A few months ago the Nobel Prize in physics was awarded to two teams of astronomers for a discovery that has been hailed as one of the most important astronomical observations ever. And today, after briefly describing what they found, I'm going to tell you about a highly controversial framework for explaining their discovery, namely the possibility that way beyond the Earth, the Milky Way and other distant galaxies, we may find that our universe is not the only universe, but is instead part of a vast complex of universes that we call the multiverse.
Vài tháng trước giải Nobel Vật Lý đã được trao cho hai nhóm nhà thiên văn học vì một khám phá được xem là một trong những quan sát thiên văn quan trọng nhất trong lịch sử. Và hôm nay, sau khi tóm tắt lại những gì họ phát hiện ra, tôi sẽ nói về một cách giải thích đầy tranh cãi cho khám phá này, được gọi là khả năng mà ngoài trái đất, dải Ngân Hà và các thiên hà xa xôi khác, chúng ta có thể phát hiện rằng vũ trụ của chúng ta không phải là duy nhất, mà chỉ là một phần của một hệ thống vũ trụ rộng lớn được gọi là đa vũ trụ.
Now the idea of a multiverse is a strange one. I mean, most of us were raised to believe that the word "universe" means everything. And I say most of us with forethought, as my four-year-old daughter has heard me speak of these ideas since she was born. And last year I was holding her and I said, "Sophia, I love you more than anything in the universe." And she turned to me and said, "Daddy, universe or multiverse?" (Laughter)
Ý tưởng về đa vũ trụ khá kì lạ. Ý tôi là, đa số chúng ta đều tin rằng "vũ trụ" là tất cả. Và tôi cố ý nói đa số chúng ta vì con gái bốn tuổi của tôi đã nghe tôi nói về đa vũ trụ từ khi chào đời. Và năm ngoái, khi tôi nắm tay bé và nói "Sophia, bố yêu con hơn tất cả mọi thứ trong vũ trụ" Và bé quay lại nói: "Bố à, vũ trụ hay đa vũ trụ?' (tiếng cười)
But barring such an anomalous upbringing, it is strange to imagine other realms separate from ours, most with fundamentally different features, that would rightly be called universes of their own. And yet, speculative though the idea surely is, I aim to convince you that there's reason for taking it seriously, as it just might be right. I'm going to tell the story of the multiverse in three parts. In part one, I'm going to describe those Nobel Prize-winning results and to highlight a profound mystery which those results revealed. In part two, I'll offer a solution to that mystery. It's based on an approach called string theory, and that's where the idea of the multiverse will come into the story. Finally, in part three, I'm going to describe a cosmological theory called inflation, which will pull all the pieces of the story together.
Nhưng nếu không được nuôi lớn theo cách kì lạ như vậy thì thật khó tưởng tượng đến một nơi tách biệt với vũ trụ của chúng ta, với những đặc tính cơ bản khác, và cũng được gọi là "vũ trụ". Và dù cho ý tưởng này mang tính phỏng đoán cao, mục đích của tôi vẫn là thuyết phục các bạn rằng có nguyên nhân để ta nghiêm túc suy nghĩ về nó, vì có lẽ nó là đúng. Câu chuyện về đa vũ trụ có 3 phần. Trong phần 1, tôi sẽ mô tả những kết quả của khám phá đã đoạt giải Nobel, và nhấn mạnh một bí ẩn lớn mà những kết quả đó tiết lộ. Trong phần 2, tôi sẽ đưa ra giải pháp cho bí ẩn đó. Nó dựa trên thuyết Dây, và đây là lúc ý tưởng về đa vũ trụ bắt đầu xuất hiện trong câu chuyện. Cuối cùng, trong phần 3, tôi sẽ mô tả một thuyết về vũ trụ, gọi là thuyết căng phồng, và tại đây những mảnh của câu chuyện sẽ trở nên liền lạc.
Okay, part one starts back in 1929 when the great astronomer Edwin Hubble realized that the distant galaxies were all rushing away from us, establishing that space itself is stretching, it's expanding. Now this was revolutionary. The prevailing wisdom was that on the largest of scales the universe was static. But even so, there was one thing that everyone was certain of: The expansion must be slowing down. That, much as the gravitational pull of the Earth slows the ascent of an apple tossed upward, the gravitational pull of each galaxy on every other must be slowing the expansion of space.
Được rồi. Phần 1 bắt đầu vào năm 1929 khi nhà thiên văn học vĩ đại Edwin Hubble nhận ra rằng những thiên hà ở xa đang chạy ra xa khỏi chúng ta, nghĩa là không gian đang nới rộng ra, đang nở ra. Đây là một bước ngoặt lớn vì Lúc bấy giờ, một suy nghĩ thịnh hành là vũ trụ là bất biến. Nhưng ngay cả khi đó, có một điều mọi người đều chắc chắn: tốc độ nở rộng của vũ trụ đang giảm dần. Điều này cũng giống như lực hút của Trái Đất làm quả táo được ném thẳng lên chuyển động chậm lại, lực hút của mỗi thiên hà lên thiên hà khác lẽ ra phải làm chậm sự nở rộng của không gian.
