Vietsciences- Nguyễn Đức Hiệp, 18/02/2009
(phần 1)
Hậu hiện đại (post-modernism), thoát thân từ hiện đại (modernism), là triết lý mang tính chất đa dạng, cái nhìn tương đối trong mọi vấn đề và hiện nay được thể hiện trong nhiều ngành nghệ thuật, văn hóa xã hội từ hội họa, kiến trúc, văn học...ở nhiều nước trên thế giới. Ít người trong chúng ta có thể nghĩ rằng Max Planck và thuyết lượng tử (quantum theory) của ông lại có liên hệ đến sự phát triển triết lý và văn hóa ở phương Tây trong thế kỷ 20. Trong bối cảnh của thế giới ngày nay, khoa học, nhất là trong lãnh vực vật lý, mà nền tảng là thực nghiệm và khách quan đã có những sự va chạm trong lãnh vực tư tưởng và triết học với nghệ thuật và nhân văn mà cái nhìn tương đối của hậu hiện đại đã chiếm địa vị trọng tâm. Đã có nhiều nhà nghiên cứu cho rằng khoa học và nghệ thuật là hai thế giới với tư duy và văn hóa quá khác biệt khó có sự gặp nhau. Nhưng trong lịch sử trước đây từ cuối thế kỷ 19 đến nửa đầu thế kỷ 20, khoa học và nghệ thuật đã gặp nhau và bổ sung cho nhau trong giai đoạn quan trọng nhất của sự phát triển khoa học bắt đầu từ thời khai sáng ở thế kỷ 17, đặt nền tảng cho khoa học hiện đại ngày nay: vật lý lượng tử và thuyết tương đối.
Chính sự phát triển của thuyết lượng tử và sau này thuyết nguyên tử và tương đối đã là cơ nguồn thúc đẩy phát sinh những tư tưởng, những nhận thức mới, những đột phá trong lãnh vực triết lý, văn học, nghệ thuật ảnh hưởng đến những trào lưu hiện sinh (existentialism), siêu thực (surrealism), hiện đại (modernism) và từ đó đến hậu hiện đại (post-modernism) ngày nay.
Khoa học, nhất là vào đầu thế kỷ 20, đã có ảnh hưởng sâu rộng trong nghệ thuật và là khởi nguồn của hứng cảm, suy tư của các triết gia, văn thi sĩ, họa sĩ... Họ dùng những thành quả và những khám phá mới trong khoa học vật lý để dũng cảm, tự tin đưa ra những nhận thức hoàn toàn mới đối với vật thể, thế giới chung quanh, thoát khỏi những gò bó mà họ cho là đóng khung, cổ điển và không còn hợp thời với cách mạng mà thuyết lượng tử đã mang lại.
Để có thể hiễu rõ hơn về tiến trình ảnh hưởng của thuyết lượng tử đến văn hóa phương Tây trong thế kỷ 20, ta hãy xem xét tình hình khoa học và tư tưởng trong giai đoạn cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20.
Vật lý cổ điển qua cơ học của Newton và thuyết sóng điện từ của Maxwell cuối thế kỷ 19 hoàn toàn chiếm lãnh địa vị độc tôn là cơ sở các nhà khoa học dùng để tìm hiểu, phân tách giải thích sự kiện, quá trình của thiên nhiên. Khi Gustav Kirchoff, thầy của Max Planck, nghiên cứu về quang phổ phát ra từ vật nóng (blackbody radiation) qua thí nghiệm đã chứng minh là năng lượng từ vật đen nóng phụ thuộc vào hai yếu tố, tầng số phát xạ và nhiệt độ. Ở nhiệt độ nhất định, năng lượng phát từ vật đen tăng tỉ lệ với tầng số ở tầng số thấp đến điểm cực tối đa sau đó giảm khi tầng số cao hơn. Khi nhiệt độ cao hơn thì đường biểu diễn cũng giống như vậy nhưng cực điểm của năng lượng phát xảy ra ở tầng số cao hơn so với nhiệt độ thấp. Kirchoff, năm 1859, sau khi không thể dùng lý thuyết vật lý để chứng minh giải thích phù hợp với kết quả thí nghiệm, đã kêu gọi thách thức các nhà vật lý dùng lý thuyết làm sao chứng minh được phương trình giữa năng lượng, tần số và nhiệt độ của năng lượng phát từ vật đen nóng.
Trong hơn 40 năm, các nhà vật lý từ Stefan, Boltzman (Định luật Stefan-Boltzman) đến Wien (định luật Wien) đã đưa ra các công thức duy nghiệm cố gắng giải thích phù hợp với kết quả thực nghiệm. Mùa thu 1900, sau khi nghe tin định luật Wien, qua kết quả thí nghiệm mới là không còn đúng ở các tần số thấp hơn nữa, Max Planck, trước đây đã quan tâm đến vấn đề trên và qua nhiều năm cố gắng không thành công dùng lý thuyết nhiệt động lực học mà ông chuyên tâm để tìm ra lời giải đưa đến công thức cho hiện tượng phát xạ từ vật đen, đã lập tức trở lại vấn đề bỏ dở trước đây và dùng phương thức giản dị nhất mà sau này Planck cho là may mắn qua trực giác để đưa ra công thức giải thích được thỏa đáng các dữ kiện thí nghiệm phát xạ từ vật đen. Nhưng ông không hài lòng là tìm được đúng phương trình qua suy đoán và trực giác mà theo ông thì nhất thiết phải dựa vào lý thuyết nào đó, như nhiệt động lực học với entropy, để giải ra nó thì mới toàn vẹn, có cơ sở và chính xác.
