quái nào lại có thể có một thứ đi qua hai nơi cùng một lúc?

Sau đó, nhà vật lý đoạt giải Nobel Richard Feynman nói, "Chờ một chút, điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có một cái khe thứ ba, cái thứ tư và cái thứ năm?"

Chắc chắn, bạn sẽ thấy một mô hình thậm chí còn phức tạp hơn ở phía sau những khe hẹp này, như thể electron đi qua cả bốn hoặc năm chiếc khe cùng một lúc.

Và rồi Feynman nhận ra thêm một điều, nếu ông cứ tạo ra những khe hở liên tiếp, cho đến một lúc nào đó, các khe sát sạt lại với nhau thì màn chắn thực sự sẽ biến mất. Anh chỉ còn lại một khoảng không gian trống phía trước bức tường, nơi mà ảnh sáng và các hạt vật chất có thể thoải mái đi qua.

Vậy thì chúng sẽ đi qua mọi khe đó, trên mọi con đường trong mọi thời điểm. Đây thực sự là một thực tế tương đồng hoàn hảo với tiêu đề của bộ phim. Tiêu đề của bộ phim đó (Everything Everywhere All at Once) là chính xác về mặt khoa học.

Mọi thứ, mọi nơi đều diễn ra cùng một lúc.

Đó chính xác là cách vũ trụ hoạt động. Không gian và thời gian là một cấu trúc duy nhất, đơn lẻ. Không giống như thể anh có không gian trước rồi sau đó mới có thời gian. Thực tế thì không gian luôn gắn liền với thời gian. Hơn nữa, không thời gian lượng tử là một sự chồng chất: một sự chồng chất lượng tử của vô số không thời gian, tất cả đều xảy ra cùng một lúc.

Do đó, thế giới vật lý cơ bản của chúng ta chỉ là một ảo tưởng, được sinh ra bởi con người có điểm nhìn và một hướng quan sát sự chồng chất đó từ góc nhìn duy nhất của chính chúng ta.

Tất cả chúng ta đều đồng ý đó là một chiếc ô tô, có một màn hình mà chúng ta đang nhìn vào, hoặc có ai đó đang nói chuyện. Tuy nhiên, nếu từ một góc nhìn khác (anh có thể truy cập vào góc nhìn đó bằng máy tính lượng tử - chúng tôi đang phát triển những thiết bị đó tại những nơi như CalTech) thì anh sẽ thấy được một thực tại khác, bên dưới lớp vỏ bọc của thực tại mà chúng ta đang thấy.

Tôi nghĩ rằng mình hiểu hiểu rồi đấy!

Anh hiểu rồi đúng không? Khá ấn tượng đấy.

Ý tôi là, tôi hiểu nó theo những nghĩa rất rộng. Về cơ bản, nếu tất cả chúng ta có cùng một góc nhìn, chúng ta sẽ có chung quan điểm về thực tại này và cách chúng ta nhìn nhận thế giới. Tuy nhiên, dựa trên góc nhìn hoặc quan điểm khác, thực tại đó có thể dễ dàng biến thành thực tại khác. Giống như bức tường với những khe hở!

Chính xác, chính xác là vậy.

Và anh sẽ không thể biết có những góc nhìn khác, phải không? Đó là vẻ đẹp của thứ khoa học này. Anh sẽ không biết, trừ khi chính anh cũng đang chập chờn giữa hai thực tại khác nhau. Điều này cũng có thể xảy ra, bởi một lần nữa, tốc độ khung hình của tâm trí con người quá thấp so với tốc độ khung hình của vũ trụ, đúng không nào?

Chết tiệt. Cái gì cơ? Tốc độ khung hình? Vậy nó giống như con người đang không nhìn thấy hết toàn bộ vũ trụ?

Hãy giả sử rằng chúng ta chỉ cảm nhận được 100 khung hình mỗi giây, đại loại như vậy. Chúng ta vẫn có thể nhận thức được cuộc sống của mình và những lựa chọn mà chúng ta đưa ra. Nhưng tốc độ khung hình của vũ trụ nơi anh nhấp nháy giữa các dòng thời gian khác nhau cao hơn tới 40 bậc. Nghĩa là 10 mũ 40 khung hình trên giây.

Rồi cứ cho chúng ta hiểu gần đúng hết về vũ trụ của mình, thì chúng ta thực ra cũng chỉ đang cố gắng tìm ra một cốt truyện của vũ trụ toàn cảnh bằng cách chỉ xem phần đầu và phần cuối của bộ phim, chỉ xem khung hình đầu tiên và khung hình cuối cùng.

