35 bài toán nan giải potx

35 bài toán nan gi iả [05/06/2006] V a qua, t báo thông tin khoa h cừ ờ ọ hàng đ u c a Pháp và th gi i, Laầ ủ ế ớ Recherche đã cho công b 35 bàiố toán nan gi i trong các ngành khoaả h c, t toán h c, tin h c đ n v t lý, sinh h c ọ ừ ọ ọ ế ậ ọ Sau đây là m t s trong các bài toán nan gi i đóộ ố ả 1/ Truy tìm đi m g c c a th i gian ể ố ủ ờ Jean Pierre Luminet, Giám đ c nghiên c uố ứ t i CNRS, đài thiên văn Paris-Meudon ạ Theo thuy t Big Bang thì càng đi ng c l i trongế ượ ạ quá kh Vũ tr càng nóng và m t đ v t ch tứ ụ ậ ộ ậ ấ càng l n, cho đ n m t th i đi m r t g n v i th iớ ế ộ ờ ể ấ ầ ớ ờ đi m ban đ u, mà v t lý hi n nay không mô tể ầ ậ ệ ả đ c đi u gì. Song th i đi m ban đ u đó có ph iượ ề ờ ể ầ ả là m t th c t hay không?ộ ự ế Vũ tr hi n nay đang giãn n d a trên nh ngụ ệ ở ự ữ quan sát các thiên hà và các c m thiên hà. Quáụ trình giãn n này d ng nh không có k t cu c.ở ườ ư ế ộ N u chúng ta quay ng c cu n phim c a vũ trế ượ ộ ủ ụ l i? Th i gian vũ tr li u s kéo lùi vô t n hayạ ờ ụ ệ ẽ ậ ti n đ n m t tr s h u h n. Đây là m t trongế ế ộ ị ố ữ ạ ộ nh ng bài toán bí n l n nh t c a V t lý thiênữ ẩ ớ ấ ủ ậ văn! Theo lý thuy t t ngế ươ đ i, n u các tính ch tố ế ấ c a v t ch t và b củ ậ ấ ứ x là nh ng tính ch tạ ữ ấ mà chúng ta đã bi tế thì các kho ngả cách vũ tr s gi m d nụ ẽ ả ầ trong quá kh vàứ nh t thi t t i “khôngấ ế ạ đi m" (đi m g c) c aể ể ố ủ th i gian các kho ngờ ả cách vũ tr đó sụ ẽ b ng s không.ằ ố Không đi m có ngayể tr c s xu t hi nướ ự ấ ệ c a không th i gian.ủ ờ Th i gian không- hayờ không đi m - này cách xa hi n t i kho ng 13,7ể ệ ạ ả t năm. Và đi u này cũng có nghĩa là không t nỷ ề ồ t i nh ng th c th , nh ng sao có tu i già h nạ ữ ự ể ữ ổ ơ 13,7 t năm.ỷ Và th i gian có m t đi m b t đ u hay không?ờ ộ ể ắ ầ Đi u này đang là m t bài toán bí n đ i v i cácề ộ ẩ ố ớ nhà v t lý. Theo lý thuy t t ng đ i th i gianậ ế ươ ố ờ không (t c không đi m c a th i gian) đ c môứ ể ủ ờ ượ t nh là m t đi m “kỳ d ", m t đi m mà s v tả ư ộ ể ị ộ ể ự ậ ti m c n đ n nh ng không bao gi đ n: t i đi mệ ậ ế ư ờ ế ạ ể Không gian đ y b t sôiầ ọ đ ng vì nh ng thăng giángộ ữ l ng t . T không gianượ ử ừ đ y b t đó b n ra nh ngầ ọ ắ ữ gi t, nh ng gi t này làọ ữ ọ bi u hi n c a nh ng h tể ệ ủ ữ ạ c b n (ph ng theo tranhơ ả ỏ B t th i gian c a h a sĩọ ờ ủ ọ Jean-Michel Joly, L’Ecume du temps, Saint-Etienne, 1990 ) đó Vũ tr đã có m t th tích vô cùng bé v i m tụ ộ ể ớ ộ m t đ và đ cong vô cùng l n. Đi m kỳ d làậ ộ ộ ớ ể ị đi m đ t đo n c a các qu đ o không- th i gianể ứ ạ ủ ỹ ạ ờ và d ng nh không ph i là m t hi nườ ư ả ộ ệ th c,ự đi m kỳ d n m ngoài vòng n m b t c a các lýể ị ằ ắ ắ ủ thuy t v t lý hi n nay.