Lịch sử lý thuyết dây ppt

Lịch sử lý thuyết dây Năm 1968, Gabriele Veneziano, một nhà vật lý trẻ người Ý, đã trăn trở rất nhiều để tìm những lời giải thích phù hợp với các tính chất khác nhau của lực hạt nhân mạnh. Khi ấy, ông đang làm việc tại trung tâm hạt nhân của châu Âu, CERN, đặt tại Geneva, Thụy Sĩ. Trongnhiều nămròng rã, ôngđã nghiên cứu vấn đề này, và rồi một hôm, trong đầu ông chợt lóelên một phát hiện lạ lùng. Ôngvô cùngngạc nhiên khinhận thấyrằng công thức củanhàtoán học người Thụy Sĩ Leonard Eulerxây dựngtrước đó hơn hai trăm năm với mục đích toán học thuần túy với tên gọi là Hàm Beta Euler, song lại mô tả được nhiều tính chất của các hạt tham gia trong tương tác mạnh.Phát hiện của Venezianođã thâu tóm một cách rất hiệu quả bằng toánhọc nhiều đặctrưng củatương tác mạnh, nhằm sử dụng hàmBeta và các dạngtổng quát hóacủa nó để mô tả một chuỗi những dữ liệu thuđược từ thực nghiệm. Tuy nhiên,phát hiệnkhi đó của Veneziano vẫn chưa đầy đủ, nó giống như một công thức màmột sinh viên học thuộc lòng nhưnglại khônghiểu hết đượcý nghĩasâu sa củanó. Hàm Beta Euler sauđó được sử dụng rất hiệu quả,nhưng không mộtai khi ấyhiểu đượctại sao nó lại như vậy. Mãi tới năm 1970, nhữngcôngtrình của Yoichiro Nambuở Đại họcChicago, Holger NielsenthuộcViện NielsBohr và LeonardSusskin ở Đại học Stanfordmới chỉ ra được ý nghĩa vậtlý ẩn saucông thức Euler.Hai nhà vậtlý này đã chứng minhđượcrằng,nếu mộthạt sơ cấp được mô hình hóa như các dây nhỏ bé một chiều daođộng, thìtương tác mạnh của chúng có thể được môtả chính xác bởi hàm BetaEuler.Theo lập luận của họ, nếu các dây này đủ nhỏ thì chúngvẫn đượcxem là các hạt điểm và dovậyphù hợpvới những quansát thực nghiệm. Mặcdù lý thuyết mới được khaisinhgiản dị về mặt trựcgiác, và khởi đầuvới nhiều hào hứng,nhưngsự mô tả tươngtác mạnh củalý thuyết dây banđầu đã bị thất bại. Những năm đầu của thập niên 1970,các thí nghiệm năng lượngcao với độ thămdò hạ nguyên tử đã chứng tỏ rằngmô hình dây đưa ranhiều tiên đoán mâu thuẫn với thực nghiệm. Trongkhi đó sắc động lực họclượng tử dựa trên cáchạt điểm đã được phát triểnvà những thànhcôngvang dội của nótrong việc mô tả tương tác mạnh đã làm mờ đi lý thuyết dây. Nhiều nhà vật lý nghĩ rằng thuyết dây đã bị ném vào sọtrác của khoa học, nhưng một số ít cácnhà vật lý vẫn kiên trì bámtheo nó. Trongsố đó có Schwarz,người cảm thấy rằng"cấutrúc toán họccủa lýthuyết dây rấtđẹp vàcó nhiềutính chất rất tuyệt diệu, nên nó phải hướngtới một cái gì đó hếtsức cơ bản". Mộttrong số các thiếu sótcủa lý thuyết dây mà các nhàvật lý tìmthấy là sức baoquátcủa lý thuyết này lớn hơnnhững gì mà họ nghĩ. Dolý thuyết dây chứa đựng những mẫu hình daođộng của dây, và cónhững tínhchấtquan hệ chặt chẽ với các gluonnên nó đã được tuyên bố quá sớm như là lý thuyếtcủa tươngtác mạnh.Nhưng không chỉ có vậy, lýthuyết dây còn chứa đựng cả những hạt truyềntương táckhác, những hạt nằm ngoài mục tiêuquansát của các thựcnghiệm trong tươngtác mạnh. Năm 1974,Schwarz và Joel Scherkở trường Cao đẳng sư phạm Parisđã thực hiện một bướcnhảy táo bạo, bằng việc cải biến những nhược điểm bề ngoài củathuyết dây thànhcácưu điểmmang tính đặc trưng. Họ đã nghiên cứuđặc điểm của những mốt daođộng và nhậnthấy rằngnhững tính chất này phù hợp tuyệtđối với hạt truyền tươngtác giả định của trườnghấp dẫn,có tênlà graviton.Mặcdù hạt truyền tươngtác nàychưa từngđượcquan sát,nhưng các nhà lý thuyết tiên đoán một cách vữngchãi về một số đặc tính cơ bản mà graviton cần phải có. Và họ rút ra kết luận: lý thuyếtdây nguyên sinh thất bại là do cácnhà vật lý hạnchế phạm vi ảnh hưởngcủa nó. Lýthuyết dây khôngchỉ dừng lại như là mộtthuyếtcủa tương tác mạnh, mà nó cònlà một thuyếthấp dẫnlượng tử. Trongkhi đó, cộng đồng các nhà vậtlý kiên quyết không chấp nhận ý kiến của hai ông. Schwarz đã bày tỏ "công trìnhcủa chúng tôi hoàn toàn không được đếm xỉa đến". Con đường thống nhất hấpdẫn với cơ họclượng tử đối diệnvới những thất bại ngổn ngang. Lý thuyết dây banđầu thất bại trongnỗ lực miêu tả tương tác mạnh,và thất bại này làm nhiều người hoài nghi hơnkhi nócòn có ýđịnh đạt tới mục tiêu caohơn làthống nhất thuyếttương đối rộngcủa Einsteinvà cơ học lượng tử vào làm một. Đầu nhữngnăm 1980, các kết quả thực nghiệm một lần nữa chỉ ra sự xungđột giữalý thuyết dây và cơ học lượng tử, mànguyên do chính là do lực hấp dẫn vẫn chống lại sự hợp nhấtvào trong mô hình lý thuyết lượng tử mô tả vũ trụ. Theo science.com Mọichuyện không có gì khả quan hơn hơn,cho tới năm 1984, trong một bàibáo có tính chất hộitụ nỗ lực của 12 năm nghiên cứucăng thẳng, mà phần lớn không cóai ngó ngàng, MichaelGreen và JohnSchwarz đã xác địnhđồng thờigiải quyết những xungđột ảnhhưởng xấu đến lý thuyếtdây. Hơn vậy, họ còn chứng minhđượcrằng lý thuyết dâymà họ xây dựng cóđủ tầm vóc để bao quáttất cả các lực cơ bảncủa tự nhiênvà vậtchất. Khi tin đồnvề kết quả thành công này đến tai cộng đồngvật lý trên thế giới, hàng trăm nhàvật lý hạt đã bỏ công việc nghiên cứu đanglàm của họ để lao vào mộtcuộc tấncôngvới quy mô lớn hơn, và họ nghĩ rằng đây sẽ là trận chiến cuối cùngtrong cuộc chinh phụcnhững bí mậtcủa vũ trụ. Từ năm 1984 đến năm1986 được biết đến như "cuộc cáchmạng lý thuyết dây lầnthứ nhất". Trong 3năm,hơn mộtngàn bài báonghiên cứu về thuyết dâyđã được viết bởi các nhàvật lý trênkhắp thế giới. Những công trình này đã giải quyết một cách dứt điểm nhiều phầncòn tồn tại trongmôhình chuẩn, mà nếu không có sự ra đời của thuyết dây thì phải hàngchục năm người ta mới làm được như vậy. Theo lời của Micheal Green, chỉ cần làmquenvới lý thuyết dây, thì mọingườisẽ thấyrằng hầu như tất cả các thành tựu vĩ đại nhất