Ông đã dựa vào lý thuyết xác suất của Bolzmann về entropy qua sự chuyển động các “hạt” nguyên tử khí về sự liên hệ của entropy với độ hỗn loạn của các hạt tử và để có thể đặt một trị số cho độ hỗn loạn phải tìm cách phân chia năng lượng giữa các dao động phát sinh các tần số ở vật đen nóng. Chính tại điểm này, Planck đã nghĩ ra ý tưởng về các thành phần năng lượng - các mảnh năng lượng, của các dao động mà khi hợp lại sẽ bằng tổng năng lượng phát ra từ vật đen. Cuối cùng ông đã xây dựng và giải ra công thức năng lượng phát ra từ vật đen đặt trên một ý niệm cơ bản hoàn toàn bất ngờ và lạ lùng khi cho rằng năng lượng phát ra không phải liên tục mà là ngắt đoạn, riêng rẽ, từng các gói đơn vị năng lượng gọi là lượng tử (quanta), mỗi lượng tử có năng lượng tỉ lệ với tần số dao động. Một ý niệm cách mạng trong khoa học và tư tưởng mà hệ quả và ảnh hưởng bao gồm nhiều ngành và hoạt động tri thức trong xã hội con người sau này mà ngay cả Max Planck không dự đoán hết được. Không lâu sau, năm 1905 Einsein đã dùng thuyết lượng tử của Planck để giải thích thỏa đáng hiện tượng quang điện của các tia tử ngoại qua các hạt năng lượng gọi là photon, tạo ra niềm tin về cơ sở cho thuyết lượng tử. Quan niệm của Einstein cho rằng ánh sáng được cấu tạo bằng hạt tử photon với năng lượng lượng tử mà Planck đã tìm ra, trái với quan niệm sóng của ánh sáng thịnh hành qua phương trình Maxwell cổ điển mà nhiều nhà vật lý ứng dụng, là một đột phá trong khoa học.
Sau khi electron được khám phá vào năm 1897 bởi Thompson, và hạt nhân nguyên tử với proton bởi Rutherford và mô hình nguyên tử với các electron chung quanh thì gặp phải nhiều vấn nạn mà vật lý cổ điển Newton-Maxwell không thể giải thích được: khi electron chuyển động chung quanh hạt nhân thì theo vật lý cổ điển, sóng sẽ được phát ra và vì thế sẽ mất năng lượng do đó sẽ rơi vào hạt nhân. Tại sao chúng không rơi vào hạt nhân nguyên tử? Thêm nữa khi các phát xa từ nguyên tử như hydrogen khi chúng bi kích thích thì chỉ có vài tần số rõ rệt được phát ra chứ không liên tục (hiện tượng Balmer).
Để giải quyết khó khăn trên, Niels Bohr đã dùng ý niệm lượng tử của Planck và cho rằng electron không phải có bất cứ một quỹ đạo nào mà chỉ có trên một vài quỹ đạo với trạng thái năng lượng nhất định. Sự thay đổi các tầng trạng thái năng lượng tương ứng với năng lượng chúng hấp thụ hay mất đi qua phát xạ. Tầng năng lượng đầu tiên là tầng có năng lượng nhỏ nhất. Dùng bảng tuần hoàn hóa học của Mendeliev, ông đã giải thích thỏa đáng và xác định được sự phân phối electrons trong các chất hóa học và tại sao chúng lai có những đặc tính hóa học giống nhau trong cùng một cột nhóm trên bảng tuần hoàn. Sau Bohr, Sommerfeld cải thiện mô hình nguyên tử của Bohr thêm vào, ngoài độ lớn của quỹ đạo (n), còn hình dáng quỹ đạo (k) và hướng quay của electron gây ra từ trường (m) cũng chỉ có các trị số nhất định. Pauli bổ túc thành 4 số lượng tử với electron tự quay với động lượng góc hướng kim đồng hồ hay ngược lại (2). Mô hình hoàn tất của Bohr, Sommerfeld, Pauli đã giải thích hết các hiện tượng được biết lúc đó qua các thí nghiệm như Balmer, Zeeman..
Nhưng các hình ảnh quỹ đạo, hướng quay, trục quay... không quan sát được của mô hình trên vẫn còn dựa vào quan niệm, cái nhìn của vật lý cổ điển. Werner Heisenberg cùng với Born và Jordan phát triển lý thuyết cơ học lượng tử từ đầu dùng toán học xác suất, ma trận (matrix) và các con số lượng tử để giải thích kết quả của mô hình Bohr mà không dựa vào hình ảnh của vật lý cổ điển. Mô hình của Heisenberg được gọi là cơ học ma trận (matrix mechanics) giải thích gọn đẹp quang phổ từ nguyên tử hydrogen qua lý thuyết toán học trong không gian Hilbert mà không cần hình tượng quỹ đạo. Đây là bước ngoặt của ngành vật lý mới, vật lý lượng tử. Sự không hoán chuyển của các ma trận khi dùng toán tử nhân trong thuyết của Heisenberg, như công thức nổi tiếng pq – qp = -ihI/2p (ma trận động lượng p, ma trận vị trí q, ma trận đồng nhất I, h hằng số Planck), đã làm Heisenberg lo ngại không hiểu và giải quyết ra sao nhưng được Paul Dirac cho là đó chính là đặc tính cơ bản của thuyết lượng tử mới mà thuyết cổ điển đã bỏ sót. Dirac dùng động lực học Hamilton để thiết lập thuyết mới mà Dirac gọi là “đại số học lượng tử” (quantum algebra).