ế ậ ệ Lý thuy t v t lý hi n đ i ch cho phép đi ng cế ậ ệ ạ ỉ ượ th i gian đ n giai đo n Planck mà thôi, m i ý đờ ế ạ ọ ồ nghiên c u các quá trình trong giai đo n Planckứ ạ đ u d n đ n m t b c tranh l ng t m .ề ẫ ế ộ ứ ượ ử ờ T năm 1960, John Wheeler (nhà v t lý lý thuy từ ậ ế M ) đã đ a ra ý t ng: m c vi mô c a vũ tr ,ỹ ư ưở ở ứ ủ ụ hình h c c a vũ tr là m , so sánh đ c v i m tọ ủ ụ ờ ượ ớ ộ không gian đ y b t sôi đ ng vì nh ng thăngầ ọ ộ ữ giáng l ng t . T không gian đ y b t đó b n raượ ử ừ ầ ọ ắ nh ng gi t, nh ng gi t này là bi u hi n c aữ ọ ữ ọ ể ệ ủ nh ng h t c b n. ữ ạ ơ ả Tránh đi m kỳ dể ị: trong nh ng lý thuy t nh lý thuy tữ ế ư ế siêu dây ng i ta gi đ nh t nườ ả ị ồ t i m t đ dài c b n, nh đóạ ộ ộ ơ ả ờ mà đi m kỳ d suy t lýể ị ừ thuy t t ng đ i c đi nế ươ ố ổ ể đ c lo i tr .ượ ạ ừ M i lý thuy t, mô hình nói trên đ u ch a nh ngọ ế ề ứ ữ gi thuy t không d dàng đ c ch p nh n. M tả ế ễ ượ ấ ậ ộ đi u ki n c n cho m i lý thuy t, mô hình là lo iề ệ ầ ọ ế ạ b đi m kỳ d .ỏ ể ị Nói tóm l i vi c tìm đi m g c c a th i gian v nạ ệ ể ố ủ ờ ẫ đang còn b b ng , ti p t c là m t trong nh ngị ỏ ỏ ế ụ ộ ữ bài toán bí n l n nh t c a các nhà v t lý.ẩ ớ ấ ủ ậ 3/ Ph ng trình t i h u c a v t lý ươ ố ậ ủ ậ Lisa Randall, Giáo s v t lý lý thuy t,ư ậ ế Đ iạ h c Harvard ọ Li u có t n t i m t Lý thuy t c a t t c (TOE –ệ ồ ạ ộ ế ủ ấ ả theory of everything)? Đã m t th k các nhà v tộ ế ỷ ậ lý đi tìm m t lý thuy t có kh năng th ng nh t cộ ế ả ố ấ ơ h c l ng t và lý thuy t t ng đ i, nh m n mọ ượ ử ế ươ ố ằ ắ b t đ c b n ch t th ng nh t c a 4 lo i t ngắ ượ ả ấ ố ấ ủ ạ ươ tác. Lý thuy t siêu dây d ng nh đ c xem làế ườ ư ượ lý thuy t “t i h u”, là ng c viên tri n v ng choế ố ậ ứ ử ể ọ TOE. Song nh ng phát tri n g n đây cho th y r ng lýữ ể ầ ấ ằ thuy t siêu dây trong hi n tr ng cũng có l ch aế ệ ạ ẽ ư là t i h u.ố ậ N u tìm đ c lý thuy t th ngế ượ ế ố nh t t i h u thì chúng ta ti nấ ố ậ ế đ c m t b c dài trong vi cượ ộ ướ ệ th u hi u th gi i khách quan.ấ ể ế ớ Trong nh ng năm g n đây lýữ ầ thuy t siêu dây đã có nh ngế ữ phát tri n đáng chú ý trong vi cể ệ xây d ng m t lý thuy t nh v y.ự ộ ế ư ậ Li u có t n t i m t TOE, m t lýệ ồ ạ ộ ộ thuy t c a t t c , m t lý thuy tế ủ ấ ả ộ ế ch d a trên m t s ít tham sỉ ự ộ ố ố n i li n nhau b i m t ph ngố ề ở ộ ươ trình duy nh t có kh năng môấ ả t đ c m i hi n t ng v t lýả ượ ọ ệ ượ ậ C u trúc hìnhấ h c này có tênọ là “đa t pạ Calabi-Yao”, c u trúc nàyấ ch a nh ngứ ữ chi u d n mề ư ằ n theo lýẩ thuy t siêu dây.