Chúng ta chỉ đang tái tạo lại những gì tốt nhất trong khả năng mà chúng ta có thể. Đó là nơi mà đa vũ trụ ẩn náu; nó ẩn ở đó giữa các khung hình bị mất. Thành thật mà nói, tôi nghĩ rằng tốc độ khung hình của vũ trụ thực sự là vô hạn, thậm chí không thể đếm được, nó rất, rất lớn. Và chúng ta đang cách rất xa so với vũ trụ toàn cảnh đó.

Nghĩ về toàn bộ bộ phim còn thiếu đó – tâm trí tôi đã hoàn toàn bị thổi bay mất rồi.

Tóm lại thì như chúng ta có thể thấy, trực giác của chúng ta quá kém, nó quá kém ở trên mọi quy mô. Chúng ta không nhận thức được phần lớn vũ trụ. Những gì chúng ta làm chỉ là đang cố gắng đưa ra những lý thuyết tốt nhất về nó trong khả năng có thể.

Điều mà tôi thấy thú vị khi nghe anh nói là tất cả chúng ta về cơ bản đều đang đoán mò – nhắc lại thì tôi không phải là một nhà vật lý nên điều này có thể xảy ra. Rõ ràng tất cả mọi thứ chỉ là tương đối, nhưng tôi vẫn thấy mình có trực giác và những phỏng đoán của riêng mình về cách vũ trụ hoạt động.Anh cũng vậy, và kiến thức của anh còn siêu hơn tôi rất nhiều. Nhưng rồi ngay cả chính anh – đặt vào bối cảnh của tốc độ khung hình thì trực giác và kiến thức của anh cũng chỉ là một thứ gì đó quá bé nhỏ so với sự vô hạn của vũ trụ toàn cảnh.

Vũ trụ đang diễn ra với khoảng 100 triệu tỷ khung hình mỗi giây - chính xác là như vậy. Vũ trụ đang cười vào mặt loài người chúng ta với thứ khoa học mà chúng ta đang biết.

Tôi muốn hỏi anh câu này, nhưng tôi nghĩ anh có thể cũng đã ngầm ý trả lời rồi: Anh nghĩ tại sao mọi người lại mê mẩn những khái niệm này?

Trước hết, từ góc nhìn của nhượng quyền thương mại, Vũ trụ Điện ảnh Marvel có lẽ là thương hiệu phim thành công nhất mọi thời đại.

Và đa vũ trụ, ở nền tảng và bản chất của nó, là một kịch bản mới mẻ: Điều gì sẽ xảy ra nếu tôi có một lựa chọn khác? Điều gì sẽ xảy ra nếu bản thân thời gian không phải một chiều? Nếu nó là một triệu chiều thì sao?

Điều gì sẽ xảy ra nếu anh có thể nhảy sang trái, phải, lên xuống hoặc cao thấp cùng một lúc? Và nếu anh có thể làm được điều đó, thì nó có nghĩa là, về cơ bản anh đang đi đến những thực tại khác - có thể trông rất giống hoặc rất khác thực tại của anh.

Đối với các nhà khoa học, chúng tôi ngày càng giỏi hơn trong việc giải thích các khái niệm cho bạn bè của chúng tôi trong ngành giải trí và cả ở Hollywood.

Họ cảm thấy được trao quyền nhiều hơn để kể những câu chuyện hay, dựa trên du hành thời gian và những thứ tương tự bước ra từ tiểu thuyết, ví dụ như đa vũ trụ chẳng hạn. Họ có GPU và bây giờ họ có thể render ra những bộ phim tuyệt đẹp để trực quan hóa những khái niệm như đa vũ trụ, thế giới lượng tử và mọi thứ giao thoa giữa hai khái niệm đó.

Anh biết đấy, có thể nhảy qua lại trong đa vũ trụ cũng là một siêu năng lực. Đó là một hình dung đầy sức mạnh, không chỉ phá vỡ các quy luật vật lý trong vũ trụ này, mà còn mở ra những lựa chọn gần như vô hạn về con người. Để thoát khỏi chính mình và trở thành một người khác.

Tôi nghĩ từ khóa ở đây có thể là "số phận". Rất nhiều câu chuyện xoay quanh sự đấu tranh với số phận và những sự lựa chọn của chúng ta, và liệu chúng ta có kiểm soát được tương lai của mình hay không. 

Đa vũ trụ dường như mang lại cho những câu chuyện đó sự tự do, trong đó số phận của anh có thể là bất cứ thứ gì anh lựa chọn, hoặc bất cứ chồng chất lượng tử nào.

Có một điều mà có lẽ anh không mấy để ý, nhưng sự lựa chọn có một sức mạnh vô biên ở một mức độ vi mô nào đó, sức mạnh đó là thứ mà anh sẽ được trao cho, nó xác định danh tính của anh với tư cách là một công dân của thực tại này thay vì một thực tại song song khác: 

Tại nơi mà anh thực hiện lựa chọn quan trọng nhất của mình, anh để lại dấu vân tay của mình ở đó. Đây là thứ ngăn cách anh với phiên bản khác của chính anh – khi anh đưa ra một lựa chọn khác. Và có thể anh đã chọn lựa được những gì tốt nhất trong số tất cả các chọn lựa đó.

