Bí ẩn trong sự “họa vô đơn chí”

Sợ đi làm muộn, bạn vội vàng lôi ngăn kéo nhưng không kiếm được hai chiếc tất cùng đôi. Trong nhà bếp, lát bánh mì trượt khỏi đĩa xuống sàn - đáng buồn nhất là mặt phết bơ úp xuống đất. Tới bến xe, bạn xếp ở hàng ít người nhất để cuối cùng nhận ra rằng, hàng bên cạnh đã được mua vé trong khi vị khách đứng trước bạn vẫn lúng túng xếp đặt một chuyến đi…

Đó chỉ là ngẫu nhiên hay đó là cách vận hành của vũ trụ? Có thể ngạc nhiên nhưng bạn cần làm quen với một sự thật không vui là, vũ trụ luôn chống lại con người. Quan niệm này đã được biết từ lâu, thậm chí có hẳn tên gọi là Định luật Murphy: Nếu một việc có thể diễn tiến xấu, nó sẽ diễn tiến đúng như thế. Ở một số nước phương Đông, cũng thấy quan niệm tương tự, dù cách diễn giải hơi khác: phúc bất trùng lai, họa vô đơn chí.

Trong khi hầu hết mọi người thừa nhận quy luật này thì giới khoa học thường xem đó là kết quả của “ký ức chọn lọc”, do những sự việc đáng buồn luôn ăn sâu trong tâm trí. Tuy nhiên, một số nhà khoa học, như Robert Matthews của Đại học Aston tại Birmingham (Anh), đã dùng kiến thức của nhiều ngành khoa học để khám phá và nhận thấy, nhiều ví dụ nổi tiếng của định luật Murphy là có cơ sở.

Định luật Murphy xuất hiện năm 1949, có nguồn gốc từ một nghiên cứu của không quân Mỹ về tác dụng của quá trình giảm tốc nhanh trên các phi công. Người tình nguyện bị buộc trong xe trượt tuyết gắn động cơ phản lực, và phản ứng của họ khi xe dừng đột ngột sẽ được ghi lại nhờ hệ thống điện cực gắn khít vào bộ ghế ngồi do đại úy Edward A. Murphy thiết kế. Tuy nhiên, Murphy đã không ghi được số liệu nào sau một thử nghiệm tưởng chừng không có sai sót. Thì ra, một điện cực bị mắc sai. Sai lầm hy hữu này khiến Murphy phải thốt lên: “Nếu trong nhiều cách có một cách sai - sẽ có người thực hiện cách sai đó”. Tại một cuộc họp báo, quan sát của Murphy được các kỹ sư dự án trình bày như một giả thuyết làm việc tuyệt vời trong các kỹ thuật đòi hỏi sự an toàn cao nhất.

Nhưng không phải đến Murphy người ta mới nhận ra tính bướng bỉnh của các sự biến. Nhiều phiên bản của định luật đã có từ những thế kỷ trước. Chẳng hạn, nó được nhà thơ Scotland Robert Burns phát biểu từ 1786:

“Tôi chưa từng có một mẩu bánh
Đủ dài và đủ lớn
Nhưng khi rơi xuống nền cát
Mặt phết bơ luôn rơi xuống trước”.

Vũ trụ luôn chống lại con người?

Năm 1994, xuất hiện một thông báo về hiện tượng sách rơi từ trên bàn xuống đất. Một bạn đọc tuyên bố cuốn sách nằm ngửa trên bàn khi bị trượt và rơi xuống đất sẽ luôn bị úp sấp, và thắc mắc, hiện tượng đó có gì chung với lát bánh mì phết bơ không.

Phản ứng ban đầu của giới khoa học là, khả năng sách rơi sấp hay ngửa đều như nhau và bạn không lặp lại thí nghiệm đủ nhiều để các quy luật thống kê lên tiếng. Tuy nhiên, người ta nhanh chóng nhận ra rằng, hiện tượng sách rơi khác xa sự ngẫu nhiên. Kết luận cuối cùng được đưa ra là, tốc độ quay của cuốn sách quá nhỏ để nó có thể quay trọn một vòng - điều kiện để nó có thể nằm ngửa như khi trên mặt bàn. Đó là do lực xoắn của trường hấp dẫn trái đất tác động lên các vật hàng ngày như sách, lát bánh mỳ… khá nhỏ, nên tốc độ quay không đủ nhanh.