Nguyên lý bất định (Uncertainty Principle) của Heisenberg là hệ quả của sự không hoán chuyển của toán tử nhân trong ma trận mà ông đã đặt ra sau này: trong trạng thái lượng tử, khi được đo lường thì không thể nào định được độ chính xác cao của cả vị trí và động lực của hạt tử (electron) cùng một lúc được. Đây là tư tưởng hoàn toàn trái với sự hiểu biết thông thường của chúng ta trong thế giới hiện thực. Qua vật lý cổ điển, một khi ta biết được vị trí và động lực hay vận tốc của vật thể, ta sẽ tiên đoán được vị trí sau đó. Nhưng với nguyên lý trên, ta không bao giờ xác định được vật thể tương lai sẽ ở đâu dù muốn. Không những nó gây ra câu hỏi và vấn nạn cho các nhà vật lý mà là còn cho nhiều người khác trong lãnh vực tư tưởng, xã hội, nghệ thuật và triết học về sự bất định của thế giới khi con người tiếp cận với vật thể, đụng chạm với thế giới lượng tử.
Heisenberg và Dirac cùng quan niệm với Bohr trong sự thành lập thuyết lượng tử, dùng lý thuyết dựa chủ yếu trên những biến số cho phép những gì có thể quan sát được qua thí nghiệm thí dụ như dữ liệu quang phổ phát ra từ nguyên tử. Vị trí của electron, không như tầng năng lượng và cường độ, không quan sát được thì không nằm trong phương trình lý thuyết. Đây là quan điểm của triết học thực chứng mà Bohr là người theo đuổi và chịu ảnh hưởng của Ernst Mach mà ta sẽ bàn sau.
Tuy vậy hai mô hình lượng tử của Heisenberg và Dirac dưa vào đặc tính hạt mà không để ý đến đặc tính sóng của hạt tử. Einstein cho rằng lý thuyết lượng tử chưa đầy đủ, hoàn tất nếu không bao gồm sóng. Louis de Broglie cho thấy sự thể có hai đặc tính, cả sóng và hạt. Năm 1925, Schrödinger đã dùng kết quả của de Broglie vào vật lý lượng tử với phương trình sóng Schodinger trên quỹ đạo electron và thiết lập mô hình thứ ba sau Heisenberg và Dirac gọi là “cơ học sóng” (wave mechanics) mang đến hình ảnh trong đầu mà ta có thể hình dung được của vật lý cổ điển, trái ngược với ý niệm của Heisenberg. Phương trình Schrödinger cho thấy các số lượng tử, tầng năng lượng là lời giải của phương trình trong trường hợp sóng đứng. Điều kiện lượng tử ngắt đoạn không liên tục đơn giản phát sinh từ phương trình sóng liên tục. Về phương diện triết học như vậy là sự rời rạc, ngắt đoạn không liên tục chỉ là biểu hiện của trạng thái đặc biệt mà cơ bản vẫn là liên tục không rời.
Einstein cho rằng khám phá của Schrödinger là rất quan trọng, xác nhận sự hồ nghi của ông về tính chất trừu tượng của Heisenberg về lượng tử và dè dặt trước đây ngay cả về lượng tử. Đối với Bohr và Heisenberg thì sóng không “thật”. Vật lý lượng tử lúc này có hai khuynh hướng, Einstein-Schrödinger và Heisenberg-Bohr, cạnh tranh nhau. Theo Kant thì sự hình dung sự thể là một sự trừu tượng hóa hiện tượng mà chúng ta chứng kiến ('Erscheinung’, phenomenon), khác với khả năng hình dung được liên quan đến các đặc tính của vật thể mà tự nó có, dù ta quan sát hay đo lường nó hay không (Kant gọi là 'noumenon' hay 'ding an sich' tức 'vật trong vật' độc lập với quan sát). Trong vật lý Newton ở bối cảnh vĩ mô thì cả hai gần như đồng nghĩa và hiển nhiên nhưng trong thế giới vi mô của vật lý lượng tử thì chúng là hai phạm trù có khác nhau và phân biệt được. Mô hình tiên nghiệm của sự thể khác với “sự thật”, đặc tính thật sự của vật thể mà ta không quan sát đươc. Nhưng Einstein và Schrödinger không hoàn toàn chấp nhận tính chất quá trừu tượng của cơ học lượng tử Heisenberg. Cả hai mặc dầu đồng ý với sự khẳng định của Galileo là “sách của thế giới vạn vât” được viết bằng toán học nhưng cũng nhận ra sự cần thiết, khả năng và công dụng dùng hình ảnh hình dung được trong tư tưởng của các ký hiệu toán học. Tuy vậy Heisenberg, đã đi xa hơn nữa, các nghiên cứu sau này của ông đã đặt nền tảng của các biểu đồ Feynman - hình ảnh tượng trưng qua sự liên kết giữa trực giác và hình ảnh. Ở đây hình ảnh được sinh ra từ toán học của cơ học lượng tử, chứ không phải được trừu tượng hóa từ các hiện tượng mà ta thật sự quan sát (11).
