The following warnings occurred:
Warning [2] count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable - Line: 895 - File: showthread.php PHP 7.2.34 (Linux)
File Line Function
/showthread.php 895 errorHandler->error





Vũ Trụ Bất Đối Xứng
#1
The Universe is Asymmetric
Vũ trụ là bất đối xứng


[Image: 1-pasteur_asymmetry-of-universe.jpg?w=600&h=395]

Trong thế kỷ 19, Louis Pasteur tuyên bố: “Vũ trụ không đối xứng và tôi tin rằng sự sống, như chúng ta đã biết, là kết quả trực tiếp của tính bất đối xứng của vũ trụ hoặc hệ quả gián tiếp của nó. Vũ trụ là bất đối xứng”. Vật lý thế kỷ 20 đã chứng tỏ dự đoán của Pasteur là hoàn toàn đúng tính bất đối xứng là một định luật phổ quát của tự nhiên…(1)

Trong thời đại ngày nay, khi nói về tính bất đối xứng của sự sống mà không liên hệ gì đến tính bất đối xứng của vũ trụ thì quả là một thiếu sót lớn về nhận thức tự nhiên. Hai hiện tượng bất đối xứng này không phải ngẫu nhiên trùng lặp, mà có thể có một mối liên hệ nhân quả nào đó đến nay chưa ai biết. Tuy nhiên, Louis Pasteur, bằng trực giác thiên tài, đã dự đoán một cách táo bạo từ khoảng giữa thế kỷ 19 rằng ắt phải có một mối liên hệ như thế, và đó là nguyên nhân dẫn tới tính bất đối xứng của sự sống.

Mặc dù Pasteur không biết lực bí hiểm nào của vũ trụ đã tác động đến các phân tử của sự sống để buộc chúng phải bất đối xứng, nhưng ông là người đầu tiên tiên đoán có một lực như thế để rồi dám quả quyết rằng vũ trụ ắt phải bất đối xứng. Sự quả quyết này không nẩy sinh ngẫu nhiên, mà dựa trên một cơ sở khoa học rất rõ ràng:
  • Theo quy luật xác suất, cấu trúc phân tử của sự sống phải xuất hiện cân bằng phải-trái với tỷ lệ 50-50, nhưng tại sao phân tử của sự sống luôn luôn xuất hiện bất đối xứng?
  • Do đó ắt phải có một nguyên nhân, một tác động vật lý nào đó đối với các phân tử của sự sống buộc chúng bất đối xứng [Ngày nay, dưới ánh sáng của Lý thuyết Thông tin, chúng ta có thể suy rộng tư tưởng này theo cách cho rằng có thể có những thông tin, những mã lệnh nào đó chỉ huy sự tập hợp các thành phần hóa học của sự sống sao cho chúng cấu thành những phân tử bất đối xứng].
  • Vì sự sống là một thành phần của vũ trụ nên nguyên nhân ấy cũng phải thuộc về vũ trụ.
Đó là những suy luận thiên tài của Pasteur, vượt trước quá xa thời đại của ông, bởi lẽ đến hôm nay, vật lý học đã xác nhận vũ trụ bất đối xứng, nhưng không ai biết tác động cụ thể nào của vũ trụ làm cho phân tử của sự sống bất đối xứng. Đây là một bài toán thuộc tầm cỡ những nguyên lý vũ trụ, thách thức cả vật lý lẫn sinh học, thậm chí liên quan tới cả triết học nhận thức, vì nó đụng tới vấn đề nguồn gốc sự sống. Một tạp chí khoa học uy tín như Nature cũng đã đăng vài ý kiến giải thích tính bất đối xứng của sự sống, nhưng chỉ là giả thuyết và giả thuyết. Có thể không bao giờ có câu trả lời thỏa đáng. Nhưng dù thế nào thì tiến đoán của Pasteur về tính bất đối xứng của tự nhiên đã là một cuộc cách mạng lớn lao về nhận thức.

