Gần cuối thế kỷ XIX, các nhà khoa học có thể hài lòng rằng họ đã có câu trả lời cho hầu hết những bí ẩn của thế giới vật chất: điện, từ trường, khí, quang học, âm học, động học và cơ học thống kê, tất cả đều đã đâu vào đó. Họ đã phát hiện tia X, tia cực âm, các electron và phóng xạ, đã phát minh ra các đơn vị ohm, watt, kelvin, jun, ampe và erg1.

1. Ohm (hay ôm) là đơn vị đo điện trở. Watt (hay oát): đơn vị đo công suất. Kelvin (kenvin): đơn vị nhiệt giai. Jun (Joule): đơn vị đo công. Ampe (ămpe): đơn vị đo cường độ dòng điện. Erg (éc): đơn vị đo năng lượng và công cơ học. (BTV)

Họ cũng đã tiến hành hầu hết các thí nghiệm để một vật có thể dao động, tăng tốc, nhiễu loạn, chưng cất, kết hợp, cân đong và cả hóa khí. Quá trình tìm ra các định luật của vũ trụ vĩ đại đến nỗi ta vẫn có xu hướng viết chúng bằng chữ in hoa, như Nguyên lý Điện từ trường Ánh sáng, Định luật Richter về Đối ứng Tỷ lệ, Định luật Khí của Charles, Định luật Kết hợp Thể tích, Định luật Zeroth, Khái niệm Hóa trị, Luật Tác dụng Khối lượng và vô số định luật khác. Cả thế giới hân hoan với những máy móc và công cụ ra đời nhờ trí tuệ của con người. Nhiều người thậm chí còn tin rằng các nhà khoa học chẳng còn gì để nghiên cứu.

Năm 1875, khi một thanh niên người Đức ở vùng Kiel là Max Planck đang phân vân lựa chọn giữa Toán học và Vật lý để cống hiến đời mình, anh nhận được những lời khuyên chân thành rằng không nên chọn Vật lý, đơn giản vì tất cả những phát hiện mang tính đột phá đều đã được thực hiện. Người ta đảm bảo rằng thế kỷ tới sẽ là một thế kỷ của củng cố và hoàn thiện chứ không phải của phát minh. Tuy nhiên, người thanh niên này đã bỏ ngoài tai những lời khuyên ấy. Planck miệt mài nghiên cứu Vật lý lý thuyết, ném mình vào entropy, quá trình cốt lõi của nhiệt động lực học, lĩnh vực còn nhiều hứa hẹn cho chàng trai trẻ đầy tham vọng này.1 Năm 1891, Planck thu được các kết quả đầu tiên nhưng lại vô cùng thất vọng khi phát hiện ra rằng các mảng quan trọng của nhiệt động lực đều đã được một học giả Đại học Yale nghỉ hưu, J. Willard Gibbs, nghiên cứu cả rồi.

1. Entropy được biết đến như thước đo độ hỗn loạn của một hệ vật chất. Darrell Ebbing, trong cuốn General Chemistry [tạm dịch: Hóa học tổng quát], đã so sánh khá đúng khi đưa ra hình ảnh một bộ bài. Bộ bài mới vừa được đổ ra từ hộp, từ quân chuồn đến quân át, cũng tương tự như một hệ vật chất trong trạng thái nguyên thể. Khi bạn trộn bộ bài tức là bạn đặt nó vào trạng thái hỗn loạn. Về cơ bản, entropy là cách để đo lường trạng thái hỗn loạn đó và những kết quả có thể xảy ra nếu ta xáo trộn thêm. Ngoài ra, để nắm bắt đầy đủ về entropy, cần hiểu các khái niệm khác như không đồng đều nhiệt, khoảng cách mắt lưới và mối quan hệ cân bằng hóa học.

Gibbs là một nhà khoa học xuất chúng nhưng hầu hết mọi người đều chưa từng biết tên ông. Ngoại trừ ba năm học tập ở châu Âu, ông dành phần lớn đời mình trong phạm vi ba tòa nhà quanh nơi ông sống thuộc khuôn viên Đại học Yale ở New Haven, Connecticut. Suốt 10 năm đầu tiên tại Đại học Yale, ông thậm chí còn không bận tâm đến việc lĩnh lương (nhờ có những khoản độc lập). Từ khi trở thành giáo sư Đại học Yale năm 1871 cho đến khi qua đời năm 1903, Gibbs thu hút trung bình hơn một sinh viên cho môn của mình mỗi học kỳ. Sách do ông viết quá khó theo dõi, lại còn sử dụng một hệ thống kí hiệu riêng, nên nhiều người càng không thể hiểu nổi. Nhưng đằng sau những công thức phức tạp đó là tầm nhìn của một trí tuệ hàng đầu.

Từ năm 1875 đến năm 1878, với loạt bài viết được gọi chung là On the Equilibrium of Heterogeneous Substances [tạm dịch: Bàn về sự cân bằng của các chất hỗn tạp], Gibbs đã làm sáng tỏ hầu hết mọi nguyên tắc của nhiệt động lực học, như “các khí, hỗn hợp, chất bề mặt, chất rắn, các giai đoạn thay đổi... phản ứng hóa học, tế bào điện hóa, lắng đọng trầm tích và thẩm thấu”, (trích lời William H. Cropper). Về bản chất, những nghiên cứu của Gibbs chỉ ra rằng nhiệt động lực học không chỉ là nhiệt và năng lượng ở quy mô lớn và ồn ào của những động cơ hơi nước, mà còn tham gia và ảnh hưởng đến cả cấp độ nguyên tử của các phản ứng hóa học. Equilibrium của Gibbs được xem như là “cuốn Principia1 về nhiệt động lực học”. Tuy nhiên, bất chấp mọi tính toán, ông lại chọn xuất bản những lý thuyết mang tính bước ngoặt của mình trong Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences, một tạp chí mà chính người Connecticut thậm chí cũng không ngó ngàng đến. Đó là lý do Planck không hề biết đến những tài liệu này cho đến khi quá muộn.

1. Principia: ở đây ý chỉ cuốn Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên của Newton.

Không nản lòng – hoặc do đã quen với những điều khiến mình nhụt chí – Planck chuyển hướng nghiên cứu sang các vấn đề khác.1 Chúng ta sẽ nói về các vấn đề đó ngay sau đây, nhưng trước tiên hãy cùng đến Cleveland, Ohio, nơi đặt một tổ chức mà khi đó được gọi là trường Khoa học Ứng dụng Case [Case School of Applied Science]. Chính tại đây, trong thập kỷ 1880, nhà vật lý lỗi lạc Albert Michelson đã cùng bạn mình là nhà hóa học Edward Morley thực hiện một loạt các thí nghiệm với những kết quả gây sửng sốt cho toàn thế giới và có ảnh hưởng lớn đến toàn bộ ngành vật lý sau này.