ế chung quanh ta? Đây là m t tham v ng l n,ộ ọ ớ nh ng chính tham v ng đó đã thúc đ y các nhàư ọ ẩ v t lý lao đ ng g n m t th k .ậ ộ ầ ộ ế ỷ N u xét đ n đ ph c t p c a v n đ thì d ngế ế ộ ứ ạ ủ ấ ề ườ nh các nhà v t lý quá l c quan. Cho r ng cóư ậ ư ạ ằ th tìm đ c m t ph ng trình t i h u nh v y,ể ượ ộ ươ ố ậ ư ậ thì v n còn m t v n đ không kém ph n khóẫ ộ ấ ề ầ khăn là xác đ nh đi u ki n ban đ u: Vũ tr đãị ề ệ ầ ụ b t đ u nh th nào?ắ ầ ư ế M c tiêu quan tr ng c a vi c xây d ng TOE làụ ọ ủ ệ ự th ng nh t b n t ng tác: h p d n, đi n t , vàố ấ ố ươ ấ ẫ ệ ừ hai t ng tác h t nhân y u và m nh. Hai t ngươ ạ ế ạ ươ tác đ u đã đ c bi t t lâu, hai t ng tác sauầ ượ ế ừ ươ đ c bi t trong th k XX, t ng tác h t nhânượ ế ế ỷ ươ ạ y u x y ra trong các t ng tác h t nhân choế ả ươ ạ phép m t tr i chi u sáng đ c, t ng tác h tặ ờ ế ượ ươ ạ nhân m nh x y ra khi các h t c b n đ c k tạ ả ạ ơ ả ượ ế dính v i nhau trong h t nhân nguyên t . ớ ạ ử Sheldon Glashow, Steven Weinberg và Abdus Salam đã thành công trong vi c th ng nh t haiệ ố ấ l c h t nhân y u và đi n t .ự ạ ế ệ ừ Ng i ta c n xây d ng m t lý thuy t v t quaườ ầ ự ộ ế ượ ranh gi i m u chu n. M t trong nh ng lý thuy tớ ẫ ẩ ộ ữ ế nh th là lý thuy t có “siêu đ i x ng",ư ế ế ố ứ siêu đ iố x ng làm ng m i h t c a m u chu n, m t siêuứ ứ ỗ ạ ủ ẫ ẩ ộ h t. Trong lý thuy t siêu đ i x ng, xây d ng tạ ế ố ứ ự ừ nh ng năm 70, qu th c c ng đ c a ba lo iữ ả ự ườ ộ ủ ạ t ng tác (y u, m nh,ươ ế ạ đi n t ) quy v m tệ ừ ề ộ đi m năng l ng cao. ể ở ượ Hi n nay chúng ta ch a phát hi n ra các siêuệ ư ệ h t, nh ng s t n t i c a chúng không gây m tạ ư ự ồ ạ ủ ộ nghi ng nào cho các nhà v t lý.ờ ậ Li u lý thuy t siêu dây có ph i là TOE ch a?ệ ế ả ư Lý thuy t siêu dây ch a gi i thích đ c vì saoế ư ả ượ hình h c c a Vũ tr l i có d ng nh chúng taọ ủ ụ ạ ạ ư quan sát đ c. Các nhà lý thuy t siêu dây choượ ế r ng 6 ho c 7 chi u d (extra dimensions)ằ ặ ề ư bị comp c hóa và cu n l i trong nh ng kích th cắ ộ ạ ữ ướ quá bé đ có th quan sát đ c. Nh ng chi uể ể ượ ữ ề d comp c hóa này làm thành m t c u trúc g iư ắ ộ ấ ọ là “không gian Calabi- Yao”. T n t i m t s r tồ ạ ộ ố ấ l n các không gian Calabi-Yao, v i m t s khôngớ ớ ộ ố gian Calabi-Yao ng i ta có đ c 3 h các h tườ ượ ọ ạ c b n nh trong m u chu n, song v i nh ngơ ả ư ẫ ẩ ớ ữ không gian Calabi-Yao khác ng i ta có th cóườ ể đ n hàng trăm h các h t c b n.ế ọ ạ ơ ả Không t n t iồ ạ m t lý thuy t nào đ ch n m t không gianộ ế ể ọ ộ Calabi-Yao đ xác đ nh đ c hình h c c a Vũể ị ượ ọ ủ tr . ụ Năm 1999 Raman Sundrumvà Lisa Randall ch ng minh r ng các chi u d có th n m nứ ằ ề ư ể ằ ẩ trong Vũ tr , và các chi u d này th m chí cóụ ề ư ậ th có kích th c vô cùng. H p d n có th c trúể ướ ấ ẫ ể ư trong nh ng chi u d đó.