Triết học vật lý và vật lý

22/12/2017 08:00 - Cao Chi

Liệu có đúng như Stephen Hawking đã tuyên bố rằng “triết học đã chết -Philosophy is dead” trong cuốn sách “The grand Design” hay không? Trong cuốn sách “Philosophy of Physics” (Robert P Crease)1 tác giả muốn chứng minh rằng không phải như vậy. Không những triết học không chết mà trái lại còn vô số vấn đề triết học vật lý phải làm song hành với vật lý.

Các nhà khoa học tại Cỗ máy gia tốc hạt lớn LHC sử dụng dữ liệu năng lượng cao mới của họ để nghiên cứu về Higgs boson. 

Có những vấn đề mà bản thân vật lý không trả lời được: Vì sao Lý thuyết dây là lý thuyết khoa học mặc dầu Lý thuyết dây không tiên đoán được điều thực nghiệm gì? Bản chất cơ học lượng tử là gì? Bản chất không gian, thời gian là gì? Điều gì cấu tạo nên vật lý cơ bản?...

Hiện nay, triết học vật lý đi theo ba khuynh hướng truyền thống:

Analytic - phân tích hay còn gọi là Anglo-American vì được phát triển bởi các nhà triết học Anh và Mỹ

Pragmatic - thực dụng.

Hermeneutic - chú giải văn bản (thông diễn học).

Triết học phân tích dường như lấn áp các triết học khác.

Để hiểu vấn đề ta hình dung một workshop – một phân xưởng, một hội thảo - một môi trường trong đó người ta tạo nên và nghiên cứu mọi hiện tượng và sự cố - Higgs boson, đồng vị phóng xạ hiếm, siêu chảy,… – những điều mà trong thường nhật không xuất hiện hoặc hi hữu xuất hiện hoặc xuất hiện một cách không tường minh.

Trong workshop người ta thu được những kết quả tổng quát không phụ thuộc với thế giới bên ngoài.

Trong workshop người ta đặt câu hỏi cho thiên nhiên (Galileo) hoặc hỏi thiên nhiên như một chứng nhân tại tòa án (Immanuel Kant).

Trong workshop khi cần người ta lại đưa vào nhiều khái niệm mới (như hạt Higgs) làm nhiễu loạn không khí truyền thống.

Các nhà triết học vật lý quan tâm đến hành động tương tác của workshop nhưng theo một kiểu cách khác các nhà vật lý. Các nhà triết học tìm hiểu không phải những điều nhà vật lý biết mà là làm thế nào mà họ biết được những điều đó.   

Điều này làm cho giữa vật  lý và triết học vật lý có sự khác biệt và đảm bảo rằng triết học vật lý cũng sôi động như bản thân vật lý.

Ba khuynh hướng

Analytic

Những người đi theo khuynh hướng này gồm các nhà logic, vật lý và toán học như Rudolf Carnap, Hans Reichenbach và Bertrand Russell, chú tâm vào logic của khoa học và ý nghĩa của những khái niệm cơ bản. Các chương quan trọng trong analytic là: diễn giải, nhân quả, lý thuyết, phương pháp,… Họ giống như những người quan sát ngay trong lòng workshop. Họ xem việc thử nghiệm như một hoạt động trước đột sinh của lý thuyết. Họ tập trung vào nhận thức luận (epistemology) của khoa học.


Cuốn sách Philosophy of Physics và tác giả Robert P Crease.     

Có thể nói các nhà triết học phân tích xem các nhà vật lý là những nhà logic học của vũ trụ.

Pragmatic

Những người đi theo khuynh hướng này có cả Charles Peirce William James và John Dewey, họ quan tâm đến việc các nhà vật lý đã tiếp cận như thế nào, giải nghiệm các bí ẩn vũ trụ và những hệ quả. Họ như đứng ngoài workshop. Họ đi theo khẩu hiệu “chân lý là điều gì hoạt động-the truth is what works”. Họ quan tâm đến hiệu quả hơn là sự mô tả.

