Chúa có đổ xúc xắc?

Chúa có đổ xúc xắc?
Stephen Hawking
360.thuvienvatly.com

Kỳ 1
Bài nói chuyện này bàn về khả năng có thể tiên đoán được tương lai hay không, hay tương lai là tùy ý và ngẫu nhiên.

Trong thời Cổ đại, thế giới dường như bất định một cách đẹp đẽ. Các thảm họa như lũ lụt hoặc dịch bệnh xảy đến mà không báo trước hay có nguyên nhân rõ ràng. Người nguyên thủy quy mỗi hiện tượng tự nhiên cho một vị thần nào đó, các vị này thường hành xử theo cách kì lạ. Không có cách nào để tiên đoán được những việc họ sẽ làm, và chỉ hi vọng được họ che chở bằng cách dâng cúng các tặng phẩm hoặc hành động thể hiện lòng tôn kính. Nhiều người vẫn tán thành tín ngưởng này và thường cố gắng cầu khẩn để được may mắn. Tuy nhiên dần dà con người cũng bắt đầu chú ý đến một số quy luật trong cách hành xử của tự nhiên. Những quy luật này hầu như khá dễ nhận ra, trong chuyển động của các thiên thể trên bầu trời. Chính vì vậy mà thiên văn học trở thành môn khoa học được phát triển trước tiên. Nó bắt đầu được Newton mô tả bằng toán học hơn 300 năm trước và chúng ta hiện vẫn dùng lý thuyết hấp dẫn của ông để tiên đoán chuyển động của hầu hết các thiên thể. Theo sau những ví dụ về thiên văn, các hiện tượng tự nhiên khác cũng được phát hiện là tuân theo các định luật khoa học xác định. Điều này dẫn đến ý tưởng về quyết định luận khoa học, được đưa ra lần đầu tiên bởi một nhà khoa học người Pháp, Laplace. Tôi nghĩ tôi sẽ trích lại những lời của chính Laplace, vì vậy tôi nhờ một người bạn mang chúng vào đây. Dĩ nhiên, chúng bằng tiếng Pháp, và tôi cũng không loại trừ sẽ có một vài vấn đề xảy đến với một số khán giả. Nhưng một trở ngại là Laplace lại không thích thể loại Prewst, với kiểu viết câu phức tạp và có chiều dài thất thường. Vì vậy tôi chỉ xin lược trích. Một hệ quả mà ông cho biết, rằng nếu tại một thời điểm chúng ta biết vị trí và vận tốc của tất cả các hạt trong vũ trụ, khi đó chúng ta có thể tính toán hành trạng của chúng tại thời điểm bất kỳ, dù là quá khứ hay tương lai. Có một câu chuyện có thể là giả sử, Napoleon hỏi Laplace rằng Chúa đã tạo ra thế giới như thế nào, ông đáp: “Thưa Ngài, tôi thấy không cần thiết phải sử dụng giả thiết này.” Tôi không nghĩ rằng Laplace phủ nhận sự tồn tại của Chúa. Chỉ là Ngài không can thiệp vào, và phá vỡ các định luật của Khoa học. Đó phải là vị trí của các nhà khoa học. Một định luật khoa học sẽ không còn là chính nó nếu chúng chỉ đúng khi có sự can thiệp của các thế lực siêu nhiên.

Ý tưởng cho rằng trạng thái của vũ trụ tại một thời điểm quyết định trạng thái của vũ trụ ở tất cả các thời điểm khác là nguyên lý trung tâm của khoa học kể từ thời Laplace. Chúng ngụ ý rằng chúng ta có thể tiên đoán được tương lai, ít nhất là về mặt nguyên tắc. Tuy nhiên, trong thực tiễn, khả năng tiên đoán được tương lai của chúng ta sẽ bị một vài giới hạn do sự phức tạp của các phương trình và còn do một thuộc tính thường gặp khác được gọi là sự hỗn loạn(chaos). Những ai đã từng xem Công viên kỷ Jura sẽ biết đươc rằng, điều này có nghĩa chỉ một thay đổi nhỏ ở một địa điểm nào đó có thể tạo ra những biến đổi lớn lao ở những địa điểm khác. Một cái vẫy cánh của một chú bướm có thể tạo ra trận mưa ở Công viên trung tâm ở New York. Một lo ngại nữa là, những điều này sẽ không lặp lại. Lần khác, cũng cú vẫy cánh của chú bướm những biến đổi kèm theo sẽ rất khác, dù đều là những biến đổi về thời tiết. Đó là lý do tại sao các bản Dự báo thời tiết lại thiếu độ tin cậy đến thế.