Trong biểu đồ Feynman, một electron và một positron triệt tiêu nhau và tạo ra một photon ảo để trở trành một cặp quark-antiquark, rồi phát ra một gluon (Thời gian đi từ trái sang phải và chiều không gian đi từ dưới lên trên) - Trích từ Wikipedia (Vietsciences)
Các mô hình của Schrödinger và Heisenberg-Dirac khác nhau về tiếp cận toán học và về sự diễn giải thế giới vật thể: sóng và hạt, nhưng tương đương nhau. Từ phương trình Schrödinger, ta có thể biến đổi tương đương với công thức trong cơ học ma trận của Heisenberg-Dirac. Qua nhiều sự tranh luận giữa Schrödinger và Heisenberg, Dirac, Bohr, cuối cùng dẫn đến sự hợp nhất qua nguyên lý được đưa ra gây nhiều tranh cải và sâu sa nhất về phương diện triết học (ngoài nguyên lý bất định của Heisenberg) là nguyên lý bổ sung (Complementary Principle) của Bohr. Nguyên lý bổ sung của Borh là cơ bản của Diễn giải Copenhagen (Copenhagen Interpretation) về vật thể trong thế giới lượng tử và thế giới cổ điển mà ta sẽ bàn sau. Diễn giải Copenhagen được đa số các nhà vật lý chấp nhận và hoá giải được mầm mống sự phân cực giữa hai khuynh hướng Einstein-Schrödinger và Heisenberg-Bohr.
Max Planck và Ernst Mach
Trong các năm 1908-1913, Max Planck và Ernst Mach, nhà bác học Áo nổi tiếng, đã có những tranh luận về sự hợp nhất và cái nhìn toàn thể của khoa học về thế giới, hiện tượng thiên nhiên. Mach là cha đẻ của triết lý khoa học thực chứng có ảnh hưởng sâu rộng từ đầu đến giữa thế kỷ 20 mà đa số các nhà vật lý lượng tử sau này đều bị ảnh hưởng, vì thế sự tranh luận giữa Max Planck và Ernst Mach rất thú vị và đáng quan tâm trong bối cảnh khoa học, triết học và nghệ thuật mà ta sẽ phân tách sau.
Mach tin vào sự hợp nhất của khoa học dựa vào nguyên lý giản đơn (principle of parsimony, giống như Ozcam razor), tư tưởng, ý kiến giải thích được sự kiện càng giản đơn càng có giá trị và đúng hơn. Ta càng hiểu một hiện tượng thì ta càng giải thích được ngắn gọn. Khoa học là dụng cụ để phục vụ con người, người làm khoa học vì thế phải tự biết vai trò của mình trong xã hội (instrumentalism). Khoa học độc lập với giá trị xã hội chung quanh nhưng mở rộng cho tất cả mọi người và tự do dùng khoa học để đạt mục đích mong muốn.
Đối với Planck thì hiện tượng trong thiên nhiên được chi phối bởi nguyên lý năng lương và entropy (nguyên lý thứ hai của nhiệt động học) và thiên nhiên thay vì đơn giản, có khuynh hướng càng tăng nhiêu khê (complex), hỗn loạn (chaos) - nghĩa là entropy tăng. Hoạt động con người, xã hội được chi phối bởi ý tưởng. Khoa học là một lãnh vực riêng để tìm hiểu nghiên cứu và từ đó thay đổi xã hội con người. Khoa học tách rời ra khỏi sự chi phối của xã hội, chính trị. Xã hội tự nó cần phải nhận thức được giá trị của khoa học (realism). Ta có thể nói Mach tin là khoa học phải thực tin, không siêu hình và vị nhân sinh trước tiên trong khi Planck lại tin là khoa học vị khoa học trước và sau đó nếu xã hội chấp nhận và áp dụng thì mới vị nhân sinh.
Tuy vậy chính thuyết lượng tử của Planck lại dùng sự giản đơn và gọn nhất là lượng tử, phù hợp với ý tưởng nguyên lý của Mach, để giải thích hiện tượng phát xạ từ vật nóng.
Mach không tin vào thuyết nguyên tử vì chúng không thể được quan sát được với kỷ thuật đầu thế kỷ 20. Mặc dầu rất thân thiện và để ý đến thuyết tương đối của Einstein nhưng Mach chống lại thuyết tương đối vì theo Mach thì không có bằng chứng nào để chứng minh được giả thuyết tương đối. Trong cuộc tranh luận và đối đầu giữa Mach và Planck trong nhiều năm, và vào thời điểm thuyết tương đối ra đời, có thể Mach chỉ chú ý đến Einstein vì ông hy vọng là Einstein có thể sau này triển khai một lý thuyết khác về sự liên tục để phủ định lý thuyết ngắt đoạn, nhảy vọt qua lượng tử của Planck. Mặc dầu hiện nay không còn ảnh hưởng và được chấp nhận nhưng tư tưởng thực chứng (positivism) của Mach có ảnh hưởng rất lớn đến W. Pauli, E. Schrödinger, N. Bohr, và ngay cả Einstein trong những giai đoạn đầu.
Nhóm Vienna (Wiener Kreis, Vienna circle)
Moritz Schlick, học trò của Max Planck ở Đại học Berlin, được bổ nhiệm giáo sư ở Đại học Vienna vào năm 1922, vị trí mà Ernst Mach, và sau đó Ludwig Boltzman, đã giữ trước đó. Ở Vienna, Schlick đã tập hợp được các nhà triết học và khoa học như Otto Neurath, Rudolf Carnap... thành một nhóm thường gặp nhau và thảo luận về các đề tài khoa học và triết lý. Dựa vào triết lý của E. Mach, nhóm Vienna tin rằng con người và xã hội sẽ tiến và giải quyết được các vấn nạn nếu mọi vấn đề được xét đoán khách quan, quan sát và kiểm chứng được qua khoa học và tất cả những gì siêu hình, không kiểm chứng được là không phải thuộc phạm trù khoa học và chính chúng (siêu hình) trong tư duy của con người đã gây ra nhiều vấn đề và khổ ải trong xã hội.