Now let's fast-forward to the 1990s when those two teams of astronomers I mentioned at the outset were inspired by this reasoning to measure the rate at which the expansion has been slowing. And they did this by painstaking observations of numerous distant galaxies, allowing them to chart how the expansion rate has changed over time. Here's the surprise: They found that the expansion is not slowing down. Instead they found that it's speeding up, going faster and faster. That's like tossing an apple upward and it goes up faster and faster. Now if you saw an apple do that, you'd want to know why. What's pushing on it?
Bây giờ ta sẽ tua nhanh đến những năm 1990 khi hai nhóm nhà thiên văn học tôi đã nói đến lấy cảm hứng từ suy nghĩ này để đo tốc độ chậm dần của sự giãn nở. Và họ đã đo đạc bằng cách quan sát tỉ mỉ rất nhiều những thiên hà ở xa, từ đó họ lập bảng số liệu cho thấy tốc độ của sự giãn nở thay đổi như thế nào. Đây là điều bất ngờ: Họ thấy rằng sự giãn nở không hề chậm lại. Thay vào đó họ thấy rằng nó đang giãn nở ngày một nhanh hơn. Cũng như khi ta tung một trái táo lên cao và nó bay lên ngày càng nhanh vậy. Vậy nếu bạn thấy một quả táo như vậy bạn sẽ muốn biết tại sao. Cái gì đang đẩy nó lên?
Similarly, the astronomers' results are surely well-deserving of the Nobel Prize, but they raised an analogous question. What force is driving all galaxies to rush away from every other at an ever-quickening speed? Well the most promising answer comes from an old idea of Einstein's. You see, we are all used to gravity being a force that does one thing, pulls objects together. But in Einstein's theory of gravity, his general theory of relativity, gravity can also push things apart.
Cũng giống như vậy, kết quả đo đạc rất xứng đáng được nhận giải Nobel, nhưng nó lại đưa ra một câu hỏi tương tự. Lực nào đã đẩy những thiên hà ra xa nhau với tốc độ luôn tăng dần? Và câu trả lời hứa hẹn nhất đến từ một ý tưởng cũ của Einstein. Ta thấy rằng, chúng ta đều quen nghĩ rằng trọng lục là lực kéo mọi vật lại với nhau. Nhưng trong giả thuyết về trọng lực của Einstein, thuyết tương đối của ông trọng lực cũng có thể đẩy các vật ra xa nhau.
How? Well according to Einstein's math, if space is uniformly filled with an invisible energy, sort of like a uniform, invisible mist, then the gravity generated by that mist would be repulsive, repulsive gravity, which is just what we need to explain the observations. Because the repulsive gravity of an invisible energy in space -- we now call it dark energy, but I've made it smokey white here so you can see it -- its repulsive gravity would cause each galaxy to push against every other, driving expansion to speed up, not slow down. And this explanation represents great progress.
Như thế nào? Theo tính toán của Einstein, nếu trong không gian, năng lượng phân bố đều, như một làn sương mỏng, đều, thì trọng lực làn sương đó tạo ra sẽ là lực đẩy, trọng lực đẩy, đó cũng là cái chúng ta cần để giải thích những quan sát trên. Vì trọng lực đẩy của năng lượng vô hình trong không gian -- được gọi là năng lượng đen, nhưng ở đây tôi vẽ nó trắng như khói để các bạn thấy được -- trọng lực đẩy của nó sẽ đẩy các thiên hà ra xa nhau, làm cho sự giãn nở nhanh hơn, chứ không chậm lại. Và cách giải thích này đưa đến một bước tiến triển lớn.
But I promised you a mystery here in part one. Here it is. When the astronomers worked out how much of this dark energy must be infusing space to account for the cosmic speed up, look at what they found. This number is small. Expressed in the relevant unit, it is spectacularly small. And the mystery is to explain this peculiar number. We want this number to emerge from the laws of physics, but so far no one has found a way to do that.
Nhưng tôi đã nói về một bí ẩn trong phần 1 này. Và bí ẩn đây. Khi các nhà thiên văn học tính xem bao nhiêu năng lượng đen trong không gian đang làm cho vũ trụ tăng tốc độ, hãy xem những gì họ tìm ra. Con số này nhỏ. Khi so với những đơn vị liên quan, con số này là rất nhỏ. Và bí ẩn là làm sao giải thích con số đặc biệt này. Ta muốn con số này xuất hiện từ một định luật vật lí, nhưng đến nay chưa ai làm được điều đó.
