Untitled 53 Soá 2 naêm 2018 KH&CN nước ngoài Lâu nay, một câu hỏi lớn do chính Einstein và những nhà bác học lỗi lạc cùng thời đặt ra vẫn còn đó Thuyết lượng tử có sự nhất quán tự thân không? Giữa thu[.]
kh&cnKH&CN nƯớcnướcngoài Mối liên hệ thuyết Tương đối tổng quát với Cơ học lượng tử Võ Văn Thuận* Năm vừa qua, chứng kiến kiện khoa học đặc biệt: Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2017 cho phát kép đo sóng hấp dẫn, đồng thời minh chứng tồn hố đen khổng lồ theo lý thuyết hấp dẫn Einstein Trước giải Nobel Vật lý năm 2013 cho phát hạt Higgs theo tiên đoán mơ hình chuẩn trường lượng tử Như vậy, sau 100 năm Einstein phát minh thuyết Tương đối tổng quát 90 năm đời thuyết Cơ học lượng tử, loài người đạt thành tựu gần trọn vẹn hai luận thuyết tảng vật lý học đại Phải thoả mãn với hiểu biết vật lý học? L âu nay, câu hỏi lớn Einstein nhà bác học lỗi lạc thời đặt cịn đó: Thuyết lượng tử có quán tự thân không? Giữa thuyết Tương đối tổng quát (còn gọi thuyết Hấp dẫn) thuyết Cơ học lượng tử có mối liên hệ nội khơng? Việc tìm câu trả lời thách đố lớn vật lý học Thực trạng sau nhiều năm tranh luận, số đông nhà vật lý tự hài lòng đành chấp nhận quan điểm Nils Bohr cho thuyết Cơ học lượng tử đầy đủ, quán coi hai luận thuyết Tương đối tổng quát Cơ học lượng tử tồn song song, gần độc lập với Tuy nhiên, có số nhà khoa học có tư giống Einstein, khơng thoả mãn kiên trì tìm điều dường chưa đồng học lượng tử địi hỏi phải khám phá tính tương đồng nội hai luận thuyết Vậy thật cịn Đại học Duy tân (cơ sở Hà Nội) Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam * thấy điều khác hay khơng đằng sau thành cơng có? Thuyết Kaluza-Klein đại bắt đầu gắn kết Tương đối tổng quát với Cơ học lượng tử Luận thuyết siêu chiều dư Kaluza đề xuất từ năm 1921 dựa phương trình thuyết Tương đối tổng qt, ngồi chiều khơng gian chiều thời gian thông thường, ông đặt thêm siêu chiều dư Năm 1926, Klein đề xuất cuộn nhỏ chiều dư để mô tả đặc trưng vật lý giới lượng tử vi mô Qua nửa kỷ, thuyết KaluzaKlein không tiến triển chưa đủ sức mô tả thực tế vật lý Nhưng từ thập niên 70 kỷ XX người ta phát huy thuyết Kaluza-Klein đại với siêu chiều dư không bị cuộn nhỏ, ngược lại có kích cỡ vĩ mơ, đo đạc được, đưa đến ứng dụng động cho không gian - thời gian chiều Trong xu hướng có thuyết Khơng gian - Thời gian Vật chất chiều (STM) nhóm Wesson [1, 2], sử dụng chiều dư thời gian để giải thích nhiều tính chất lượng tử, ví dụ tạo khối lượng cho hạt bản, giải mã bí ẩn lưỡng tính sóng hạt, dẫn xuất bất đẳng thức tựa bất định Heisenberg Tuy giải thích định tính, mơ hình Thuyết Kaluza-Klein đại gợi mở lối khả quan để kết nối phương trình Tương đối tổng quát (GR) với Cơ học lượng tử (QM) Cũng với cách tiếp cận tương tự, đưa phương trình tương đối tổng quát chân khơng chiều có chiều khơng gian bình thường (3X) đối xứng với chiều thời gian (3T) trừu tượng mối quan hệ trực giao [3], cụ thể: ��� � � � � � � =0 (1) � � = tenđộ Trong đó, ��� là� � � �cong xơ Ricci� chiều �và R độ cong � � � � � Do vô ћ hướng + ћ� xét �� � =chân � �� ������� �� không nên ten-xơ � �lượng � ��-� = +ћ ћ ��� � �� � xung lượng vế phải phương trình (1) không Từ ba chiều thời gian vốn trừu tượng, để tái Số năm 2018 �� = ��� �; ��� � =� 53 KH&CN nước thời gian vật lý chiều, áp dụng tính chất đặc thù hình học trụ: Hãy cho hạt tiến hoá theo đường xoắn ốc thời gian mặt trụ nhúng thời gian 3T trừu tượng Giống người ta cho trạm khơng gian hình trụ quay quanh trục để tạo cảm giác trọng lực, phi công vũ trụ bước dọc lòng trạm, tưởng thẳng, dù bước chân vẽ đường xoắn ốc không gian 3X Như vậy, hạt tự coi tiến hoá