Thứ Tư, ngày 11 tháng Hai năm 1931, Albert Einstein đã có buổi họp kéo dài hơn một giờ với một nhóm nhỏ các nhà khoa học Mỹ trong một thư viện ấm cúng ở Đài thiên văn Núi Wilson, gần Pasadena, California. Chủ đề của buổi họp là vũ trụ học, và Einstein chuẩn bị đưa ra một trong những phát biểu đáng nhớ trong lịch sử khoa học.

Vào thời điểm đó, với thuyết tương đối và hấp dẫn vốn được công nhận từ lâu và giải thưởng Nobel được nhận từ mười năm trước, Einstein đã là nhà khoa học nổi tiếng nhất thế giới. “Các nhà báo lao vào tôi như bầy sói đói,” ông đã viết như vậy trong nhật ký của mình khi chuyến tàu của ông cập cảng New York hai tháng trước đó.

Trong nhiều năm, Einstein, cũng như Aristotle và Newton trước ông, vẫn luôn khẳng định rằng vũ trụ là một thánh đường vĩ đại và bất diệt, vĩnh viễn ổn định. Trong viễn cảnh này, thời gian chạy từ quá khứ vô tận đến tương lai vô tận, và có rất ít thay đổi xảy ra giữa chừng. Vào năm 1927, khi một nhà khoa học nổi tiếng người Bỉ đề xuất rằng vũ trụ đang phình ra như một quả bóng, Einstein đã tuyên bố ý tưởng này thật “đáng khinh.”

Tuy nhiên, vào năm 1931, nhà vật lý vĩ đại đã phải đối diện với bằng chứng quan sát qua kính thiên văn cho thấy các thiên hà ở xa đang dịch chuyển. Có lẽ còn thuyết phục hơn, mô hình toán học của ông về một vũ trụ tĩnh đã được chứng minh là giống như cây bút chì được giữ thăng bằng trên đầu nhọn của nó: chỉ cần chạm nhẹ là nó sẽ bắt đầu dịch chuyển. Khi đến Pasadena, Einstein đã sẵn sàng thừa nhận một vũ trụ thay đổi liên tục. Ông nói với những quý ông mặc đồ vét và đeo cà vạt trong thư viện rằng chuyển động quan sát được của các thiên hà “đã đập nát mô hình cũ của tôi giống như một cú đấm.” Rồi ông đập tay xuống để nhấn mạnh điều này.

Từ những mảnh vỡ của cú đấm, vũ trụ học của Big Bang đã trỗi dậy: ý tưởng cho rằng vũ trụ không phải là tĩnh và vĩnh cửu – rằng nó “bắt đầu” vào khoảng 14 tỷ năm trước trong một trạng thái có mật độ rất cao, vẫn đang giãn nở và trở nên loãng hơn suốt từ thời điểm đó. Theo dữ liệu hiện tại của chúng ta, vũ trụ sẽ tiếp tục giãn nở mãi mãi.

Sean Carroll, giáo sư vật lý thuộc Viện Công nghệ California, là một nhà vũ trụ học theo thuyết Big Bang. Ông cũng thuộc một nhóm nhỏ các nhà vật lý tự gọi mình là những nhà vũ trụ học lượng tử. Ông muốn tìm hiểu về khoảnh khắc đầu tiên của Big Bang, về việc liệu có thời gian hay bất cứ thứ gì tồn tại trước nó hay không, và làm thế nào chúng ta có thể phân biệt tương lai với quá khứ. Những câu hỏi cốt lõi như vậy trong vật lý, chỉ gần đây mới được xem xét một cách nghiêm túc, có thể được so sánh với câu hỏi của Descartes1 về bằng chứng cho sự tồn tại của mình.

Từ những mảnh vỡ của cú đấm, vũ trụ học của Big Bang đã trỗi dậy: ý tưởng cho rằng vũ trụ không phải là tĩnh và vĩnh cửu – rằng nó “bắt đầu” vào khoảng 14 tỷ năm trước trong một trạng thái có mật độ rất cao, vẫn đang giãn nở và trở nên loãng hơn suốt từ thời điểm đó.