Now you might wonder, should you care? Maybe explaining this number is just a technical issue, a technical detail of interest to experts, but of no relevance to anybody else. Well it surely is a technical detail, but some details really matter. Some details provide windows into uncharted realms of reality, and this peculiar number may be doing just that, as the only approach that's so far made headway to explain it invokes the possibility of other universes -- an idea that naturally emerges from string theory, which takes me to part two: string theory.
Bây giờ bạn có thể nghĩ, tôi có nên quan tâm chăng? Có lẽ giải thích thêm về điều này chỉ là một vấn đề kĩ thuật, một chi tiết kĩ thuật thú vị với các chuyên gia nhưng không liên quan gì đến ai khác. Ừ, nó đúng là một chi tiết kĩ thuật, nhưng một vài chi tiết có liên quan. Vài chi tiết mở ra cánh cửa đi vào thực tế chưa hề được khám phá, và con số đặc biệt này có thể, (đây là con đường duy nhất hiện nay để giải thích), khơi lên khả năng về những vũ trụ khác -- một ý tưởng xuất hiện từ thuyết Dây, điều này đưa tôi đến phần 2.
So hold the mystery of the dark energy in the back of your mind as I now go on to tell you three key things about string theory. First off, what is it? Well it's an approach to realize Einstein's dream of a unified theory of physics, a single overarching framework that would be able to describe all the forces at work in the universe. And the central idea of string theory is quite straightforward. It says that if you examine any piece of matter ever more finely, at first you'll find molecules and then you'll find atoms and subatomic particles. But the theory says that if you could probe smaller, much smaller than we can with existing technology, you'd find something else inside these particles -- a little tiny vibrating filament of energy, a little tiny vibrating string. And just like the strings on a violin, they can vibrate in different patterns producing different musical notes. These little fundamental strings, when they vibrate in different patterns, they produce different kinds of particles -- so electrons, quarks, neutrinos, photons, all other particles would be united into a single framework, as they would all arise from vibrating strings. It's a compelling picture, a kind of cosmic symphony, where all the richness that we see in the world around us emerges from the music that these little, tiny strings can play.
Vậy, giữ lại những suy nghĩ về năng lượng đen, vì bây giờ tôi sẽ nói đến 3 điều cơ bản của thuyết Dây. Đầu tiên, thuyết Dây là gì? Nó là một cách tiếp cận ước mơ của Einstein về một thuyết vật lý, một khuôn mẫu duy nhất có thể mô tả tất cả các lực trong vũ trụ. Ý tưởng trung tâm của thuyết Dây khá là đơn giản. Nó nói rằng nếu ta xem xét một vật chất bất kì, đầu tiên ta sẽ tìm thấy các phân tử, và rồi ta tìm thấy nguyên tử và những hạt nhỏ hơn. Nhưng thuyết này cho rằng nếu ta có thể thăm dò ở mức độ nhỏ hơn rất nhiều so với ngày nay, ta sẽ tìm thấy một thứ khác trong những hạt này -- một sợi tơ năng lượng nhỏ đang dao động, một sợi dây tí hon đang dao động. Và cũng giống như dây đàn violin, chúng có thể dao động theo nhiều kiểu khác nhau, tạo nên những nốt nhạc khác nhau. Những sợi cơ bản này, chúng dao động theo những kiểu khác nhau, tạo nên những loại hạt khác nhau -- vì vậy electron, quark, nơtrino, photon, và tất cả những hạt khác có thể được đặt vào một khuôn mẫu duy nhất, vì chúng đều được tạo thành từ những sợi dây dao động. Đây là 1 bức tranh hấp dẫn, một bản giao hưởng vũ trụ, nơi mà tất cả sự phong phú ta thấy trong thế giới xung quanh xuất hiện từ âm nhạc mà những sợi dây tí hon có thể tạo nên.
But there's a cost to this elegant unification, because years of research have shown that the math of string theory doesn't quite work. It has internal inconsistencies, unless we allow for something wholly unfamiliar -- extra dimensions of space. That is, we all know about the usual three dimensions of space. And you can think about those as height, width and depth. But string theory says that, on fantastically small scales, there are additional dimensions crumpled to a tiny size so small that we have not detected them. But even though the dimensions are hidden, they would have an impact on things that we can observe because the shape of the extra dimensions constrains how the strings can vibrate. And in string theory, vibration determines everything. So particle masses, the strengths of forces, and most importantly, the amount of dark energy would be determined by the shape of the extra dimensions. So if we knew the shape of the extra dimensions, we should be able to calculate these features, calculate the amount of dark energy.