Tóm lại các nhà triết học thực dụng xem các nhà vật lý như những người giải thích được các bí ẩn của vũ trụ.

Hermeneutics

Gồm các nhà triết học như Edmund Husserl, Martin Heidegger và Maurice Merleau-Ponty xem các hoạt động của workshop như một cách thức (mode) tồn tại của con người và tri thức khoa học như một con đường để con người tiếp cận được với vũ trụ.

Nhân loại phải được luyện tập về mặt khoa học để tiếp cận với vũ trụ. Họ cho rằng sai lầm nếu quên rằng khoa học có nguồn gốc từ một môi trường rộng lớn hơn là vũ trụ sống (lifeworld).

Tóm lại các nhà triết học continental xem các nhà vật lý như những người khai phá vũ trụ vì vũ trụ là hiểu được và điều khiển được.

Trong thực tế có thể quan sát được hiện tượng pha trộn các triết học nói trên. Nói chung ba triết học trên nhằm ba khuynh hướng: logic, giải các bí ẩn và diễn dịch (the logic, the puzzle-solving, and the interpretative  and selfinterpretative activity).

Những vấn đề hiện tại

Phải công nhận có một sự overlap nào đó giữa vật lý và triết học vật lý. Sau đây ta xét các vấn đề sau: Vật lý cơ bản, Bản chất của không gian và thời gian, Cơ học lượng tử và Các phương pháp.

Các nhà triết học vật lý sẽ xét các vấn đề trên không như những đối tượng vật lý mà là một đối tượng rộng hơn trên cơ sở tư duy cơ bản hơn về một đối tượng như vậy (ví dụ vấn đề thời gian).

Thế nào là vật lý cơ bản

Chúng ta thấy có những chồng chéo trong các nghành vật lý, ví dụ đầu thế kỷ 20 người ta xem vật lý hạt nhân như một vật lý bức xạ hoặc muộn hơn xem vật lý hạt nhân trộn lẫn với vật lý các hạt cơ bản. Cần phân biệt đâu là vật lý cơ bản hơn? Nhiệt động học có quy về vật lý thống kê? Vật lý môi trường đông đặc là cơ bản hay chỉ là một amalgam, một hỗn hợp của vật lý và hóa học?

Các nhà triết học vật lý xem đây là một vấn đề quy nạp (reduction) để xác định đâu là vật lý cơ bản. Ở đây cần chú ý đến hiện tượng đột sinh, là hiện tượng xuất hiện những tính chất của một hệ lớn không suy diễn được từ các định luật ở mức thấp hơn.

Theo ý kiến của nhà quy nạp nổi tiếng là Viktor Weisskopf thì có thể hạt cơ bản là vật lý cơ sở? Còn theo Alvin Weinberg thì vật lý cơ sở có thể là vật lý chất rắn vì tính liên thông phổ quát (interconnectedness) của nó và khả năng sinh sản (fecundity) của nó, vật lý này liên quan đến nhiều khoa học khác, công nghệ khác và những vấn đề xã hội. Nhà triết học Philip Anderson vốn chủ trương khuynh hướng đột sinh cũng cho rằng vật lý chất rắn phải là cơ bản vì không phụ thuộc vào những khái niệm ở mức cao hơn.

Thế nào là thời gian và không gian

Thời gian và không gian được hiểu khác nhau ở trong và ngoài workshop

Thời gian

Có thể nói vấn đề thời gian phát sinh mạnh mẽ từ sự va chạm giữa Albert Einstein và Henri Bergson (nhà triết học nổi tiếng châu Âu - thuộc phái Continental) năm 1922.

Bergson cho rằng thời gian có những khía cạnh không bắt được bởi những biểu diễn khoa học. Những khía cạnh đó chỉ bắt được nhờ những trải nghiệm của chúng ta trong đời sống và cho rằng thời gian không phải là của các nhà vật lý (time is not just for physicists).

