Chương 2: Tính Phổ quát của Định luật Vật lý

“Sau các định luật vật lý, mọi thứ khác đều là ý kiến.” - Neil deGrasse Tyson

Cho đến khi Ngài Isaac Newton viết ra luật vạn vật hấp dẫn, không ai có lý do gì để cho rằng các định luật vật lý ở nhà cũng giống như ở mọi nơi khác trong vũ trụ. Trái Đất có những việc dưới trần thế đang diễn ra và thiên đường có những việc trên trời đang diễn ra. Khi Newton phá vỡ rào cản triết học này bằng cách làm cho mọi chuyển động trở nên dễ hiểu và có thể dự đoán được, một số nhà thần học đã chỉ trích ông vì đã không để lại việc gì cho Đấng Tạo hóa làm.

DƯỚI ĐẤT CŨNG NHƯ TRÊN TRỜI

Newton đã nhận ra rằng lực hấp dẫn kéo những quả táo chín từ vườn cũng hướng dẫn các vật thể bị ném đi theo quỹ đạo cong của chúng và điều khiển Mặt Trăng trên quỹ đạo của nó quanh Trái Đất. Luật hấp dẫn của Newton cũng dẫn dắt các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi trong quỹ đạo của chúng quanh Mặt Trời và giữ cho hàng trăm tỷ ngôi sao trên quỹ đạo trong thiên hà Dải Ngân hà của chúng ta.

Tính phổ quát này của các định luật vật lý thúc đẩy khám phá khoa học hơn bất cứ điều gì khác.

Hãy tưởng tượng sự phấn khích của các nhà thiên văn học thế kỷ mười chín khi các lăng kính trong phòng thí nghiệm, vốn bẻ gãy các chùm ánh sáng thành một dải màu, lần đầu tiên được hướng về phía Mặt Trời. Quang phổ không chỉ đẹp mà còn chứa đựng vô vàn thông tin về vật thể phát ra ánh sáng, bao gồm nhiệt độ và thành phần của nó.

Trước sự vui mừng và kinh ngạc của mọi người, các dấu hiệu hóa học trên Mặt Trời giống hệt với các dấu hiệu trong phòng thí nghiệm. Dù Mặt Trời có khác Trái Đất về kích thước, khối lượng, nhiệt độ, vị trí và hình dáng, cả hai chúng ta đều chứa cùng một thứ: hydro, carbon, oxy, nitơ, canxi, sắt. Nhưng quan trọng hơn bản danh sách dài các nguyên liệu chung là sự công nhận rằng các định luật vật lý quy định việc hình thành các dấu hiệu quang phổ này trên Mặt Trời cũng chính là các định luật đang vận hành trên Trái Đất, cách đó chín mươi ba triệu dặm.

Phân tích sâu hơn về quang phổ của Mặt Trời đã tiết lộ dấu hiệu của một nguyên tố không có đối tác tương ứng nào được biết đến trên Trái Đất. Vì thuộc về Mặt Trời, chất mới này được đặt tên theo từ tiếng Hy Lạp helios (“Mặt Trời”). Do đó, heli trở thành nguyên tố đầu tiên và duy nhất trong Bảng Tuần hoàn hóa học được khám phá ở một nơi nào đó không phải là Trái Đất.

Được rồi, các định luật vật lý hoạt động trong hệ mặt trời, nhưng chúng có hoạt động trên khắp thiên hà không? Khắp vũ trụ? Khắp bản thân thời gian? Từng bước một, các định luật đã được kiểm chứng. Các ngôi sao lân cận cũng tiết lộ những hóa chất quen thuộc. Các ngôi sao đôi xa xôi, liên kết trong quỹ đạo tương hỗ, dường như biết tất cả về luật hấp dẫn của Newton. Vì lý do tương tự, các thiên hà đôi cũng vậy.

Câu hỏi về tính phổ quát này màu mỡ đến mức nó đã được áp dụng thành công theo chiều ngược lại. Nếu bạn muốn nói chuyện với người ngoài hành tinh, bạn có thể cá rằng họ không nói tiếng Anh hay tiếng Pháp. Hy vọng tốt nhất của bạn là tìm cách giao tiếp bằng ngôn ngữ khoa học.

Một nỗ lực như vậy đã được thực hiện vào những năm 1970 với tàu Pioneer 10 và 11 và Voyager 1 và 2. Cả bốn tàu vũ trụ đều được cung cấp đủ năng lượng để thoát khỏi hoàn toàn hệ mặt trời. Voyager còn bao gồm một album đĩa vàng chứa các âm thanh đa dạng từ mẹ Trái Đất, bao gồm nhịp tim con người, “tiếng hát” của cá voi và các lựa chọn âm nhạc từ khắp nơi trên thế giới, bao gồm các tác phẩm của Beethoven và Chuck Berry.

Bản nhại yêu thích của Tyson về cử chỉ này là một tiểu phẩm trên chương trình Saturday Night Live, trong đó họ cho thấy một bức thư trả lời từ những người ngoài hành tinh đã thu hồi được tàu vũ trụ. Bức thư chỉ đơn giản yêu cầu: “Gửi thêm Chuck Berry.”

Tất cả các phép đo đều cho thấy rằng các hằng số cơ bản đã biết, và các định luật vật lý tham chiếu đến chúng, không phụ thuộc vào thời gian cũng như vị trí. Chúng thực sự không đổi và phổ quát.

Sức mạnh và vẻ đẹp của các định luật vật lý là chúng áp dụng ở mọi nơi, dù bạn có chọn tin vào chúng hay không.