Vũ trụ học lượng tử là một ngành dựa nhiều trên sự đoán định mà không có đầy đủ bằng chứng thực tế, nhưng Carroll giải thích sự hấp dẫn của nó là “rủi ro lớn, lợi ích lớn.” Chúng ta vẫn chưa có được một lý thuyết đầy đủ về hiện tượng hấp dẫn, không gian, và thời gian ở kỷ nguyên lượng tử. Tuy nhiên, một số bộ óc sắc sảo nhất trong ngành vật lý, bao gồm Stephen Hawking, Andrei Linde, và Alexander Vilenkin, đã suy ngẫm về chủ đề này. Nó là một lĩnh vực nhỏ và không dành cho những người rụt rè. Khó khăn đầu tiên là sự hình thành của vũ trụ là sự kiện chỉ-có-một-lần, và chúng ta đã không ở đó để chứng kiến. Sự hiểu biết về khởi nguyên của vũ trụ cũng đòi hỏi sự hiểu biết về thứ vẫn được gọi là hấp dẫn lượng tử (quantum gravity): sự hấp dẫn ở những mật độ vật chất và năng lượng rất cao và không thể tái tạo được. Phần lớn các nhà vật lý tin rằng trong thời đại lượng tử này, toàn bộ vũ trụ quan sát được chỉ nhỏ bằng một phần triệu tỉ tỉ một nguyên tử. Nhiệt độ lên đến khoảng một triệu tỉ tỉ tỉ tỉ độ. Thời gian và không gian dậy sóng như nước bị đun sôi. Tất nhiên, những thứ như thế không thể tưởng tượng được. Nhưng các nhà vật lý lý thuyết cố gắng tưởng tượng chúng dưới dạng toán học, với bút chì và giấy. Bằng cách nào đó, thời gian như chúng ta biết đã xuất hiện từ khối quặng vàng siêu đặc ấy. Hoặc có lẽ, thời gian vốn đã tồn tại, và thứ xuất hiện là “mũi tên” của thời gian, chỉ về phía tương lai.

Các nhà vật lý hi vọng rằng trong năm mươi năm nữa, lý thuyết dây hoặc một lý thuyết nào đó sẽ cung cấp một hiểu biết đầy đủ về hấp dẫn lượng tử, bao gồm lời giải thích cho cách mà vũ trụ bắt đầu. Cho tới khi đó, các nhà vũ trụ học lượng tử sẽ tiếp tục tranh cãi về các giả thuyết của họ, mỗi giả thuyết đều được củng cố bằng hàng trang giấy đầy những phép tính.

Khi tôi có cuộc gọi Skype với Carroll, ông đang mặc một chiếc áo nỉ có mũ với quần jean trong căn phòng làm việc ấm cúng tại nhà của ông ở Los Angeles. Tôi thì đang ở trong căn phòng khách tồi tàn của mình ở Concord, Massachusetts – gần như ngay cạnh nhà ông nếu chiếu theo quy mô vũ trụ. Carroll là người có khả năng giải thích các vấn đề khoa học rất lưu loát và là một nhà vật lý uy tín – ông đã viết nhiều bài báo khoa học với tựa đề như “Nếu thời gian thật sự tồn tại thì sao?” – và ông nói về chủ đề ưa thích của mình với một sự hứng thú rõ ràng. Đó là một người đàn ông bốn mươi chín tuổi với khung ngực rộng, đôi má căng và hơi trũng xuống, mái tóc đỏ, và nét tinh nghịch của một nam sinh ánh lên trong đôi mắt.

Carroll bị ám ảnh bởi sự trơn tru và trật tự tương đối của vũ trụ. Trật tự trong vật lý có ý nghĩa rất rõ ràng. Nó có thể định lượng được. Hơn nữa, các trạng thái phi trật tự có nhiều khả năng xảy ra hơn các trạng thái trật tự, cũng giống như một bộ bài, khi bị xáo trộn, có nhiều khả năng sẽ bị sắp xếp lộn xộn hơn là theo đúng thứ tự của số và chất. Áp dụng các luận điểm này cho vũ trụ nói chung, các nhà vật lý cho rằng vũ trụ lẽ ra phải phi trật tự và lộn xộn hơn nhiều nếu xét đến lượng vật chất tồn tại trong nó. Vũ trụ mà chúng ta quan sát được có khoảng 100 tỷ thiên hà, nhưng khi quan sát trong một không gian đủ lớn, những thiên hà đó trông đồng nhất như cát trên bãi biển. Mọi vùng không gian lớn đều trông giống nhau. Các nhà vật lý nói rằng, lẽ ra xác suất lớn hơn là lượng vật chất đó sẽ tập trung trong một lượng nhỏ hơn nhiều các thiên hà cực lớn, hoặc trong các đám lớn thiên hà, hoặc thậm chí là trong một lỗ đen khổng lồ – tượng như việc tất cả cát trên bãi biển tập trung thành vài bãi cát lớn vậy.