theo trục thời gian t hướng thẳng tương lai, khơng biết tiến hố theo đường xoắn ốc 3T Tuy nhiên, độ xoắn ốc thời gian lưu lại biểu khác việc xuất khối lượng hạt bản, giúp cảm nhận lực hấp dẫn, tương tự nhà du hành vũ trụ cảm thấy có trọng lực hút đôi chân vào mặt sàn trạm vũ trụ (thực lực ly tâm) Điều hoàn toàn phù hợp với nguyên lý tương đương phương trình Einstein, ten-xơ độ cong khơng gian - thời gian cân với ten-xơ lượng - xung lượng Cuối từ chiều thời gian trừu tượng, hạt cảm nhận chiều thời gian ln hướng tương lai, cịn hình thức luận thời gian - không gian đối xứng chiều, nhận thức không gian - thời gian chiều quen thuộc Ưu điểm ứng dụng siêu chiều dư thời gian 3T cuộn thành chiều thời gian xoắn ốc hình học trụ giải đáp câu đố 54 nguồn gốc khối lượng tính chất chiều tiến hố thời gian Cách tiếp cận hình học giúp kết nối hai lý thuyết vật lý GR QM mức độ định lượng cao Thật vậy, mơ hình thời gian - khơng gian đối xứng 3T-3X chứng minh phương trình học lượng tử Klein-Gordon-Fock (KGF) hệ phương trình thuyết Tương đối tổng quát chiều (1), sau thực biến đổi hình học trụ trên, �để� chuyển thành phương ��� = ��chuyển trình � � động chiều, cụ thể phương trình KGF có dạng là: độ bất định học lượng tử tạo độ cong không gian, trục thời gian, nhờ có chuyển động, tiến hoá theo đường xoắn ốc mặt trụ nhúng không gian 3X thời gian 3T Như vậy, khái niệm bất định lượng tử Heisenberg phát lại có nguồn gốc trực tiếp từ độ cong không gian thời gian ứng với thuyết Tương đối tổng quát Einstein Đây coi chứng quan trọng cho liên quan nội hai học thuyết vật lý (1) Ba hệ hạt lepton chiều thời gian trừu tượng Tiếp tục phát huy mơ hình lý (2) thuyết đối xứng thời gian - không gian chiều [3], Trong đó, khối lượng hạt thấy thêm mối quan hệ để hiểu tổng hợp từ thành phần khối lượng � � phân lượng �� = �� �; �� = 4�� ��khối = 4�� (3) � � ;kỳ �� riêng m0 bổ δm có mơcác hạt nhẹ, trước hết men quay spin, cho = - , hạt lepton có điện tích Trong phương trình KGF (2) có nhóm ba hạt lepton tích điện dạng khái quát so với phương electron (tức hạt điện tử) trình học lượng tử truyền thống biết từ lâu, cịn khơng gian - thời gian có hạt muon (cịn gọi miuchiều, nhờ phương trình mezon) phát tia vũ trụ mơ tả chuyển động từ năm 1936 hạt tauon (cịn khơng gian - thời gian cong gọi tau-lepton) phát hạt tự có spin khác khơng máy gia tốc lượng cao năm Trong trường hợp đó, phương 1977 Khi xem xét ba trình (2) biểu diễn bình phương hạt họ lepton có điện phương trình Dirac tích, thấy chúng có tính hạt lepton Chúng ta chất giống nhau: Có điện tích chứng minh rằng, bất đẳng đơn vị, có spin 1/2, có lực điện thức Heisenberg có nguồn gốc từ, lực tương tác yếu phân rã beta, từ điều kiện trắc địa phương khơng có lực hạt nhân mạnh trình tương đối tổng qt Ở đây, Chúng có khác biệt rõ thuật ngữ “trắc địa” sử dụng phân kỳ khối lượng Nếu để phản ảnh trường hợp tương tự khối lượng electron đơn vị, ta dẫn phương trình mô muon nặng gấp khoảng 207 lần, tả dịch chuyển theo đường tauon nặng gấp khoảng 3.477 cong bề mặt địa cầu Cụ lần Tỷ lệ khơng thể giải thích thể điều kiện trắc địa đó, mơ hình chuẩn thuyết Số naêm 2018 - ћ� �� � �� � + ћ� �� � ��� � �� � = (2) KH&CN nước ngồi trường lượng tử, nhà vật lý coi câu đố vượt ngồi mơ hình chuẩn (Beyond Standard Model) Điều thú vị tạm gác lại lý thuyết trường lượng tử, mà sử dụng mơ hình từ phương trình Tương đối tổng qt siêu chiều dư, tính quy luật phân kỳ khối lượng hạt lepton Trước hết, số hạt lepton tích điện xếp loại ba hệ câu hỏi chưa có lời giải, ta thử gắn giá trị khối lượng chúng với số thời gian trừu tượng 3T Trong hệ chiều tạo bậc