ữ ề ư Nh v y có th nói r ng lý thuy t siêu dây trongư ậ ể ằ ế hi n tr ng ch a ph i là lý thuy t t i h u, có khệ ạ ư ả ế ố ậ ả năng gi i thích đ c Vũ tr .ả ượ ụ Ng i ta hy v ng vào máy LHC (Máy va ch mườ ọ ạ hadron l n) s ho t đ ng vào năm 2007 có thớ ẽ ạ ộ ể đem l i nh ng k t qu th c nghi m làm sáng tạ ữ ế ả ự ệ ỏ m t s v n đ , nh s t n t i c a các siêu h tộ ố ấ ề ư ự ồ ạ ủ ạ c n thi t cho vi c ti m c n đ nầ ế ệ ệ ậ ế m t lý thuy tộ ế th ng nh t hoàn ch nh v i m t ph ng trình t iố ấ ỉ ớ ộ ươ ố h u. Song hi n nay đi u này v n còn là m t bàiậ ệ ề ẫ ộ toán bí n thách th c v t lý h c.ẩ ứ ậ ọ 8/ Qu đ o kỳ l c a nh ng tr m thăm dòỹ ạ ạ ủ ữ ạ PIONEER Jacques-Olivier Baruch Nh ng tr m thăm dòữ ạ M Pioneer 10 & 11ỹ đ c phóng vàoượ năm 1970 đã đi m tộ quãng đ ng nhườ ỏ h n tính toán. Đi uơ ề gì đã x y ra?ả Các k s đã truyỹ ư tìm các nguyên nhân: dò nhiên li u?ệ Phát x nhi t doạ ệ phân rã plutonium c a máy phát nhi tủ ệ đi n? áp l c t phíaệ ự ừ gió vũ tr gi a cácụ ữ sao? Sai s trongố các tính toán qu đ o? M i công tác truy tìm đ uỹ ạ ọ ề không d n đ n k t qu .ẫ ế ế ả V y ch còn l i m t nguyên nhân: có th c nậ ỉ ạ ộ ể ầ ph i thay đ i đ nh lu t h p d n! ả ổ ị ậ ấ ẫ Marc-Thierry Jaekel, Cao đ ng S ph m Phápẳ ư ạ (Ecole Normale Superieure) cùng v i c ng sớ ộ ự Serge Reynaud đã gi i thích hi n t ng “dả ệ ượ ị th ng Pioneer” b ng cách đ a thêm vào m tườ ằ ư ộ thông s th hai liên quan đ n v n t c xuyênố ứ ế ậ ố tâm bên c nh h ng s h p d n trong ph ngạ ằ ố ấ ẫ ươ trình Einstein. D ng nh m i vi c đ u n. Songườ ư ọ ệ ề ổ các c quan vũ trơ ụ d đ nh ph i b nhi u trămự ị ả ỏ ề Đây là tr m thăm dòạ Pioneer 10, phóng ngày 02/03/1972 hi n nay cáchệ xa trái đ t h n 12 t km. Tấ ơ ỷ ừ năm 1980, các k s đã đoỹ ư đ c m t đ l ch khó hi uượ ộ ộ ệ ể so v i qu đ o tính toánớ ỹ ạ tri uệ euro đ ki m nghi m tính đúng đ n c aể ể ệ ắ ủ gi thuy t. Li u “d th ng Pioneer” có m raả ế ệ ị ườ ở m t ch ng m i c a h p d n?ộ ươ ớ ủ ấ ẫ 10 / Hãy còn s m đ nói đ n d báo đ aớ ể ế ự ị ch nấ Michel Campillo - Đ i h c Joseph-Fourier /ạ ọ Grenoble Vi n Đ a v t lý M USGS đang xây d ng m t kệ ị ậ ỹ ự ộ ế ho ch "d báo đ a ch n". Song tính h u hi uạ ự ị ấ ữ ệ c a k ho ch d ng nh c n ph i đ c ch ngủ ế ạ ườ ư ầ ả ượ ứ minh. V n đ không ph i là ch d báo m tấ ề ả ở ỗ ự ộ đ ng đ t s x y ra mà s đ c thua là chộ ấ ẽ ả ự ượ ở ỗ ph i d báo đ c c ng đ c a đ ng đ t, tùyả ự ượ ườ ộ ủ ộ ấ c ng đ mà ph i có nh ng bi n pháp t n kémườ ộ ả ữ ệ ố cho dân chúng và nh ng bi n pháp này li u cóữ ệ ệ đáng đ c th c hi n hay không?