Lý thuyết dây - 40 năm một hành trình dài ppt

© hiepkhachquay Trang 1/27

Lí thuyết dây – 40 năm, một hành trình dài

Matthew Chalmers

Trong lịch sử gần 40 năm của mình, lí thuyết dây đã tiến triển từ lí thuyết

hadron tới lí thuyết của tất cả, cho đến có khả năng là một lí thuyết của chẳng cái

gì cả. Thật vậy, lí thuyết dây hiện đại không còn là lí thuyết dây nữa, mà là một

trong các đối tượng có nhiều chiều hơn gọi là các brane. Matthew Chalmers thử gỡ

rối cơ cấu lí thuyết bao la gọi là lí thuyết dây, và hé mở ra một thế giới của những ý

tưởng mang tính thiên hướng riêng, những thành công xác thực và những thách

thức làm nản lòng người – đa số chúng, có lẽ thật ngạc nhiên, lại bắt rễ từ dữ liệu

thực nghiệm.

Các vấn đề như làm sao làm lạnh một vòng nam châm siêu dẫn chu vi 27 km,

nặng 37 000 tấn xuống tới nhiệt độ 1,9 K bằng cách tải trao đổi helium lỏng không

phải là loại đối tượng mà các nhà vật lí lí thuyết thường cảm thấy thích thú. Do đó,

có lẽ thật là ngạc nhiên khi biết rằng các nhà lí thuyết dây – mới nổi tiếng vào thời

gian gần đây vì niềm tin của họ vào một lí thuyết được cho là không có liên quan gì

tới thực tế - đã bắt đầu khởi động hội nghị chính của họ trong năm nay –

Strings07 – với một bản cập nhật về những tiến bộ mới nhất được thực hiện tại Máy

Va chạm Hadron Lớn (LHC) tại CERN, cỗ máy sẽ đi vào hoạt động vào tháng 5 tới.

Tuy nhỏ, nhưng khả năng bằng chứng cho lí thuyết dây có thể xuất hiện

trong các va chạm proton-proton 14 TeV của LHC nổi bật lên trong số các thảo luận

tại cuộc hội nghị kéo dài 5 ngày đó, tổ chức ở Madrid vào cuối tháng 6 vừa qua.

Thật ra, các trao đổi rải rác với ngôn ngữ của các dữ liệu thế giới thực, các hạt và

các trường – nhất là mối quan hệ với vũ trụ học. Phải công nhận là các nhà lí thuyết

dây đã chôn vùi đi những khái niệm có tính xác thực hơn này trong mớ quy tắc toán

học nhiều chiều chỉ có những người đặc biệt quan tâm mới hiểu nổi, trong đó ẩn

chứa các thứ như “brane GUT”, “con nòng nọc”, “cổ biến dạng”. Tuy nhiên,

Strings07 hiển nhiên là một sự kiện vật lí, và không phải là sự kiện dành cho toán

học, triết học, hay có lẽ là cả thần học.

Nhưng không phải ai cũng tin rằng lí thuyết dây là vật lí thuần túy và đơn

giản. Đã có hai thập kỉ được miêu tả sinh động như một “lí thuyết của tất cả” thanh

lịch, tao nhã, mang lại một lí thuyết lượng tử của hấp dẫn và thống nhất bốn lực của

tự nhiên, lí thuyết dây đã bị đánh một cú mạnh hồi năm ngoái. Đa số sự phê bình

này có thể lần theo việc xuất bản hai cuốn sách: The Trouble With Physics của Lee

Smolin thuộc Viện Đo lường ở Canada, và Not Even Wrong của Peter Woit thuộc

đại học Columbia ở Mĩ, cho rằng lí thuyết dây, trong số những thứ khác, không

mang lại bất cứ tiên đoán nào có thể kiểm tra được. Điều này mang lại cho các nhà

biên tập báo và tạp chí một lưỡi mác sắc bén cho một số cuộc tranh luận sôi nổi, và

một số nhà phê bình sách thậm chí còn đi xa tới chỗ cho rằng lí thuyết dây không có

tính khoa học gì hơn lí thuyết sáng tạo linh hồn (xem Physics World, số tháng 2,

trang 38 – 39).

Một số phê bình đó có thể thông cảm được. Đối với đa số mọi người, bao

gồm cả nhiều nhà vật lí, lí thuyết dây không có vẻ cho chúng ta biết bất cứ thứ gì

mới về thế giới thật sự hoạt động ra làm sao mặc dù đã qua gần 40 năm tìm kiếm.

