Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 1 http://ebooks.vdcmedia.com MC LC CHÛÚNG 5 MÊU THỴN GIÛÄA THUËT TÛÚNG ÀƯËI RƯÅNG VÂ CÚ HỔC LÛÚÅNG TÛÃ: TIÏËN TÚÁI MƯÅT L THUËT MÚÁI (TIÏËP) 2 CHÛÚNG 6: KHƯNG CỐ GỊ KHẤC NGOÂI ÊM NHẨC: NHÛÄNG CÚ SÚÃ CA L THUËT SIÏU DÊY 12 CHÛÚNG 7: CẤI "SIÏU" TRONG SIÏU DÊY 44 CHÛÚNG 8 - CẤC CHIÏÌU ÊÍN GIÊËU 64 CHÛÚNG 9 BÙÇNG CHÛÁNG ÀĐCH THÛÅC: NHÛÄNG ÀÙÅC TRÛNG KHÙÈNG ÀÕNH BÙÇNG THÛÅC NGHIÏÅM 87 Brian Greene 2 http://ebooks.vdcmedia.com CHÛÚNG 5 MÊU THỴN GIÛÄA THUËT TÛÚNG ÀƯËI RƯÅNG VÂ CÚ HỔC LÛÚÅNG TÛÃ: TIÏËN TÚÁI MƯÅT L THUËT MÚÁI (Tiïëp) Nhûäng hẩt truìn tûúng tấc Theo mư hònh chín, cấc trûúâng lûåc mẩnh vâ ëu cng àûúåc tẩo thânh tûâ nhûäng gối nhỗ nhêët, giưëng nhû trûúâng àiïån tûâ àûúåc tẩo búãi cấc photon. Nhû àậ àûúåc thẫo lån sú qua trong Chûúng 1, nhûäng gối nhỗ nhêët ca lûåc mẩnh àûúåc biïët lâ cấc gluon vâ ca lûåc ëu lâ cấc boson ëu (nối mưåt cấch chđnh xấc hún àố lâ cấc boson W vâ Z). Mư hònh chín khùèng àõnh rùçng nhûäng hẩt lûåc àố khưng cố cêëu trc nưåi tẩi vâ do àố chng cng lâ nhûäng hẩt sú cêëp nhû cấc hẩt thåc ba hổ hẩt c a vêåt chêët. Photon, gluon vâ cấc boson ëu tẩo ra mưåt cú chïë vi mư ca sûå truìn cấc hẩt. Vđ d, khi mưåt hẩt tđch àiïån àêíy mưåt hẩt khấc tđch àiïån cng dêëu, thò àiïìu nây cố thïí giẫi thđch mưåt cấch khấ thư thiïín nhû sau: mưỵi hẩt àïìu sinh ra xung quanh nố mưåt àiïån trûúâng — tûåa nhû “mưåt àấm mêy” hay mưåt “àấm sûúng m” ca mưåt “chêët - àiïån” vâ lûåc àêíy mâ cấc àiïån tđch cẫm nhêån àûúåc àố lâ sûå àêíy ca hai trûúâng tûúng ûáng ca chng. Tuy nhiïn, sûå mư tẫ vi mư chđnh xấc hún vïì sûå àêíy nhau ca cấc photon vâ sûå tûúng tấc giûäa hai hẩ t tđch àiïån lâ do sûå “bùỉn” qua lẩi cấc photon giûäa hai hẩt tđch àiïån àố. Tûúng tûå nhû hai ngûúâi trûúåt bùng nếm qua nếm lẩi cho nhau nhûäng quẫ bowling qua mưåt búâ râo vâ àiïìu àố lâm ẫnh hûúãng túái chuín àưång ca cẫ hai ngûúâi, hai hẩt tđch àiïån tấc àưång lïn nhau bùçng cấch trao àưíi cấc photon. Cố mưåt khiïëm khuët cùn bẫn trong sûå tûúng tûå ca hai ngûúâi trûúåt bùng, àố lâ sûå trao àưíi nhûäng quẫ bowling ln cố tấc dng “àêíy”, nố ln lâm cho hai ngûúâi lẩng ra xa nhau. Trấi lẩi, hai hẩt tđch àiïån trấi dêëu cng tûúng tấc thưng qua trao àưíi cấc photon, tuy nhiïn lûåc àiïån tûâ giûäa chng lẩi lâ lûå c ht. Àiïìu nây Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 3 http://ebooks.vdcmedia.com cho ta cẫm giấc nhû photon thûåc chêët khưng phẫi lâ hẩt truìn lûåc mâ lâ hẩt truìn thưng àiïåp cho hẩt nhêån biïët phẫi àấp ûáng nhû thïë nâo àưëi vúái lûåc hiïån cố. Àưëi vúái cấc hẩt tđch àiïån cng dêëu, photon mang túái thưng àiïåp bẫo chng “ài ra xa nhau”, trong khi àố àưëi vúái cấc hẩt tđch àiïån trấi dêëu, nố mang túái