Khác với Immanuel Kant cho rằng tri thức có được là do từ mô hình vật thể hiện tượng qua kinh nghiệm cảm nhận cùng lý luận tư tưởng với những tri thức tiên nghiệm (a priori knowledge), tức các sản phẩm thuần túy của tư tưởng, thí dụ như thời gian và không gian, trọng lượng, gia tốc, thiên nhiên...mặc dầu ta không thể hiểu vật thể “thật” mà tự vật thể ấy có (cái mà Kant gọi là 'ding an sich' hay 'vật trong vật’, 'thing in itself’, vật thể tiên nghiệm, transcendental object. Kant cho rằng vật thể cảm nhận được như cái bàn, đôi giày và 'vật’ tiên nghiệm, 'ding an sich’, không thấy được như thời gian, vận tốc đều là vật thể). Mach cơ bản không đồng ý có sự phân biệt giữa tri thức từ kinh nghiệm và từ tiên nghiệm mà cho rằng khoa học, tri thức không phải cố định và lúc nào cũng khách quan như ta tưởng mà luôn phải được tự xét lại qua các quan sát, kinh nghiệm mới mà trước đó chưa có. Vật thể “thật” trong vật thể ('ding an sich') là không quan sát được và vì thế là siêu hình. Không có vật thể “thật” trong vật thể, thế giới vật thể chính là được tạo ra bởi chủ thể. Thế giới vật thể và thế giới chủ thể là một. Vật thể ở đây có nghĩa là một, tập hợp nhiều hay hệ thống các vật thể trong khung không gian và thời gian định sẵn. Khoa học, tri thức là những gì có thể quan sát và đo lường được.
Đây là nền tảng của chủ nghĩa thực chứng (positivism) mà nhà khoa học, triết học Áo Ernst Mach đã đưa ra và nhóm Vienna dựa vào và phát triển thêm mang logic toán học vào tất cả mọi ngành khoa học kể cả ngôn ngữ, mà họ gọi là thực chứng logic (logical positivism).
Theo những nhà theo thực chứng logic thì tất cả các phát biểu khoa học đều liên quan đến ngôn ngữ về những sự thể mà chúng có thể đáp ứng một sự giới hạn nào đó đã được thỏa thuận và nói về những gì có thể quan sát được. Ngôn ngữ quan sát và ngôn ngữ lý thuyết là hai ngôn ngữ khác nhau (7). Văn bản, phát biểu ngôn ngữ có thể được giản đơn ra nhiều phần nhỏ nhất để chúng được kiểm định là có liên hệ với vật thể quan sát được hay không.
Do trọng tâm của thực chứng mà Mach đề ra là sự quan sát của chủ thể và những giới hạn của những gì quan sát, đo lường được, nhiều nhà khoa học trong lãnh vực vật lý lượng tử rất khâm phục, chịu ảnh hưởng và chấp nhận chủ nghĩa thực chứng của Mach, trong đó có Pauli, Einstein, Schrödinger, Jordan, Bohr. Ở Trung Âu, lúc bấy giờ, là trung tâm của triết học và khoa học vật lý và hoá học, và qua nhóm Vienna đã ảnh hưởng đến các nước khác như Anh, Đan Mạch, Mỹ và Pháp. Đặc biệt ở Copenhagen, thủ đô Đan Mạch, Niels Bohr và J. Jorgensen là hai nhà khoa học và triết học theo thực chứng logic. Niels Bohr đã ủng hộ và diễn giải lý thuyết lượng tử cùng với vật lý nguyên tử, nguyên lý bất định (uncertainty principle) của Heisenberg vào tư tưởng, cách nhìn mới trên thiên nhiên, vật lý rất khác với cái nhìn cổ điển thông thường mà con người mà văn hóa từ thời Phục hưng đến giờ đã điều kiện hóa như là sự kiện, sự thật hiển nhiên. Bohr tin tưởng là nguyên tử, cơ cấu của mọi vật là có thật, qua các thí nghiệm với rất nhiều bằng chứng dùng máy đo (“measuring devices”) và thuyết lượng tử là dụng cụ, phương tiện giúp chúng ta tiên đoán các hiện tượng quan sát được. Ông không cho rằng có sự hiện hữu của một thực thể nào mà chúng ta không quan sát được hay cảm nghiệm được. Đặc tính của một hệ thống không thể định biết được cho đến khi ta đo lường nó. Trong nhiều thí nghiệm quan sát cho thấy các hạt có hai đặc tính có lúc là hạt và có lúc là sóng.
Đặc tính hạt và sóng của các hạt trong nguyên tử, theo diễn giải cơ học lượng tử của Bohr, hiện diện cùng lúc với nhau, chồng lên nhau (superposition) trong thế giới lượng tử (quantum reality) mặc dầu chúng hoàn toàn trái ngược nhau. Khi chúng ta dùng dụng cụ để quan sát các hạt tử trong thế giới lượng tử thì thế giới lượng tử sẽ bị chạm xáo trộn, sụp đổ thành thế giới cổ điển (classical reality) mà chúng ta thường biết và cảm nghiệm với chỉ một trong hai đặc tính này hiện diện mà thôi. Hạt là có thật và sóng thì không “thật“, sóng chỉ là phương tiện toán học đại diện cho sự hiểu biết xác suất của ta về hệ thống. Đây là nền tảng của quan điểm về sự diễn giải của thuyết lượng tử trong thế giới thiên nhiên mà ngày nay chúng ta gọi là Sự diễn giải Copenhagen của cơ học lượng tử (Copenhagen Interpretation of quantum mechanics).