Nhưng có một cái giá cho sự hợp nhất này, vì nhiều năm nghiên cứu đã cho thấy rằng thuyết Dây không đúng về mặt toán học. Nó có nhiều mâu thuẫn, trừ khi ta chấp nhận một thứ hoàn toàn xa lạ -- những chiều khác của không gian. Chúng ta đều biết về không gian ba chiều. Và ta nghĩ đến chiều cao, chiều rộng và chiều sâu. Nhưng thuyết Dây cho rằng, trên một tỉ lệ vô cùng nhỏ, còn có những chiều khác với kích thước siêu nhỏ đến nỗi ta không phát hiện được. Nhưng ngay cả khi đó, chúng vẫn ảnh hưởng đến những thứ ta có thể thấy, vì hình dạng của những chiều đó hạn chế cách dao động của những sợi dây. Và trong thuyết dây này, sự dao động quyết định tất cả. Vậy khối lượng của hạt, độ lớn của lực, và quan trọng nhất, lượng năng lượng đen sẽ được quyết định bởi hình dạng của các chiều không gian trên. Vậy nếu ta biết được hình dạng của những chiều này, ta sẽ có thể tính được những đặc tính trên, và tính được lượng không gian đen.
The challenge is we don't know the shape of the extra dimensions. All we have is a list of candidate shapes allowed by the math. Now when these ideas were first developed, there were only about five different candidate shapes, so you can imagine analyzing them one-by-one to determine if any yield the physical features we observe. But over time the list grew as researchers found other candidate shapes. From five, the number grew into the hundreds and then the thousands -- A large, but still manageable, collection to analyze, since after all, graduate students need something to do. But then the list continued to grow into the millions and the billions, until today. The list of candidate shapes has soared to about 10 to the 500.
Thử thách ở đây là chúng ta không biết hình dạng của những chiều không gian này. Tất cả những gì ta có là danh sách những hình dạng mà toán học cho phép. Khi những ý tưởng trên ra đời, chỉ có 5 hình dạng khác nhau được đưa ra, nên bạn có thể nghĩ đến phân tích từng dạng một, để xem nếu có hình dạng nào tạo nên những tính chất vật lý ta quan sát được. Nhưng danh sách dài dần theo thời gian khi các nhà nghiên cứu tìm ra các dạng có thể khác. Từ 5, con số đã tăng lên đến hàng trăm rồi hàng ngàn -- con số lớn, nhưng vẫn có thể phân tích được, vì dù gì thì học sinh cao học vẫn cần có việc để làm. Nhưng rồi danh sách tiếp tục dài ra đến hàng triệu rồi hàng tỉ như ngày nay. Danh sách các hình dạng đã tăng khoảng đến khoảng 10 mũ 500.
So, what to do? Well some researchers lost heart, concluding that was so many candidate shapes for the extra dimensions, each giving rise to different physical features, string theory would never make definitive, testable predictions. But others turned this issue on its head, taking us to the possibility of a multiverse. Here's the idea. Maybe each of these shapes is on an equal footing with every other. Each is as real as every other, in the sense that there are many universes, each with a different shape, for the extra dimensions. And this radical proposal has a profound impact on this mystery: the amount of dark energy revealed by the Nobel Prize-winning results.
Vậy ta phải làm gì? Một số nhà nghiên cứu mất niềm tin, kết luận rằng có quá nhiều hình dạng có thể của các chiều không gian, mỗi hình dạng đưa đến những tính chất vật lý khác nhau, thuyết dây sẽ không bao giờ có những dự đoán chính xác, thực nghiệm được. Nhưng những người khác lật ngược vấn đề, đưa ra khả năng tồn tại đa vũ trụ. Ý tưởng là đây. Có lẽ tất cả các hình dạng đều bình đẳng. Tất cả đều tồn tại trong quan niệm rằng có nhiều vũ trụ, mỗi vũ trụ có một hình dạng khác nhau. Và đề nghị này có ảnh hưởng lớn đến bí ẩn của chúng ta: lượng năng lượng đen tìm ra từ những kết quả đạt giải Nobel.
Because you see, if there are other universes, and if those universes each have, say, a different shape for the extra dimensions, then the physical features of each universe will be different, and in particular, the amount of dark energy in each universe will be different. Which means that the mystery of explaining the amount of dark energy we've now measured would take on a wholly different character. In this context, the laws of physics can't explain one number for the dark energy because there isn't just one number, there are many numbers. Which means we have been asking the wrong question. It's that the right question to ask is, why do we humans find ourselves in a universe with a particular amount of dark energy we've measured instead of any of the other possibilities that are out there?