1. Planck không gặp may mắn trong cuộc sống. Người vợ đầu tiên của ông mất năm 1909. Ông có hai người con trai, trong đó một người đã chết trong Thế chiến I. Hai cô con gái sinh đôi mà ông hết mực yêu thương cũng có số phận không may mắn. Cô chị chết sau khi sinh đứa con đầu lòng. Cô em thay chị đến chăm sóc cháu nhỏ đã đem lòng yêu và kết hôn với người anh rể. Hai năm sau, cô cũng qua đời vì sinh nở. Năm 1944, khi Planck đã 85 tuổi, bom của quân Đồng Minh rơi trúng nhà ông và thiêu rụi toàn bộ giấy tờ, tài liệu cũng như của cải mà Planck tích lũy cả đời. Trong những năm sau đó, cậu con trai duy nhất còn sống của ông bị bắt trong một âm mưu ám sát Hitler và bị tử hình.

Thí nghiệm của Michelson và Morley, dù vô tình đã phá hủy hoàn toàn niềm tin lâu dài với ête truyền ánh sáng, một môi trường ổn định, vô hình, không có khối lượng, không ma sát mà người ta cho là lan tỏa khắp vũ trụ, nhưng đáng tiếc lại hoàn toàn hoang đường. Được khởi xướng bởi Descartes, được ủng hộ bởi Newton và được tôn kính bởi hầu hết mọi người, ête chiếm vị trí trung tâm tuyệt đối trong vật lý thế kỷ XIX như một cách lý giải về môi trường truyền ánh sáng trong không gian. Nó mang ý nghĩa đặc biệt trong thế kỷ XIX khi ánh sáng được xem là một dạng sóng điện từ, hay nói cách khác cũng là một loại dao động. Năm 1909, nhà vật lý lừng danh người Anh, J. J. Thomson, còn nhấn mạnh: “Ête không phải là sáng tạo của những nhà khoa học lý thuyết, chúng là thành phần thiết yếu trong cuộc sống con người như không khí để chúng ta hít thở”. Vậy mà chỉ hơn bốn năm sau, môi trường ête đã bị Michelson xóa sổ. Tóm lại, người ta từng đặt niềm tin tuyệt đối vào khái niệm ête.

Nếu cần một ví dụ minh họa rằng vào thế kỷ XIX, nước Mỹ là miền đất hứa của các cơ hội, bạn hãy nhìn vào cuộc đời của Albert Michelson. Sinh năm 1852 ở biên giới Đức-Ba Lan trong một gia đình thương nhân Do Thái nghèo, ông theo gia đình tới Mỹ từ khi còn nhỏ. Michelson lớn lên tại một khu khai thác mỏ vốn được tạo ra do cơn sốt vàng ở California, nơi cha ông kinh doanh nhỏ lẻ các mặt hàng khô. Không có tiền học đại học, ông đã tới Washington DC, tìm cách lảng vảng gần Nhà Trắng nhằm tiếp cận Tổng thống Ulysses S. Grant khi ngài đi tản bộ hằng ngày (khi đó người ta thật ngây thơ). Chính trong những buổi đi bộ như vậy, Michelson đã thuyết phục được Tổng thống Grant đồng ý đứng ra đảm bảo để được học miễn phí tại Học viện Hải quân Hoa Kỳ, nơi Michelson theo ngành vật lý.

Mười năm sau, Michelson đã trở thành giáo sư của Trường Khoa học Ứng dụng Case ở Cleveland và ông bắt đầu quan tâm đến việc đo “gió Ête”, một loại gió nghịch chuyển xuất hiện khi các vật thể chuyển động trong không gian. Quan điểm cơ học cổ điển của Newton cho rằng tốc độ của ánh sáng trong ête thay đổi phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Tuy nhiên, chưa ai chứng minh được luận đề này. Michelson lập luận rằng trong nửa đầu mỗi năm, Trái Đất tiến đến Mặt trời, trong nửa năm sau lại rời xa, nếu đo và so sánh vận tốc ánh sáng tại hai mùa đối lập nhau, ông chắc chắn có thể tìm ra câu trả lời của mình.

Michelson đã thuyết phục được Alexander Graham Bell, người vừa phát tài nhờ phát minh điện thoại, tài trợ kinh phí để ông phát triển một chiếc giao thoa kế, thiết bị có thể đo vận tốc ánh sáng với độ chính xác cao. Sau đó, với sự hỗ trợ đắc lực của Morley, Michelson đã dành nhiều năm cho những phép đo vận tốc ánh sáng tỉ mỉ và đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối. Có giai đoạn, ông thậm chí phải dừng làm việc vì suy nhược thần kinh. Tuy nhiên đến năm 1887, họ bắt đầu thu được kết quả, nhưng đó lại không hề là những gì hai nhà khoa học này dự định sẽ phát hiện.

Nhà vật lý thiên văn Kip S. Thorne của Học viện Kỹ thuật California đã viết: “Tốc độ ánh sáng hóa ra là không đổi theo mọi hướng và vào mọi mùa”. Đó là dấu hiệu đầu tiên cho thấy sau 200 năm, các định luật của Newton không phải sẽ luôn đúng. Thí nghiệm Michelson-Morley đã cho ra kết quả mà theo lời của William H. Cropper, “có lẽ là kết quả phủ định nổi tiếng nhất trong lịch sử vật lý”. Michelson là người Mỹ đầu tiên được trao giải Nobel Vật lý, không phải vì 20 năm trời nghiên cứu, mà vì sự can đảm của ông khi dám công phá thành trì kiên cố của các quan niệm khoa học cổ điển.

Điều đáng nói là, dù đạt được những kết quả vang dội nhưng khi bước vào thế kỉ XX, Michelson cũng tự xếp mình vào nhóm những người tin rằng khoa học dường như chẳng còn gì để nghiên cứu, chỉ còn “vài tháp trang trí cần được thêm vào, vài kiến trúc mái vòm cần được chạm khắc”, theo lời một nhà báo của tạp chí Nature.

