Giai điệu dây và bản giao hưởng vũ trụ trịnh xuân thuận

PhysicsVN Community Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ Mục lục Lời nói đầu Phần I : Ở biên giới tri thức Chương I Được kết nối dây Ba xung đột Vũ trụ kính lúp: biết vật chất Các lực hay chất photon Lý thuyết dây: ý tưởng Lý thuyết dây – lý thuyết tất cả? Hiện trạng lý thuyết dây Phần II - Không gian, thời gian lượng tử Chương Không gian, thời gian người quan sát Trực giác sai lầm Vận tốc ánh sáng Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Chương Uốn cong lượn sóng Gia tốc cong không gian thời gian ABC thuyết tương đối rộng Một vài cảnh báo Giải xung đột Lại nói cong thời gian Kiểm chứng thực nghiệm thuyết tương đối rộng Các lỗ đen, Big Bang giãn nở không gian Điểm trung tâm lỗ đen Thuyết tương đối rộng có khơng ? Chương Những điều kỳ lạ giới vi mô Những điều kỳ lạ giới vi mô Khuôn khổ lượng tử Trong bếp nóng Tạo “bó” nhỏ buổi bình minh kỷ XX Các “gói” lượng ? Vậy rốt ánh sáng sóng hạt ? Các hạt vật chất sóng Nhưng sóng tạo ? Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Quan điểm Feynman Tính kỳ lạ lượng tử Chương Mâu thuẫn thuyết tương đối rộng học lượng tử: tiến tới lý thuyết Mâu thuẫn thuyết tương đối rộng học lượng tử: tiến tới lý thuyết Trái tim học lượng tử Lý thuyết trường lượng tử Những hạt truyền tương tác Đối xứng chuẩn Thuyết tương đối rộng học lượng tử Chương Khơng có khác ngồi âm nhạc - sở lý thuyết siêu dây Lược sử lý thuyết dây Lại nói nguyên tử người Hi Lạp Khơng có khác ngồi âm nhạc - sở lý thuyết siêu dây Âm nhạc lý thuyết dây Ba hệ dây có độ căng cực lớn Hấp dẫn học lượng tử lý thuyết dây Câu trả lời thô Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Một trò ảo thuật Câu trả lời xác Thế ngồi dây cáp ra? Phần III - Bản giao hưởng vũ trụ Chương Cái "siêu" siêu dây Bản chất định luật vật lý Spin Siêu đối xứng siêu hạt Những chứng ủng hộ siêu đối xứng trước lý thuyết dây Siêu đối xứng lý thuyết dây Siêu bối rối trước lựa chọn Chương Các chiều ẩn giấu Ảo giác thói quen Ý tưởng Kaluza hoàn thiện Klein Tới lui ống dẫn nước Sự thống chiều cao Lý thuyết Kaluza - Klein đại Nhiều chiều lý thuyết dây Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Một số câu hỏi Những hệ vật lý chiều phụ Hình dạng hình học chiều phụ Chương Bằng chứng đích thực : Những đặc trưng khẳng định thực nghiệm Giữa hai đạn Con đường tới thực nghiệm Vét hết khả Các siêu hạt Các hạt có điện tích phân số Một số khả chắn Một đánh giá Phần IV - Lý thuyết dây cấu trúc khơng thời gian Chương 10 Hình học lượng tử Những điểm cốt lõi hình học Riemann Một sân chơi vũ trụ học Điểm Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Vật lý hạt dây quấn quanh Phổ trạng thái dây * Một tranh luận Ba câu hỏi Hai khái niệm có liên quan khoảng cách lý thuyết dây Kích thước cực tiểu Kết luận tổng quát tới mức Đối xứng gương Vật lý toán học đối xứng gương Chương 11 Sự xé rách cấu trúc không gian Một khả quyến rũ Quan điểm đối xứng gương Dò dẫm bước Một lược đời Những đêm dài mảnh đất in dấu bước chân cuối Einstein Ngày nghỉ cuối tuần, công việc két bia Thời điểm định Phương pháp Witten Những hệ Chương 12 Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Cuộc tìm kiếm lý thuyết – M Cuộc tìm kiếm lý thuyết - M Khái lược cách mạng siêu dây lần thứ hai Một phương pháp gần Một ví dụ kinh điển lý thuyết nhiễu loạn Gần có thật gần khơng? Các phương trình lý thuyết dây Sức mạnh đối xứng Tính đối ngẫu lý thuyết dây Tổng kết điều biết Siêu hấp dẫn Những bước chập chững lý thuyết - M Lý thuyết - M mạng lưới mối quan hệ Bức tranh tổng thể Một số đặc điểm lý thuyết - M: Nền dân chủ mở rộng Vậy có giúp ta giải vấn đề tồn đọng lý thuyết dây hay không? Chương 13 Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết M Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M Lỗ đen hạt sơ cấp Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Lý thuyết dây có cho phép tiến lên hay không? Chương 14 L ý thuyết dây vũ trụ Từ thời gian Planck tới phần trăm giây sau Big Bang Một câu đố hóc búa vũ trụ học Sự lạm phát Vũ trụ học lý thuyết dây Ngay ban đầu có cục với kích thước Planck Tại lại ba? Vũ trụ học khơng gian Calabi-Yau Thế cịn trước lúc bắt đầu Lý thuyết - M thống bốn lực Những tư biện vũ trụ học lý thuyết tối hậu Phần V - Sự thống kỷ XXI Chương 15 Triển vọng Nguyên lý lý thuyết dây gì? Khơng gian thời gian thực làm khơng có khơng gian thời gian? Liệu lý thuyết dây có địi hỏi phải xây dựng lại học lượng tử hay không? Liệu lý thuyết dây kiểm chứng thực nghiệm không? Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Liệu có giới hạn cho giải thích hay khơng ? Phần cuối Vươn tới ************************************************************* Lời giới thiệu Cơ học lượng tử, lý thuyết vô bé, xây dựng năm 1910-1930 nhúm người lãng mạn Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Edwin Schrodinger, Wolfgang Pauli Louis de Broglie, giải thích cách tuyệt vời hành trạng hạt sơ cấp nguyên tử tương tác chúng với ánh sáng Chính nhờ học lượng tử mà có công cụ kỳ diệu máy thu thanh, TV, dàn stereo, điện thoại, máy fax, máy tính Internet, cơng cụ làm cho sống trở nên thú vị liên kết với Thuyết tương đối lý thuyết vơ lớn: sinh từ trực giác thiên tài “chuyên viên kỹ thuật hạng ba” chẳng biết tới có tên Albert Einstein thuộc phòng đăng ký sáng chế phát minh Bern (Thuỵ Sĩ) lý thuyết đưa ông lên đỉnh vinh quang Với thuyết tương đối hẹp công bố năm 1905, Einstein thống thời gian không gian nhờ xem xét lại tính phổ quát chúng: thời gian nhà du hành với vận tốc không đổi gần vận tốc ánh sáng bị giãn khơng gian lại bị co lại so với thời gian khơng gian người đứng yên Đồng thời, Einstein thiết lập tương đương khối lượng lượng, cho phép ta giải thích lị lửa ngơi sao: chúng biến phần khối lượng chúng thành lượng và, than ơi, dẫn tới bom Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community nguyên tử gây chết chóc tàn phá hai thành phố Nhật Bản Hiroshima Nagasaki Với thuyết tương đối rộng công bố năm 1915, Einstein chứng minh trường hấp dẫn mạnh, trường gần lỗ đen (lỗ thành, chẳng hạn co lại dùng hết lượng dự trữ nó) khơng làm cho thời gian giãn mà cịn làm cong khơng gian Đồng thời, phương trình thuyết tương đối rộng nói Vũ trụ giãn nở co lại, tĩnh tại, hệt bóng tung lên khơng bay lên cao rơi xuống treo lơ lửng khơng khí Vì thời người ta nghĩ Vũ trụ tĩnh, nên Einstein buộc phải đưa vào lực phản hấp dẫn để bù trừ cho lực hấp dẫn hút Vũ trụ nhằm làm cho trở nên dừng Sau này, vào năm 1929, nhà thiên văn Mỹ Edwin Hubble phát Vũ trụ giãn nở, Einstein phải tuyên bố “đó sai lầm lớn đời ông” Hai lý thuyết vĩ đại nhiều lần kiểm chứng qua phép đo quan sát, đồng thời chúng hoạt động tốt chừng chúng tách rời giới hạn địa hạt riêng Cơ học lượng tử mơ tả xác hành trạng ngun tử ánh sáng mà hai lực hạt nhân mạnh yếu với lực điện từ dẫn dắt vũ điệu cịn lực hấp dẫn nhỏ khơng đáng kể Thuyết tương đối giải thích tốt chất hấp dẫn thang cực lớn Vũ trụ, thiên hà, hành tinh, mà lực chiếm ưu lực hạt nhân lực điện từ khơng cịn đóng vai trị hàng đầu Nhưng vật lý học biết lại hụt hết phương tiện lực hấp dẫn, vốn nhỏ không đáng kể thang hội nguyên tử, lại trở nên đáng kể ba lực Mà điều lại xác xảy khoảnh khắc Vũ trụ Ngày hôm nay, người ta nghĩ khoảng 15 tỷ năm trước, vụ nổ cực mạnh – tức Big Bang - sinh Vũ trụ, khơng gian thời gian Từ đó, diễn q trình thăng tiến, khơng phút ngơi, đường phức tạp hóa Xuất phát từ chân không nội nguyên tử, Vũ trụ giãn nở khơng ngừng phình to nở Các quark electron, proton notron, nguyên tử, thiên hà tạo thành Vậy thảm vũ trụ bao la dệt nên, bao gồm tới hàng trăm tỷ thiên hà, thiên hà lại bao gồm hàng trăm Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 10 