(Hình trích từ Wikipedia)
Như vậy theo sự diễn giải Copenhagen, có hai lãnh vực hay thế giới, thế giới lượng tử và thế giới hiện thực cổ điển. Và ngay lúc khi ta quan sát hay đo thì ta đã tạo ra thế giới hiện thực (cổ điển). Sự diễn giải này được trình bày qua một nghich lý “Con mèo Schrödinger” theo đó trong một thí nghiệm tưởng tượng (thought experiment) có một con mèo nhốt kín trong hộp có một lọ chứa hơi độc với một hạt tử ở trong hai trạng thái chồng lên nhau của thế giới lượng tử, lọ này sẽ vỡ nếu hạt tử ở trong một trạng thái và sẽ không vỡ khi ở trạng thái khác. Khi vẫn còn kín chưa mở hộp thì cả hai trạng đều hiện diện và lọ hơi độc vừa bị vỡ và không vỡ và con mèo vừa chết và không chết. Khi nắp hộp mở ra, sự chồng nhau của thế giới lượng tử sụp đổ thình lình đi đến thế giới cổ điển với một trong hai trạng thái và con mèo sẽ sống nhảy ra khỏi hộp hoặc chết ngay lúc mở. Khi mở ra thì ta không thể nào trở về lại thế giới lượng tử với hai trạng thái nữa.
Gần đây Nadar Katz và đồng nghiệp đã thực hiện một thí nghiệm siêu dẫn qubit đã thực hiện được sự trở về thế giới lượng tử chưa quan sát (với hai tầng năng lượng, cao và thấp) khi thế giới lượng tử gần sụp đổ đến chỉ một tầng năng lượng, tương tự như hé mở hộp nhìn con mèo rồi đóng nhanh miệng hộp lại (10). Tầm quan trọng về ý nghĩa của kết quả thí nghiệm này rất to lớn, nói lên như vậy là ta có thể xoá bỏ đi hệ quả của quan trắc hay đo đạc lúc trước, trở về lại thế giới lượng tử và quan trắc lại. Tái tạo lại hiện thực lần nữa! Đây là một bước nhảy quan trọng tiến tới thực hiện được máy tính lượng tử (quantum computer) nhưng lại đặt thêm một vấn nạn về ý nghĩa của hiện thực cho triết học: hiện thực không còn là tất yếu qua các điều kiện hệ quả mà là bất kỳ những dự quả nào mà ta muốn, quyết định và có thể lùi lại thay đổi hiện thực nếu muốn. Thế giới của hiện tượng là hoàn toàn do chủ thể quyết định. Hiện thực không là 'vật thể ngoài kia' độc lập nằm ngoài nhận thức mà là do nhận thức tạo ra, như nhà vật lý John Wheeler đã nhận xét. Nhận thức và vật chất, cái nào trước hay có thể nào chăng vật chất, năng lượng và nhận thức cũng chỉ là một và hoán chuyển nhau? Diễn giải “Nhận thức gây sụp đổ thế giới lượng tử” (Consciousness causes collapse Interpretation) như qua “thí nghiệm tư tưởng người bạn Wigner” (Wigner’s friend thought experiment) khi Wigner hỏi người bạn kết quả ra sao về con mèo Schrödinger để chứng minh nhận thức có vai trò trong thế giới lượng tử và hiện thực là có cơ sở hay nhận thức có thể tái tạo lại thế giới lượng tử?
Mặc dầu thực chứng của Mach có ảnh hưởng đến Einstein trong sự hình thành thuyết tương đối và Heisenberg trong cơ học lượng tử nhưng sau này Einstein đã thay đổi và ông đã nói với Heisenberg (5) "Có thể lúc đầu tôi đã dùng lý luận của thực chứng, nhưng giờ đây nó cũng đều vô nghĩa lý... về nguyên tắc thì rất là sai khi cố gắng tạo ra một lý thuyết chỉ dựa vào quan sát mà thôi. Thật ra trong thực tế thì điều trái ngược xảy ra. Chính lý thuyết mới quyết định cái gì chúng ta có thể quan sát.”
Hiện nay có nhiều diễn giải về cơ học lượng tử: diễn giải vector trạng thái, các thuyết ẩn biến số (Hidden Variables Theories), bất cố kết (decoherence). Diễn giải vector trạng thái (state vector), mà đa số các nhà vật lý và sách giảng dạy vật lý dùng, giống như diễn giải Copenhagen nhưng cho rằng sóng là có thật biểu hiện cho hệ thống lượng tử bằng phương trình sóng vector với nhiều xác suất giá trị khác nhau. Khi đo lường quan sát thì vector sóng sụp đổ đến chỉ một giá trị mà ta có thể đo được thôi. Thuyết ẩn biến số cho rằng không có xác xuất trong thế giới lượng tử, như Einstein đã nói “Thượng đế không chơi súc sắc” và các hạt tử có những trị số nhất định mà các dụng cụ đo lường không thể đo. Cơ học lượng tử chỉ là sự diễn tả xác suất của thuyết chính mà ta chưa biết. Bất cố kết (decoherence) cho rằng sóng có thật và dụng cụ đo lường cũng là một hệ thống lượng tử. Khi đo lường, sự tác tương giữa dụng cụ, hệ thống được đo và môi trường sẽ dẫn nhanh chóng liên tục sóng đến một trạng thái bền eigen (eigen state) thuần nhất không hỗn hợp của nhiều trạng thái. Diễn giải bất cố kết rất phổ thông gần đây trong lãnh vực tính toán lượng tử (quantum computing).