Trên thực tế, loài người sắp bước vào một thế kỷ khoa học mà ở đó có nhiều người sẽ không hiểu bất cứ thứ gì và chẳng ai hiểu được mọi thứ. Các nhà khoa học sẽ sớm thấy mình mất phương hướng trong một thế giới hỗn loạn gồm các hạt và phản hạt, nơi mọi vật chất vụt xuất hiện rồi cũng vụt biến mất theo một nhịp thời gian mà chỉ một phần tỷ giây yên bình cũng không có. Khoa học sẽ đi từ thế giới của vật lý vĩ mô, nơi mọi đối tượng đều hiện hữu, có thể nắm bắt và đo đếm được, sang kỷ nguyên của vật lý vi mô, nơi mọi hiện tượng biến đổi nhanh chóng với quy mô không thể tưởng tượng nổi. Loài người sẽ bước vào kỷ nguyên lượng tử, và người đầu tiên đẩy cánh cửa để bước vào kỷ nguyên đó chính là nhà khoa học có cuộc đời kém may mắn, Max Planck.

Năm 1900, Planck đang nghiên cứu vật lý lý thuyết tại Đại học Berlin. Ở tuổi 42, Planck công bố thuyết lượng tử mới, trong đó khẳng định rằng năng lượng không phải là một thực thể liên tục và không đếm được như dòng nước chảy, mà nó phải có dạng đơn vị riêng lẻ mà ông gọi là “lượng tử”. Đây là một khái niệm mới lạ và là khái niệm nay. Trước mắt, nó giải quyết được vấn đề đặt ra trong thí nghiệm Michelson-Morley bằng cách chứng minh ánh sáng không nhất định chỉ tồn tại dưới dạng sóng. Xa hơn, nó đặt nền móng cho toàn bộ nền vật lý học hiện đại. Phát hiện của Max Planck lại một lần nữa là dấu hiệu cho thấy thế giới sắp thay đổi.

Tuy nhiên, mốc son của lịch sử – bình minh của cả một kỷ nguyên mới – chỉ đến vào năm 1905 khi trên tạp chí vật lý Annalen der Physik của Đức xuất hiện loạt bài của một viên chức Thụy Sĩ trẻ. Người này không có bất cứ mối liên hệ nào với các trường đại học, không có quyền truy cập thường xuyên vào bất cứ phòng thí nghiệm hay thư viện lớn nào ngoài thư viện của Văn phòng Cấp bằng Sáng chế Quốc gia Bern, nơi anh ta là giám định viên kỹ thuật hạng ba. (Trước đó, đơn đề nghị được thăng chức lên giám định viên hạng hai của anh ta đã bị từ chối).

Đó chính là Albert Einstein. Trong năm 1905 đầy biến động, Einstein gửi năm bài viết cho tạp chí Annalen der Physik, ba trong số đó được C. P. Snow đánh giá là những phát hiện vĩ đại nhất trong lịch sử vật lý – một bài đề cập đến hiệu ứng quang điện dựa trên lý thuyết lượng tử của Planck, một bài nghiên cứu chuyển động của các vi hạt trong trạng thái lơ lửng (chuyển động Brown), và một bài phác thảo về Thuyết Tương đối hẹp.

Nghiên cứu đầu tiên mang đến cho tác giả giải Nobel và giải thích bản chất của ánh sáng (nó cũng là tiền đề cho phát minh tivi và hàng loạt phát minh khác).1 Nghiên cứu thứ hai chấm dứt mọi tranh luận về nguyên tử khi chứng minh chúng thực sự tồn tại. Nghiên cứu thứ ba chỉ đơn giản là đã thay đổi cả thế giới.

1. Einstein được vinh danh một cách mơ hồ cho “những đóng góp về vật lý lý thuyết”. Ông đã phải chờ 16 năm, đến tận năm 1921 mới được nhận giải Nobel. Tính ra thì khoảng thời gian này cũng khá dài nhưng chưa là gì so với trường hợp của Frederick Reines, người phát hiện ra Nơtrino năm 1957, nhưng 38 năm sau mới được nhận giải Nobel, hoặc nhà khoa học người Đức, Ernst Ruska, người phát minh ra kính hiển vi điện tử năm 1932 và được nhận giải Nobel vào năm 1986, tức là sau hơn nửa thế kỷ. Vì giải Nobel không bao giờ được truy tặng, nên các nhà khoa học muốn được vinh danh thì ngoài sự xuất sắc còn cần cả tuổi thọ nữa.

Einstein sinh ra ở Ulm, miền Nam nước Đức, vào năm 1879 nhưng lại lớn lên ở Munich. Từ nhỏ, Einstein đã mang những đặc điểm khác người, mãi đến năm ba tuổi, cậu bé mới bắt đầu học nói. Vào thập kỷ 1890, gia đình ông chuyển đến Milan do việc kinh doanh điện của người cha lụn bại, nhưng Einstein lại đến Thụy Sĩ để tiếp tục con đường học tập của mình, dù ông thi trượt đại học trong năm đầu tiên. Năm 1896, để trốn nghĩa vụ quân sự, ông từ bỏ quốc tịch Đức và theo học một khóa đào tạo giáo viên khoa học phổ thông trong bốn năm tại Đại học Bách khoa Zurich. Einstein khá sáng dạ, nhưng không phải là một sinh viên xuất sắc.

Năm 1900, ông tốt nghiệp, và vài tháng sau đó bắt đầu gửi bài cho tạp chí Annalen der Physik. Bài báo đầu tiên của ông bàn về hiện tượng mao dẫn được đăng trên cùng một kỳ với bài về lượng tử của Planck. Từ năm 1902 đến 1904, ông viết một loạt bài về cơ học thống kê, nhưng thật vô ích, vì tất cả đã được nhà khoa học khá tài năng J. Willard Gibbs ở Connecticut xuất bản trong cuốn Elementary Principles of Statistical Mechanics [tạm dịch: Những nguyên tắc cơ bản của cơ học thống kê] vào năm 1901.

Thời đi học, Albert đã có một tình yêu đẹp với Mileva Maric, cô bạn học người Hungary. Năm 1901, họ có một cô con gái ngoài giá thú, và đã kín đáo cho đứa trẻ đi làm con nuôi, vì thế suốt cuộc đời Albert chưa bao giờ được nhìn thấy con gái mình. Hai năm sau, ông và Maric kết hôn. Năm 1902, Einstein được nhận vào cơ quan sáng chế Thụy Sĩ và đã làm việc ở đó suốt 7 năm. Ông yêu thích công việc này: nó không quá tẻ nhạt mà ông vẫn có thời gian dành cho vật lý. Quãng thời gian này chính là giai đoạn nền tảng để Einstein phát triển thuyết tương đối nổi tiếng vào năm 1905.