Trạng thái trơn nhẵn kỳ lạ của vùng vũ trụ quan sát được chỉ ra những điều kiện trật tự bất thường ở gần Big Bang. Chúng ta không hiểu rõ lý do. Tuy nhiên, trạng thái trật tự và trơn nhẵn mà các nhà vật lý gọi là trạng thái entropy2 thấp cho chúng ta một manh mối. Carroll nói với tôi rằng: “Tôi khá chắc rằng trạng thái entropy thấp của vũ trụ thủa sơ khai là một câu đố mà cộng đồng vũ trụ học đã không xem xét nghiêm túc ở mức cần thiết. Những sự hiểu nhầm như vậy tạo cơ hội cho những đột phá mới.”

Trật tự trong vật lý có ý nghĩa rất rõ ràng. Nó có thể định lượng được. Hơn nữa, các trạng thái phi trật tự có nhiều khả năng xảy ra hơn các trạng thái trật tự, cũng giống như một bộ bài, khi bị xáo trộn, có nhiều khả năng sẽ bị sắp xếp lộn xộn hơn là theo đúng thứ tự của số và chất.

Carroll và các nhà vật lý học khác tin rằng mức độ trật tự này có quan hệ mật thiết với mũi tên thời gian. Cụ thể là, hướng chỉ về phía trước của mũi tên thời gian được xác định bởi sự chuyển động từ trạng thái trật tự sang phi trật tự. Ví dụ, một bộ phim về chiếc cốc thủy tinh rơi khỏi bàn và vỡ tan trên sàn nhà trông có vẻ bình thường với chúng ta; nếu chúng ta xem bộ phim về những mảnh vỡ nhảy khỏi sàn nhà và tự gắn lại với nhau thành chiếc cốc đặt trên cạnh bàn, chúng ta sẽ nói rằng bộ phim đang bị tua ngược lại. Tương tự, những căn phòng sạch sẽ không được quét dọn trong một thời gian sẽ trở nên bụi bặm hơn, chứ không sạch hơn. Thứ chúng ta gọi là tương lai là trạng thái mà sự hỗn độn gia tăng; thứ chúng ta gọi là quá khứ là hướng gia tăng sự ngăn nắp, gọn gàng. Khả năng phân biệt dễ dàng hai trạng thái này cho thấy rằng thời gian trong thế giới của chúng ta có hướng xác định. Thời gian cũng có hướng xác định trong vũ trụ. Các ngôi sao phát ra nhiệt và ánh sáng, tiêu thụ một cách chậm chạp nhiên liệu hạt nhân của chúng, và cuối cùng trở thành những cục than lãnh lẽo trôi dạt trong vũ trụ. Điều ngược lại chưa bao giờ xảy ra.

Điều này đưa chúng ta trở lại với trạng thái trật tự khó tin của vũ trụ. Cùng với Alan Guth, một nhà vũ trụ học tiên phong tại Viện Công nghệ Massachusetts, Carroll đã phát triển một lý thuyết chưa được công bố gọi là Thời gian Hai đầu (Two-Headed Time). Trong mô hình này của vũ trụ, thời gian đã luôn tồn tại. Tuy nhiên, không giống như vũ trụ tĩnh trong tưởng tượng của Aristotle, Newton, và Einstein, vũ trụ này thay đổi qua các thời đại. Sự tiến hóa của vũ trụ có tính đối xứng trong thời gian, nghĩa là hành vi của vũ trụ trước Big Bang gần như là hình ảnh phản chiếu ngược lại của hành vi của vũ trụ sau sự kiện đó. Cho đến thời điểm 14 tỷ năm trước, vũ trụ đang co lại. Nó đạt đến kích thước cực tiểu vào thời điểm Big Bang (mà chúng ta gọi là t = 0) và rồi đã giãn nở suốt từ thời điểm đó. (Các nhà vũ trụ học lượng tử khác cũng đề xuất những mô hình tương tự.) Nó giống như hình ảnh một ống lò xo Slinky rơi xuống sàn, đạt đến độ nén cực đại khi va chạm rồi bật ngược trở lại theo các chiều lớn hơn. Vì vật lý lượng tử yêu cầu sự tồn tại không thể tránh khỏi của các thăng giáng ngẫu nhiên, một vũ trụ đang co lại sẽ không phải là một hình ảnh phản chiếu giống hoàn toàn vũ trụ đang giãn nở; một nhà vật lý tên Alan Guth có thể sẽ không tồn tại trong pha co lại của vũ trụ.