Vật lý lượng tử và ảnh hưởng trong triết lý và nghệ thuật
Nếu năng lượng không phải là liên tục mà là các bước nhảy hay các 'quanta’ thì các quá trình thiên nhiên, vật thể cũng là các gián đoạn, không liên tục và không định trước được (deterministic). Nếu ngoại suy (extrapolate) ra các lãnh vực khác ngoài thiên nhiên vật thể thì ngay cả quá trình tiến hóa trong xã hội, tư tưởng con người cũng không phải là liên tục mà là các bước nhảy. Quan niệm nhảy vọt không liên tục, xác suất bất định trước và nhiều trị số có cùng một lúc là một điều không ngờ, khó hiểu nếu dùng lý tính mà ta thường biết và cách mạng trong tư tưởng. Bohr đã nói “Những ai mà lần đầu tiếp cận với thuyết lượng tử mà không bị “sốc” thì thật sự không thể hiểu nó”
Trước khi có vật lý lượng tử thì mọi sự thể, hiện tượng thiên nhiên đều được mô tả bằng các từ thể nghiệm (empirical). Lý thuyết nguyên tử của Bohr, bất định của Heisenberg, tương đối của Einstein và lượng tử của Planck, Schrödinger cho thấy sự thể thật sự của thiên nhiên cũng nằm sâu, ẩn dấu sau những gì quan sát hay cảm nhận được. Điều này không phải là mới, triết gia Hy Lạp Plato và Plotinus trước đây cũng cho rằng vũ trụ có nhiều tầng hiện hữu, không chỉ gồm có thế giới cảm nhận mà còn có thế giới vượt quá cảm nhận (5).
Không lạ gì mà các nhà nghệ sĩ, nghệ thuật tìm kiếm cái mới đều bị thu hút bởi các ý niệm cách mạng của lý thuyết lượng tử mà Max Planck đã khơi mào.
a) Max Ernst, Roberto Matta, Wolfgang Paalen – trường phái siêu thực
Chúng ta tin tưởng vào những tri thức lấy từ cảm nhận thay vì tri thức được áp chế từ quyền lực nào đó. Tư tưởng và chủ nghĩa thực chứng lan rộng ở Âu châu đầu thế kỷ 20 cùng với thuyết lượng tử trong vật lý do các nhà khoa học và tư tưởng trong nhóm Vienna truyền bá trong giới trí thức qua những sách vỡ, khám phá và các bài viết trong các tạp chí. Trong môi trường với nhiều ý tưởng mới như vậy, nghệ thuật và văn hóa Âu châu có thêm chất liệu mới để phát triển. Người nghệ sĩ, bác học Leonardo Vinci thời Phục Hưng thế kỷ 15 và nhà nghệ sĩ Max Ernst thật ra cũng cùng ý tưởng với thực chứng của Ernst Mach.
Sau thế chiến thứ nhất, André Breton, người chủ xướng nghệ thuật tranh siêu thực, chịu ảnh hưởng của thực chứng và tâm lý học mới bắt đầu của Freud, năm 1925 đưa ra tuyên ngôn về triết lý nghệ thuật siêu thực. Lúc đầu Breton, trong tuyên ngôn siêu thực, không thích tư tưởng, thái độ quá thực tế của thực chứng đối với quan điểm tưởng tượng của tâm thức mà siêu thực cổ võ. Nhưng sau này quan điểm thực chứng chống lại siêu hình mà Rudolph Carnap đã phân tích trong các sách của ông về ngôn ngữ đã được nhiều nghệ sĩ siêu thực ngưỡng mộ và vài năm sau tuyên ngôn siêu thực (1935) khi Breton tuyên bố chống lại tâm lý học của Freud mà ông coi là siêu hình, thì chủ nghĩa siêu thực hoàn toàn chấp nhận thực chứng. Sự kết hợp rõ nhất về ảnh hưởng của sự phát triển khoa học qua lý thuyết lượng tử, nguyên tử, triết lý thực chứng và tâm lý học đầu thế kỷ 20 vào nghệ thuật là ở người họa sĩ Max Ernst, Roberto Matta và Wolfgang Paalen.
Trong giai đoạn này, sự xuất hiện của nhiều khuynh hướng nghệ thuật khác nhau bắt đầu phát triển mạnh mẽ. Năm 1934, nhà phê bình nghệ thuật Carl Einstein nói về tranh lập thể của Georges Braque. Ông cho rằng trong các tranh trừu tượng lập thể, các hình dạng đều bị vỡ, với nhiều mảnh gián đoạn. Trong sự đổ vỡ của liên tục, ta tìm thấy một thực thể mới phá vỡ chuỗi nhân quả (causality) tương tự như trong khuynh hướng khoa học vật lý từ liên tục cổ điển đến lượng tử. Sự chuyển hướng của nghệ thuật hội họa từ tranh về hiện thực, vật thể cổ điển đến tranh trừu tượng được đẩy bởi cùng một trào lưu tư tưởng, động lực thúc đẩy sự phát triển tiến bộ trong lãnh vực vật lý và tâm lý (2). Khi Max Planck mở đầu thuyết lượng tử năm 1900, và Einstein thuyết tương đối năm 1905 thì cùng khoảng thời gian ấy Picasso bắt đầu phát triển tranh lập thể, một hướng đi mới trong nghệ thuật. Theo Arthur Miller, vật lý mới đã có ảnh hưởng đến Picasso (11).