ượ ự ệ Hi n nay có hai ph ng pháp đ d báo: m t làệ ươ ể ự ộ quan sát s d ch chuy n c a các t ng ki n t oự ị ể ủ ầ ế ạ (tectonic), song ph ng pháp này cũng còn khóươ đ d báo s ti n tri n ph c t p c a h th ng.ể ự ự ế ể ứ ạ ủ ệ ố Hai là s d ng các đ a ch n y u đ d báo sử ụ ị ấ ế ể ự ự đ n g n c a m t đ ng đ t nh ng nhi u đ aế ầ ủ ộ ộ ấ ư ề ị ch n l i không d n đ n m t v đ ng đ t nào. ấ ạ ẫ ế ộ ụ ộ ấ Michel Campillo hy v ng r ng trong vòng 5 nămọ ằ t i ng i ta có th có nh ng ti n b đáng kớ ườ ể ữ ế ộ ể [...]... với tính toán thực hiện trên cơ sở các khối lượng quan sát được xung quanh Muốn giải thích được chuyển động nhanh đó, xung quanh 7 thiên hà nói trên cần phải có một khối lượng vật chất 400 lần lớn hơn khối lượng quan sát được, nhưng khối lượng thiếu này không tìm thấy ở đâu cả Bài toán vật chất tối (dark matter) ra đời (1933) 70 năm đã trôi qua mà bài toán vật chất tối – một trong những bài toán cơ... khai thác tiềm năng tích hợp của phân tử AND trong tin học Cuối cùng người ta nghĩ đến các "máy tính lượng tử" có khả năng giải quyết những bài toán quan trọng như bài toán thừa số hóa những con số chứa hàng trăm chữ số 13 / Sét Franck Daninos hòn Nhiều giả thuyết đã được đưa ra để giải thích hiện tượng sét hòn Từ xưa nhiều người đã chứng kiến sự xuất hiện của sét hòn Bức tranh cổ sau đây mô tả một sét... luật Moore có gặp phải những giới hạn do vật lý áp đặt không? Năm 2005 có 1,12 tỷ transistor trên 90 nanomét (nm), người ta cho rằng đến năm 2007 kích thước tương ứng sẽ là “45 nm” và đến năm 2010 sẽ là “30 nm” những con rệp "3D" được nghiên cứu Song đến một lúc có lẽ phải chia tay với silicium Những ống nano cacbon sẽ thay thế các transistor Nhờ các máy tính ADN được nghiên cứu từ năm 1994 ở UCLA, người... lửng trên mặt đất theo một quỹ đạo bất định với tốc độ khoảng 3m/giây Nó có thể bay qua cửa sổ rồi quay tròn trước sự kinh ngạc của người chứng kiến Hiện tượng thường kéo dài khoảng một phút, rồi nổ tan giải phóng nhiệt năng và một mùi lạ lùng Hiện nay chưa có một giả thuyết nào đúng đắn về sét hòn có khả năng giúp tái tạo sét hòn lại trong phòng thí nghiệm Năm 1888 Lord Kelvin tuyên bố trước một cuộc... khối lượng thiếu này không tìm thấy ở đâu cả Bài toán vật chất tối (dark matter) ra đời (1933) 70 năm đã trôi qua mà bài toán vật chất tối – một trong những bài toán cơ bản của vật lý - vẫn chưa có lời giải! Người ta đã nghĩ đến việc sửa đổi lý thuyết hấp dẫn, song điều này quá ư mạo hiểm, cho nên các nhà vật lý thiên về tìm kiếm những hạt lạ (exotic) là ứng viên cho vật chất đen Một vấn đề còn bí ẩn... đến hằng số hấp dẫn trong