Có một sự thật được biết đến rộng rãi trong khoa học về trật tự và phi trật tự, đó là các không gian lớn hơn sẽ cho phép mức độ phi trật tự lớn hơn, vì có nhiều chỗ để vung vãi mọi thứ hơn. Các không gian nhỏ hơn có xu hướng có mức độ trật tự lớn hơn. Kết quả là, trong mô hình Carroll-Guth, mức độ trật tự của vũ trụ đạt cực đại ở Big Bang; còn mức độ phi trật tự tăng cả trước và sau đó. Hãy nhớ lại rằng hướng chỉ về phía trước của mũi tên thời gian được xác định bởi sự chuyển động từ trạng thái trật tự sang phi trật tự. Do đó, tương lai từ thời điểm Big Bang chỉ theo hai hướng. Một người sống trong pha co lại của vũ trụ sẽ thấy Big Bang trong quá khứ của anh ta, cũng như chúng ta. Khi người đó chết, vũ trụ lúc đó sẽ lớn hơn so với thời điểm khi họ sinh ra, cũng giống như với chúng ta. Carroll nói, “Khi tôi hiểu được rằng lý do mà mình có thể nhớ được quá khứ mà không nhớ được tương lai có quan hệ chặt chẽ với các trạng thái tại thời điểm Big Bang, nó giống như một sự giác ngộ đầy kinh ngạc.”

Nếu bạn nghĩ về thời gian như một con đường dài và Big Bang là một cột mốc nằm đâu đó trên đường, thì biển chỉ đường về tương lai sẽ có hai mũi tên chỉ theo hai hướng ngược nhau. Đó là lý do tại sao chúng ta có khái niệm Mũi tên Hai đầu. Ở gần cột mốc, mắc kẹt giữa hai mũi tên, thời gian sẽ không có hướng rõ ràng. Thời gian sẽ hỗn loạn. Trong phiên bản hạ nguyên tử của những chiếc cốc và các ngôi nhà, xác suất các mảnh vỡ nhảy khỏi sàn và hợp thành chiếc cốc cũng nhiều như xác suất chiếc cốc rơi xuống và vỡ tan. Những ngôi nhà không được quét dọn sẽ có xác suất gia tăng sự gọn gàng bằng với xác suất  gia tăng sự lộn xộn. Cả hai hình ảnh đều sẽ quen thuộc như nhau với bất kỳ sinh vật hạ nguyên tử nào sống tại Big Bang.

Theo Carroll và Guth, lý thuyết Mũi tên Hai đầu thậm chí có thể trở nên tinh vi và kỳ lạ hơn nữa. Thời điểm mà tại đó vũ trụ có kích thước cực tiểu và mức độ trật tự cực đại có thể không phải là Big Bang của vũ trụ chúng ta, mà là Big Bang của một vũ trụ khác, một kiểu vũ trụ nguyên thủy (protouniverse) vĩ đại. Vũ trụ của chúng ta, và có lẽ một số lượng vô hạn các vũ trụ, có thể được sinh ra từ vũ trụ nguyên thủy này, và mỗi vũ trụ đều có thể có Big Bang của riêng mình. Quá trình sản sinh một vũ trụ mới từ vũ trụ cha mẹ được gọi là sự là sự lạm phát vĩnh cửu (eternal inflation). Ý tưởng này được phát triển bởi các nhà vũ trụ học lượng tử vào đầu thập niên 80. Nói ngắn gọn là, một trường năng lượng dị thường (nhưng được vật lý học cho phép) trong vũ trụ nguyên thủy đóng vai trò một lực phản hấp dẫn và gây ra sự giãn nở nhanh theo hàm mũ. Trường năng lượng dị thường này có cường độ khác nhau ở những vùng không gian khác nhau. Mỗi vùng như vậy giãn nở đến quy mô vũ trụ, và trường năng lượng trở thành vật chất bình thường, hình thành một vũ trụ mới khép kín và hoàn toàn mất liên kết với vũ trụ nguyên thủy đã sinh ra nó.