Vì ta thấy rằng, nếu tồn tại những vũ trụ khác, và nếu mỗi vũ trụ có một hình dạng riêng cho những chiều không gian khác, thì tính chất vật lí của mỗi vũ trụ sẽ khác nhau, và đặc biệt, lượng năng lượng đen trong mỗi vũ trụ sẽ khác nhau. Điều này có nghĩa là bí ẩn về lượng năng lượng đen đo đạc được sẽ được giải thích theo cách hoàn toàn khác. Trong hoàn cảnh này, định luật vật lý không thể giải thích một con số năng lượng đen vì không chỉ có 1 con số, mà có rất nhiều con số tồn tại. Nghĩa là chúng ta đã đặt ra một câu hỏi sai. Câu hỏi đúng được đặt ra là, vì sao con người chúng ta lại ở trong 1 vũ trụ có lượng năng lượng đen ta đã đo đạc được. mà không phải là bất kì một vũ trụ nào khác?
And that's a question on which we can make headway. Because those universes that have much more dark energy than ours, whenever matter tries to clump into galaxies, the repulsive push of the dark energy is so strong that it blows the clump apart and galaxies don't form. And in those universes that have much less dark energy, well they collapse back on themselves so quickly that, again, galaxies don't form. And without galaxies, there are no stars, no planets and no chance for our form of life to exist in those other universes.
Và chúng ta có thể trả lời câu hỏi này ngay. Vì trong những vũ trụ có nhiều năng lượng đen hơn vũ trụ của chúng ta, mỗi khi vật chất muốn kết hợp lại thành thiên hà, thì lực đẩy của năng lượng đen mạnh đến nỗi nó thổi bay mọi thứ và thiên hà không được hình thành. Và trong những vũ trụ có ít năng lượng đen hơn, chúng tự sụp đổ quá nhanh và một lần nữa, thiên hà không hình thành. Và không có thiên hà thì không có những ngôi sao, không có những hành tinh và không có khả năng hình thành sự sống như chúng ta trong những vũ trụ khác.
So we find ourselves in a universe with the particular amount of dark energy we've measured simply because our universe has conditions hospitable to our form of life. And that would be that. Mystery solved, multiverse found. Now some find this explanation unsatisfying. We're used to physics giving us definitive explanations for the features we observe. But the point is, if the feature you're observing can and does take on a wide variety of different values across the wider landscape of reality, then thinking one explanation for a particular value is simply misguided.
Vậy ta thấy ta đang ở trong một vũ trụ có lượng năng lượng đen đặc biệt mà ta đo được đơn giản là vì vũ trụ của chúng ta có điều kiện đủ để hình thành sự sống. Và thế đấy. Bí ẩn đã được giải mã, đa vũ trụ được tìm ra. Vài người thấy lời giải thích này không thoả đáng. Chúng ta đã quen với loại vật lý cho chúng ta những lời giải thích chắc chắn cho những gì ta quan sát được. Nhưng vấn đề là, nếu những gì ta quan sát ảnh hưởng đến nhiều giá trị khác nhau trong vùng đất rộng lớn hơn của thực tế, thì suy nghĩ rằng có 1 lời giải thích cho 1 giá trị duy nhất đơn giản là sai lầm.
An early example comes from the great astronomer Johannes Kepler who was obsessed with understanding a different number -- why the Sun is 93 million miles away from the Earth. And he worked for decades trying to explain this number, but he never succeeded, and we know why. Kepler was asking the wrong question.
Một ví dụ đến từ nhà thiên văn học vĩ đại Johannes Kepler, bị ám ảnh bới mong muốn hiểu được một con số khác -- vì sao mặt trời cách trái đất 93 triệu dặm, đã làm việc suốt mấy thập kỉ để giải thích con số này, nhưng chưa bao giờ thành công, và chúng ta biết vì sao. Kepler đã đặt ra một câu hỏi sai.
We now know that there are many planets at a wide variety of different distances from their host stars. So hoping that the laws of physics will explain one particular number, 93 million miles, well that is simply wrongheaded. Instead the right question to ask is, why do we humans find ourselves on a planet at this particular distance, instead of any of the other possibilities? And again, that's a question we can answer. Those planets which are much closer to a star like the Sun would be so hot that our form of life wouldn't exist. And those planets that are much farther away from the star, well they're so cold that, again, our form of life would not take hold. So we find ourselves on a planet at this particular distance simply because it yields conditions vital to our form of life. And when it comes to planets and their distances, this clearly is the right kind of reasoning. The point is, when it comes to universes and the dark energy that they contain, it may also be the right kind of reasoning.