“Thật là buồn, tôi không thể tưởng tượng ra một kết quả thực nghiệm đơn giản nào

làm thỏa mãn lí thuyết dây”, Sheldon Glashow thuộc đại học Harvard nói. Ông là

© hiepkhachquay Trang 2/27

người cùng chia sẻ giải thưởng Nobel Vật lí năm 1979 cho vai trò của ông trong

việc phát triển lí thuyết điện yếu hợp nhất, lí thuyết hình thành nên lõi nhân của Mô

hình Chuẩn của nền vật lí hạt cơ bản. “Tôi bị làm cho phải tin rằng các hệ niềm tin

không thể nào bị bóp méo là không có mặt trong vương quốc khoa học”.

Lí thuyết dây nhất định là không có tiền lệ ở lượng thời gian mà một chương

trình nghiên cứu vật lí lí thuyết theo đuổi mà không đối mặt với một phép kiểm tra

thực nghiệm rõ ràng. Nhưng trong khi người ta có thể tranh cãi xem như thế là có

quá lâu hay không, thì lí thuyết dây hiện nay được nghĩ tốt nhất là một khuôn khổ lí

thuyết chứ không phải là một lí thuyết vật lí đã được trình bày rõ ràng có khả năng

đưa ra những tiên đoán nhất định. Khi xem xét ở góc độ này, lí thuyết dây giống với

lí thuyết trường lượng tử – cấu trúc kết hợp cơ học lượng tử và thuyết tương đối đặc

biệt – hơn so với Mô hình Chuẩn, một lí thuyết trường đặc biệt đã thành công phi

thường trong việc mô tả thế giới thực trong vòng 35 năm qua hay ngần ấy thời gian.

Lí thuyết dây

• Lí thuyết dây cho rằng “các hạt cơ bản” chỉ là các biểu hiện của một lớp cấu

trúc còn cơ bản hơn nữa được mô tả bằng các dây 1 chiều,

dài 10-35 m.

• Lí thuyết đó xuất hiện năm 1968 từ những nỗ lực nhằm mô tả lực mạnh,

nhưng nó sớm tiến triển thành “lí thuyết của tất cả” đầy tiềm năng có thể

thống nhất lực hấp dẫn với ba lực kia của tự nhiên.

• Lí thuyết dây là một khuôn khổ mô tả mọi tương tác cơ bản dưới dạng sức

căng dây, nhưng bức tranh tao nhã này chỉ đúng trong thế giới 10 chiều siêu

đối xứng.

• Để mô tả thế giới 4 chiều không đối xứng của chúng ta, các nhà nghiên cứu

phải tìm cách “khép kín” các chiều thêm vào và phá vỡ siêu đối xứng – đưa

đến một “địa hình” rộng lớn lên tới 10500 lời giải.

• Trái lại, một số nhà nghiên cứu đã viện dẫn đến nguyên lí mà con người tồn

tại để giải thích địa hình lí thuyết dây, nhưng những người khác vẫn giữ một

số dạng nguyên tắc lựa chọn động học.

• Kể từ năm 1995, các nhà nghiên cứu biết rằng lí thuyết dây thật sự là một lí

thuyết của các đối tượng nhiều chiều hơn gọi là các brane, chúng làm đơn

giản các mối quan hệ toán học sâu sắc gọi là tính đối ngẫu.

• Trong những trường hợp nhất định, những tính đối ngẫu này làm cho lí

thuyết dây tương đương với lí thuyết trường lượng tử và đề xuất rằng lí

thuyết dây có một dạng thức 11 chiều vô song gọi là lí thuyết M.

• Mặc dù không hề có một tiên đoán rõ ràng nào bác bỏ nó, nhưng lí thuyết

dây đã cho các nhà vật lí một sự hiểu biết sâu sắc hơn về các lỗ đen và mang

lại một công cụ phân tích cho nghiên cứu một trạng thái thái cực của vật

chất gọi là plasma quark gluon.

• Bằng chứng cho lí thuyết dây cũng có thể xuất hiện tại Máy Va chạm Hadron

Lớn ở CERN dưới dạng các hạt mới và dữ liệu vũ trụ học đang mang lại con

đường tốt hơn để kiểm tra lí thuyết dây.

• Là lí thuyết hoạt động tốt nhất của chúng ta về hấp dẫn lượng tử, lí thuyết

dây có thể giúp trả lời những câu hỏi mà không có lí thuyết nào có thể tiếp

cận được, ví dụ như bản chất của điểm kì dị Big Bang.