Bạn sẽ cảm nhận được ý nghĩa cách mạng đó một cách rõ rệt nếu biết các nhà vật lý thế kỷ 20 đã bị sốc như thế nào khi họ bất ngờ khám phá ra tính bất đối xứng trong thế giới hạt cơ bản, nơi trước đó các lý thuyết được xây dựng trên mô hình đối xứng. Nếu các nhà vật lý biết tư tưởng của Pasteur một thế kỷ trước đó, có thể họ sẽ không bị sốc, mà vui mừng đón nhận kết quả. Nói cách khác, tư tưởng về tính bất đối xứng của vũ trụ do Pasteur nêu lên từ thế kỷ 19 đã tạo ra một cơ sở triết học cho những khám phá của vật lý học hiện đại trong thế kỷ 20. Một nhà khoa học thuộc Viện Pasteur ở Paris là M. Schwartz đã nói về điều này trong bài báo “The life and works of Louis Pasteur” (Cuộc đời và sự nghiệp của Louis Pasteur) trên Tạp chí “Applied Microbiology” (Vi-sinh-học Ứng dụng) số 91 năm 2001 như sau:

Sự xuất hiện của những khái niệm về đối xứng và phá vỡ đối xứng có tầm quan trọng cốt lõi, vì nó tạo ra cơ sở cho một số lý thuyết vật lý hiện đại như vật lý hạt cơ bản và lý thuyết biến đổi pha". (2)

Thật vậy, những khám phá vật lý của thế kỷ 20 về tính bất đối xứng của vũ trụ có thể xem như một minh họa cho tuyên bố của Louis Pasteur từ thế kỷ 19. Sự minh họa này không chỉ cho thấy thiên tài của Pasteur, mà còn khẳng định tính bất đối xứng là một quy luật phổ quát của vũ trụ, biểu lộ rõ rệt cả trong sự sống lẫn trong toàn thể vũ trụ.

Nhưng câu chuyện về tính bất đối xứng hôm nay không thể bắt đầu từ vật lý, mà phải bắt đầu từ công trình nghiên cứu hóa học và tinh thể học của Louis Pasteur, bởi đó là lịch sử – muốn hiểu rõ một tư tưởng phải hiểu rõ lịch sử diễn biến của nó.

1/ Lịch sử tối giản của tư tưởng về tính bất đối xứng của tự nhiên

Năm 1846, theo lời khuyên của nhà hóa học Antoine Jérome Balard, chàng thành niên 24 tuổi Louis Pasteur bắt đầu sự nghiệp khoa học của mình tại phòng thí nghiệm của Balard thuộc École Normale Supérieure, một đại học danh tiếng của nước Pháp ở Paris. Tại đây Pasteur đối mặt với một bài toán lớn đang thách thức các nhà hóa học đương thời: Tại sao hai hợp chất hữu cơ GIỐNG HỆT NHAU về thành phần cấu tạo hóa học, một hợp chất chiết xuất từ sự sống và một hợp chất là sản phẩm do con người chế tạo ra, lại có tác động KHÔNG GIỐNG NHAU đối với một chùm ánh sáng phân cực đi qua nó (vật chất sống làm quay chùm ánh sáng trong khi vật chất không sống thì không có tác động)?


[Image: portrait-of-louis-pasteur-as-a-young-adu...=327&h=445]
Hình bên: Louis Pasteur giai đoạn làm việc tại phòng thí nghiệm của Balard thuộc ENS

Đối tượng nghiên cứu cụ thể của Pasteur là acid tartaric chiết xuất từ nho, đại biểu của sự sống, và acid paratartaric, một sản phẩm hóa học do con người chế tạo ra, đại biểu cho vật chất không sống. Sau hai năm say mê nghiên cứu cần mẫn, trực giác thiên tài của Pasteur đã mách bảo ông rằng câu trả lời nằm trong cấu trúc tinh thể của phân tử: Trong khi acid paratartaric bao gồm hai loại phân tử có cấu trúc tinh thể đối xứng gương với nhau (giống như hai bàn tay trái và phải) với số lượng cân bằng 50-50, thì acid tartaric chỉ có một loại phân tử với cùng một cấu trúc tinh thể (hầu hết là cấu trúc bàn tay trái). Có nghĩa là các phân tử của vật chất không sống thì đối xứng trái-phải, còn phân tử của vật chất sống thì bất đối xứng (thuận tay trái).

Sau hàng loạt thí nghiệm, Pasteur đi đến một kết luận tổng quát mang tính định luật rằng phân tử của sự sống là bất đối xứng. Nói cách khác, tính bất đối xứng là đặc trưng của sự sống, là dấu hiệu để phân biệt sự sống với cái không sống.