độ cong tương ứng với số chiều 3T Bản chất khối lượng nặng nhẹ khác hạt giải thích tỷ lệ với độ cong chiều, bé � � độ cong chiều bé(1) � �=0 � � độ cong chiều Từ lập luận đó, tìm thấy khối lượng hạt lepton xác đến xấp xỉ giá trị khối lượng thực nghiệm �� �� đo chúng Các công � + ћ� � ��� thức = tính khối lượng gần đúng(2) � � ��� bậc (chưa kể bổ bậc cao) dẫn xuất đơn giản sau: �� = ���; �� = 4�����; �� = 4����� (3) (3) Trong có hai tham số tự thừa số lượng lepton ε0 = 31,056 keV/c2 bán kính Lagrange T = 16,454 (khơng có thứ ngun) Nếu có thêm bổ bậc cao độ xác cơng thức lý thuyết (3) sau chỉnh lý thoả mãn tối đa giá trị thực nghiệm, dù cần có hai tham số tự [4] Đây phải minh chứng cho tính đối xứng thời gian - khơng gian, cho thời gian trừu tượng 3T không trừu tượng, mà có biểu thực tế kiểm chứng Nếu tầm nhìn vào vũ trụ, vào khơng gian thời gian mở rộng đáng kể Khi cần tính đến khả thời gian vật lý khơng phải trục, mà gồm có hai thành phần tính theo cơng thức tựa Định lý Pitago cho tam giác vuông nhỏ vẽ mặt đất: = + , lần vẽ mặt hình trụ, dt3 thành phần thời gian diễn biến có chuyển động thẳng tịnh tiến dọc theo trục đối xứng trụ, thành phần dt0 thời gian tiến hoá xoắn cong quanh trục hình trụ, thời gian nội vật đứng yên, không chuyển dời tịnh tiến Trục thời gian thứ cịn lại hình học chiều 3T thể qua dao động sóng lượng tử xung quanh trục hình trụ, học lượng tử mơ tả chuyển động tiến hố theo đường dt nằm mặt trụ, nên thăng giáng dạng sóng ngồi đường dt biểu diễn pha hàm sóng mở khơng gian pha nằm thời gian 3T Đó ngun giải thích mơ tả xác suất học lượng tử tỷ lệ với bình phương giá trị biên độ hàm sóng bao quát chuyển động tiến hố theo trục thời gian thứ (hàm sóng), dẫn đến độ bất định lượng tử thông qua bất đẳng thức Heisenberg Tất nhiên, cần có thí nghiệm đo xác khối lượng hạt tauon so với khối lượng electron muon, đo xác suất q trình phân rã nó, để kiểm chứng mơ hình lý thuyết đối xứng thời gian - không gian trước đưa kết luận cuối Dù sao, tín hiệu bước đầu khả mơ hình lý thuyết vũ trụ vi mơ phù hợp với thực tế vật lý, mang đến hy vọng hướng để tìm mối liên hệ trực tiếp thuyết Tương đối tổng quát với Cơ học lượng tử Trong dường Cơ học lượng tử phương trình hấp dẫn thuyết Tương đối tổng quát Einstein chiều có chung nguồn gốc xuất phát từ phương trình Tương đối tổng qt khơng gian - thời gian có nhiều chiều, cụ thể số chiều thời gian số chiều khơng gian thể tính đối xứng 3T 3X Đó cách trả lời câu hỏi lớn mà Einstein nhà khoa học tiền bối tìm kiếm ? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P.s Wesson (2013), “Vacuum Vaves”, Phys Lett B, 722, p.1 [2] P.s Wesson (2015), “the status of modern five-dimensional gravity”, Int J Mod Phys D, 24, p.1530001-1 [3] thuan Vo Van (2017), “a time-space symmetry based cylindrical model for quantum mechanical interpretations”, Found Phys., 47, p.1559 [4] thuan Vo Van (2016), order corrections to tauon mass microscopic cosmological model, 1711.08346v1[physics.gen-ph] Số năm 2018 Highin a arXiv: 55 ... mơ hình lý thuyết vũ trụ vi mô phù hợp với thực tế vật lý, mang đến hy vọng hướng để tìm mối liên hệ trực tiếp thuyết Tương đối tổng quát với Cơ học lượng tử Trong dường Cơ học lượng tử phương... ứng với thuyết Tương đối tổng quát Einstein Đây coi chứng quan trọng cho liên quan nội hai học thuyết vật lý (1) Ba hệ hạt lepton chiều thời gian trừu tượng Tiếp tục phát huy mơ hình lý (2) thuyết. .. thời gian - không gian đối xứng 3T-3X chứng minh phương trình học lượng tử Klein-Gordon-Fock (KGF) hệ phương trình thuyết Tương đối tổng quát chiều (1), sau thực biến đổi hình học trụ trên, �để