Những nghiên cứu của Matthews dẫn tới sự ngạc nhiên thực sự: có một mối liên hệ sâu xa giữa “hành động” của lát bánh mỳ và các hằng số cơ bản của vũ trụ. Rõ ràng là mặt phết bơ của lát bánh mỳ sẽ không úp đất nếu chiếc bàn đủ cao (để lát bánh quay trọn một vòng). Nhưng tại sao bàn không đủ cao? Vì nó phải phù hợp với chiều cao con người. Vậy tại sao chúng ta lại có chiều cao đang có? Giáo sư vật lý thiên văn William H. Press của Đại học Harvard chỉ ra rằng, chúng ta là loài động vật có xương sống đứng bằng hai chân nên rất dễ ngã. Nếu quá cao, chúng ta sẽ bị chấn thương sọ não mỗi khi ngã. Và loài người sẽ diệt vong vì một nguyên nhân khá tầm thường là bị ngã! Để tránh thảm họa tuyệt chủng đó, chúng ta không được cao quá một giới hạn nào đó, và giới hạn chiều cao con người được quy định bằng độ lớn tương đối giữa các liên kết hóa học và vật lý của hộp sọ đối với lực hấp dẫn của trái đất.

Đến lượt mình, các liên kết của hộp sọ lại là kết quả của các hằng số cơ bản khác, chẳng hạn điện tích của điện tử. Mà giá trị của mười mấy hằng số cơ bản trong vũ trụ thì được cố định tại thời điểm vũ trụ bùng nổ (Big Bang) 15 tỷ năm trước. Từ các giá trị đó, Matthews tính được rằng, chiều cao cực đại của con người chỉ vào khoảng 3 mét, thấp hơn nhiều giá trị cần thiết để mặt phết bơ của lát bánh mỳ không úp xuống đất. Nói một cách khoa học, mặt phết bơ úp xuống đất vì vũ trụ “mong muốn” như vậy!

Kết luận trên được đăng trên Tạp chí vật lý châu Âu và thu hút sự chú ý đặc biệt của công chúng.

Người ta đề nghị Matthews giải thích các ví dụ khác của định luật Murphy: Tại sao thời tiết thường xấu vào ngày nghỉ, còn ôtô thường hỏng trên đường tới một cuộc họp quan trọng? Trong khi mau chóng chỉ ra rằng, đó chỉ là kết quả của “ký ức chọn lọc”, Matthews cũng thấy nhiều trường hợp khẳng định hiệu lực của định luật Murphy.

Ví dụ điển hình là Quy luật bản đồ: “Nếu địa điểm bạn tìm có thể nằm ở những vị trí không thuận lợi trên bản đồ, nó sẽ nằm ở đó”. Căn nguyên của quy luật là sự kết hợp lý thú giữa xác suất và ảo giác quang học. Hãy giả định bản đồ hình vuông, khi đó “vùng Murphy” gồm các phần nằm ở rìa và phía dưới bản đồ, nơi hệ thống đường sá dẫn tới chúng phần lớn là bất tiện.

Hình học trực quan cho thấy, nếu độ rộng vùng Murphy chỉ bằng 1/10 độ rộng tấm bản đồ thì nó đã chiếm hơn phân nửa diện tích cả bản đồ. Như vậy, một điểm bất kỳ cũng có xác suất rơi vào vùng Murphy lớn hơn 50%. Ngoài ra là ảo giác quang học: cho dù vùng Murphy khá hẹp, ranh giới của nó được kẻ trên phần lớn tấm bản đồ, khiến ta tưởng nó chiếm một diện tích lớn.