Chúng ta biết rằng có nhiều hành tinh cách ngôi sao chúng quay quanh những khoảng cách khác nhau. Vậy nên mong rằng định luật vật lý có thể giải thích 1 con số này, 93 triệu dặm, đơn giản là sai lầm. Thay vào đó, câu hỏi đúng đắn là vì sao con người chúng ta tồn tại trên hành tinh cách mặt trời khoảng cách này, chứ không phải ở một khoảng cách nào khác? Và 1 lần nữa, ta có thể trả lời câu hỏi này. Những hành tinh gần mặt trời hơn quá nóng đến nỗi sự sống như chúng ta không thể tồn tại. Và những hành tinh xa mặt trời hơn quá lạnh đến nỗi sự sống không thể tồn tại. Vậy chúng ta thấy mình sống trên 1 hành tinh với khoảng cách như vậy đơn giản vì nó tạo điều kiện quan trọng để hình thành sự sống. Và khi nói về các hành tinh và khoảng cách giữa chúng thì đây rõ ràng là lí do đúng đắn. Vấn đề là, khi nói đến vũ trụ và năng lượng đen chứa trong vũ trụ, thì đây cũng có thể là lí do đúng đắn.
One key difference, of course, is we know that there are other planets out there, but so far I've only speculated on the possibility that there might be other universes. So to pull it all together, we need a mechanism that can actually generate other universes. And that takes me to my final part, part three. Because such a mechanism has been found by cosmologists trying to understand the Big Bang. You see, when we speak of the Big Bang, we often have an image of a kind of cosmic explosion that created our universe and set space rushing outward.
Điểm khác biệt mấu chốt, dĩ nhiên là chúng ta biết có những hành tinh khác ngoài kia, nhưng đến nay tôi vẫn chỉ mới phỏng đoán về khả năng tồn tại những hành tinh khác. Vậy, để ghép tất cả lại với nhau, ta cần một cơ chế để tạo ra những vũ trụ khác. Và điều này đưa tôi đến phần cuối cùng, phần 3. Vì một cơ chế như vậy đã được tìm ra bởi những nhà vũ trụ học cố tìm hiểu vụ nổ Big Bang. Các bạn thấy đấy, khi nói đến BIg Bang, chúng ta thường nghĩ đến hình ảnh một vụ nổ vũ trụ đã tạo nên vũ trụ của chúng ta và làm cho không gian giãn nở.
But there's a little secret. The Big Bang leaves out something pretty important, the Bang. It tells us how the universe evolved after the Bang, but gives us no insight into what would have powered the Bang itself. And this gap was finally filled by an enhanced version of the Big Bang theory. It's called inflationary cosmology, which identified a particular kind of fuel that would naturally generate an outward rush of space. The fuel is based on something called a quantum field, but the only detail that matters for us is that this fuel proves to be so efficient that it's virtually impossible to use it all up, which means in the inflationary theory, the Big Bang giving rise to our universe is likely not a one-time event. Instead the fuel not only generated our Big Bang, but it would also generate countless other Big Bangs, each giving rise to its own separate universe with our universe becoming but one bubble in a grand cosmic bubble bath of universes.
Nhưng có một bí mật nho nhỏ. Thuyết Big Bang bỏ sót một điều quan trọng, nguyên nhân vụ nổ. Nó cho ta biết vũ trụ phát triển thế nào sau vụ nổ, nhưng không cho ta cái nhìn về nguyên nhân dẫn đến vụ nổ Big Bang. Và khoảng trống này cuối cùng đã được lấp đầy bới một phiên bản nâng cao của thuyết Big Bang. Nó được gọi là vũ trụ căng phồng, nó xác định một loại nhiên liệu riêng biệt có thể tạo ra chuyển động nhanh ra ngoài của không gian. Nhiên liệu đó dựa trên một thứ gọi là trường lượng tử. Nhưng điều duy nhất liên quan đến chúng ta là nhiên liệu này có hiệu quả cao đến nỗi gần như không thể sử dụng nó hết được. Nghĩa là trong thuyết căng phồng, vụ nổ Big Bang tạo nên vũ trụ chúng ta không phải chỉ xảy ra một lần. Mà nguồn nhiên liệu đã tạo ra Big Bang còn tạo ra vô số những vụ nổ Big Bang khác, mỗi vụ nổ tạo ra 1 vũ trụ riêng, và vũ trụ của chúng ta chỉ còn là 1 bong bóng trong 1 bồn tắm lớn đầy những bong bóng vũ trụ.
And now, when we meld this with string theory, here's the picture we're led to. Each of these universes has extra dimensions. The extra dimensions take on a wide variety of different shapes. The different shapes yield different physical features. And we find ourselves in one universe instead of another simply because it's only in our universe that the physical features, like the amount of dark energy, are right for our form of life to take hold. And this is the compelling but highly controversial picture of the wider cosmos that cutting-edge observation and theory have now led us to seriously consider.
Và bây giờ, khi ta kết hợp điều này với thuyết Dây, đây là bức tranh chúng ta có được. Mỗi vũ trụ có những chiều không gian khác. Và những chiều không gian khác có hình dạng rất phong phú. Những hình dạng khác nhau dẫn đến những tính chất vật lí khác nhau. Và ta thấy ta đang ở vũ trụ này chứ không phải vũ trụ khác đơn giản vì chỉ vũ trụ của chúng ta mới có những tính chất vật lý, như là lượng năng lượng đen, phù hợp để hình thành sự sống như chúng ta. Đây là một bức tranh hấp dẫn nhưng gây nhiều tranh cãi về một khoảng không rộng lớn hơn, mà quan sát và giả thuyết tiên tiến đã khiến ta phải nghiêm túc cân nhắc về nó.
One big remaining question, of course, is, could we ever confirm the existence of other universes? Well let me describe one way that might one day happen. The inflationary theory already has strong observational support. Because the theory predicts that the Big Bang would have been so intense that as space rapidly expanded, tiny quantum jitters from the micro world would have been stretched out to the macro world, yielding a distinctive fingerprint, a pattern of slightly hotter spots and slightly colder spots, across space, which powerful telescopes have now observed. Going further, if there are other universes, the theory predicts that every so often those universes can collide. And if our universe got hit by another, that collision would generate an additional subtle pattern of temperature variations across space that we might one day be able to detect. And so exotic as this picture is, it may one day be grounded in observations, establishing the existence of other universes.
Một câu hỏi lớn còn lại dĩ nhiên là chúng ta có bao giờ xác nhận được sự tồn tại của các vũ trụ khác không? Nào, để tôi mô tả 1 cách mà điều này có thể xảy ra. Thuyết căng phồng đã có sự hỗ trợ vững chắc về mặt quan sát. Bởi vì thuyết dự đoán rằng Big Bang đã có cường độ cao đến nỗi khi không gian nhanh chóng nở ra, lượng tử dao động trong thế giới vi mô đã vươn ra đến thế giới vĩ mô, tạo ra một dấu vân tay riêng biệt, một hình mẫu những điểm nóng hơn và lạnh hơn trong không gian, mà những kính viễn vọng mạnh nay đã có thể quan sát. Xa hơn nữa, nếu tồn tại những vũ trụ khác, thuyết này dự đoán rằng các vũ trụ sẽ thường xuyên va vào nhau. Và nếu vũ trụ của chúng ta bị 1 vũ trụ khác va phải, cú va chạm đó có thể tạo ra sự khác nhau rất khó nhận biết của nhiệt độ trong không gian mà 1 ngày nào đó ta sẽ phát hiện ra. Và bức tranh kì lạ như vậy, nhưng 1 ngày nó sẽ có căn cứ dựa trên sự quan sát, củng cố sự tồn tại của những vũ trụ khác.
I'll conclude with a striking implication of all these ideas for the very far future. You see, we learned that our universe is not static, that space is expanding, that that expansion is speeding up and that there might be other universes all by carefully examining faint pinpoints of starlight coming to us from distant galaxies. But because the expansion is speeding up, in the very far future, those galaxies will rush away so far and so fast that we won't be able to see them -- not because of technological limitations, but because of the laws of physics. The light those galaxies emit, even traveling at the fastest speed, the speed of light, will not be able to overcome the ever-widening gulf between us. So astronomers in the far future looking out into deep space will see nothing but an endless stretch of static, inky, black stillness. And they will conclude that the universe is static and unchanging and populated by a single central oasis of matter that they inhabit -- a picture of the cosmos that we definitively know to be wrong.
Tôi sẽ kết luận với 1 dự đoán nổi bật của những ý tưởng trên về tương lai rất xa. Các bạn thấy đấy, ta đã biết rằng vũ trụ của chúng ta không bất biến, rằng không gian đang giãn nở, rằng sự giãn nở đang tăng tốc độ, và rằng có thể tồn tại những vũ trụ khác, tất cả đều bằng cách cẩn thận xem xét những ánh sáng mờ nhạt từ các ngôi sao, đến với chúng ta từ những thiên hà rất xa. Nhưng vì sự giãn nở đang tăng tốc, trong tương lai rất xa, những thiên hà đó sẽ chạy ra xa khỏi chúng ta nhanh đến nỗi ta không thể thấy chúng -- không phải vì kĩ thuật bị giới hạn, mà vì định luật vật lý. Ánh sáng những thiên hà đó toả ra, dù truyền nhanh hơn vận tốc ánh sáng đi nữa, vẫn không thể vượt qua khoảng cách ngày càng mở rộng giữa 2 thiên hà. Vậy những nhà thiên văn học trong tương lai xa nhìn vào khoảng không sâu thẳm sẽ chỉ thấy sự tĩnh lặng đen ngòm, bất biến. Và họ sẽ kết luận rằng vũ trụ là ổn định, bất biến và có những vùng vật chất riêng biệt trú ngụ -- 1 bức tranh vũ trụ mà ta biết chắc chắn là sai.