Một lý thuyết quan trọng khác về sự hình thành của vũ trụ là vũ trụ, và thời gian, không tồn tại trước Big Bang. Vũ trụ vật chất hóa từ hư vô, với kích thước rất nhỏ và hữu hạn, và sau đó bắt đầu giãn nở. Không có bất cứ thời điểm nào trước thời điểm của kích thước nhỏ nhất đó, vì không có hệ có khái niệm “trước” nào cả. Tương tự, không hề có cái gọi là “sự hình thành” của vũ trụ, vì khái niệm đó ngụ ý về một hành động trong thời gian. Thậm chí cả việc nói rằng vũ trụ “vật chất hóa” cũng gây hiểu nhầm. Theo mô tả của Hawking, vũ trụ “không được hình thành hay hủy diệt. Nó chỉ HIỆN HỮU.” Trong kinh nghiệm giới hạn của con người, các khái niệm như tồn tại và hiện hữu khi vắng mặt của thời gian là không thể hiểu được. Chúng ta thậm chí không có ngôn ngữ để mô tả nó. Gần như mọi câu phát biểu của chúng ta đều hàm chứa khái niệm “trước” và “sau”.

Một trong những nhà vũ trụ học lượng tử đầu tiên cho rằng vũ trụ có thể xuất hiện từ hư vô là Alexander Vilenkin, một nhà vật lý người Ukraina di cư đến Mỹ vào năm 1976 khi mới ngoài hai mươi tuổi. Ông hiện là giáo sư vật lý ở Đại học Tufts. Khi tôi đến văn phòng của ông vào một ngày nóng bức tháng Bảy, ông đang mặc một chiếc áo sơ-mi rộng màu đen và mang xăng-đan. Khung cửa sổ duy nhất trong phòng ông nhìn xuống một tòa nhà gạch tẻ nhạt ở bên kia đường. “Khung cảnh từ văn phòng cũ của tôi đẹp hơn nhiều,” ông nói. Những thùng sách còn chưa được mở của ông nằm ngổn ngang trên sàn; trên kệ sách là búp bê Einstein mà con gái tặng cho ông.

Ở Liên Xô, quyết định nhận Vilenkin vào một chương trình cao học ngành vật lý đã bị hủy bỏ, có lẽ là do vụ điều tra của KGB3. Trước khi di cư, ông làm người gác đêm ở vườn thú; công việc này cho ông nhiều thời gian để theo đuổi những suy tư về vũ trụ. Ở Mỹ, ông nhận học vị tiến sĩ ngành lý sinh. Ông nói, “Tôi chỉ nghiên cứu vũ trụ học ngoài lề. Nó không phải là một lĩnh vực nổi trội vào thời đó.” Vilenkin là một người nghiêm túc, không hay đùa giỡn như nhiều nhà vật lý khác, và ông coi công trình nghiên cứu của mình về vũ trụ ở thời điểm t = 0 rất nghiêm túc. Ông nói, “Không cần bất cứ nguyên nhân nào để hình thành vũ trụ từ đường hầm lượng tử, nhưng vẫn cần phải có các quy luật vật lý ở đó.” Chúng tôi thảo luận nhanh về việc “ở đó” có nghĩa là gì khi thời gian và không gian chưa hề tồn tại. Về điều này, Vilenkin thích trích dẫn St. Augustine4, người thường được hỏi rằng Chúa đã làm gì trước khi Người tạo ra vũ trụ. Trong tác phẩm Confessions (tạm dịch: Tự Thú), Augustine trả lời rằng vì Chúa tạo ra thời gian khi Người tạo ra vũ trụ nên không có cái gì gọi là “trước đó” hết.

Theo mô tả của Hawking, vũ trụ “không được hình thành hay hủy diệt. Nó chỉ HIỆN HỮU.”