thưng àiïåp “xđch lẩi gêìn nhau”. Vò l do àố àưi khi photon côn àûúåc gổi lâ hẩt truìn tin hay hẩt trung gian mưi giúái àưëi vúái lûåc àiïån tûâ. Tûúng tûå, cấc gluon vâ cấc boson ëu lâ cấc hẩt truìn tin àưëi vúái cấc lûåc hẩt nhên mẩ nh vâ ëu. Lûåc mẩnh tûác lûåc giûä cấc hẩt quark úã bïn trong cấc photon vâ nútron, àûúåc thûåc hiïån bùçng cấch trao àưíi cấc gluon. Nhû vêåy cố thïí nối, cấc gluon àậ cung cêëp mưåt “chêët keo” (tiïëng Anh lâ “glue”) giûä cho cấc hẩt dûúái ngun tûã dđnh kïët vúái nhau. Côn lûåc ëu, chđnh lâ lûåc àậ gêy ra mưåt sưë phên rậ phống xẩ, lẩi àûúåc thûåc hiïån thưng qua hẩt trung gian lâ cấc boson ëu. Àưëi xûáng chín Chùỉc cố lệ bẩn àậ thêëy mưåt nhên vêåt côn chûa àûúåc àïì cêåp túái trong thẫo lån ca chng ta vïì l thuët lûúång tûã ca cấc lûåc trong tûå nhiïn, àố lâ lûåc hêëp dêỵn. Cùn cûá vâo cấch tiïëp cêån thânh cưng mâ cấc nhâ vêåt l àậ sûã dng cho ba lûåc khấc, bẩn chùỉc cho rùçng cấc nhâ vêåt l sệ tòm kiïëm mưåt l thuët trûúâng lûúång tûã cho lûåc hêëp dêỵn, mưåt l thuët trong àố bố nhỗ nhêët ca trûúâng lûåc hêëp dêỵn, tûác graviton, sệ lâ hẩt truìn tin c a nố. Thoẩt nhòn, nhû bẩn bêy giúâ sệ thêëy, gúåi àố ca bẩn dûúâng nhû hoân toân thđch húåp, búãi lệ l thuët trûúâng lûúång tûã ca ba lûåc phi hêëp dêỵn hế múã cho thêëy rùçng cố mưåt sûå tûúng tûå hoân toân giûäa chng vâ mưåt khđa cẩnh ca lûåc hêëp dêỵn mâ chng ta àậ gùåp trong Chûúng 3. Xin nhùỉc lẩi rùçng lûåc hêëp dêỵn àậ cho phếp chng ta tun bưë rùçng mổi ngûúâi quan sất, bêët kïí hổ chuín àưång nhû thïë nâo, àïìu hoân toân bònh àùèng vúái nhau. Ngay cẫ nhûäng ngûúâi mâ chng ta thûúâ ng nghơ hổ chuín àưång cố gia tưëc cng cố quìn nối rùçng hổ àûáng n, vò hổ cố thïí gấn lûåc mâ hổ cẫm thêëy cho mưåt trûúâng hêëp dêỵn mâ hổ àûúåc àùåt vâo. Theo nghơa àố, lûåc hêëp dêỵn àậ hêåu thỵn cho mưåt àưëi xûáng: nố àẫm bẫo rùçng mổi quan àiïím, mổi hïå quy chiïëu àïìu thûåc sûå tûúng àûúng vúái nhau. Sûå tûúng tûå ca hêëp dêỵn vúái cấc lûåc mẩnh, ëu vâ àiïån tûâ lâ úã chưỵ, têët cẫ ba àïìu hêåu thỵn cho nhûäng lưëi àưëi xûáng, chó cố àiïìu nhûäng àưëi xûáng nâ y trûâu tûúång hún nhiïìu. Brian Greene 4 http://ebooks.vdcmedia.com Àïí cố mưåt niïåm sú bưå vïì nhûäng ngun l àưëi xûáng tinh tïë hún àố, ta hậy xết mưåt vđ d quan trổng. Nhû àậ biïët úã Chûúng 1, mưỵi quark àïìu cố ba “mâu” (thûúâng gổi lâ àỗ, lc vâ lam, mùåc d àêy àún giẫn chó lâ cấc nhận chûá khưng cố quan hïå gò vúái cấc mâu trong thõ giấc chng ta). Cấc mâu nây quët àõnh quark phẫi phẫn ûáng nhû thïë nâo àưëi vúái lûåc mẩnh, cng hïåt nhû àiïån tđch ca quark quët àõnh nố phẫi phẫn ûáng nhû thïë nâo àưëi vúái lûåc àiïån tûâ. Têët cẫ nhûäng dûä liïåu thu thêåp àûúåc cho thêëy rùçng cố mưåt àưëi xûáng giûäa cấc quark