(IMG:http://360.thuvienvatly.com/images/stories/cntt-trong-nha-truong/Smokin___Dice_by_SNawazK786.jpg)

Chúa có đổ xúc sắc?

Mặc dù gặp nhiều khó khăn trong thực tiễn, nhưng quyết định luận vẫn là giáo lý trọng tâm trong suốt thế kỷ 19. Tuy nhiên, trong thế kỷ 20, có hai phát triển chỉ ra rằng quan niệm của Laplace về sự tiên đoán chính xác tương lai, sẽ không còn đúng nữa. Phát kiến đầu tiên có tên gọi là cơ học lượng tử. Nó được đề ra lần đầu tiên vào năm 1900 bởi nhà vật lý người Đức Max Planck khi ông đi giải quyết một nghịch lý thời đó. Theo ý tưởng cổ điển ở thế kỷ 19, một vật nóng như một miếng kim loại được nung đỏ, sẽ bức xạ nhiệt. Nó sẽ mất năng lượng thông qua việc bức xạ sóng vô tuyến, sóng hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia X và tia gamma với cùng tốc độ. Không chỉ tận diệt chúng ta do gây ra bệnh ung thư da mà mọi thứ trong vũ trụ sẽ có cùng nhiệt độ, là một điều không rõ ràng. Tuy nhiên, Planck chỉ ra rằng, chúng ta có thể tránh được thảm họa này nếu từ bỏ ý tưởng lượng bức xạ có thể có giá trị bất kỳ (liên tục.ND) mà thay vào đó, bức xạ chỉ theo từng bó nhỏ hay lượng tử (quanta) với cỡ xác định. Nó giống như là bạn không thể mua một lượng đường bất kỳ trong siêu thị mà chỉ được mua các túi có khối lượng bội của kg. Năng lượng của mỗi bó sóng hay mỗi lượng tử của tia tử ngoại và tia X cao hơn so với của tia hồng ngoại và của ánh sáng nhìn thấy. Điều này có nghĩa là nếu các vật thể không phải rất nóng như Mặt trời sẽ không đủ năng lượng để phát ra, thậm chí chỉ một lượng tử năng lượng của tia tử ngoại hoặc tia X. Đó cũng chính là lý do tại sao chúng ta không tắm nắng bằng một tách cà phê.

Chúa có đổ xúc sắc?
Stephen Hawking
360.thuvienvatly.com

Phần 2
Planck đã sớm có ý tưởng về lượng tử, như một thủ thuật toán học chứ không có ý nghĩa vật lý.

Tuy nhiên, các nhà vật lý bắt đầu tìm thấy một lối hành xử khác, có thể được giải thích như những đại lượng gián đoạn, hay các giá trị bị lượng tử hóa hơn là các đại lượng biến đổi liên tục. Ví dụ, người ta nhận thấy rằng các hạt cơ bản hành xử giống như những con quay nhỏ, quay quanh một trục. Nhưng ‘lượng quay’ (tiếng Latinh: spin) không nhận giá trị bất kì. Nó phải là một bội số của một đơn vị cơ bản. Vì đơn vị này rất nhỏ, nên ta không để ý đến sự giảm tốc theo từng bước nhỏ gián đoạn của một con quay thông thường, mà ta tưởng là một quá trình hoàn toàn liên tục. Nhưng đối với những con quay nhỏ như nguyên tử, đặc tính gián đoạn của spin là rất quan trọng.
Phải mất một thời gian trước khi con người nhận ra tác động của lối hành xử lượng tử này đến quyết định luận. Mãi tới năm 1926, một nhà vật lý người Đức khác, Werner Heisenberg chỉ ra rằng bạn không thể đo đồng thời vị trí và vận tốc của một hạt một cách chính xác. Để nhìn thấy một hạt nằm ở đâu, bạn phải chiếu sáng nó. Nhưng công trình của Planck cho biết bạn không thể sử dụng một lượng ánh sáng nhỏ bất kì được. Bạn phải dùng ít nhất một lượng tử. Điều này sẽ tác động đến hạt, và thay đổi tốc độ của nó theo cách không thể tiên đoán được. Để đo đạc vị trí của hạt một cách chính xác, bạn sẽ sử dụng ánh sáng có bước sóng ngắn như tia cực tím, tia X hay tia gamma. Nhưng cũng từ công trình của Planck, cho biết lượng tử của những bức xạ này sẽ có năng lượng cao hơn so với lượng tử của ánh sáng nhìn thấy. Vì vậy, chúng sẽ làm nhiễu động tới vận tốc của hạt nhiều hơn nữa. Một tình huống tồi: nếu bạn cố gắng đo đạc vị trí của vật càng chính xác thì càng khó xác định vận tốc của nó và ngược lại. Đây chính là tinh thần của nguyên lý bất định mà Heisenberg xây dựng; tích của độ bất định về vị trí và độ bất định về vận tốc của hạt luôn lớn hơn một đại lượng xác định, là tỉ số của hằng số Planck và khối lượng của hạt.