“Bàn về điện động lực học của các vật thể chuyển động” là một trong những nghiên cứu lạ lùng nhất từng được xuất bản của Einstein, cả về nội dung và cách trình bày. Nó không hề có chú thích, trích dẫn, cũng không có các công thức toán và không nhắc đến nghiên cứu nào. Trong đó, Einstein chỉ dành lời cảm ơn duy nhất đến Michele Besso, một đồng nghiệp tại văn phòng sáng chế. Theo C. P. Snow, Einstein đã đi đến những kết luận “nhờ tư duy thuần túy, không cần trợ giúp, không cần tiếp nối quan điểm của bất cứ ai. Một việc gần như là không thể nhưng đó chính xác là điều ông đã làm.”

Phương trình nổi tiếng của ông, E = mc2, không xuất hiện trong nghiên cứu này, mà trong một bản phụ lục vài tháng sau đó. Hãy nhớ lại những gì chúng ta đã học, E trong phương trình này là viết tắt của từ Energy (năng lượng), m là mass (khối lượng) và c2 là tốc độ ánh sáng bình phương.

Hiểu một cách đơn giản, phương trình này chỉ ra rằng luôn có mối tương quan giữa năng lượng và khối lượng của một vật thể. Nói cách khác, chúng là một – năng lượng chính là vật chất được giải phóng, vật chất chính là năng lượng đang chờ để được giải phóng. Bởi c2 (tốc độ bình phương của ánh sáng trong chân không) có giá trị rất lớn, nên điều cốt lõi mà Einstein gửi gắm trong phương trình này là nhận định rằng luôn tồn tại một năng lượng tiềm năng cực lớn, có thể lên đến vô cùng trong mọi loại vật chất.1

1. Lý do đại lượng c được chọn để ký hiệu tốc độ ánh sáng vẫn là một điều bí ẩn. Theo David Bodanis, nó có thể đến từ chữ celeritas trong tiếng Latin, nghĩa là chuyển động nhanh. Còn trong cuốn từ điển Tiếng Anh Oxford được biên soạn một thập kỷ trước khi lý thuyết của Einstein ra đời, kí hiệu c mang rất nhiều nghĩa, từ cácbon đến môn críc-kê, nhưng không hề có khái niệm nào liên quan đến ánh sáng hoặc chuyển động cả.

Bạn có thể chưa thấy công thức này có gì vĩ đại khác thường. Nhưng nếu là một người có tầm vóc trung bình, bạn đang chứa trong cơ thể khiêm tốn của mình một năng lượng tiềm năng lên đến 7x1018 Jun, bằng với sức công phá của 30 quả bom nguyên tử cỡ lớn, tất nhiên nếu bạn biết cách giải phóng nó và thật sự muốn làm thế. Mọi vật đều chứa thứ năng lượng nội tại này. Chỉ là chúng ta còn chưa biết cách giải phóng nó đấy thôi. Ngay cả bom uranium – thứ vũ khí hủy diệt mạnh nhất mà loài người từng chế tạo ra – còn có thể có sức hủy diệt thật sự lớn hơn gấp 100 lần nếu như người ta tận dụng được nó.

Trong số rất nhiều ứng dụng khác, học thuyết của Einstein còn giải thích cơ chế của bức xạ: làm thế nào một cục urani có thể phóng ra dòng năng lượng cao liên tục mà không tan chảy như một khối băng (bằng cách chuyển đổi khối lượng thành năng lượng cực kỳ hiệu quả theo công thức E = mc2). Nó giải thích tại sao các ngôi sao có thể cháy sáng hàng tỷ năm mà không cạn năng lượng. Chỉ với một công thức đơn giản, Einstein đã đặt vào tay các nhà địa chất và thiên văn học một báu vật của hàng tỷ năm. Trên tất cả, lý thuyết đặc biệt này chỉ ra tốc độ ánh sáng là một hằng số tối thượng không gì có thể vượt qua. Nó khai sáng cho hiểu biết của con người về bản chất của vũ trụ và thật sự khai tử quan điểm về ête truyền ánh sáng. Einstein đã tạo ra một vũ trụ mới nơi ête không hề cần thiết.

Tuy nhiên, như thường thấy, các nhà vật lý rất thờ ơ với những phát kiến của một nhân viên cấp bằng sáng chế quèn, dù chúng vô cùng hữu ích. Mặc dù có công soi tỏ những bí ẩn sâu thẳm nhất của vũ trụ, nhưng Einstein vẫn bị đánh trượt khi nộp đơn xin làm giảng viên đại học, thậm chí cả đơn xin làm giáo viên trung học ông cũng bị từ chối. Ông lại trở về với công việc của một giám định viên hạng ba, song vẫn tiếp tục nghiên cứu. Ông thậm chí còn chưa đi đến điểm kết thúc.

Nhà thơ Paul Valéry từng gợi ý Einstein nên có một cuốn sổ nhỏ để ghi chép những ý tưởng tiếp theo của mình, nhưng nhà khoa học đã ngạc nhiên nói rằng: “Để làm gì? Tôi hiếm khi có ý tưởng lắm.” Tôi có lẽ không cần phải nhắc lại rằng mỗi khi Einstein có một ý tưởng thì nó thường rất kiệt xuất, bằng chứng là phát kiến tiếp theo của Einstein, được xem là quá vĩ đại trong lịch sử loài người. Boorse, Motz và Weaver hết lời ca ngợi về vị trí của nó trong lịch sử khoa học nguyên tử: “Đó chắc chắn là thành tựu trí tuệ cao nhất của cả nhân loại, được tạo ra chỉ bởi một người đàn ông.”

Theo một số cuốn sách thì vào khoảng năm 1905, Einstein nhìn thấy một người phụ nữ rơi từ mái nhà xuống và ông nảy ra ý tưởng về lực hấp dẫn. Chúa ơi, câu chuyện này cũng chỉ là tác phẩm của trí tưởng tượng như biết bao giai thoại khác. Bởi chính Einstein đã nói, ông chỉ đơn giản là đang ngồi trên ghế khi trong đầu chợt lóe lên ý tưởng về trọng lực, hay chính xác hơn là một giải pháp cho vấn đề trọng lực.

Ngay từ đầu, ông đã ý thức được phần còn thiếu trong thuyết tương đối hẹp, đó chính là trọng lực. Điều “đặc biệt” của lý thuyết này là ở chỗ nó chỉ xem xét những vật di chuyển trong trạng thái cơ bản không bị cản trở. Nhưng điều gì sẽ xảy ra khi một vật đang chuyển động thì bị cản trở như bởi trọng lực chẳng hạn? Câu hỏi này chiếm trọn suy nghĩ của Eisntein trong nhiều thập kỷ tiếp theo và thôi thúc ông viết một bài báo mang tên “Những nghiên cứu vũ trụ học của thuyết tương đối rộng” vào năm 1917. Thuyết tương đối hẹp được đưa ra vào năm 1905 vô cùng có ý nghĩa. Nhưng theo C. P. Snow nhận định, nếu Einstein không làm nghiên cứu này thì hẳn trong vòng 5 năm nhất định sẽ có người kháć. Còn thuyết tương đối rộng thì khác, C. P. Snow viết vào năm 1979: “Nếu Einstein không khai sinh ra thuyết tương đối rộng thì hẳn ngày nay nhân loại vẫn còn đang loay hoay tìm câu trả lời.”