[Image: 3-diagram-of-dextro-and-levorotary-forms...=312&h=249]
Hình bên: Hai phân tử đối xứng gương, giống như hai bàn tay trái-phải


Đây là một khám phá hết sức quan trọng nhưng tiếc thay không được quảng đại quần chúng biết đến. Một số người biết nhưng không ý thức được đầy đủ ý nghĩa lớn lao của nó đối với sinh học và triết học nhận thức. Tại sao vậy? Đây là một câu hỏi thú vị về lịch sử khoa học và giáo dục dành cho những người say mê lịch sử nghiên cứu. Nhưng bất luận thế nào, chúng ta có thể biết rõ rằng các nhà tiến hóa không thích thú với bản chất bất đối xứng của sự sống, vì nó chỉ ra rằng “lý thuyết phi tạo sinh” (abiogenesis) của thuyết tiến hóa là bất khả thi (impossible). Chúng ta sẽ bàn đến vấn đề này ở cuối bài viết này. Nhưng ngay bây giờ mọi người nên để ý tới một sự thật trớ trêu rằng hầu như ai cũng ít hoặc nhiều chịu ơn Pasteur vì ông là cha đẻ của khoa học về vi trùng, khoa học về virus, miễn nhiễm học và nhiều khám phá độc đáo khác liên quan tới đời sống và hạnh phúc của con người, nhưng rất ít người biết đến công trình đầu đời và để đời của Pasteur ─ Định luật bất đối xứng của sự sống.

Đây rõ ràng là một thiếu sót lớn của các nền giáo dục trên toàn cầu. Ngày nay, bất kỳ ai trân trọng sự thật đều sẽ nhận ra sự cần thiết phải nhanh chóng bổ sung cho hành trang tri thức của mình những hiểu biết về định luật này, một định luật mang tính nền tảng của tự nhiên, tương tự như Định luật vạn vật hấp dẫn do Newton khám phá hoặc những định luật tự nhiên khác.

Rất may, trong thời đại thông tin hiện nay, mọi người đều có thể dễ dàng tự bổ khuyết những thiếu sót của ngành giáo dục để tìm thấy những thông tin bổ ích về bản chất bất đối xứng của sự sống và của vũ trụ. Chẳng hạn:

Trong một bài báo giới thiệu công trình của Pasteur về “Tinh thể học và tính bất đối xứng phân tử” (La cristallographie et la dissymétrie moléculaire), Viện Pasteur của Pháp viết:

Sau nhiều năm nghiên cứu kết hợp tinh thể học, hóa học và quang học, Louis Pasteur đã thiết lập nên một sự song song giữa dạng bên ngoài của một tinh thể, cấu tạo phân tử của nó với tác động của nó đối với ánh sáng phân cực: những tinh thế bất đối xứng làm quay ánh sáng phân cực trong khi những tinh thể có một mặt phẳng đối xứng không làm quay ánh sáng đó. Ông nêu lên một định luật cơ bản: “Chỉ những sản phẩm sinh ra dưới ảnh hưởng của sự sống thì mới bất đối xứng, bởi vì bản thân những lực vũ trụ chế biến ra nó cũng bất đối xứng. Tính bất đối xứng là một ranh giới rõ rệt phân biệt sự sống với cái không sống".(3)

Một bài báo khác về Louis Pasteur của Julia Carrizosa ngày 14/01/2015 trên trang mạng Prezi cũng nhận định tương tự:

Vào tuổi 26, Pasteur đã hoàn thành công trình đâu tiên về tính bất đối xứng phân tử, gom các nguyên lý của tinh thể học, hóa học và quang học lại với nhau, Ông nêu lên một định luật nền tảng: tính bất đối xứng phân biệt thế giới sống với thế giới không sống. Nói cách khác, các phân tử bất đối xứng luôn luôn là sản phẩm của lực sống”. (4)

Bài báo đã dẫn ở trên của M. Schwartz cũng viết : “Tính bất đối xứng là một dấu hiệu của sự sống” (asymmetry is a sign of life).

Ngay sau khi khẳng định phân tử sự sống bất đối xứng, câu hỏi tự nhiên nẩy sinh: Tại sao sự sống bất đối xứng ?

Trực giác thiên tài cộng với tư duy khoa học và triết học sâu sắc của Pasteur trả lời: Tính bất đối xứng của sự sống là hệ quả của tính bất đối xứng của vũ trụ. Vũ trụ là bất đối xứng!

Pasteur đã dám đặt cược toàn bộ uy tín và thanh danh của mình trên tiên đoán táo bạo đó.