theo nghơa tûúng tấc giûäa hai quark cng mâu (àỗ vúái àỗ, lc vúái lc vâ lam vúái lam) lâ hoân toân nhû nhau vâ tûúng tûå, tûúng tấc giûäa cấc quark khấc mâu (àỗ vúái lc, lc vúái lam vâ lam vúái àỗ) cng hoân toân nhû nhau. Thûåc tïë, cấc dûä liïåu côn cho thêëy àiïìu gò àố côn àấng ngẩc nhiïn hún. Nïëu ba mâu — ba tđch khấc nhau ca tûúng tấc mẩnh — mâ quark mang têët cẫ àïìu àûúåc dõch chuín theo mưåt cấch àùåc biïåt nâo àố (nối mưåt cấch nưm na bùçng ngưn ngûä mâu sùỉc tûúãng tûúång ca chng ta, nïëu àỗ , lc vâ lam àïìu bõ dõch chuín thânh vâng, châm vâ tđm, chùèng hẩn) vâ thêåm chđ nhûäng chi tiïët ca sûå dõch chuín àố thay àưíi tûâ thúâi àiïím nây sang thúâi àiïím khấc, tûâ núi nây sang núi khấc, thò tûúng tấc giûäa cấc quark vêỵn hoân toân khưng thay àưíi. Vò l do àố, chng ta nối rùçng V tr cố àưëi xûáng tûúng tấc mẩnh: nghơa lâ tûúng tấc mẩnh khưng thay àưíi bêët kïí cấc tđch mâu ca nố dõch chuín nhû thïë nâo, cng hïåt nhû chng ta nối hònh cêìu cố àưëi xûáng cêìu vò nố nhòn nhû nhau bêët kïí ta quay nố ra sao vâ nhòn nố dûúái gốc àưå nâo. Vò l do lõch sûã, cấc nhâ vêåt l côn gổi àưëi xûáng nây ca tûúng tấc mẩnh lâ àưëi xûáng chín (gauge). Vâ àêy múái lâ àiïìu cùn bẫn. Cng nhû sûå àưëi xûáng ca mổi àiïím quan sất khấc nhau trong thuët tûúng àưëi rưång àôi hỗi phẫi cố lûåc hêëp dêỵn, nhûäng cưng trònh ca Hermann Weyl vâo nhûäng nùm 20 vâ ca Dûúng Chêën Ninh vâ Robert Mills nhûäng nùm 50 àậ chûáng tỗ rùçng cấc àưëi xûáng chín cng àôi hỗi sûå tưìn tẩi ca cấc lûåc khấc nûäa. Tûåa nhû mưåt hïå thưëng kiïím soất mưi trûúâng rêët nhẩy giûä cho nhiïåt àưå, ấp sët khưng khđ vâ àưå êím ln ln khưng thay àưíi bùçng cấch b trûâ chđnh xấc nhûäng ẫnh hûúãng tûâ bïn ngoâi, mưåt sưë loẩi trûúâng lûåc, theo Dûúng vâ Mills, cng sệ tẩo sûå b trûâ chđnh xấc cho nhûäng dõch chuín trong cấc tđch ca tûúng tấc, bùçng cấch àố giûä cho nhûäng tûúng tấc vêåt l giûäa cấc hẩt hoân toân khưng thay àưíi. Àưëi vúái trûúâng húåp àưëi xûáng chín gùỉn liïìn vúái sûå dõch chuín trong cấc tđch mâu ca quark, lûåc àôi hỗi khưng gò khấc chđnh lâ lûåc mẩnh. Àiïìu nây cố nghơa lâ, nïëu Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 5 http://ebooks.vdcmedia.com khưng cố lûåc mẩnh, sệ khưng cố àưëi xûáng chín vâ vêåt l cng sệ khấc sau khi dõch chuín cấc mâu. Lûåc hêëp dêỵn vâ lûåc hẩt nhên mẩnh cố nhûäng tđnh chêët hoân toân khấc nhau (chùèng hẩn, lûåc hêëp dêỵn ëu hún lûåc mẩnh rêët nhiïìu vâ tấc dng trïn khoẫng cấch rêët xa). Tuy nhiïn, chng cố mưåt di sẫn chung búãi vò cẫ hai àïìu cêìn phẫi thûåc hiïån mưåt sưë àưëi xûáng ca V tr. Tûúng tûå nhû vêåy, lûåc hẩt nhên ëu vâ lûåc àiïån tûâ c ng gùỉn liïìn vúái nhûäng àưëi xûáng chín àiïån tûâ. Nhû vêåy, cẫ bưën tûúng tấc àïìu liïn hïå