Với chiếc tẩu thuốc, tính cách trầm lặng và mái tóc bù xù, Einstein trông bình thường đến nỗi cho đến năm 1919, khi chiến tranh kết thúc, người ta mới đột nhiên tìm ra ông. Thuyết tương đối của ông nổi tiếng còn bởi người bình thường không hiểu được. David Bodanis, trong cuốn sách tuyệt vời E = mc2, đã kể lại câu chuyện về việc tờ New York Times cử một phóng viên phụ trách mảng golf là Henry Crouch đến phỏng vấn Einstein.

Crouch đã hoàn toàn bất lực. Anh quả quyết cho là Einstein đã may mắn tìm được một nhà xuất bản quá dũng cảm khi dám xuất bản một cuốn sách mà chỉ có “khoảng chục người trên toàn thế giới hiểu được”. Thực ra chẳng có cuốn sách, nhà xuất bản, cũng chẳng có các học giả nào như Crouch đã nói, và ý tưởng viết một bài báo về Einstein đi vào ngõ cụt. Thế là số lượng người có thể hiểu được thuyết tương đối của Einstein cứ ít dần đi, và điều đáng nói là ngay cả giới khoa học cũng không có phản ứng gì cả.

Khi một phóng viên khác phỏng vấn nhà thiên văn học người Anh, Ngài Arthur Eddington, rằng có phải ông là một trong ba người hiểu được thuyết tương đối không, ông trầm ngâm trả lời: “Tôi đang cố nghĩ xem người thứ ba là ai.” Trên thực tế, thuyết tương đối không phức tạp vì sử dụng nhiều phương trình vi phân, phép biến đổi Lorentz và các công thức toán học khác nhau (dù nó có sử dụng và chính Einstein cần được trợ giúp để hiểu chúng), vấn đề chính là nó hoàn toàn phi trực quan.

Xét theo luận điểm cơ bản của nó, thuyết tương đối cho rằng không gian và thời gian chỉ mang tính tương đối với cả người quan sát và vật được quan sát. Tốc độ di chuyển càng nhanh thì các hiệu ứng thời không này càng rõ ràng. Con người không bao giờ đạt được vận tốc ánh sáng và nếu càng cố gắng (đi nhanh hơn), chúng ta sẽ càng trở nên méo mó một cách tương đối trong mắt của người khác.

Những người truyền bá khoa học đã cố gắng đưa khái niệm này tới gần hơn với công chúng. Một trong những nỗ lực thành công nhất – ít nhất là về mặt thương mại – là cuốn The ABC of Relativity [tạm dịch: Thuyết tương đối cơ bản] của nhà toán học kiêm triết gia Bertrand Russell. Trong đó, Russell đã sử dụng một hình ảnh vẫn được dùng đến cho tới tận bây giờ. Nếu một đoàn tàu dài 100m di chuyển với vận tốc bằng 60% tốc độ ánh sáng, những người ở trên sân ga sẽ chỉ nhìn thấy một đoàn tàu dài 80m chạy qua và tất cả mọi vật trên tàu cũng bị nén lại tương tự như vậy. Nếu chúng ta có thể nghe được các hành khách trên tàu nói chuyện, đó sẽ là những âm thanh lắp bắp và chậm chạp, như khi ta bật một đĩa nhạc ở tốc độ chậm. Mọi cử động của người trên tàu cũng trở nên nặng nề, và ngay cả chiếc đồng hồ trên đó cũng chỉ chạy với bốn phần năm tốc độ bình thường trong mắt của những người quan sát.

Đặc biệt, những người ở trên tàu sẽ thấy mọi việc đang diễn ra một cách rất bình thường, nghĩa là nó sẽ chỉ méo mó với những người quan sát đứng trên sân ga. Điều làm nên sự khác biệt chính là vị trí của người quan sát đối với vật đang chuyển động.

Mỗi khi bạn chuyển động, hiệu ứng này đều xảy ra. Nếu bay khắp từ bờ Đông sang bờ Tây Hoa Kỳ, khi bước xuống máy bay, bạn sẽ trẻ hơn những người ở đầu còn lại khoảng một phần tỷ của một giây. Ngay cả khi đang đi lại trong phòng, bạn cũng đang thay đổi dấu ấn thời gian và không gian của chính mình. Theo ước tính, một quả bóng chày nếu được ném với vận tốc 160kmgiờ, nó sẽ nhận được thêm 0,000000000002gr khối lượng khi chạm đất. Những thay đổi đó theo thuyết tương đối là hoàn toàn đo được, tuy nhiên, nó nhỏ đến nỗi ta không thể phát hiện. Nhưng với những thứ khác – ánh sáng, trọng lực, hoặc chính bản thân vũ trụ ta đang sống – thuyết tương đối lại có chỉ ra rõ hơn các ảnh hưởng.

Chúng ta thường thấy thuyết này kỳ lạ bởi ta không trải nghiệm những tương tác kiểu này trong cuộc sống. Tuy nhiên, cũng theo Bodanis, thuyết tương đối ảnh hưởng đến ta hằng ngày. Ví dụ, khi bạn đang đứng cạnh một người chơi nhạc ồn ào trong công viên, nếu bạn di chuyển ra xa người đó, tiếng nhạc sẽ có vẻ nhỏ hơn. Trên thực tế, tiếng nhạc không hề nhỏ lại, mà là do vị trí tương quan của ta với nó đã khác. Nhưng một thực thể chậm như con ốc sên thì sẽ chẳng bao giờ ý thức được việc cùng một chiếc loa thùng có thể phát ra hai âm lượng khi nó ở hai vị trí khác nhau.

Phát hiện phức tạp và phi trực quan nhất trong thuyết tương đối rộng là thời gian là một phần của không gian. Thông thường, chúng ta quen nghĩ thời gian là tuyệt đối và bất biến, không gì có thể xen vào dòng chảy của nó. Tuy vậy, theo Einstein, thời gian là một biến số luôn thay đổi, thậm chí còn có hình khối. Có một chiều không gian thứ tư “luôn kết nối, không thể tách rời” (theo lời Stephen Hawking) với không gian ba chiều mà chúng ta đang sống, đó chính là không-thời gian.