Nhà nghệ sĩ Max Ernst, rời Đức sang Paris sống. Sự chán ngán của ông với chiến tranh thứ nhất, qui ước xã hội và truyền thống đã đưa ông đến gần siêu thực và tâm thức. Qua người nghệ sĩ, tranh thể hiện tâm thức và chính tâm thức đóng vai trò chủ yếu chứ không phải người nghệ sĩ. Ý tưởng về sự thứ yếu của vai trò người nghệ sĩ, không còn là chủ thể nữa, hay để lại dấu ấn nào trên tác phẩm cũng là ý tưởng sau này của triết lý hậu hiện đại: 'cái chết của tác giả'.
Max Ernst thấm nhuần thực chứng của Mach, chối bỏ cái siêu hình vật thể, tri thức tiên nghiệm của Kant, không có khoảng cách giữa thế giới chủ thể và thế giới vật thể, thay thế quan niệm qua thời gian về nguyên nhân và hệ quả bằng ý niệm chức năng trong sự liên hệ giữa các thành phần vật thế.
Dùng phương pháp mới trong hội họa mà Ernst đặt ra gọi là frottage, tranh tạo ra qua sự cọ sát với gỗ dùng than đá hay bút chì để tạo ra các mẫu hình tượng ý, rồi sau đó biến đổi thêm để hợp với một ý tưởng nào đó đã định trước, ông đã đi vào lãnh vực mới mà ông cho là tương tự với vật lý mới của thế giới lượng tử (2)
“Ý nghĩa cách mạng của sự mô tả này về thế giới thiên nhiên mà lúc đầu có vẻ như vô nghĩa được chứng minh cho thấy bằng sự kiện là có những kết quả tương ứng đã được thực hiện trong khoa học vật lý vi mô ngày nay. Sau khi đo đường mà electron di chuyển không có ngoại lực ảnh hưởng, P. Jordan đã kết luận: 'Nhưng sự phân biệt về sự khác nhau [giữa thế giới ngoại vi và thế giới nột tại] đã bị mất đi một trong những cột trụ bởi sự phủ nhận qua thí nghiệm ý tưởng cho là các sự kiện hiện diện ở thế giới ngoại vi có một sự hiện hữu khách quan độc lập với quá trình quan sát”.
Ernst Max - Young Man Intrigued by the Flight of a Non-Euclidean Fly, 1942-47
Trong bài luận văn “Siêu thực là gì?”, Ernst đã dùng lý thuyết của nhà vật lý Pasqual Jordan về sự liên hệ giữa cơ học lượng tử, sinh hoc và tâm lý học để đưa ra ý niệm về vai trò của người nghệ sĩ trong quá trình sáng tạo.Theo Jordan thì ở tầng quan sát được của thế giới cổ điển (Newton), đặc tính xác suất bất định không nhân quả của các phản ứng nguyên tử, sẽ trung bình hóa ra một nhân quả cơ bản cho các vật vô tri, nhưng với động vật sống, sự bất định không nhân quả của các phản ứng nguyên tử phóng đại lên và giữ nguyên trên tầng vĩ mô sự vận hành của không nhân quả. Vì thế, theo Jordan, ý chọn tự do (free will) mà con người, động vật, thực vật có là tiếng vọng trực tiếp của cùng các thành phần không nhân quả tạo thành các vật vô tri nhưng lại biến mất đối với vật vô tri khi nâng lên tầng vĩ mô (2). Ernst cho rằng thế giới nội tại và thế giới bên ngoài trong siêu thực sẽ không có biên giới và nhập chung là một. Sự phân biệt giữa chủ thể và vật thể nhoè đi và không còn.
Roberto Matta, họa sĩ người Chile, đến Paris 1935 và sau này New York. Ông thuộc trường phái siêu thực. Octavio Paz đã nói về tranh của Matta và bạn Matta là Duchamp: 'trong các tranh siêu thực, một sự biến đổi to lớn đang xảy ra, khởi đầu bởi Duchamp và thực hiện bởi Matta, một sự phối hợp của trường phái gợi dục (eroticism), khôi hài và khoa học vật lý mới'.
Roberto Matta -Onyx of Electra, 1944 - The Museum of Modern Art, New York
Matta cho là sự khác biệt giữa ông với các họa sĩ khác trong trường phái siêu thực là ông mang vào các hình ảnh dựa vào ý tưởng của vật lý hiện đại vào tranh mà ông cho là hợp với thời đại hơn các họa sĩ khác. Từ sự diễn giải của ông về hình học không Euclid (non-Euclid) và một thế giới 'đỗ vỡ’ mà vật lý lượng tử và nguyên tử cho ta thấy, Matta đã tìm ra được một ý niệm mới cho nghệ thuật về sự đa dạng, đa chiều và sự mỏng manh của thế giới vật chất chung quanh con người. Các tranh của ông, thí dụ như tác phẩm 'Onyx of Electra’ (xem hình), phản ảnh tư tưởng này.
Cái giới hạn trong hình ảnh sự vật dưới nhản quan của con người được Matta cởi trói cho ta nhận thức một chiều sâu trực giác không Euclide trên tranh khác với thế giới quang học phẳng thông thường. Ông theo chân các nhà vật lý để thử nghiệm và tìm thấy một thế giới, không gian mới mà con người bị giới hạn trước đây không cảm nghiệm được, khác với con mắt bất động, vĩnh cửu và đơn điệu của phối cảnh (perspective) dùng trong thời Phục Hưng cho đến ngày nay. Phương hướng không xác định được trong tranh của ông (chúng ta nhìn lên, xuống hay ngang, dọc?) làm rối loạn thị giác quan, và vì thế dồn hay làm người xem phải trở lại vào trong chính mình.