PhysicsVN Community thời gian thành phần vĩnh cửu không thay đổi kết cấu vũ trụ, cấu trúc nguyên thủy nằm chất vấn giải thích Như ơng viết "Những nguyên lý": "Không gian tuyệt đối, chất nó, khơng có quan hệ với thứ bên ngồi, không thay đổi Thời gian tuyệt đối, thực tốn học, tự thân chất riêng nó, trơi cách hiền hịa khơng có dính líu đến vật bên ngồi" Gottfried Leibniz nhiều người khác lại phản đối kịch liệt, họ khẳng định không gian thời gian đơn giản cơng cụ "kế tốn" thuận tiện cho việc tóm lược quan hệ vật chất kiện vũ trụ mà thơi Vị trí vật không gian thời gian có ý nghĩa so sánh với vật khác Khơng gian thời gian "từ điển" mối quan hệ đó, khơng Mặc dù quan điểm Newton với hỗ trợ ba định luật chuyển động thực nghiệm kiểm chứng thành công ngự trị suốt hai trăm năm, quan điểm Leibniz với phát triển sau nhà vật lý người áo Ernst Mach, gần gũi nhiều với quan niệm ngày hôm Như thấy, thuyết tương đối hẹp thuyết tương đối rộng kiên vứt bỏ khái niệm không gian thời gian tuyệt đối phổ quát Nhưng tự hỏi mơ hình hình học khơng - thời gian - mơ hình đóng vai trị quan trọng thuyết tương đối rộng lý thuyết dây - phải cách "viết tắt" thuận tiện cho quan hệ không gian thời gian, liên tưởng đến chìm ngập cấu trúc không - thời gian, thấy thực nhúng đó? Mặc dù dấn thân vào mảnh đất tư biện, lý thuyết dây đưa giải đáp cho câu hỏi Graviton, bó nhỏ lực hấp dẫn, mode dao động cụ thể dây Và tựa sóng điện từ (như ánh sáng thấy được, chẳng hạn) gồm số lớn photon, trường hấp dẫn gồm số lớn graviton - tức gồm số lớn dây thực mode dao động graviton Đến lượt mình, trường hấp dẫn lại thể cong cấu trúc khơng - thời gian dẫn tới chỗ đồng thân cấu trúc không - thời gian với số khổng lồ dây thực mode dao động Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 372 PhysicsVN Community graviton Nói theo ngơn ngữ lý thuyết trường, tập hợp có tổ chức số lớn dây dao động tương tự gọi trạng thái kết hợp dây Đây hình ảnh thơ mộng: dây lý thuyết dây giống sợi dệt nên cấu trúc không - thời gian Song, cần lưu ý rằng, ý nghĩa hình ảnh cịn phải xác hóa cách chặt chẽ Tuy nhiên, mô tả cấu trúc không - thời gian dạng dệt nên dây lại dẫn tới câu hỏi sau Một vải thông thường sản phẩm cuối dày công dệt nên từ sợi riêng rẽ nguyên liệu đa số sản phẩm dệt Tương tự vậy, tự hỏi liệu có ngun liệu thơ có trước cho vải (cấu trúc) khơng thời gian - cấu hình dao động dây cấu trúc vũ trụ, dây cịn chưa tổ chức thành dạng cụ thể mà ta đồng với không - thời gian hay không? Cũng cần lưu ý việc hình dung trạng thái mớ hổ lốn dây riêng rẽ dao động chưa gắn kết với thành tổng thể có trật tự, có điều khơng thật xác, theo cách nghĩ thơng thường chúng ta, điều xem khái niệm không gian thời gian phải có trước đó: có khơng gian mà dây dao động có diễn tiến thời gian cho phép theo dõi thay đổi hình dạng dây từ thời điểm sang thời điểm khác Nhưng trạng thái nguyên liệu thô, tức trước dây dệt nên vải cấu trúc vũ trụ bước vào vũ điệu dao động kết hợp có trật tự mà thảo luận, lại chưa tồn không gian lẫn thời gian Thậm chí ngơn ngữ chưa đủ độ tinh vi để diễn đạt ý tưởng đó, vì, thực tế, khái niệm trước cịn chưa có Theo ý nghĩa đấy, dường dây "những mảnh nhỏ" không gian, thời gian chúng thực dao động kết hợp làm cho khái niệm thông thường không gian thời gian xuất Việc hình dung trạng thái tồn nguyên thủy khơng có cấu trúc thế, cịn chưa có khái niệm khơng gian thời gian biết, đẩy khả hiểu phần lớn (trong có tơi) tới giới hạn Giống câu chuyện chọc cười danh hài Stephen Wright nhà nhiếp ảnh bị ám ảnh khát vọng chụp cận cảnh đường chân trời, Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 373 PhysicsVN Community vấp phải đụng độ hình mẫu thử hình dung vũ trụ tồn mà không cần viện đến khái niệm không gian thời gian Tuy nhiên, để đánh giá cách đầy đủ lý thuyết dây, cần phải đề cập tới ý tưởng hiểu thực chúng trước Lý chỗ, cách