Không-thời gian thường được giải thích qua việc hình dung một vật tròn, nặng như một quả bóng sắt đặt trên một mặt phẳng mềm như tấm đệm, hoặc một miếng cao su. Trọng lượng của quả bóng sẽ khiến mặt phẳng dưới nó căng ra và hơi võng xuống. Điều này cũng tương tự hiệu ứng mà một vật thể lớn như Mặt Trời (quả bóng) gây ra trên không-thời gian (tấm đệm): nó khiến không-thời gian cong và võng. Bây giờ, hãy tiếp tục tưởng tượng bạn lăn một quả bóng nhỏ hơn vẫn trên tấm đệm đó, theo định luật chuyển động của Newton, nó phải lăn theo một đường thẳng. Nhưng khi đến gần vật thể lớn hơn và đoạn võng xuống của tấm đệm, nó lăn xuống, hướng về phía quả bóng sắt theo một cách không thể cưỡng lại. Đó chính là trọng lực, sản phẩm khi không-thời gian bị uốn cong.

Mỗi loại vật chất đều gây ra ảnh hưởng như vậy với vũ trụ. Do đó, vũ trụ, Dennis Overbye nhận xét, cũng giống một tấm đệm võng, và trọng lực không phải là một lực tác động mà chỉ là một phụ phẩm trong quá trình cong oằn của không-thời gian. Như vậy, theo lời của nhà vật lý Michio Kaku, “trọng lực không hề tồn tại; thứ làm di chuyển các hành tinh và các ngôi sao chính là sự biến dạng của không gian và thời gian”.

Tất nhiên, ví dụ về tấm đệm võng dường như chưa đầy đủ vì nó chưa đề cập đến vai trò của thời gian. Trí tưởng tượng của chúng ta vẫn chưa đủ để mường tượng ra một tấm vải trơn tru được dệt bởi ba chiều không gian và một chiều thời gian. Tuy nhiên, ta vẫn phải đồng ý với nhau rằng các phát hiện đó là quá vĩ đại, ít nhất là với một người đàn ông trẻ quanh năm chỉ nhìn qua ô cửa sổ của cơ quan cấp bằng sáng chế tại thủ đô Thụy Sĩ.

Vậy theo thuyết tương đối rộng của Eisntein, rõ ràng vũ trụ hoặc đang mở rộng, hoặc đang co lại. Nhưng Einstein không phải là một nhà vũ trụ học, và ông chọn cách chấp nhận niềm tin phổ quát rằng vũ trụ ta đang sống là bất biến. Thay vì chứng minh rằng vũ trụ vận động, trong các phương trình của Einstein xuất hiện một “hằng số vũ trụ” đối trọng lại với trọng lực và góp phần làm cho vũ trụ đứng yên. Các cuốn sách về lịch sử khoa học đã tha thứ cho sai lầm này, nhưng chính bản thân ông cũng phải thừa nhận, đó là “sai lầm lớn nhất trong cuộc đời”.

Thật trùng hợp, vào khoảng thời gian mà Einstein đang cố gắng đưa “hằng số vũ trụ” vào những công thức của mình, thì tại Đài Quan sát Arizona, một nhà thiên văn đến từ bang Indiana, Vesto Slipher, đã nghiên cứu quang phổ của các ngôi sao xa xôi, và phát hiện rằng chúng đang di chuyển về phía Trái Đất. Vậy là vũ trụ không hề đứng yên. Slipher nghiên cứu các ngôi sao và thấy sự di chuyển của chúng cũng theo cơ chế không thể nhầm lẫn của Hiệu ứng Doppler, lý thuyết này giải thích hiệu ứng âm thanh từ chói tai rồi lại trầm xuống của tiếng còi xe khi chúng tiến đến gần và vượt qua chúng ta.1 Hiện tượng này cũng xảy ra với ánh sáng. Các ngôi sao tiến đến gần chúng ta có màu xanh và các ngôi sao càng di chuyển ra xa càng chuyển sang màu đỏ của quang phổ.

1. Hiệu ứng Doppler được đặt theo tên của nhà vật lý người Áo Johann Christian Doppler năm 1842. Hiệu ứng này phát biểu rằng nếu một vật chuyển động về phía một người quan sát đứng yên, sóng âm thanh mà vật phát ra sẽ tăng lên khi tiến đến gần thiết bị nhận (tai của chúng ta). Điều này tạo ra âm thanh chói tai với người quan sát. Trái lại, tần số sẽ giảm đi khi nguồn sóng đi qua người quan sát, và để lại những âm thanh dạng trầm.

Slipher là người đầu tiên nhận ra hiệu ứng ánh sáng này và tầm quan trọng của nó trong nghiên cứu chuyển động của vũ trụ. Tuy nhiên, không có nhiều người quan tâm đến điều này. Trong những năm 1910, đài thiên văn Lowell vẫn đang bận rộn nghiên cứu những Kênh đào sao Hỏa của Percival Lowell và xem đó là nỗ lực xứng đáng của ngành thiên văn. Slipher không biết đến thuyết tương đối của Einstein thế nào thì thế giới cũng phớt lờ ông như vậy. Phát hiện của Slipher không mảy may có tác động gì.

Mọi vinh quang lại về tay Edwin Hubble. Hubble sinh năm 1889, 10 năm sau Einstein, tại một thị trấn nhỏ ở bang Missouri và lớn lên ở Wheaton, Illinois, ngoại ô Chicago. Cha ông kinh doanh bảo hiểm thành công, vì vậy cuộc sống của Hubble luôn thoải mái và dư dả. Ông là một vận động viên tài năng, thông minh và rất ưa nhìn. Theo mô tả của William H. Cropper thì Hubble “đẹp trai đến ngỡ ngàng”, thậm chí còn được những người hâm mộ so sánh với chàng Adonis, người yêu của thần Vệ nữ. Lời đồn đại về Hubble luôn gắn với những chiến công dũng cảm: cứu người sắp chết đuối, đưa những người tị nạn qua chiến trường Pháp tới nơi an toàn, hay hạ đo ván cả những nhà vô địch quyền anh thế giới. Mọi thứ dường như quá hoàn hảo để có thể tin là thật. Đúng là vậy. Dù cực kỳ tài năng nhưng Hubble lại nói dối thành tật.

Dù hơi kỳ lạ, cuộc đời của Hubble từ nhỏ đã đầy tài năng, có những lúc xuất sắc đến mức khó tin. Năm 1906 khi còn học trung học, ông giành được đến bảy giải nhất trong một hội thao, với môn nhảy sào, ném tạ, ném đĩa, ném búa, nhảy cao tại chỗ và nhảy cao chạy đà. Đội của ông còn vô địch môn điền kinh. Ngoài ra, ông đứng thứ ba trong môn nhảy xa của hội thao đó. Cùng năm, ông lập kỷ lục nhảy xa của bang Illinois.