Nhưng có một ý tưởng cũng khá thú vị là anh còn có thể học hỏi được từ các phiên bản khác của mình. Điều gì sẽ xảy ra nếu anh có thể gặp họ, và đột nhiên, anh nhận ra rằng anh có tất cả những sức mạnh tiềm ẩn, tiềm ẩn bên trong chính anh mà chưa hề được khám phá? Những phiên bản khác của anh, họ đã phát triển sức mạnh đó trong thực tại khác của họ.

Điều gì sẽ xảy ra nếu anh là một điệp viên ở thực tại đó, hoặc một đầu bếp tài ba, hoặc một nhà văn tuyệt vời? Tất cả những gì anh ước mình có thể trở thành, hoặc thậm chí hơn cả thế- điều gì sẽ xảy ra nếu anh có thể trở thành bất cứ ai với những kỹ năng mà anh từng nghĩ mình chẳng bao giờ có thể làm tốt được? Hãy tưởng tượng về một phiên bản tốt nhất của bản thân anh.

Lý do tại sao điều này lại quan trọng đến vậy, và tại sao tôi lại cố gắng giới thiệu những ý tưởng đó vào phim, đó là vì thế giới của chúng ta đang trở nên tồi tệ hơn, và tưởng tượng về những khả năng ấy sẽ tạo ra sự khác biệt rất lớn.

Tôi không thích tham gia chính trị, nhưng anh biết tôi muốn nói gì: mọi thứ trong đại dịch, và bây giờ là những gì đang xảy ra ở Ukraine.

Tại một số thời điểm nào đó, mọi người cứ tự hoài nghi bản thân và tự nhủ với mình rằng mình chẳng thể làm gì và chẳng có phiên bản nào tốt hơn của mình có thể tạo ra sự khác biệt.

Bây giờ, tôi muốn mọi người - đặc biệt là những người trẻ đang cố gắng tìm ra nơi họ thuộc về trong thế giới này – biết một điều: Rằng họ có sức mạnh để biến bất cứ điều gì xảy ra và biến thế giới đó thành nơi họ có thể làm những điều đáng kinh ngạc. Họ thực sự có thể nắm quyền kiểm soát và trở thành phiên bản tốt nhất của chính họ, mở ra tiềm năng thực sự của họ.

Tôi hiểu điều đó. Tôi cảm thấy có một cụm từ nổi lên trong hai năm vừa qua. Đó là "khủng hoảng hiện sinh". Mọi người có một cảm giác chung kiểu: Tôi không hiểu tại sao điều này lại quan trọng. Nó có quan trọng gì nếu tôi vẫn tiếp tục sống và tồn tại?

Đối với tôi, hình dung về đa vũ trụ giống như một nghịch đảo của điều đó. Có một cái gì đó đẹp đẽ trong ý tưởng tồn tại ở mọi nơi vào mọi lúc. Ý tưởng rằng cuộc sống này, cuộc sống của anh, mọi thứ ở mọi nơi và ngay lúc này đều có vai trò quan trọng.

Có một sức mạnh của sự hiểu biết, nghĩa là dù cho anh chỉ biết đến một điều gì đó thôi, dù chưa có cách nào để thay đổi hay tác động và nó. Nhưng chỉ cần anh biết nó tồn tại thôi, sự hiểu biết đó cũng tiềm ẩn sức mạnh to lớn.

Thường thì những anh hùng là những người đầu tiên tin rằng mọi điều đều có thể, và số phận không phải là thứ được an bài trước. Chỉ cần biết, hoặc ít nhất là tin tưởng mạnh mẽ rằng điều gì đó là có thể, thì anh mới có thể thoải mái thử nghiệm và tìm ra cách để biến điều đó thành hiện thực.

Đó là những gì mà khoa học đang thực sự cố gắng làm. Hãy lấy một thứ gì đó trong khoa học viễn tưởng, một điều mà nhân loại rất muốn nó trở thành sự thật, và sau đó nói rằng chúng ta hãy cố gắng hiểu nó trước đã.

Đầu tiên, chúng ta phải tin rằng điều đó là khả thi, sau đó mới cố gắng hiểu những gì chúng ta cần phải làm, trong hiểu biết của mình, để biến điều đó trở thành hiện thực.

Đọc thêm: Đột phá của ngành lưu trữ năng lượng: Mặt trời có thể "bảo quản" ở dạng lỏng, hạn dùng đến 18 năm