phát biểu lý thuyết dây giả thiết trước tồn không gian thời gian, dây (và thành phần sơ cấp khác phát lý thuyết - M) chuyển động dao động Điều cho phép rút tính chất vật lý lý thuyết dây vũ trụ với chiều thời gian, số chiều có quảng tính lớn (thường lấy 3) số chiều phụ cuộn lại thành không gian Calabi-Yau phương trình lý thuyết quy định Điều na ná việc đánh giá tài sáng tạo họa sĩ cách đòi hỏi phải làm việc với tranh tô màu theo trình tự đánh số Chắc chắn thể sáng tạo cá nhân chỗ chỗ kia, khn khổ làm việc bị hạn chế ngặt nghèo, nên làm che lấp tất trừ vài thể nhỏ nhoi tài Vì chiến cơng lý thuyết dây hợp cách tự nhiên học lượng tử với lực hấp dẫn hấp dẫn lại gắn liền với dạng không gian thời gian, nên khơng hạn chế buộc phải vận hành bên khuôn khổ không - thời gian có sẵn Thay thế, ta lý thuyết dây tự sáng tạo không - thời gian riêng xuất phát từ cấu hình khơng có khơng gian chẳng có thời gian, tựa ta họa sĩ làm việc với voan trắng tinh Hy vọng từ điểm xuất phát cịn trắng - điều xảy trước Big Bang hay tiền Big Bang (nếu dùng thuật ngữ thời gian, khơng có khn khổ ngôn ngữ khác) - lý thuyết mô tả vũ trụ tiến hóa đến dạng tự động xuất (phơng) dao động kết hợp dây, từ sinh khái niệm không gian thời gian thông thường Một khuôn khổ vậy, thực cho thấy khơng gian, thời gian chiều gắn với chúng yếu tố định vũ trụ Mà thực ra, chúng khái niệm thuận tiện xuất từ trạng thái nguyên thủy Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 374 PhysicsVN Community Những nghiên cứu khía cạnh lý thuyết - M người tiên phong Stephen Shenker, Edward Witten, Tom Banks, Willy Fischer, Leonard Susskind nhiều tên tuổi khác kể hết đây, chứng tỏ zêrô - brane thành phần lý thuyết - M cho nhìn tổng thể vương quốc khơng có thời gian khơng có khơng gian Đây đối tượng giống hạt điểm khoảng cách lớn, lại có tính chất khác khoảng cách nhỏ Các cơng trình họ phát dây cho thấy khái niệm không gian thời gian thơng thường khơng cịn ý nghĩa chiều dài Planck, zêrơ - brane cho kết luận thế, cịn cung cấp cho cửa sổ bé xíu nhìn sang khn khổ thay thế, khuôn khổ mẻ khác thường Những nghiên cứu với zêrô - brane hình học thơng thường thay hình học khác có tên hình học khơng giao hốn, lĩnh vực toán học chủ yếu nhà toán học người Pháp Alain Connes phát triển [3] Trong hình học này, khái niệm thơng thường không gian khoảng cách điểm tan biến, để lại cho quang cảnh khái niệm hoàn toàn khác Tuy nhiên, tập trung ý tới thang lớn chiều dài Planck, nhà vật lý chứng minh khái niệm không gian thông thường lại "tái xuất giang hồ" Rất khn khổ hình học khơng giao hốn bước đầu tiến tới trạng thái trắng nguyên thủy mà nói trên, cho ý niệm công cụ mà khuôn khổ đầy đủ để bao hàm không gian thời gian cần đến Tìm cơng cụ toán học để xây dựng lý thuyết dây mà không cần viện đến tồn trước khơng gian thời gian, nói, nhiệm vụ quan trọng nhà lý thuyết dây Hiểu không gian thời gian xuất đưa tiến bước xa tới gần câu trả lời cho câu hỏi quan trọng, dạng hình học thực xuất Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 375 PhysicsVN Community [3] Nếu bạn làm quen với đại số tuyến tính, cách đơn giản thỏa đáng để hình dung hình học khơng giao hốn bạn thay tọa độ Descartes thơng thường vốn có tính giao hốn phép nhân ma trận vốn khơng có tính chất Vũ trụ chi phối nguyên lý học lượng tử với độ xác khơng thể tưởng tượng Ngay nữa, lý thuyết hình thành nửa kỷ qua, nhà vật lý theo chiến lược, nói mặt cấu trúc, họ đặt học lượng tử gần vị trí thứ hai Liệu lý thuyết dây có địi hỏi phải xây dựng lại học lượng tử hay không? Vũ trụ chi phối nguyên lý học lượng tử với độ xác khơng thể tưởng tượng Ngay nữa, lý thuyết hình thành nửa kỷ qua, nhà vật lý theo chiến lược, nói mặt cấu trúc, họ đặt học lượng tử gần vị trí thứ hai Khi xây dựng lý thuyết này, nhà vật lý thường xuất phát từ ngôn ngữ túy cổ điển, khơng đả động đến xác suất lượng