Aristotle từng phân chia bốn cấp độ hiện hữu: vật chất, sự sống, ý thức, tự ý thức. Nếu thế, nguyên tử chỉ là vật chất mà thôi. Thế nhưng, với cơ học lượng tử, Heisenberg đặt lại: “nguyên tử không phải là vật.” Thực nghiệm về lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng, đã hé lộ điều kì diệu này.
Newton từng quan niệm ánh sáng là một chùm các hạt. Khái niệm hạt ánh sáng hay “photon” của Planck, Einstein và Bohr cho phép giải thích sự bức xạ của các vật nóng, sự đa sắc của thế giới. Mặt khác, Faraday, Maxwell, đặc biệt thí nghiệm hai khe với “vân giao thoa” của Young chứng tỏ tính không thể chối cãi về bản chất sóng của ánh sáng. Nếu thế, bằng cách nào có thể lý giải tính hạt của ánh sáng trong thí nghiệm về giao thoa?
Thứ nhất, ánh sáng không như ta nghĩ. Nếu ta coi ánh sáng đi qua hai khe trong thí nghiệm của Young là hai chùm hạt, thì chùm hạt trong khe trái sẽ tương tác với chùm hạt trong khe phải, kết quả là có vân giao thoa. Điều gây hết sức ngạc nhiên là, nếu ta che khuất một trong hai khe, ta sẽ chỉ được một vệt sáng. Ta có thể nghĩ cách “bình thường” là: chùm hạt đi từ nguồn sáng tương tự như viên đạn đi ra từ nòng súng. Đây cũng chính là cách nghĩ của Newton. Nếu suy nghĩ này đúng, thì khi ta mở cả hai khe, ta phải thấy hai vệt sáng tương ứng. Thực tế không như ta nghĩ, vì ta thu được vân giao thoa. Câu hỏi hóc búa là: Hạt ánh sáng đi theo kiểu nào? Như thế, hạt ánh sáng theo Einstein rất khác hạt ánh sáng theo Newton. Hạt ánh sáng có thể giao thoa với chính nó, thật khó hiểu!
Thứ hai, ánh sáng dường như “biết” ta đang quan sát nó. Khi nào ánh sáng tỏ lộ khuôn mặt sóng, khi nào nó cho thấy khuôn mặt hạt? Bây giờ, trong thí nghiệm hai khe của Young, chúng ta có thêm một cái máy dò. Mục đích của máy dò là để thấy được đường đi của hạt ánh sáng, để biết mỗi hạt đi qua khe trái hay khe phải. Trước tiên, máy dò không hoạt động, vân giao thoa xuất hiện. Lúc này, ánh sáng cho thấy bản chất sóng. Sau đó, máy dò được bật, ta nhìn thấy đường đi của hạt ánh sáng, nhưng vân giao thoa biến mất. Tắt máy dò, vân giao thoa xuất hiện trở lại. Điều này thật lạ lùng, điều ta thấy lại phụ thuộc cách ta quan sát. Cũng có thể nói: tùy cách ta tương tác, mà ánh sáng “biết” ta và tỏ cho ta cách hiện hữu của nó. Nếu thế, phải chăng ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt, hay còn hơn thế?
Ngược lại, nếu ánh sáng đúng là hạt mà lại có bản chất sóng, thì ta có thể thấy tính sóng trong các hạt hay không? Broglie đã đặt câu hỏi như thế và tin là quan niệm này đúng. Sau đó, Davisson và Germer đã thí nghiệm khe Young, không phải với chùm ánh sáng, mà với chùm hạt electron. Các khe là các hàng nguyên tử nickel trong các tinh thể nickel. Kết quả, các electron vẫn vẽ lên màn hình vân giao thoa. Thật tuyệt vời, thực nghiệm chứng minh niềm tin.
Như thế, hai cách mô tả ánh sáng: bản chất sóng và bản chất hạt, không loại trừ nhau, mà bổ sung cho nhau. Khám phá này gây cho tôi ấn tượng sâu sắc về nhận thức và thái độ của bản thân đối với người khác: cả giới trí thức lẫn người bình dân.
Với người học thức, tôi cảm thấy nể phục họ vì những nghiên cứu của họ. Những kết quả của họ rất giá trị, nhưng cũng mở ngỏ cho nhiều khả thể. Thực tại kì diệu luôn mở ra cho giác quan và tâm trí con người. Tuy nhiên, khi nghiên cứu, lòng khiêm tốn vô cùng cần thiết.
Với người bình dân, tôi thêm quý trọng họ vì họ có cái nhìn hồn nhiên trong sáng về thế giới và con người. Chính từ những cái nhìn đầy sức sống và chiều sâu này, mà họ giúp người khác thấy thực tại từ những góc khuất, từ những chiều mà nhà khoa học không dò thấy.
Tựu chung, có thể nói, nếu con người là xác và hồn, thì con người cũng là hạt và sóng. Nếu ánh sáng là sóng và hạt, thì vật chất cũng là hạt và sóng. Thật vui, cũng thật “buồn cười”, vật chất, ánh sáng, con người, cả ba khác nhau đến thế mà lại “giống nhau”. Cũng như xác và hồn diễn tả huyền nhiệm về con người, nhưng chưa đủ; thì hạt và sóng diễn tả bí ẩn của ánh sáng, nhưng “chưa đủ”. Thật lạ, nguyên tử không chỉ là vật, tức hạt; mà còn là sóng, tức là không phải vật. Tôi ước mơ mình có “một trí khôn đầy hạt” của người học thức, và “một trái tim đầy sóng” của người bình dân.
Vũ Tứ Quyết, S.J.
Sách tham khảo:
1. Trịnh Xuân Thuận, Những con đường của ánh sáng, (Nhà xuất bản Trẻ).
2. Nguyễn Tường Bách, Lưới trời ai dệt?, (Nhà xuất bản Thời Đại).