(IMG:http://360.thuvienvatly.com/images/stories/luong-tu/luong-tu-computing.jpg)

Bạn không thể đo đồng thời vị trí và vận tốc của một hạt một cách chính xác.

Quan điểm của Laplace, cũng là của quyết định luận, bao gồm việc biết đích xác vị trí và vận tốc của các hạt trong vũ trụ tại một thời điểm xác định. Vì vậy, nó làm bào mòn nghiêm trọng đến Nguyên lý bất định của Heisenberg. Bạn có thể tiên đoán được tương lai như thế nào, khi bạn không thể xác định chính xác vị trí và vận tốc của các hạt tại thời điểm hiện tại? Nếu bạn có một máy tính đủ mạnh, bạn chỉ cần đưa vào nó đầy rẫy các dữ liệu và sẽ thu được từng ấy các tiên đoán hệ quả.
Einstein rất không vui về sự ngẫu nhiên này của tự nhiên. Quan điểm của ông được tóm gọn trong mấy từ, ‘Chúa không đổ xúc xắc’. Ông cảm thấy dường như sự bất định chỉ là nhất thời: nhưng thực tại vẫn nằm bên dưới, ở đó các hạt có vị trí và vận tốc xác định, và sẽ tiến hóa theo các định luật của quyết định luận, theo tinh thần của Laplace. Có lẽ chỉ có Chúa mới biết được thực tại này, nhưng đặc tính lượng tử của ánh sáng sẽ ngăn cản chúng ta biết được nó, trừ khi thông qua một lớp kính đen.
Quan điểm của Einstein ngày nay được gọi là một lý thuyết ẩn biến. Các lý thuyết ẩn biến dường như là cách dễ nhất để mang Nguyên lý bất định vào vật lý. Chúng tạo nên bức tranh căn bản về vũ trụ và được nhiều nhà khoa học và đa số các nhà triết học khoa học thừa nhận. Nhưng các lý thuyết ẩn biến này sai! Nhà vật lý người Anh vừa qua đời, John Bell, đã để lại một thí nghiệm kiểm tra nhằm phân biệt các lý thuyết ẩn biến. Khi các thí nghiệm được tiến hành một cách cẩn thận, kết quả mang lại cho thấy có sự không nhất quán giữa các ẩn biến. Như vậy, dường như Chúa cũng bị giới hạn bởi Nguyên lý bất định và không thể biết đồng thời cả vị trí và vận tốc của hạt. Do đó, Chúa đã chơi xúc sắc với vũ trụ này. Tất cả các bằng chứng chỉ ra rằng Ngài là một tay chơi tầm cỡ, người gieo xúc sắc với mỗi cơ hội khả dĩ.
Các nhà khoa học khác thì tin nhiều vào việc Einstein đã bổ sung vào quan điểm của quyết định luận cổ điển ở thế kỉ 19. Một lý thuyết mới, gọi là cơ học lượng tử, được đặt nền móng bởi Heisenberg, nhà vật lý người Áo Erwin Schroedinger và nhà vật lý người Anh, Paul Dirac. Dirac là người tiền nhiệm của tôi, ở vị trí Giáo sư Lucasian ở Cambridge. Mặc dù cơ học lượng tử đã hình thành gần 70 năm nay nhưng nó vẫn chưa được hiểu bao quát hoặc đánh giá đúng, thậm chí du cho chúng đã được dùng nhiều để tính toán. Nó liên quan với tất cả chúng ta, bởi vì dù tạo ra một bức tranh hoàn toàn khác, nó là thực tại của vũ trụ. Trong cơ học lượng tử, vị trí và vận tốc của các hạt không được xác định hoàn toàn. Thay vì vậy, chúng được biểu diễn bởi cái mà ta gọi là hàm sóng. Đó là một con số tại mỗi điểm trong không gian. Giá trị của hàm sóng cho biết xác suất tìm thấy hạt tại vị trí đó. Sự thay đổi của hàm sóng từ vị trí này đến vị trí khác cho biết vận tốc của hạt. Bạn có thể có một hàm sóng với đỉnh nhọn trong một miền nhỏ. Điều này có nghĩa là độ bất định về vị trí là nhỏ. Nhưng hàm sóng sẽ biến đổi nhanh ở gần đỉnh, lên ở bên này và xuống ở phía còn lại. Như vậy, độ bất định về tốc độ sẽ lớn. Tương tự, bạn có thể có hàm sóng với độ bất định của tốc độ là nhỏ nhưng độ bất định của vị trí lại lớn.
Hàm sóng chứa tất cả các thông tin mà bạn có thể biết về một hạt như vị trí và tốc độc ủa nó. Nếu bạn biết hàm sóng tại một thời điểm, khi đó giá trị của nó tại một thời điểm khác được xác định bởi phương trình Schroedinger. Như vậy, bạn vẫn có khái niệm về quyết định luận nhưng nó không giống như cách nhìn của Laplace. Thay vì tiên đoán vị trí và vận tốc của hạt, ta có thể tiên đoán được hàm sóng. Điều này có nghĩa chúng ta chỉ có thể tiên đoán một nữa trong số đó, theo như quan điểm cổ điển từ thời thế kỉ 19.
Mặc dù cơ học lượng tử dẫn đến nguyên lý bất định, khi chúng ta cố gắng tiên đoán đồng thời vị trí và tốc độ, nó vẫn cho phép chúng ta tiên đoán, hoàn toàn xác định, một liên kết giữa vị trí và tốc độ. Tuy nhiên, thậm chí điều này xác định, dường như nó vẫn bị đe dọa bởi những phát triển gần đây. Vấn đề xuất hiện bởi vì hấp dẫn có thể uốn cong không thời gian nhiều đến độ, có những miền không thể quan sát được.
Đáng quan tâm hơn, chính Laplace đã viết một bài báo vào năm 1799 về cách mà các ngôi sao có trường hấp dẫn mạnh đến độ ánh sáng không thể thoát ra được mà bị kéo ngược trở lại ngôi sao. Ông thậm chí còn tính toán ra rằng một ngôi sao cùng mật độ với Mặt trời, nhưng lớn hơn 250 lần, sẽ có tính chất này. Nhưng dù Laplace không thể thấy được điều này, thì một ý tưởng giống như vậy đã được đưa ra trước đó 16 năm bởi một người Cambridge, John Mitchell, trong một bài báo trong Kỷ yếu triết học của Hội Hoàng gia. Cả Mitchell và Laplace đều nghĩ rằng ánh sáng bao gồm các hạt, giống như những quả pháo, cũng bị làm chậm bởi hấp dẫn và khiến cho nó rơi vào ngôi sao. Nhưng một thí nghiệm nổi tiếng, được tiến hành bởi hai người Mỹ, Michelson và Morley vào năm 1887, chỉ ra rằng ánh sáng luôn luôn truyền đi với tốc độ một trăm tám mươi sáu ngàn dặm mỗi giây, bất kể là nó đến từ đâu. Hấp dẫn có thể làm chậm ánh sáng như thế nào, và khiến cho nó quay trở lại?

Chúa có đổ xúc sắc?
Stephen Hawking
360.thuvienvatly.com

Bạn có thể quẳng tivi, nhẫn kim cương và thậm chí cả kẻ thù xấu xa của bạn vào một lỗ đen, và tất cả những gì mà lỗ đen ghi nhớ, là khối lượng và trạng thái quay của vật.