tử, hàm sóng , ngơn ngữ mà nhà vật lý thời Maxell, chí thời Newton hiểu được, sau phủ lên khn khổ cổ điển khái niệm lượng tử Cách tiếp cận khơng có đáng ngạc nhiên lắm, trực tiếp phản ánh kinh nghiệm Thoạt nhìn, vũ trụ dường chi phối định luật bắt nguồn từ khái niệm cổ điển, chẳng hạn hạt có vị trí vận tốc đồng thời xác định thời điểm Chỉ sau xem xét kỹ lưỡng mặt vi mô, thấy cần phải thay đổi khái niệm cổ điển Như vậy, tiến trình phát minh từ khn khổ cổ điển đến khuôn khổ thay đổi nhờ phát lượng tử Cho tới ngày hôm nay, cách thức mà nhà vật lý xây dựng lý thuyết họ mang dáng dấp tiến trình Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 376 PhysicsVN Community Lý thuyết dây khơng phải ngoại lệ Hình thức luận mơ tả lý thuyết dây phương trình mô tả chuyển động sợi dây cổ điển vơ mảnh - phương trình mà, đại thể, cách ba trăm năm Newton viết Sau phương trình lượng tử hóa Tức là, phương trình cổ điển biến thành khuôn khổ học lượng tử theo thủ tục hệ thống nhà vật lý phát triển năm mươi năm qua, xác suất, tính bất định thăng giáng lượng tử v.v trực tiếp đưa vào Thực tế, chương 12 thấy thủ tục vận dụng nào: q trình có vịng (xem hình 12.6) đưa vào hiệu ứng lượng tử - trường hợp xét tạo thành tức thời cặp dây ảo - với số lượng vịng định độ xác mà hiệu ứng tính đến Trong nhiều năm, chiến lược mô tả cổ điển sau tính đến đặc trưng học lượng tử tỏ hiệu Ví dụ, mơ hình chuẩn vật lý hạt theo chiến lược Nhưng - ngày có nhiều chứng cho thấy - phương pháp bảo thủ lý thuyết có tầm vóc lớn lý thuyết dây lý thuyết - M Lý chỗ: thấy vũ trụ chi phối nguyên lý học lượng tử, lý thuyết phải dựa học lượng tử từ đầu Sở dĩ tận hôm thành công với quan điểm cổ điển cịn chưa khám phá vũ trụ tới độ sâu đủ để thấy giới hạn cách tiếp cận Nhưng với độ sâu lý thuyết dây /lý thuyết - M, có lẽ tới điểm giới hạn chiến lược thử thách qua nhiều trận mạc Chúng ta tìm chứng cụ thể cho điều vừa nói cách xem xét lại số phát minh xuất từ cách mạng siêu dây lần thứ hai (như tổng kết hình 12.11, chẳng hạn) Như thảo luận chương 12, đối ngẫu - tảng để thống năm lý thuyết dây cho thấy trình vật lý xảy lý thuyết dây giải thích lại theo ngơn ngữ đối ngẫu bốn lý thuyết cịn lại Sự giải thích lại nhìn dính dáng đến lý thuyết ban đầu, thực tế sức mạnh tính đối ngẫu: nhờ có tính đối ngẫu mà q trình vật lý mơ tả theo nhiều cách Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 377 PhysicsVN Community khác Những kết vừa tinh tế vừa tuyệt vời, cịn chưa nhắc tới đặc trưng có lẽ quan trọng Nhưng phép biến đổi đối ngẫu thường xuất phát từ q trình mơ tả số năm lý thuyết dây trình phụ thuộc mạnh vào học lượng tử (ví dụ q trình liên quan với tương tác dây, mà khơng xảy giới chi phối vật lý cổ điển) giải thích lại q trình trình phụ thuộc yếu vào học lượng tử theo quan điểm bốn lý thuyết dây cịn lại (ví dụ, q trình có tính chất chi tiết số chịu ảnh hưởng khảo sát lượng tử, dạng định tính lại giống với dạng mà có giới túy cổ điển) Điều có nghĩa học lượng tử đan bện cách hoàn hảo bên đối xứng đối ngẫu - sở lý thuyết dây/lý thuyết - M Đây đối xứng học lượng tử cố hữu, số mơ tả đối ngẫu chịu ảnh hưởng mạnh khảo sát lượng tử Điều việc xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết dây/lý thuyết - M, bao hàm đối xứng đối ngẫu mức bản, quan điểm cổ điển sau tiến hành lượng tử hóa khn mẫu truyền thống Điểm xuất phát cổ điển thiết bỏ sót đối xứng đối ngẫu, đối xứng học lượng tử tính đến Trái lại, việc xây dựng hồn chỉnh lý thuyết dây/lý thuyết - M phải phá vỡ khuôn mẫu truyền thống cho đời lý thuyết hoàn toàn lượng tử Hiện nay, chưa biết làm điều Nhưng nhiều nhà lý thuyết dây thấy trước việc thiết lập lại cách thức đưa nguyên lý học lượng tử vào mô tả lý thuyết vũ trụ đảo lộn quan trọng tiếp sau hiểu biết Ví dụ, Vafa nói: "Tơi nghĩ khơng xa thiết lập lại học lượng tử điều giúp giải nhiều vấn đề hóc búa Tơi nghĩ có nhiều người chia sẻ với tơi ý kiến cho đối ngẫu phát gần hướng tới khuôn khổ mới, hình học cho học lượng tử, khơng gian, thời gian tính chất lượng tử gắn kết chặt chẽ với nhau" [1] Và theo Witten: "Tôi tim rằng, địa vị mặt lôgic lực hấp dẫn thay đổi Einstein phát ngun lý tương đương Q trình cịn xa hoàn tất Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 378 PhysicsVN Community học lượng tử, tơi nghĩ rằng, lồi người ngày nhìn lại thời đại giai đoạn khởi đầu q trình đó" [2] Với tinh thần lạc quan mực, thấy việc xếp lại nguyên lý học lượng tử bên lý thuyết dây mang lại cho hình thức luận mạnh mẽ hơn, có khả trả lời câu hỏi như: Vũ trụ bắt đầu nào, lại có khơng gian thời gian - hình thức luận đưa tiến bước lớn tới gần câu trả lời cho câu hỏi Leibniz: có cịn khơng có hết [1] Phỏng vấn Cumrun Vafa, ngày 12 tháng năm 1998 [2] Phỏng vấn Edward Witten, ngày 11 tháng năm 1998 Trong số nhiều đặc trưng lý thuyết dây mà thảo luận chương trước, ba đặc trưng sau có lẽ quan trọng mà cần phải ghi nhớ kỹ đầu Liệu lý thuyết dây kiểm chứng thực nghiệm không? Trong số nhiều đặc trưng lý thuyết dây mà thảo luận chương trước, ba đặc trưng sau có lẽ quan trọng mà cần phải ghi nhớ kỹ đầu Thứ nhất, lực hấp dẫn học lượng tử phận hợp thành máy vũ trụ lý thuyết thống phải bao hàm hai thứ Lý thuyết dây thực điều Thứ hai, nghiên cứu nhà vật lý tiến hành suốt Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 379 PhysicsVN Community kỷ qua phát rằng, cịn có nhiều ý tưởng then chốt khác - số có nhiều ý tưởng kiểm chứng thực nghiệm - dường lại có tầm quan trọng trung tâm tìm hiểu vũ trụ Đó khái niệm spin, cấu trúc thành họ hạt vật chất, hạt truyền tương tác, đối xứng chuẩn, nguyên lý tương đương, phá vỡ đối xứng, siêu đối xứng nhiều khái niệm nêu hết Tất khái niệm xuất cách tự nhiên từ lý thuyết dây Thứ ba, khác với nhiều lý thuyết truyền thống, mơ hình chuẩn chẳng hạn mơ hình có tới 19 tham số tự mà người ta hiệu chỉnh để đạt phù hợp lý thuyết với thực nghiệm - lý thuyết dây khơng có tham số để hiệu chỉnh hết Về nguyên tắc, hệ lý thuyết xác định, chúng cho ta kiểm chứng rõ ràng lý thuyết hay sai Con đường từ lý luận nguyên tắc đến thực tiễn cịn chơng gai Trong chương mô tả số trở ngại mặt kỹ thuật, việc xác định dạng chiều phụ vật cản đường Trong chương 12 13, đặt trở ngại với trở ngại khác bối cảnh rộng lớn cần thiết phải có hiểu biết xác lý thuyết dây điều này, thấy, dẫn cách tự nhiên tới khảo sát lý thuyết M Chắc chắn, để có hiểu biết đầy đủ lý thuyết dây/lý thuyết - M, đòi hỏi phải có nỗ lực to lớn sức sáng tạo to lớn không Ở giai đoạn tiến triển mình, nhà lý thuyết cịn tiếp tục tìm kiếm hệ lý thuyết quan sát thực nghiệm Chúng ta đừng quên khả táo bạo mà thảo luận chương Hơn nữa, có hiểu biết sâu hơn, trình đặc trưng hoi khác lý thuyết dây gợi ý cho khả kiểm chứng gián tiếp khác thực nghiệm Nhưng đáng lưu ý nhất, khẳng định siêu đối xứng thông qua việc phát siêu hạt thảo luận chương cột mốc Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 380 PhysicsVN Community quan trọng lý thuyết dây Hãy nhớ lại rằng, siêu đối xứng phát trình nghiên cứu lý thuyết dây phần trung tâm lý thuyết Sự khẳng định thực nghiệm đối xứng phần chứng có sức thuyết phục, gián tiếp, chứng tỏ đắn lý thuyết dây Ngoài ra, phát siêu hạt mở đường tới thách thức chào đón nồng nhiệt hơn, khẳng định siêu đối xứng dẫn đến hệ xa nhiều trả lời đơn cho câu hỏi đối xứng có quan hệ với giới hay khơng Khối lượng tích lực siêu hạt làm lộ cách thức chi tiết mà siêu đối xứng bao hàm định luật tự nhiên Khi đó, nhà lý thuyết phải đối mặt với thách thức phải xem thực làm giải thích cách đầy đủ lý thuyết dây hay khơng Tất nhiên, cịn lạc quan hy vọng mười năm tới, trước Máy va chạm Hadron Lớn (LHC) Geneva đưa vào hoạt động, hiểu biết lý thuyết dây có tiến đủ để đưa tiên đoán chi tiết siêu hạt trước phát chúng thực