Khi Vilenkin nói về đường hầm lượng tử, ông đang đề cập đến một hiện tượng bí hiểm trong vật lý lượng tử, trong đó các vật thể có thể thực hiện những kỳ công đầy ma thuật như xuất hiện tức thời ở phía bên kia ngọn núi mà không cần leo qua đỉnh. Khả năng bí ẩn đó, vốn đã được kiểm chứng trong phòng thí nghiệm, là hệ quả của việc các hạt hạ nguyên tử hoạt động như thể chúng có thể ở nhiều nơi trong cùng một thời điểm. Đường hầm lượng tử phổ biến trong thế giới nguyên tử nhưng rất khó xảy ra trong thế giới con người của chúng ta. Nó chưa bao giờ được quan sát ở quy mô lớn – đó là lý do vì sao hiện tượng này lại nghe lố bịch như vậy. Tuy nhiên trong kỷ nguyên lượng tử của vũ trụ, rất gần thời điểm t = 0, toàn bộ vũ trụ có kích thước của một hạt hạ nguyên tử. Do đó, toàn thể vũ trụ đã có thể “đột nhiên” xuất hiện từ bất kỳ đâu trong màn sương mù lượng tử không-thể-hiểu-thấu của các xác suất. (Tôi đặt từ “đột nhiên” trong ngoặc kép vì thời gian đã không tồn tại vào lúc đó, nhưng tôi vừa nhận ra rằng ngay trong câu này tôi đã dùng động từ “did”, vốn là thì quá khứ của “do”…)5

Vậy khi chúng ta nói rằng toàn thể vũ trụ đã có kích thước như của một hạt hạ nguyên tử, tồn tại trong thế giới chạng vạng của lượng tử, thì điều đó có nghĩa là gì? James Hartle, một nhà vũ trụ học lượng tử hàng đầu ở Đại học California, Santa Barbara, đã cùng với Hawking phát triển một trong những mô hình chi tiết nhất về vũ trụ “trong” kỷ nguyên lượng tử gần Big Bang. Thời gian không hề xuất hiện trong các phương trình của Hartle và Hawking. Thay vào đó, họ dùng vật lý lượng tử để tính toán xác suất của các “snapshot” (những hình ảnh tức thời) cụ thể của vũ trụ.

Mặc dù là chuyên gia về lý thuyết lượng tử, Hartle thừa nhận bản thân đã cảm thấy rối rắm khi áp dụng vật lý lượng tử vào quy mô của toàn thể vũ trụ. Ông nói, “Điều tôi thấy khó hiểu là tại sao chúng ta lại có cơ học lượng tử6 trong khi chỉ có một trạng thái của vũ trụ.” Nói cách khác, tại sao lại có các xác suất cho sự tồn tại của các trạng thái thay thế của vũ trụ trong khi chúng ta chỉ cư ngụ trong một trạng thái duy nhất? Và liệu các trạng thái thay thế đó có thật sự tồn tại ở đâu đó hay không?

Các nhà vũ trụ học lượng tử nhận thức rõ về những ảnh hưởng triết học và thần học của các nghiên cứu mà họ tiến hành. Như Hawking đã nói trong tác phẩm Lược sử thời gian, nhiều người tin rằng Chúa, trong khi cho phép vũ trụ tiến hóa theo những định luật vật lý cố định, có trách nhiệm độc nhất vô nhị là lên dây cót đồng hồ vào điểm khởi đầu và quyết định cách đồng hồ sẽ chạy. Lý thuyết của Hawking đưa ra lời giải thích về cách mà vũ trụ có thể tự lên dây – phương pháp tính toán mà ông áp dụng cho các hình ảnh đầu tiên của vũ trụ không hề phụ thuộc vào các điều kiện ban đầu hay các biên hay bất cứ thứ gì bên ngoài bản thân vũ trụ. Chỉ cần các quy luật lạnh lùng của vật lý lượng tử là đủ rồi. Hawking hỏi rằng “Vậy thì, chỗ của Đấng Sáng Tạo là ở đâu?” Lawrence Krauss, một nhà vật lý, cũng đi tới một kết luận tượng tự trong cuốn sách của ông, Một Vũ trụ từ Hư vô, trong đó ông tranh luận rằng các tiến bộ trong vũ trụ học lượng tử cho thấy Chúa, trong hoàn cảnh khả dĩ nhất, không hề liên quan.