Ở đây ta có thể nhắc đến các câu thơ mang dáng dấp Bergson:

“Tôi từ – phút ấy sang tôi phút – này” (Đi thuyền - Xuân Diệu)

“Ngày vui ngắn chẳng tày gang!” (Nguyễn Du)

“Trăm năm là ngắn, một ngày dài ghê!” (Tản Đà)

Ngược lại, Einstein cho rằng không tồn tại một thời gian như vậy cho các nhà triết học chỉ có một thời gian khách quan, một thời gian vật lý.

Trong một bài viết trên tạp chí Journal of Philosophy (1967), Hilary Putman từ chối mọi thời gian triết học bởi theo ông chỉ có một thời gian trong hình học vật lý của continuum bốn chiều.

Các nhà triết học chắc không hẳn đồng ý như vậy về vấn đề thời gian.

Không gian

Ở đây ta cũng gặp một va chạm giống như va chạm giữa Einstein và Bergson trong vấn đề thời gian.

Như ta biết trong cơ học lượng tử không tồn tại một vị trí xác định, trong Lý thuyết trường ta lại có một bọt thăng giáng không thời gian, trong Hấp dẫn lượng tử vòng (Loop Quantum gravity) không gian bị lượng tử hóa, trong Lý thuyết dây không thời gian có thể có đến 10, 11 hoặc 26 chiều.

Các nhà triết học vật lý lại quan tâm đến các khía cạnh của không gian: vị trí xác định như trong GPS, vị trí dùng tọa độ (Kant) hoặc sự cảm nhận cơ thể của chúng ta khi chuyển động (đây không là một ý nghĩa toán học), không gian này đi song song với thời gian ta sống.

Các nhà triết học cũng cho rằng không gian không phải của riêng các nhà vật lý (Space, in short, is not just for physicists).

Triết học có nhiệm vụ nghiên cứu các vấn đề có khía cạnh liên quan đến các trải nghiệm của con người.

Phải diễn dịch cơ học lượng tử như thế nào

Ngay từ đầu, đặc biệt Niels Bohr và Werner Heisenberg đã hiểu rằng Cơ học lượng tử có nhiều khái niệm và giả định cần bàn cãi. Heisenberg tìm ra hệ thức bất định Heisenberg. Bohr đưa ra khái niệm “bổ sung - complementarity” (Lối diễn dịch cơ học lượng tử của trường phái Copenhague).

Cơ học lượng tử quả là khó diễn dịch: trong cơ học lượng tử có hàm sóng dẫn đến xác suất. Một điều khó hiểu là tồn tại những xác suất khác không thể hiện ra nhưng nằm song song trong những vũ trụ khác (Đa vũ trụ) và dẫn đến khái niệm triết học về thực tại.

Để tránh một số điều khó hiểu của cơ học lượng tử, các nhà vật lý phát triển Qbism tức lượng tử Bayesian biến tri thức thành xác suất.

Nhà triết học Heelan đặt câu hỏi: liệu một thực thể khó hiểu bằng trực giác (nonintuitable) lại có thể “quan sát” được bằng những phép đo trong phòng thí nghiệm và biến thành một thực tế hiện thực tại trong ý nghĩa bản thể học - ontological? (Heelan: ‘Can a quantum entity that is ‘nonintuitable’ but nevertheless ‘observed’ in a laboratory measurement be ‘real’ in the ‘ontological’ sense?’)

Bản thân các nhà vật lý cũng chưa đồng thuận trong việc diễn dịch cơ học lượng tử cho nên giữa các nhà vậy lý và triết gia vật lý còn rất nhiều việc phải làm.

Lý thuyết dây có là khoa học hay không?

Theo một số nhà triết học thì vì Lý thuyết dây không thỏa mãn tiêu chí Popper cho nên không phải là một khoa học.

Song ý kiến của nhiều người khác như Richard Dawid chủ trương một tiếp cận được chú ý đến nhiều là phương pháp đánh giá không thực nghiệm (non-empirical assessment).