Đây là điều không thể, theo các ý tưởng về không gian và thời gian được chấp nhận khi đó. Nhưng vào năm 1915, Einstein đã làm một cuộc cách mạng với Thuyết tương đối tổng quát. Trong đó, không gian và thời gian không còn tách rời và hoàn toàn độc lập nhau. Thay vào đó, chúng chỉ khác nhau về hướng trong một thực thể duy nhất được gọi là không – thời gian. Không thời gian này là không phẳng, mà bị kéo cong bởi vật chất và năng lượng chứa trong nó. Để hiểu được điều này, hãy xét một tấm thảm đàn hồi với vật nặng đặt trên nó, được biểu diễn cho ngôi sao. Vật nặng sẽ tạo thành chỗ lõm trên tấm đàn hồi, và sẽ khiến cho phần thảm gần ngôi sao bị cong đi chứ không còn phẳng như trước. Nếu bạn lăn một viên bi trên một tấm thảm như vậy, quỹ đạo của chúng là đường cong chứ không phải đường thẳng. Vào năm 1919, một đoàn thám hiểm người Anh đến Tây Phi để quan sát ánh sáng từ các ngôi sao ở xa, truyền qua gần Mặt trời trong thời gian nhật thực. Họ tìm thấy các bức ảnh của các ngôi sao bị lệch đi đôi chút so với vị trí thực của chúng. Điều này chỉ ra rằng quỹ đạo của ánh sáng từ các ngôi sao bị bẻ cong bởi không thời gian ở gần Mặt trời. Thuyết tương đối tổng quát được thừa nhận.
Bây giờ, hãy xét những vật nặng hơn với khối lượng tập trung nhiều hơn lên tấm thảm đàn hồi. Chúng sẽ làm lõm tấm thảm nhiều hơn. Thậm chí, tại một giới hạn trọng lượng và kích thước, chúng sẽ tạo thành một cái lỗ không đáy trên tấm thảm, với các hạt rơi vào đó mà không thể rơi ra được.
Những gì xảy ra trong không thời gian theo Thuyết tương đối tổng quát cũng tương tự. Một ngôi sao sẽ uốn cong và làm méo mó không thời gian gần nó càng nhiều nếu ngôi sao càng nặng và càng đặc. Nếu một ngôi sao nặng đốt hết nhiên liệu hạt nhân của nó, lạnh đi và co lại dưới kích cỡ tới hạn, nó sẽ tạo thành một lỗ không đáy trong không thời gian mà ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được. Những vật như vậy có tên gọi là Lỗ đen, theo cách gọi của nhà vật lý người Mỹ John Wheeler, một trong những người đầu tiên nhận ra tầm quan trọng của chúng và những vấn đề mà chúng liên hệ. Tên gọi này có tác động mau chóng. Đối với người Mỹ, nó ngụ ý điều gì đó tối tăm và bí ẩn, trong khi đối với người Anh, có bản giao hưởng của Lỗ đen của Calcutta. Nhưng với người Pháp, nó có một ý nghĩa táo bạo hơn. Qua nhiều năm, họ phủ định tên gọi trou noir, và xem nó là tục tĩu. Nhưng cũng giống như cố gắng chống lại le weekend(cuối tuần), một từ tiếng Anh trong tiếng Pháp. Và cuối cùng, họ cũng phải thừa nhận nó.
Hiện nay, chúng ta đã có một số quan sát cho thấy sự có mặt của lỗ đen, từ các hệ thống sao đôi, đến tâm của thiên hà. Vì vậy, đến giờ lỗ đen có tồn tại là một điều được chấp nhận rộng rãi. Nhưng khác với vị thế của chúng đối với khoa học viễn tưởng, chúng có ý nghĩa đối với quyết định luận. Câu trả lời nằm ở câu khẩu hiệu mà tôi dán ở cửa văn phòng của tôi: Lỗ đen vượt quá tầm nhìn(Black Holes are Out of Sight). Không chỉ khiến cho các hạt và vài nhà du hành vũ trụ thiếu may mắn rơi vào lỗ đen mà không thể quay trở ra được, mà thông tin mà họ mang theo cũng biến mất mãi mãi, ít nhất là đối với vũ trụ bên ngoài lỗ đen. Bạn có thể quẳng tivi, nhẫn kim cương và thậm chí cả kẻ thù xấu xa của bạn vào một lỗ đen, và tất cả những gì mà lỗ đen ghi nhớ, là khối lượng và trạng thái quay của vật. John Wheeler gọi điều này là “Lỗ đen không tóc”. Đối với người Pháp, điều này chỉ làm tăng thêm sự nghi ngờ của họ.