Là một học giả, ông cũng thành công không kém. Hubble dễ dàng được nhận vào học ngành vật lý và thiên văn tại Đại học Chicago (nơi, tình cờ, người đứng đầu bộ phận lại là Albert Michelson). Tại đây, ông là một trong những học giả đầu tiên giành được học bổng Rhodes của Đại học Oxford. Ba năm sống ở Anh rõ ràng đã làm Hubble thay đổi, ông trở về Wheaton năm 1913 với phong cách Anh quốc nửa mùa, khoác áo choàng Êcốt, ngậm tẩu thuốc và nói chuyện với lối khoa trương khác thường, khiến các đồng nghiệp của ông không ít phen khó chịu. Ông giữ phong cách đó trong suốt phần đời còn lại. Sau đó, ông kể rằng đã dành mười năm tiếp theo hành nghề luật ở Kentucky, nhưng trên thực tế là làm việc như một giáo viên trung học và huấn luyện viên bóng rổ ở New Albany, Indiana, trước khi đạt được học vị tiến sĩ muộn màng sau thời gian ngắn ngủi tham gia Thế chiến I (ông đến Pháp một tháng trước hiệp ước đình chiến và gần như không phải nghe một tiếng súng ác liệt nào).

Năm 1919, khi đã 30 tuổi, ông chuyển đến California và giữ một chức vụ tại Đài Quan sát Mount Wilson gần Los Angeles. Chẳng bao lâu sau ông đã trở thành nhà thiên văn học tiêu biểu nhất của thế kỷ XX.

Ta hãy tạm dừng một chút để bàn về những gì ta biết về vũ trụ tính đến thời điểm hiện tại. Các nhà thiên văn ngày nay cho rằng có khoảng 140 tỷ thiên hà trong vũ trụ. Con số đó lớn hơn rất nhiều so với tưởng tượng của chúng ta. Nếu các thiên hà đó biến thành những hạt đậu đông lạnh thì lượng hạt đậu đó có thể lấp đầy cả một khán phòng lớn, hay như nhà thiên văn Bruce Gregory đã tính toán, chúng có thể lấp đầy khu vườn cổ Boston hoặc Hội trường Hoàng gia Albert. Năm 1919, khi Hubble mới bắt tay vào nghiên cứu thiên văn học, người ta chỉ biết đến một thiên hà duy nhất: Ngân hà. Mọi thứ khác đều là một phần của Dải Ngân hà hoặc một đám mây khí ngoại vi xa xôi nào đó. Hubble sớm chứng minh quan điểm này là hoàn toàn sai lầm.

Trong thập kỷ tiếp theo, Hubble đã giải quyết hai trong số các câu hỏi cơ bản nhất về vũ trụ: nó bao nhiêu tuổi và nó lớn đến thế nào? Để trả lời cả hai câu hỏi này ta cần biết hai điều: các thiên hà cách chúng ta bao xa và chúng di chuyển ra xa với tốc độ bao nhiêu (hay còn gọi là vận tốc lùi). Vạch quang phổ màu đỏ cho ta biết các thiên hà đang dừng ở đâu, chứ không xác định được vị trí ban đầu của chúng. Do vậy, người ta đã đưa ra khái niệm “ngọn nến tiêu chuẩn” – đó chính là những ngôi sao mà độ sáng của chúng có thể được đo đạc chính xác, và lấy đó làm mốc để đo độ sáng (và tất nhiên cả khoảng cách tương đối) của các ngôi sao khác.

Vận may của Hubble đã đến cùng với một người phụ nữ có tên là Henrietta Swan Leavitt, người đã tìm ra cách để phát hiện các ngôi sao này. Leavitt là một nhân viên đo đạc tại Đài Quan sát Đại học Harvard. Những nhân viên như thế đã dành cả đời nghiên cứu ảnh những ngôi sao và thực hiện việc đo khoảng cách, đúng như chức vụ của họ. Đó là một công việc vất vả song lại là con đường để một phụ nữ có thể tiếp cận với thiên văn học thật sự tại Đại học Harvard. Hệ thống này, tuy không công bằng với phụ nữ nhưng lại mang đến những lợi ích bất ngờ: một nửa trong số những bộ óc ưu việt của nhân loại đã không bị bỏ phí, mà phụ nữ thì luôn xác định cấu trúc vũ trụ tỉ mỉ và chính xác hơn các đồng nghiệp nam giới của họ.

Một nhân viên đo đạc khác ở Harvard, Annie Jump Cannon, đã sử dụng hiểu biết thông thường của mình về các ngôi sao để đưa ra một hệ thống phân loại sao rất thực tế mà hiện nay vẫn đang được sử dụng. So với Cannon, đóng góp của Leavitt còn to lớn hơn, bà đã phát hiện một loại sao có tên là biến quang Cepheid (được đặt theo tên chòm sao Cepheus, nơi biến quang đầu tiên được xác định). Loại sao này rung động với một nhịp đều đặn – một loại nhịp tim của các ngôi sao. Các biến quang Cepheid rất hiếm gặp, nhưng ít nhất có một ngôi sao quen thuộc với nhiều người trong chúng ta, Polaris – sao Bắc cực – chính là một biến quang Cepheid.

Cepheid đều là những ngôi sao nhiều tuổi, đã trải qua “chu kì biến quang” chính, theo cách nói của các nhà thiên văn, và chuyển sang màu đỏ. Chúng ta có lẽ không cần phải phân tích tính chất hóa học của các ngôi sao màu đỏ ở đây, (nó đòi hỏi kiến thức về tính chất của các nguyên tử hêli đơn lẻ bị ion hóa và khá nhiều điều khác nữa). Người ta đo được “nhịp tim” của các biến quang Cepheid bởi việc đốt cháy nguồn nhiên liệu còn lại khiến chúng có một chu kì tỏ- mờ nhịp nhàng và rất đáng tin cậy. Tài năng của Leavitt thể hiện ở chỗ bằng cách so sánh độ lớn tương đối của các biến quang Cepheid tại các thời điểm khác nhau trên bầu trời, bà có thể tính được vị trí tương quan của chúng. Leavitt gọi chúng là các ngọn nến tiêu chuẩn [standard candle], và thuật ngữ này hiện vẫn còn được sử dụng. Phương pháp này chỉ đo đạc khoảng cách tương đối, không phải là khoảng cách tuyệt đối, nhưng dù sao đó là lần đầu tiên người ta có thể đo lường vũ trụ trên quy mô lớn.