Now maybe those future astronomers will have records handed down from an earlier era, like ours, attesting to an expanding cosmos teeming with galaxies. But would those future astronomers believe such ancient knowledge? Or would they believe in the black, static empty universe that their own state-of-the-art observations reveal? I suspect the latter. Which means that we are living through a remarkably privileged era when certain deep truths about the cosmos are still within reach of the human spirit of exploration. It appears that it may not always be that way. Because today's astronomers, by turning powerful telescopes to the sky, have captured a handful of starkly informative photons -- a kind of cosmic telegram billions of years in transit. and the message echoing across the ages is clear. Sometimes nature guards her secrets with the unbreakable grip of physical law. Sometimes the true nature of reality beckons from just beyond the horizon.
Các nhà thiên văn học tương lai có thể có những ghi chép từ những thời trước đó, như ghi chép của chúng ta, chứng thực 1 không gian đang giãn nở đầy những thiên hà. Nhưng những nhà thiên văn tương lai ấy có tin vào kiến thức từ thời xưa này không? Hay họ sẽ tin vào vũ trụ mênh mông trống rỗng bất biến mà quan sát dựa vào kĩ thuật tối tân của họ cho thấy? Tôi nghĩ trường hợp thứ 2 sẽ xảy ra. Điều này có nghĩa là chúng ta đang sống trong 1 thời đại có đặc quyền, khi mà những sự thật sâu kín về vũ trụ vẫn còn trong tầm tay của tinh thần khám phá của con người. Nhưng có vẻ như nó sẽ không như vậy mãi. Vì các nhà thiên văn học ngày nay, bằng những kính thiên văn mạnh, đã bắt được rất nhiều photon chứa đầy thông tin -- một loại điện tín vũ trụ đã đi qua hàng tỉ năm. Và thông điệp qua các thời kì đã rõ. Thỉnh thoảng tạo hoá canh gác những bí mật của nó với gọng kềm không thể phá vỡ của định luật vật lý. Thỉnh thoảng bản chất của sự thật vẫy gọi chỉ từ bên kia chân trời.
Thank you very much.
Cảm ơn các bạn rất nhiều.
(Applause)
(tiếng vỗ tay)
Chris Anderson: Brian, thank you. The range of ideas you've just spoken about are dizzying, exhilarating, incredible. How do you think of where cosmology is now, in a sort of historical side? Are we in the middle of something unusual historically in your opinion?
Chris Anderson: Cảm ơn Brian. Một loạt những ý tưởng anh vừa nói đến thật gây choáng váng, phấn khởi, và không thể tưởng tượng được. Anh nghĩ khoa học vũ trụ bây giờ đang ở đâu trong lịch sử? Theo anh chúng ta có đang ở giữa một giai đoạn bất thường trong lịch sử?
BG: Well it's hard to say. When we learn that astronomers of the far future may not have enough information to figure things out, the natural question is, maybe we're already in that position and certain deep, critical features of the universe already have escaped our ability to understand because of how cosmology evolves. So from that perspective, maybe we will always be asking questions and never be able to fully answer them.
Brian: Nào, khó mà nói cho chính xác. Khi ta biết rằng những nhà thiên văn học trong tương lai xa có lẽ sẽ không có đủ thông tin để khám phá mọi việc, câu hỏi tự nhiên được đặt ra là, liệu chúng ta có đang như vậy, nghĩa là một số tính chất quan trọng của vũ trụ đã nằm ngoài khả năng hiểu biết của chúng ta vì cách mà vũ trụ phát triển? Vậy từ góc nhìn đó, có lẽ chúng ta sẽ luôn đặt ra những câu hỏi và không bao giờ giải đáp thấu đáo được.
On the other hand, we now can understand how old the universe is. We can understand how to understand the data from the microwave background radiation that was set down 13.72 billion years ago -- and yet, we can do calculations today to predict how it will look and it matches. Holy cow! That's just amazing. So on the one hand, it's just incredible where we've gotten, but who knows what sort of blocks we may find in the future.
Mặt khác, giờ đây chúng ta biết được vũ trụ già đến mức nào. Chúng ta biết làm thế nào để hiểu được thông tin đến từ sóng bức xạ nền có từ 13.72 tỉ năm về trước -- và chúng ta có thể tính toán để xem nó sẽ như thế nào và nó phù hợp. Wow, thật là kì diệu. Nên một mặt, thật khó tưởng tượng chúng ta đã đi xa đến thế nào, nhưng ai biết được chúng ta sẽ gặp phải những trở ngại gì trong tương lai.
CA: You're going to be around for the next few days. Maybe some of these conversations can continue. Thank you. Thank you, Brian. (BG: My pleasure.)
Chris: Anh sẽ còn ở đây thêm vài ngày. Có lẽ những cuộc nói chuyện như thế này sẽ tiếp diễn. Cảm ơn anh rất nhiều, Brian. (Brian: Rất vinh dự)
(Applause)
(vỗ tay)