(IMG:http://360.thuvienvatly.com/images/stories/cntt-trong-nha-truong/black-hole.jpg)
Lỗ đen được nhận ra trong các hệ thống sao đôi. Ở đó, lỗ đen được nhận ra thông qua việc thu hút vật chất từ người bạn đồng hành của mình.

Cũng giống như việc cho rằng lỗ đen sẽ tiếp tục tồn tại mãi mãi, việc mất thông tin của nó dường như không phải là vấn đề quá lớn. Ai đó có thể nói rằng thông tin tồn tại bên trong lỗ đen. Chỉ là không thể nói được nó trông ra sao từ bên ngoài lỗ đen. Tuy nhiên tình hình đã thay đổi khi tôi khám phá ra rằng lỗ đen không quá đen. Cơ học lượng tử cho phép chúng phát ra các hạt và các bức xạ với tốc độ ổn định. Kết quả này đến với tôi hoàn toàn bất ngờ, và với bất cứ ai. Nhưng bằng nhận thức, điều này là hiển nhiên. Những gì mà chúng ta có thể nghĩ về chân không là không thật sự trống rỗng, mà nhung nhúc các cặp hạt và phản hạt. Chúng xuất hiện cùng nhau tại nhiều điểm trong không gian và thời gian, chuyển động ra xa nhau, sau đó tái hợp và lại hủy nhau. Sự xuất hiện của hạt và phản hạt là bởi vì các trường như trường mang ánh sáng và hấp dẫn không thể bằng không. Điều đó (trường bằng không.ND) có nghĩa là giá trị của trường sẽ vừa có một vị trí chính xác (tại không) và một tốc độ chính xác (tại không). Điều này bị ngăn cản bởi Nguyên lý bất định, quy định một hạt không thể có đồng thời tốc độ và vị trí chính xác được. Vì vậy, tất cả các trường phải có cái gọi là thăng giáng chân không. Vì kiểu hành xử lượng tử của tự nhiên, ta có thể lý giải các thăng giáng chân không này, thông qua hạt và phản hạt như tôi đã miêu tả.
Các cặp hạt và phản hạt xuất hiện đối với tất cả các loại hạt cơ bản khác nhau. Chúng được gọi là hạt ảo, vì chúng xuất hiện thậm chí trong cả chân không, và chúng không thể được đo đạc trực tiếp bằng các máy dò thông thường. Tuy nhiên, tác động gián tiếp của những hạt ảo, hay các thăng giáng chân không có thể được quan sát trong một số thí nghiệm, và sự tồn tại của chúng được thừa nhận.
Ở gần một lỗ đen, một thành viên của cặp hạt – phản hạt có thể bị rơi vào trong lỗ đen, để lại một hạt mà không có đối tác để phân hủy. Hạt bị bỏ rơi này có thể rơi vào trong lỗ đen, nhưng cũng có thể đi ra xa lỗ đen với khoảng cách lớn, nơi nó sẽ trở thành một hạt thực sự, có thể được đo đạc bằng các máy dò hạt. Đối với một vài người, một quãng đường đài đi ra từ lỗ đen sẽ được xem như là phát ra từ lỗ đen.
Cách lý giải lỗ đen không quá đen này cho thấy lượng bức xạ sẽ phụ thuộc vào kích thước của lỗ đen, và tốc độ quay của nó. Nhưng bởi vì lỗ đen không có tóc, theo cụm từ của Wheeler, lượng bức xạ sẽ không phụ thuộc vào những gì đi vào trong lỗ đen. Sẽ không quan trọng nếu bạn ném những chiếc tivi, nhẫn kim cương hay kẻ thù xấu xa của bạn vào một lỗ đen. Những gì trở ra sẽ đều như nhau.