Một ví dụ khác là Quy luật xếp hàng: “Hàng bên cạnh thường kết thúc trước”. Tất nhiên nếu bạn xếp sau một gia đình đông người đi mua sắm đồ cuối năm, sẽ chẳng ngạc nhiên nếu các hàng khác kết thúc trước. Nhưng nếu bạn đứng ở một hàng cùng độ dài và thành phần như các hàng khác thì sao? Bạn có thoát khỏi sức ám ảnh kỳ lạ của quy luật Murphy hay không?

Rất đáng tiếc là không. Lấy trung bình thì mọi hàng đều kết thúc như nhau, nhưng các sự biến ngẫu nhiên luôn có thể xảy ra: máy tính tiền hỏng, người thu ngân bấm nhầm, vị khách hàng muốn kiểm tra hóa đơn… Nhưng khi xếp hàng trong siêu thị, ta không quan tâm tới các giá trị trung bình, ta chỉ muốn kết thúc sớm. Và xác suất chọn đúng hàng để xếp là 1/N, với N là tổng số hàng trong siêu thị.

Trong trường hợp này, thậm chí chỉ so sánh với hai hàng kế bên, cơ may của ta cũng chỉ là một phần ba. Nói cách khác, ta thường thua vì trong hai phần ba trường hợp, ta chọn phải hàng sai!

Xác suất và lý thuyết tổ hợp giữ vai trò chìa khóa trong một quy luật Murphy khác: “Nếu tất có thể không cùng đôi, nó sẽ không cùng đôi”. Nếu ban đầu bạn có 10 đôi tất, sau một thời gian bạn mất một nửa, thì khả năng bạn có một ngăn kéo toàn tất cọc cạch nhiều gấp 4 lần khả năng bạn có hai chiếc cùng đôi. Chính vì vậy, khó tìm được một đôi tất hoàn chỉnh trong lúc vội đi làm là lẽ đương nhiên.

Lý thuyết xác suất cũng giải thích được Quy luật mang ô: “Mang ô khi có dự báo mưa khiến mưa ít xảy ra”. Với khả năng dự báo thời tiết đạt tới độ chính xác 80%, dường như việc mang ô theo lời khuyên của nha khí tượng sẽ đúng 4 trong số 5 trường hợp. Thế nhưng, lập luận có vẻ chính xác này lại tỏ ra không thích hợp với vùng hiếm mưa. Ở những nơi đó, 80% các dự báo mưa lại có kết quả là trời không mưa. Vì thế mà có chuyện vui về bà vợ vị giám đốc nha khí tượng với chiếc áo mưa luôn luôn mới (vì chẳng khi nào dùng): bà mang áo mưa khi chồng báo mưa (mà trời lại nắng) và để áo mưa ở nhà mỗi khi trời mưa!

Để quyết định có mang ô hay không, cần tính đến xác suất có mưa trong khoảng thời gian bạn đi đường (chẳng hạn 1 giờ đồng hồ). Nó có giá trị đủ nhỏ trên toàn thế giới. Ví dụ xác suất mưa là 0,1 có nghĩa là khả năng bạn không dính mưa lớn gấp 10 lần khả năng dính mưa. Trong trường hợp ấy, lý thuyết xác suất chỉ ra rằng, ngay cả tỷ lệ dự báo mưa chính xác tới 80%, thì khả năng mắc sai lầm của dự báo cũng nhiều gấp hai lần khả năng không mắc, khiến việc mang ô của bạn trở nên vô ích. Bản chất của vấn đề nằm ở chỗ, khả năng dự báo cao cũng chưa đủ để tiên lượng các sự biến ít xảy ra.

Đại úy Murphy có thể không hài lòng vì xu hướng tầm thường hóa các nguyên lý rất có giá trị của ông trong các kỹ thuật đòi hỏi sự an toàn tối cao. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học cho rằng, các phiên bản "bình dân" của quy luật này không hề thiếu sức sống và tiện ích. Bài học quan trọng nhất từ Định luật Murphy là các hiện tượng tầm thường chưa chắc đã có cách giải thích tầm thường.