của vật lý trong mộtthế kỷ qua đều đượcxuất hiện, cùng với vẻ đẹp thanhnhã đến tự nhiên. Lýthuyết dây đã giải thích mộtcáchđầy đủ và thỏa đánghơn so với mô hình chuẩn. Những tiến bộ này đã thuyết phụcđược nhiều nhà vật lýtin tưởngrằng lýthuyết dây đã đi đúng hướng,với mục tiêu là trở thành mộtlý thuyết thống nhất saucùng. Tuy nhiên, lý thuyết dây lại vấp phải một trở ngại to lớn.Trong quá trìnhnghiên cứu vật lý lý thuyết, người ta thườnggặp những phươngtrình rất khó hiểuvà khó phân tích.Thườngcác nhà vậtlý không chịu bó tay, họ tìm cách giải quyếtchúng bằngphươngpháp tínhxấp xỉ.Nhưng tìnhhìnhtrong lý thuyếtdây còncam go hơnrất nhiều. Ngay cả việc xác định chính bản thâncác phương trình đã rất khó khăn,mà công việc này chỉ dẫn đến những phương trìnhgần đúng. Dovậy, các nhà lý thuyết dâyđành phải tìmnhững nghiệmgần đúng cho phương trìnhgần đúng đó. Sau mộtvài năm tiến như vũ bão trong cuộccách mạnh lýthuyết dây lần thứ nhất,các nhàvật lý nhận thầy rằng nếu hạn chế trong nhữngphép gần đúngđó thì khôngđủ để trả lời cho rấtnhiềuvấn đề căn bản,rất cần thiết cho các bướcphát triển mới.Do không có nhữngđề xuất cụ thể để vượt qua các phương phápgần đúng,nhiều nhà vật lý cảm thấy thất vọngvà đành quay về nhữnghướng nghiên cứu trước kiacủa họ. Đối với nhữngngười còn lại thì cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990là mộtthời kỳ khó khăn. Nhữngthời kỳ khôhạn kéodài vẫn có những phát minhquan trọng và đều đặn, nhưngmọi ngườinghiên cứu đều biết rằng đã đến lúc cần phải tìm ranhững phương pháp mới, cókhả năng vượt ra ngoài những phép gần đúng. Năm 1995,trong bài giảnglàmnức lòngngười tại Hội nghị Siêu dây được tổ chức tại Đạihọc NamCalifornia, một bài giảngkhiến cho cử tọa ítỏi gồm những chuyền gia hàng đầu thế giới về lý thuyết dây phải kinh ngạc,EdwardWittenđã châm ngòi cho cuộc cách mạng siêu dây lần thứ hai. Từ ngày đó,các nhàlý thuyết dây đã làm việc hếtsức mình để để tìm kiếm những phương pháp mới hứahẹn, vượtqua được nhữngtrở ngại trước đây. Những khó khăn cònở phía trước sẽ thử thách nghiêmkhắc sức mạnh mạnhkỹ thuật của các nhà vậtlý dây trên khắp thế giới, nhưngánh sángở cuối đường hầm, mặc dùcòn mờ xa, nhưng rồi cuối cùng cũngsẽ nhìn thấy được. . này đã thuyết phụcđược nhiều nhà vật lýtin tưởngrằng l thuyết dây đã đi đúng hướng,với mục tiêu là trở thành mộtlý thuyết thống nhất saucùng. Tuy nhiên, lý thuyết dây lại vấp phải một trở ngại to. toán họccủa l thuyết dây rấtđẹp vàcó nhiềutính chất rất tuyệt diệu, nên nó phải hướngtới một cái gì đó hếtsức cơ bản". Mộttrong số các thiếu sótcủa lý thuyết dây mà các nhàvật lý tìmthấy. baoquátcủa lý thuyết này lớn hơnnhững gì mà họ nghĩ. Dolý thuyết dây chứa đựng những mẫu hình daođộng của dây, và cónhững tínhchấtquan hệ chặt chẽ với các gluonnên nó đã được tuyên bố quá sớm như là lý