Bởi vậy, tất cả những điều này phù hợp với quyết định luận, là trọng tâm của bài nói chuyện này. Những gì mà nó chỉ ra, là có nhiều trạng thái ban đầu, cả tivi, nhẫn kim cương, và thậm chí con người, đều tiến hóa về một trạng thái cuối, ít nhất là bên ngoài lỗ đen. Nhưng trong bức tranh quyết định luận của Laplace, có sự tương ứng một - một giữa trạng thái đầu và trạng thái cuối. Nếu bạn biết trạng thái của vũ trụ ở một vài thời điểm nào đó trong quá khứ, bạn có thể tiến đoán được nó trong tương lai. Tương tự, nếu bạn biết nó trong tương lai, bạn có thể tính toán được những gì mà nó đã trải qua trong quá khứ. Những thành quả của lý thuyết lượng tử trong những năm 1920 đã giảm mức độ mà bạn có thể tiên đoán xuống còn một nữa, nhưng nó vẫn là tương ứng một - một giữa các trạng thái của vũ trụ ở những thời điểm khác nhau. Nếu bạn biết hàm sóng tại một thời điểm, bạn có thể tính được nó tại thời điểm bất kì.
Tuy nhiên, với các lỗ đen, tình huống sẽ khác đi chút ít. Bạn sẽ kết thúc với cùng trạng thái ở bên ngoài lỗ đen, bất cứ khi nào bạn ném thứ gì vào đó, khiến cho nó có cùng khối lượng. Như vậy, sẽ không có tương ứng một – một giữa trạng thái đầu và trạng thái cuối ở bên ngoài lỗ đen. Sẽ có tương ứng một – một giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối ở cả bên ngoài và bên trong lỗ đen. Nhưng điểm mấu chốt là ở chỗ, sự phát ra của các hạt và sự bức xạ của lỗ đen, sẽ làm cho lỗ đen mất khối lượng và càng ngày càng nhỏ hơn. Thậm chí, lỗ đen sẽ giảm dần khối lượng đến không, và biến mất. Khi đó điều gì sẽ xảy ra với các vật bị rơi vào đó, và tất cả những người nhảy vào hoặc bị đẩy vào lỗ đen. Họ (chúng) không thể thoát ra được, vì sẽ không có đủ khối lượng hoặc năng lượng ở trong lỗ đen để có thể gửi chúng ra ngoài trở lại. Họ (chúng) có thể đi vào một thế giới khác, nhưng sẽ không có thứ gì tạo nên bất kì sự khác biệt nào, so với việc chúng ta có đủ thận trọng để nhảy vào trong lỗ đen hay không. Thậm chí thông tin, về những gì rơi vào trong lỗ đen, không thể thoát lại ra ngoài khi lỗ đen biến mất. Thông tin không thể bị mang đi một cách tùy tiện được, giống như bạn phải trả hóa đơn điện thoại. Thông tin đòi hỏi năng lượng để mang nó, và không có đủ năng lượng để làm điều này khi lỗ đen biến mất.
Tất cả những điều này có nghĩa là, thông tin sẽ bị mất của vũ trụ của chúng ta khi lỗ đen được hình thành và bốc hơi. Sự mất mát thông tin này sẽ cho thấy rằng chúng ta có thể tiên đoán được thậm chí ít hơn những gì chúng ta có thể nghĩ, dựa theo lý thuyết lượng tử. Trong lý thuyết này, có lẽ bạn không thể tiên đoán với độ xác định của cả vị trí và tốc độ của một hạt. Nhưng vẫn có một liên hệ giữa vị trí và tốc độ có thẻ tiên đoán được. Trong trường hợp của lỗ đen, việc tiên đoán một cách chính xác này phụ thuộc vào các thành phần của một cặp hạt. Nhưng chúng ta chỉ có thể đo đạc được các hạt đi ra khỏi lỗ đen. Không có cách nào, thậm chí về mặt nguyên lý, giúp chúng ta có thể đo đạc được các hạt rơi vào trong lỗ đen. Vì vậy, tất cả những gì chúng ta có thể nói, nó có thể là bất kì trạng thái nào. Điều này có nghĩa, chúng ta có thể không tạo ra được các tiên đoán có độ chính xác bất kì, về các hạt thoát ra từ lỗ đen. Chúng ta có thể tính xác suất mà các hạt hoặc là có vị trí, hoặc là có vận tốc. Nhưng không có liên hệ nào giữa vị trí và vận tốc của chỉ một hạt mà chúng ta có thể tiên đoán chính xác, vì vận tốc và vị trí sẽ phụ thuộc vào hạt kia, đi vào trong lỗ đen mà chúng ta không thể quan sát được. Như vậy, có vẻ như Einstein có những lo ngại không xác đáng khi nói rằng, Chúa không đổ xúc sắc. Không chỉ Ngài chơi xúc sắc mà đôi khi Ngài còn dấu chúng ta bằng cách ném chúng vào những nơi mà chúng không thể được nhìn thấy.