Mọi người có thể cho rằng phần lớn các nhà vũ trụ học lượng tử là người vô thần, giống như đa số các nhà khoa học. Tuy nhiên, Don Page, một nhà vũ trụ học lượng tử hàng đầu ở Đại học Alberta lại là một tín đồ Tin Lành. Page là một chuyên gia tính toán bậc thầy. Khi anh và tôi học chung cao học vật lý ở Caltech, anh thường lặng lẽ lấy ra một cây bút bất cứ khi nào gặp phải vấn đề khó khăn trong vật lý. Không hề nao núng hay ngập ngừng, anh nguệch ngoạc hết phương trình này đến phương trình khác trong một rừng các phép toán cho đến khi tìm ra câu trả lời. Mặc dù hợp tác với Hawking trong các bài báo lớn, Page bất đồng với ông trong chủ đề về Chúa. Gần đây anh đã nói với tôi rằng, “Là một tín đồ Thiên Chúa Giáo, tôi nghĩ có một thực thể (being) ngoài vũ trụ đã sáng lập nên vũ trụ và tạo ra mọi thứ. Chúa là đấng sáng tạo thật sự. Tất cả vũ trụ đều được tạo ra bởi Chúa.” Trong mục bài viết của khách trên blog của Carroll có tên The Preposterous Universe (tạm dịch: Vũ trụ phi lý), Page nghe vừa giống một nhà khoa học vừa giống một người hữu thần:

Chúng ta có thể nghĩ là nếu có thêm giả thuyết rằng thế giới (tất cả những gì tồn tại) có bao gồm cả Chúa thì sẽ làm cho lý thuyết về thế giới trở nên phức tạp hơn, nhưng rõ ràng không phải là như vậy, vì có khả năng là Chúa còn đơn giản hơn vũ trụ, vậy nên ta sẽ có được một giải thích đơn giản hơn khi bắt đầu với Chúa thay vì chỉ với vũ trụ.

Điều quan trọng là, phần lớn các nhà vũ trụ học lượng tử không tin vào bất cứ thứ gì gây ra sự hình thành vũ trụ. Như Vilenkin nói với tôi, vật lý lượng tử có thể đưa ra giả thuyết về một vũ trụ không có nguyên nhân – cũng như vật lý lượng tử có thể cho ta thấy làm cách nào các electron có thể thay đổi quỹ đạo trong nguyên tử mà không cần nguyên nhân. Không có bất kỳ mối quan hệ nhân quả xác định nào trong thế giới lượng tử, chỉ có xác suất. Carroll thì diễn đạt theo cách này: “Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta nói về nguyên nhân và kết quả. Tuy nhiên không có lý do nào để áp dụng tư duy đó đối với toàn thể vũ trụ. Tôi không hề có cảm giác không thỏa mãn khi nói rằng: ‘Nó là thế đấy.’”

Khái niệm về một sự kiện hoặc trạng thái tồn tại không cần đến nguyên nhân mâu thuẫn với cốt lõi của khoa học. Trong hàng thế kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng giải thích các sự kiện như là hệ quả logic của các sự kiện xảy ra trước đó. Page tranh luận rằng tại khởi nguyên của vũ trụ của chúng ta – dù nó là mô hình Mũi tên Hai đầu hay mô hình vũ trụ từ hư vô – không có sự khác biệt rõ ràng giữa nguyên nhân và kết quả. Page và các nhà vật lý học khác cho rằng nếu tính nhân quả có thể tan biến vào màn sương lượng tử của khởi nguyên của vũ trụ thì ta có lý do để chất vấn sự bền vững của ngay cả trong thế giới chúng ta đang sống, rất lâu sau Big Bang, mà vốn chắc chắn là một phần của cùng một thực tại. Page nói, “Tính nhân quả trong vũ trụ không phải là điều thiết yếu. Nó là một khái niệm gần đúng được rút ra từ trải nghiệm của chúng ta về thế giới.” Tính nhân quả chặt chẽ có thể là một ảo ảnh, một cách thức để bộ não của chúng ta, và khoa học của chúng ta, hiểu được thế giới. Tuy nhiên nếu không có tính nhân quả chặt chẽ, làm thế nào chúng ta có thể nhận trách nhiệm cho những hành động của mình? Một vết nứt trong nền móng hoa cương của tính nhân quả có thể làm rung chuyển cả triết học, tôn giáo, và đạo đức.

Không có bất kỳ mối quan hệ nhân quả xác định nào trong thế giới lượng tử, chỉ có xác suất.