nghiệm Sự khẳng định tiên đoán thời điểm trọng đại lịch sử khoa học Có thể, phải chấp nhận sau đạt tới trình độ hiểu biết sâu đạt được, cịn có khía cạnh vũ trụ khơng thể giải thích Liệu có giới hạn cho giải thích hay khơng ? Giải thích tất cả, chí theo nghĩa hạn chế hiểu tất phương diện lực thành phần sơ cấp vũ trụ, số thách thức vĩ đại mà khoa học phải đối mặt Và lý thuyết dây lý thuyết cho khuôn khổ dường đủ để đáp ứng thách thức Nhưng liệu có thực trọn vẹn lời hứa hẹn lý thuyết chẳng hạn tính khối lượng quark cường độ lực điện từ - số có ảnh hưởng định đến vũ trụ hay không? Như nói mục trước, Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 381 PhysicsVN Community đường tiến tới mục tiêu đó, cịn phải vượt qua nhiều trở ngại mặt lý thuyết mà bật việc xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết dây/lý thuyết - M phi nhiễu loạn Nhưng có hiểu biết xác lý thuyết dây /lý thuyết - M dựa khuôn khổ sáng nhiều học lượng tử nữa, phải khơng thể tính khối lượng hạt cường độ lực? Nghĩa phải lấy giá trị chúng từ phép đo thực nghiệm, khơng tính lý thuyết? Và thất bại có nghĩa khơng phải tìm kiếm lý thuyết hơn, mà đơn giản phản ánh thực tế khơng có giải thích hết cho tính chất quan sát thực tại? Câu trả lời cho câu hỏi Như Einstein có lần nói: "Điều khó hiểu vũ trụ khả hiểu chúng ta" Sự kinh ngạc trước khả hiểu vũ trụ dễ bị mai thời đại tiến nhanh chóng đầy ấn tượng ngày Tuy nhiên, có lẽ, có giới hạn khả hiểu biết Có thể, phải chấp nhận sau đạt tới trình độ hiểu biết sâu đạt được, cịn có khía cạnh vũ trụ khơng thể giải thích Cũng có thể, phải chấp nhận rằng, số đặc điểm vũ trụ vốn có ngẫu nhiên, tình cờ hay lựa chọn thần thánh Thành cơng phương pháp khoa học khứ khích lệ nghĩ với đủ thời gian nỗ lực, làm sáng tỏ bí ẩn tự nhiên Nhưng việc vấp phải giới hạn tuyệt đối giải thích khoa học - trở ngại mặt công nghệ hay biên giới (đang tiến phía trước) trí thức lồi người - kiện đặc biệt kinh nghiệm khứ chưa có chuẩn bị cho điều Mặc dù điều có liên quan nhiều với tìm kiếm lý thuyết tối hậu thư chúng ta, vấn đề mà chưa giải thực tế, khả có giới hạn cho giải thích khoa học, theo nghĩa rộng lớn mà ta nói trên, vấn đề vĩnh viễn khơng giải đáp Ví dụ, thấy rằng, khái niệm tư biện đa vũ trụ, mà Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 382 PhysicsVN Community nhìn tưởng giới hạn cuối giải thích khoa học, hóa thích nghi với cách tưởng tượng lý thuyết tư biện không kém, lý thuyết có thể, ngun tắc, phục hồi lại khả tiên đoán Một điểm bật từ điều nói trên, vai trị vũ trụ học việc xác định hệ lý thuyết tối hậu Như biết, vũ trụ học siêu dây lĩnh vực non trẻ, so với lý thuyết dây Khơng cịn nghi ngờ nữa, lĩnh vực hàng đầu tập trung nghiên cứu năm tới lĩnh vực phát triển chủ yếu vũ trụ học Khi tiếp tục nhận phát tính chất lý thuyết dây /lý thuyết - M, khả đốn hệ vũ trụ học ứng viên sáng giá cho lý thuyết tối hậu ngày trở nên sắc bén Dĩ nhiên, nghiên cứu ngày đó, khẳng định với rằng, thực tế, có giới hạn cho giải thích khoa học Nhưng trái lại, có thể, nghiên cứu mở đầu cho kỷ nguyên mới, kỷ nguyên tuyên bố: cuối tìm giải thích vũ trụ Phần cuối Ai đốn hòa nhập học lượng tử lực hấp dẫn thành lý thuyết thống tồn vật chất lực lại tạo cách mạng hiểu biết vận hành vũ trụ? Vươn tới Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 383 PhysicsVN Community Mặc dù khả công nghệ buộc phải gắn với trái đất hành tinh láng giềng gần gũi hệ mặt trời, trí tuệ thực nghiệm xa đường khám phá không gian bề rộng lẫn bề sâu Đặc biệt kỷ qua, nỗ lực tập thể đông đảo nhà vật lý phát nhiều bí mật sâu kín tự nhiên Và phát hiện, viên ngọc quý mở chân trời rộng lớn giới mà tưởng biết, thực tế cịn xa hình dung hết lộng lẫy Một thước tầm vóc lý thuyết phạm vi thách thức mà đặt quan niệm giới mà trước tưởng bất biến Theo thước đó, học lượng tử hai lý thuyết tương đối vượt xa kỳ vọng đầu