phương trình Einstein Vật chất đen và năng lượng đen là hai vấn đề rất hấp dẫn đối với các nhà vật lý Hai vấn đề này không phải tạo ra một bức tranh đen tối mà trái lại việc giải quyết hai vấn đề này sẽ mở ra một tương lai sáng lạn cho vật lý 28/ Hiện tượng nóng chảy của các vật rắn là một vấn đề khó hiểu Pablo Jensen, Phòng vật lý vật chất ngưng tụ, Lyon Từ ngàn năm nay hiện... rắn nóng chảy Năm 1910 nhà vật lý người Anh Frederik Lindemann thiết lập rằng khi biên độ dao động đạt 10% đến 15% khoảng cách giữa các nguyên tử thì vật rắn nóng chảy Song không có một lý thuyết nào để giải thích điều đó Vật rắn không nóng chảy từng nguyên tử một Đây là một hiện tượng mang tính tập thể (collective) Hiện tượng tập thể đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình vật lý, ví dụ quá trình... Planck, c– vận tốc ánh sáng Hằng số a lượng hóa cường độ tương tác điện từ tương đối tính (c) của các hạt mang điện tích trong chân không (e0) của lý thuyết lượng tử (h).Trị số bằng số của a là 1/137, 0359 9976 hay xấp xỉ bằng 1/137 Người ta sử dụng ý tưởng đơn giản sau Như ta biết các quasar được phát hiện năm 1965, đó là những quasi-star (thiên thể tựa sao) có độ sáng lớn hơn 100 tỷ sao, ở xa quả đất... Các hằng số làm thành cơ sở cấu trúc vật lý Nếu một số hằng số có những trị số khác thì những tổ hợp cấu trúc nguyên tử, cũng như các sinh thể có thể không cấu thành được, vậy không tồn tại Mong muốn giải thích các hằng số vật lý là một cố gắng xây dựng một bức tranh hoàn chỉnh của TOE (Theory of Everything – Lý thuyết của tất cả) Vấn đề các hằng số trở nên phức tạp vì trong những lý thuyết như siêu... nên những hằng số mà chúng ta thường quan sát được chưa phải là những hằng số thực thụ, chúng chỉ là cái "bóng" ba chiều của những hằng số đích thực Trong lý thuyết dây có khả năng tồn tại đến 10500 lời giải ứng với ngần ấy thế giới khả dĩ Thế giới của chúng ta chỉ là một thể hiện của tập thế giới đó, chỉ là một ốc đảo bao quanh bởi nhiều thế giới siêu thực không có sự sống, tại đấy những cấu trúc như . 35 bài toán nan gi iả [05/06/2006] V a qua, t báo thông tin khoa h cừ ờ ọ hàng đ u c a Pháp và th gi i, Laầ ủ ế ớ Recherche đã cho công b 35 bài toán nan gi i trong các. tìm th y ư ố ượ ế ấ ở đâu c . Bài toán ả v t ch t t iậ ấ ố (dark matter) ra đ iờ (1933). 70 năm đã trôi qua mà bài toán v t ch t t i – m tậ ấ ố ộ trong nh ng bài toán c b n c a v t lý - v nữ. nghĩ đ n các "máy tính l ngố ườ ế ượ t " có kh năng gi i quy t nh ng bài toán quanử ả ả ế ữ tr ng nh bài toán th a s hóa nh ng con sọ ư ừ ố ữ ố ch a hàng trăm ch s .ứ ữ ố 13 / Sét hòn Franck