[Image: 3-pasteur_asymmetry-of-universe.jpg?w=600&h=404]


2/ Vật lý học thế kỷ 20 xác nhận vũ trụ bất đối xứng

Ngót một thế kỷ giới khoa học im lặng và nín thở chờ đợi sự phán xét của lịch sử đối với tuyên bố của Pasteur, mãi cho đến khi Dương Chấn Ninh và Lý Chính Đạo, hai nhà khoa học Mỹ gốc Hoa, khám phá ra hiện tượng vi phạm  tính đối xứng trong thế giới hạt cơ bản. Công trình này được trao Giải Nobel vật lý năm 1957, và được đánh giá là một trong những Giải Nobel vĩ đại nhất, vì nó gây nên một cuộc cách mạng về nhận thức tự nhiên: thế giới hạt cơ bản không đối xứng như lý thuyết hạt cơ bản trước đó vẫn quan niệm.

Trong diễn văn đọc tại lễ trao giải năm 1957, Giáo sư O.B. Klein, một thành viên Ủy ban Nobel, nói :

“Hầu hết chúng ta đều có khuynh hướng xem sự đối xứng của các hạt cơ bản đối với bên phải và bên trái như là một kết quả cần thiết của nguyên lý chung của tính đối xứng trái-phải của Tự nhiên. Nhờ Lý và Dương và những khám phá thực nghiệm lấy cảm hứng từ họ giờ đây chúng ta biết rằng ý nghĩ này là một sai lầm” (Most of us were inclined to regard the symmetry of elementary particles with respect to right and left as a necessary consequence of the general principle of right-left symmetry of Nature. Thanks to Lee and Yang and the experimental discoveries inspired by them we now know that this was a mistake). (5)

Nhận định về khám phá này, Bách khoa toàn thư Britannica viết:

“Công trình nghiên cứu của họ đã chứng minh rằng tính chẵn lẻ ─ sự đối xứng giữa các hiện tượng vật lý xảy ra trong các hệ tọa độ thuận tay trái và thuận tay phải ─ bị vi phạm khi các hạt cơ bản phân rã. Cho đến trước khi có khám phá này các nhà vật lí vẫn cho rằng tính đối xứng chẵn lẻ là một định luật phổ quát” (Their work demonstrated that parity—the symmetry between physical phenomena occurring in right-handed and left-handed coordinate systems—is violated when elementary particles decay. Up until this discovery physicists had assumed that parity symmetry was a universal law). (6)

Những nghiên cứu khác trong vật lý lượng tử và thiên văn học cũng cho thấy tính bất đối xứng của vũ trụ còn đặc biệt thể hiện rõ trong tính bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất. Về vấn đề này, một bài báo của CERN, Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Âu châu, nhận định:

“Big Bang nên đã tạo ra một lượng vật chất và phản vật chất tương đương trong vũ trụ sơ khai. Nhưng ngày nay, mọi thứ chúng ta nhìn thấy từ những sinh vật nhỏ nhất trên trái đất đến những ngôi sao lớn nhất được tạo ra hầu như hoàn toàn bởi vật chất. Trong khi đó, không tìm thấy nhiều phản vật chất. Có một điều gì đó đã xảy ra để phá vỡ sự cân bằng. Một trong những thách thức lớn nhất của vật lý là tìm ra điều đã xảy ra với phản vật chất, hoặc tại sao chúng ta nhìn thấy sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất” (The Big Bang should have created equal amounts of matter and antimatter in the early universe. But today, everything we see from the smallest life forms on Earth to the largest stellar objects is made almost entirely of matter. Comparatively, there is not much antimatter to be found. Something must have happened to tip the balance. One of the greatest challenges in physics is to figure out what happened to the antimatter, or why we see an asymmetry between matter and antimatter). (7)
Reply


Messages In This Thread
Vũ Trụ Bất Đối Xứng - by Sunnata - 2018-05-30, 10:59 AM
RE: Vũ Trụ Bất Đối Xứng - by Sunnata - 2018-05-30, 11:11 AM
RE: Vũ Trụ Bất Đối Xứng - by OneSunday - 2018-06-04, 09:51 AM
RE: Vũ Trụ Bất Đối Xứng - by anatta - 2018-06-04, 04:30 PM
RE: Vũ Trụ Bất Đối Xứng - by caothang - 2018-06-04, 10:57 AM
RE: Vũ Trụ Bất Đối Xứng - by anatta - 2018-06-04, 04:42 PM
RE: Vũ Trụ Bất Đối Xứng - by OneSunday - 2018-06-04, 12:31 PM