óc táo bạo nhất: hàm sóng, xác suất, hiệu ứng xuyên hầm, thăng giáng lượng sôi động không ngừng chân khơng, hịa nhập khơng gian thời gian, chất tương đối tính đồng thời, cong cấu trúc không - thời gian, lỗ đen, Big Bang Ai đốn quan điểm Newton, quan điểm trực giác, học xác máy đồng hồ hóa lại có ý nghĩa "địa phương"? Rằng cịn có giới mẻ đầy kinh ngạc nằm bên bề mặt thứ mà trải nghiệm ngày? Nhưng phát minh làm rung chuyển hình mẫu phần câu chuyện rộng lớn bao quát Với niềm tin vững định luật vô lớn vô bé phải thống thành chỉnh thể hài hòa, nhà vật lý không phút giây ngưng nghỉ tìm kiếm lý thuyết tối hậu ln ln lẩn tránh họ Cuộc tìm kiếm chưa đến hồi kết thúc, nhờ lý thuyết dây tiến hóa thành lý thuyết - M, khn khổ tối thượng để hịa nhập học lượng tử, thuyết tương đối rộng ba lực phi hấp dẫn cuối xuất Và thách thức mà phát triển đặt cho quan niệm trước giới thật đồ sộ: dây giọt dao động, thống tồn q trình sáng số mode dao động thực tinh vi vũ trụ có nhiều chiều ẩn giấu, có khả bị biến dạng ghê gớm, cấu trúc khơng gian bị xé rách tự hàn gắn lại Ai đốn hòa nhập học lượng tử lực hấp dẫn thành lý thuyết thống toàn vật chất lực lại tạo cách mạng hiểu biết vận hành vũ trụ? Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 384 PhysicsVN Community Tất nhiên, chắn nhiều bất ngờ lớn mà tự nhiên dành cho chúng ta, tiếp tục tìm kiếm hiểu biết đầy đủ tính tốn lý thuyết siêu dây Nhờ nghiên cứu lý thuyết - M có ý niệm đại thể vùng đất lạ ẩn chiều dài Planck, vùng đất có lẽ khơng có khái niệm không gian thời gian Ở cực khác, thấy vũ trụ vơ số bọt sóng bề mặt đại dương vũ trụ bao la sơi động có tên đa vũ trụ Những ý tưởng túy tư biện, chúng lại chẳng báo trước bước tiến tiếp sau hiểu biết vũ trụ Khi nhìn tương lai dự đốn điều kỳ diệu mà tự nhiên dành cho chúng ta, nên suy ngẫm trở lại chiêm ngưỡng chặng đường xa mà Cuộc tìm kiếm định luật vũ trụ đấu tranh điển hình người, làm cho trí óc phải vật vã làm phong phú tinh thần Sự mô tả sống động tìm hiểu lực hấp dẫn Einstein - "những năm tháng tìm kiếm trăn trở bóng tối, tràn trề hy vọng, đan xen tin tưởng tuyệt vọng, cuối bước ánh sáng chói lịa" - có lẽ thâu tóm tồn đấu tranh lồi người Tất chúng ta, người theo cách riêng mình, người tìm kiếm thật có khát vọng trả lời câu hỏi lại hữu Khi leo lên đỉnh núi giải thích, đứng vững vai hệ trước kiên cường bước tới Tuy nhiên, biết trước liệu hậu chúng ta, ngày đó, có lên tới đỉnh từ nhìn xuống vũ trụ bao la nhã tuyệt vời với rõ ràng tuyệt đối hay khơng Nhưng hệ leo cao thêm chút, nên thực tuyên bố Jacob Bronowski: "Mỗi thời đại có giai đoạn có ý nghĩa định, cách nhìn nhận đánh giá hài hòa vũ trụ" [1] Và hệ kinh ngạc trước quan điểm mẻ vũ trụ, trước cách đánh giá mẻ hài hịa hồn thành phận mình, đóng góp bậc thang vào thang lồi người để vươn tới Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 385 PhysicsVN Community [1]Jacob Bronowski, The Ascent of Man (Boston: Litte, Brown, 1973) trang 20 Cuốn Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ tác giả Brian Greene, Phạm Văn Thiều dịch Nhà xuất Trẻ ấn hành năm 2003 Bản dịch sách chuyển sang E-book Diễn Đàn Vật Lý Việt Nam (http://vatly.org ) , nguồn VN-Express Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 386 ... thuyết dây Câu trả lời thô Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Một trị ảo thuật Câu trả lời xác Thế dây cáp ra? Phần III - Bản giao hưởng vũ trụ Chương Cái "siêu" siêu dây Bản chất... thuyết dây cấu trúc không thời gian Chương 10 Hình học lượng tử Những điểm cốt lõi hình học Riemann Một sân chơi vũ trụ học Điểm Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ PhysicsVN Community Vật lý hạt dây. .. hạt nhân mạnh yếu Vũ trụ kính lúp: biết vật chất Các nhà triết học cổ Hy Lạp cho Vũ trụ cấu thành từ phần tử nhỏ bé “cắt nhỏ” mà họ gọi nguyên tử Họ Giai điệu dây giao hưởng vũ trụ 18 PhysicsVN