Nhiều nhà khoa học thích Einstein, theo đó họ bị thu hút một cách sâu sắc bởi quyết định luận. Không giống như Einstein, họ chấp nhận sự giảm thiểu khả năng của chúng ta về việc tiên đoán, rằng cơ học lượng tử mang lại điều này. Nhưng điều đó đã đi đủ xa. Họ không thích sự giảm thiểu hơn nữa, với các lỗ đen dường như là giới hạn. Do đó, họ cho rằng thông tin không thật sự bị mất trong các lỗ đen. Nhưng họ không tìm ra một cách cơ giới nào để lấy lại các thông tin đã rơi vào đó. Đó chỉ là một hi vọng hão huyền về vũ trụ tuân theo quyết định luận theo kiểu của Laplace. Tôi cảm thấy những nhà khoa học đó không học những bài học về lịch sử. Vũ trụ không thể hành xử theo ý thức của chúng ta. Nó liên tục làm chúng ta ngạc nhiên.
Bạn có thể không nghĩ rằng, chẳng có vấn đề gì lắm, nếu quyết định luận bị phá vở ở gần lỗ đen. Chúng ta hầu như xác định được, ít nhất là ở khoảng cách một vài năm ánh sáng từ một lỗ đen có kích cở tùy ý. Nhưng Nguyên lý bất định ngụ ý rằng tại mỗi miền trong không gian đều tràn ngập những lỗ đen ảo bé nhỏ, liên tục xuất hiện và biến mất. Bạn sẽ nghĩ rằng, các hạt và thông tin có thể bị rơi vào trong những lỗ đen như vậy và biến mất. Vì những những lỗ đen ảo này là quá nhỏ, một phần của một trăm tỉ tỉ lần nhỏ hơn hạt nhân của một nguyên tử, nên tốc độ mất mát thông tin sẽ rất thấp. Đó cũng là lý do tại sao, các định luật khoa học lại thể hiện tính tất định, một gần đúng rất hoàn hảo. Nhưng trong những điều kiện cực hạn, giống như trong vũ trụ sơ khai, hoặc trong những va chạm hạt năng lượng cao, sự mất mát thông tin là có ý nghĩa. Điều này dẫn đến việc không thể tiên đoán trước quá trình tiến hóa của vũ trụ.
Tóm lại, tôi đang nói về việc, vũ trụ tiến hóa theo cách ngẫu nhiên hay tuân theo quyết định luận. Quan điểm cổ điễn, được đề xướng bởi Laplace, là những chuyển động trong tương lai của các hạt là hoàn toàn có thể xác định được, nếu bạn biết vị trí và vận tốc của chúng tại một thời điểm nào đó. Quan điểm này phải được bổ sung, khi Heisenberg đề ra nguyên lý bất định, nói rằng bạn không thể biết chính xác cả vị trí và vận tốc của hạt. Tuy nhiên, vẫn có khả năng tiên đoán được một liên hệ giữa vị trí và vận tốc. Nhưng thậm chí giới hạn tiên đoán này cũng biến mất khi kể đến ảnh hưởng của các lỗ đen. Sự mất mát các hạt và cả thông tin khi rơi vào trong lỗ đen có nghĩa các hạt thoát ra khỏi lỗ đen là ngẫu nhiên. Bạn có thể tính các xác suất, nhưng bạn không thể có bất cứ tiên đoán chính xác nào. Như vậy, tương lai của vũ trụ là hoàn toàn không xác định bởi các định luật khoa học và với trạng thái hiện tại, như Laplace nghĩ. Chúa vẫn có một vài mánh khóe, giấu trong tay áo của Ngài.

Tưởng chừng như bán bổ chúa...nhưng thật ra là điều để suy nghĩ