Đây là phương pháp do Richard Dawid, một nhà vật lý lý thuyết sau chuyển thành nhà triết học vật lý (LMU), tác giả cuốn sách nổi tiếng Lý thuyết dây và phương pháp khoa học” (String Theory and the Scientific Method  - Cambridge Univ. Press, 2013). Dawid quan tâm đến việc tại sao các nhà Lý thuyết dây rất tin tưởng ở Lý thuyết dây mặc dầu Lý thuyết dây thiếu cơ sở thực nghiệm “Tại sao họ tin tưởng lý thuyết này?” (Why do they trust the theory?). Lý thuyết dây chứa hạt graviton, như vậy Lý thuyết dây thống nhất được hấp dẫn của Einstein. Song Lý thuyết dây chưa đưa ra được một tiên đoán nào khả dĩ kiểm nghiệm được.

Vấn đề thời gian phát sinh mạnh mẽ từ sự va chạm giữa Albert Einstein và Henri Bergson vào năm 1922.

Năm 2000, Dawid đưa ra ba lý lẽ không - thực nghiệm (non-empirical arguments) mang tính triết học tạo nên sự tin tưởng vào Lý thuyết dây.

1. Lý thuyết dây hiện nay là lý thuyết độc nhất có khả năng thống nhất các tương tác theo một cách thích hợp nhất (mặc dầu trong Lý thuyết dây có nhiều biểu diễn toán học).
Lý lẽ này có tên là “lý lẽ về không có khả năng nào khác - no alternatives argument NAA”.

Một lý thuyết cạnh tranh là Hấp dẫn lượng tử vòng song Hấp dẫn lượng tử vòng không có mục tiêu thống nhất các tương tác.

2. Lý thuyết dây phát triển từ Mô hình Chuẩn (Standard Model) vốn cũng không có khả năng nào khác trong quá trình hình thành và đã được kiểm nghiệm bằng thực nghiệm. Lý lẽ này Dawid gọi là “lý lẽ siêu –quy nạp-meta-inductive argument MIA”. Dawid tin ở khả năng có thể xảy ra là các nhà vật lý không đủ trí lực  để tìm ra những khả năng tồn tại khác (physicists simply aren’t clever enough to find the alternatives that exist ).

3. Lý lẽ thứ ba là Lý thuyết dây đã bất ngờ đưa ra những giải thích đối với nhiều bài toán bên ngoài bài toán thống nhất vốn là mục tiêu chính của Lý thuyết dây. Joe Polchinski (Đại học California, Santa Barbara) đã đưa ra nhiều ví dụ về những “mối liên thông giải thích không ngờ-unexpected explanatory interconnections” này. Lý lẽ này gọi là “lý lẽ các liên thông giải thích bất ngờ - unexpected explanatory interconnections UEA”.Lý thuyết dây đã giải thích được entropy của lỗ đen, điều này lại gắn liền với vật lý hạt cơ bản (nhờ đối ngẫu AdS/CFT).

Polchinski đã phát biểu rằng “Lý thuyết dây đã tồn tại, chúng ta chỉ phát hiện ra thôi”.  Polchinski đã sử dụng các lý lẽ không thực nghiệm của Dawid để tính xác suất Bayesianism (Bayesianism odds) để Đa vũ trụ tồn tại là 90%.

Lý thuyết dây là khoa học vì có một tác động biến đổi lên giới khoa học.

Hiện không có sự đồng thuận của các nhà triết học vật lý về vấn đề này (hội thảo Munich).

Kết luận

Qua một số vấn đề nêu trên (còn nhiều vấn đề khác) chúng ta thấy rằng  có nhiều vấn đề mà triết học vật lý phải nghiên cứu tiếp tục, như vậy triết học đã không chết như Stephen Hawking nói. Triết học vật lý tồn tại song song với vật lý và tương hỗ trong việc tìm hiểu vũ trụ và tương tác giữa vũ trụ và con người.