Vũ trụ học lượng tử đã dẫn chúng ta đến những câu hỏi về các khía cạnh cốt lõi của sự tồn tại và hiện hữu, những câu hỏi mà phần đông chúng ta hiếm khi đặt ra. Trong khoảng thời gian một thế kỷ ngắn ngủi (hoặc ít hơn) của mình, chúng ta nói chung thường hướng đến việc tạo ra một sự tồn tại thoải mái trong những căn phòng nhỏ của cuộc đời mình. Chúng ta ăn, chúng ta ngủ, chúng ta làm việc, chúng ta thanh toán các hóa đơn, chúng ta có người yêu và con cái. Vài người trong chúng ta xây dựng các thành phố hay tạo ra các tác phẩm nghệ thuật. Tuy nhiên nếu chúng ta có được sự tự do tinh thần xa xỉ, sẽ có những mối quan tâm lớn hơn cho chúng ta khám phá. Hãy nhìn lên bầu trời. Có phải không gian sẽ luôn mở rộng đến vô cùng? Hay nó là hữu hạn nhưng không có biên hay rìa, giống như bề mặt của một khối cầu? Cả hai câu hỏi đều gây bối rối và không thể được hiểu thấu đáo. Chúng ta đến từ đâu? Chúng ta có thể lần theo cuộc đời của cha mẹ và ông bà mình và cha mẹ của họ ngược về quá khứ, qua nhiều thế hệ, cho đến khi chúng ta bắt gặp vài tổ tiên từ mười nghìn năm trước mà DNA của họ vẫn còn trong cơ thể ta. Chúng ta có thể lần theo chuỗi tồn tại đó xa hơn nữa, đến tận những con người đầu tiên, và những linh trưởng đầu tiên, và những amip7 đơn bào đầu tiên bơi trong các đại dương nguyên thủy, và sự hình thành khí quyển, và sự ngưng tụ của các chất khí để tạo nên Trái Đất. Tất cả những điều đó đã xảy ra, dù chúng ta có nghĩ về chúng hay không. Chúng ta nhanh chóng nhận thức được rằng mình bị hạn chế như thế nào trong trải nghiệm của bản thân về thế giới. Những gì chúng ta nhìn thấy và cảm nhận bằng cơ thể của mình, bị mắc kẹt giữa những nguyên tử và các thiên hà, chỉ là một vệt nhỏ trên dải phổ, một mảnh vụn của hiện thực.

Vào thập niên 40, nhà tâm lý học người Mỹ Abraham Maslow đã phát triển một khái niệm về hệ thống thang bậc của các nhu cầu của con người. Ông bắt đầu với những nhu cầu nguyên thủy và bức thiết nhất, và kết thúc với những cái cao cấp và cao quý nhất. Ở đáy của kim tự tháp là các nhu cầu vật chất cần thiết cho sự sinh tồn, như thức ăn và nước uống. Kế tiếp là nhu cầu an toàn. Cao hơn nữa là tình yêu và cảm giác gắn bó, rồi đến sự hài lòng với bản thân. Nhu cầu cao nhất theo Maslow là mong muốn tự khẳng định bản thân. Đó là mong muốn đạt được điều tốt nhất từ bản thân của chúng ta, trở thành thứ tốt nhất chúng ta có thể. Tôi đề xuất rằng nên thêm một mục nữa lên đỉnh của kim tự tháp, trên cả nhu cầu tự khẳng định bản thân: tưởng tượng và khám phá. Chẳng phải đó là nhu cầu đã thúc đẩy Marco Polo và Vasco da Gama và Einstein sao? Nhu cầu tưởng tượng ra các khả năng mới, nhu cầu vươn ra khỏi giới hạn bản thân và thấu hiểu thế giới quanh ta. Không phải để hỗ trợ chúng ta với những nhu cầu sinh tồn hay những mối quan hệ cá nhân hay tự khám phá bản thân, mà để biết và hiểu được vũ trụ lạ thường mà ta đang sống. Nhu cầu hỏi những câu hỏi thật sự lớn. Mọi thứ đã bắt đầu như thế nào? Vượt ra ngoài cuộc sống của chúng ta, vượt ra ngoài cộng đồng của chúng ta hay đất nước của chúng ta hay hành tinh của chúng ta hay thậm chí là hệ mặt trời của chúng ta. Vũ trụ đã bắt đầu như thế nào? Thật xa xỉ khi có thể hỏi những câu như vậy. Đó cũng là một nhu cầu của con người.