(Để hiểu tầm vóc của những phát hiện này, ta cần lưu ý rằng trong lúc Leavitt và Cannon suy luận ra thuộc tính cơ bản của vũ trụ chỉ từ những dấu vết tối mờ của các ngôi sao xa xôi trên các tấm ảnh, thì tại Harvard, nhà thiên văn học William H. Pickering đang chăm chú dùng những kính thiên văn tối tân trong phòng thí nghiệm của mình để phát triển một lý thuyết rất sáng tạo tuyên bố rằng những mảng tối trên sao Hỏa được tạo ra bởi những bầy côn trùng di cư theo mùa.)

Kết hợp thước đo vũ trụ Leavitt với vạch quang phổ dịch chuyển về phía màu đỏ của Vesto Slipher, Hubble bắt đầu đo các điểm mà ông lựa chọn trong không gian dưới góc nhìn mới. Năm 1923, ông phát hiện lớp sương mỏng ở chòm Andromeda, còn gọi là M31, thực chất đó không phải là một đám mây khí mà chính là một quần thể sao, một thiên hà theo đúng nghĩa của nó, với đường kính hàng trăm nghìn năm ánh sáng và cách chúng ta 900.000 năm.

Vũ trụ thật sự rất rộng lớn – lớn vô cùng – vượt quá sự tưởng tượng của bất cứ ai. Năm 1924, Hubble đã viết một bài báo mang tính bước ngoặt, “Biến quang Cepheid trong tinh vân xoắn ốc” (tinh vân − nebulae trong tiếng Latin có nghĩa là “đám mây”, cách Hubble gọi các thiên hà). Bài báo chỉ ra vũ trụ không chỉ có Dải Ngân hà, mà còn có rất nhiều thiên hà riêng biệt khác, các “đảo vũ tru”. Nhiều thiên hà thậm chí lớn hơn Dải Ngân hà của chúng ta và cách chúng ta cực kỳ xa.

Chỉ riêng phát hiện về sự rộng lớn của vũ trụ đã khiến Hubble nổi tiếng, tuy nhiên những việc ông tiếp tục làm còn ấn tượng hơn. Hubble bắt đầu đo quang phổ của các thiên hà – việc mà Slipher đã làm ở Arizona – bằng kính thiên văn Hooker 100in đặt ở núi Wilton với những phép suy luận thông minh. Năm 1930, ông đã phát hiện được rằng tất cả các thiên hà có thể quan sát trên bầu trời (trừ thiên hà mà chúng ta đang sống) đều đang di chuyển ra xa. Hơn nữa, tốc độ của chúng tỉ lệ thuận với khoảng cách, tức là các thiên hà càng xa thì di chuyển càng nhanh.

Điều này thật đáng ngạc nhiên. Vũ trụ đang giãn nở, nhanh chóng và về mọi hướng. Ta không cần đến một trí tưởng tượng phong phú để đi đến kết luận này, cũng như nhận ra rằng nó rõ ràng phải có một điểm bắt đầu. Thay vì tĩnh tại và bất biến như người ta giả định, vũ trụ có một điểm bắt đầu, và có thể cũng có một điểm kết thúc.

Điều lạ lùng, theo Stephen Hawking, là trước đó không ai nghĩ đến việc vũ trụ đang lớn dần. Một vũ trụ tĩnh tại được thừa nhận bởi Newton và các nhà thiên văn học, rõ ràng đang sụp đổ. Một vấn đề khác là nếu các ngôi sao cứ cháy liên tục trong một vũ trụ vĩnh hằng, thì rõ ràng sức nóng mà chúng tạo ra sẽ trở nên quá sức chịu đựng. Một vũ trụ lớn dần lên đã giải quyết được phần lớn vấn đề này.

Tuy là một nhà quan sát cừ khôi, nhưng Hubble lại không hề nghĩ đến việc nâng tầm quan trọng cho những phát hiện của mình. Một phần là do ông chưa biết đến thuyết tương đối rộng của Einstein dù khi đó nó đã nổi tiếng trên toàn thế giới. Hơn nữa, vào năm 1929, khi nhà khoa học cao quý Albert Michelson, tuy tuổi đã cao nhưng vẫn là một nhà khoa học uy tín hàng đầu, chấp nhận làm việc tại Đài Quan sát núi Wilton với chiếc giao thoa kế đáng tin cậy, chắc chắn đã phải đề cập với Hubble về khả năng ứng dụng lý thuyết của Einstein vào các phát hiện của ông.

Nhưng tóm lại, Hubble vẫn không biết nắm lấy cơ hội, mà lại để nó rơi vào tay một linh mục, học giả người Bỉ (người đã từng lấy bằng tiến sĩ từ MIT) là Georges Lemaître. Ông đã kết hợp chúng trong “thuyết pháo hoa” của mình, cho rằng vũ trụ bắt đầu như một điểm hình học, một “nguyên tử tiên khởi” và phát triển đến tận bây giờ. Nó cũng tương tự thuyết Big Bang ngày nay, nhưng ra đời sớm hơn và cần thêm một số thuyết bổ trợ khác. Thế giới sẽ còn phải trải qua vài thập kỷ, cộng thêm phát hiện tình cờ về bức xạ nền vũ trụ của Penzias và Wilson ở New Jersey, trước khi Big Bang từ một ý tưởng được nâng tầm thành một học thuyết.

Cả Hubble và Einstein đều không có mặt trong câu chuyện này nhưng không thể phủ nhận những đóng góp thầm lặng của họ.

Năm 1936, Hubble xuất bản cuốn sách có tựa đề The Realm of Nebulea [tạm dịch: Địa hạt của tinh vân], trong đó ông đã phóng đại những thành tựu của mình đôi chút. Với cuốn sách này, cuối cùng ông cũng thừa nhận có đọc qua lý thuyết của Einstein bằng cách dành bốn trong khoảng hai trăm trang sách nói về nó.

Hubble qua đời sau một cơn đột quỵ vào năm 1953 nhưng cuộc đời ông vẫn chưa hết lạ kỳ. Vì những lý do riêng tư, vợ ông kiên quyết không tổ chức đám tang và giữ bí mật chuyện bà làm gì với thi thể người chồng quá cố. Cho đến bây giờ, người ta cũng không biết thi thể của một trong những nhà thiên văn học vĩ đại nhất thế giới đang ở đâu. Để tưởng nhớ ông, người ta chỉ còn biết nhìn lên bầu trời qua chiếc kính viễn vọng Không gian Hubble, ra đời năm 1990 và vinh dự được mang tên ông.