trûåc tiïëp vúái cấc ngun l àưëi xûáng. Àùåc àiïím chung nây ca bưën lûåc dûúâng nhû lâ mưåt àiïìm tưët cho sûå àïì xët àûúåc nïu ra úã àêìu chûúng nây. C thïí lâ trong tûúng àưëi rưång, chng ta cêìn phẫi tòm kiïëm mưåt l thuët trûúâng lûúång tûã ca lûåc hêëp dêỵn, nhû cấc nhâ vêåt l àậ phất minh ra cấc l thuët trûúâng lûúång tûã ca ba lûåc khấc. Trong nhiïìu nùm, lêåp lån nây àậ cưí v nhiïìu nhâ vêåt l xët sùỉc ài theo con àûúâng àố, nhûng thûåc tïë cho thêëy cố quấ nhiïìu chưng gai vâ khưng cố ai thânh cưng ài àûúåc àïën cng. Dûúái àêy chng ta sệ hiïíu tẩi sao lẩi nhû vêåy. Thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã Lơnh vûåc ấp dng thưng thûúâng ca thuët tûúng àưëi rưång lâ úã nhûäng thang khoẫng cấch thiïn vùn. ÚÃ nhûäng khoẫng cấch lúán nhû thïë, theo l thuët ca Einstein, khi khưng cố khưëi lûúång thò khưng gian lâ phùèng, nhû àûúåc minh hổa trïn Hònh 3.3. Trong cưng cåc tòm kiïëm àïí húåp nhêët thuët tûúng àưëi vúái cú hổc lûúång tûã, giúâ àêy chng ta cêìn têåp trung gùỉt gao vâ xem xết k lûúäng nhûäng tđnh chêët vi mư ca khưng gian. Chng ta minh hổa àiïìu àố trïn Hònh 5.1 bùçng cấch thu lẩi gêìn vâ phống àẩi liïn tiïëp nhûäng vng ngây câng nhỗ ca cêëu trc khưng gian. Thoẩt àêìu, khi thu lẩi gêìn, chûa thêëy cố gò xẫy ra; nhû chng ta thêëy trong ba mûác phống àẩi àêìu tiïn trïn Hònh 5.1, cêëu trc khưng gian vêỵn côn cố dẩng vïì cú bẫn lâ nhû nhau. Nïëu l lån theo quan àiïím thìn ty cưí àiïín, thò chng ta hùèn sệ nghơ rùçng hònh ẫnh phùèng vâ n tơnh vêỵn côn giûä mậi nhû thïë cho túái têån nhûäng thang chiïìu dâi nhỗ nhêët. Nhûng cú hổc lûúång tûã àậ lâm thay àưíi kïët lån àố mưåt cấch cú bẫn. Mổi thûá, kïí cẫ trûúâng hêëp dêỵn, àïìu phẫi chõu nhûäng thùng giấng lûúång tûã cưë hûäu do ngun l bêët àõnh. Mùåc d nhûäng l lån cư í àiïín suy ra rùçng khưng gian trưëng rưỵng cố trûúâng hêëp dêỵn bùçng khưng, nhûng cú hổc lûúång tûã lẩi chûáng tỗ rùçng vïì trung Brian Greene 6 http://ebooks.vdcmedia.com bònh thò àng lâ nố bùçng khưng, nhûng giấ trõ thûåc ca nố dao àưång lïn xëng do cấc thùng giấng lûúång tûã. Hún thïë nûäa, ngun l bêët àõnh cho chng ta biïët rùçng kđch cúä nhûäng thùng giấng nây ca trûúâng hêëp dêỵn sệ câng lúán khi chng ta têåp trung ch túái vng khưng gian câng nhỗ. Cú hổc lûúång tûã côn chûáng tỗ rùçng khưng cố gò thđch bõ dưìn vâo mưåt gốc cẫ: sûå têåp trung khưng gian câng hểp sệ dêỵn túái nhûäng thùng giấng câng lúán. Hònh 5.1 Bùçng cấch phống àẩi liïn tiïëp mưåt vng nhỗ ca khưng gian, ta cố thïí thùm dô àûúåc nhûäng tđnh chêët siïu vi mư ca nố. Nhûäng àõnh húåp nhêët thuët tûúng àưëi rưång vúái cú hổc lûúång tûã àïìu vêëp phẫi nhûäng bổt lûúång tûã sưi sc xët hiïån úã têìng phống àẩi cao nhêët. Vò trûúâng hêëp dêỵn àûúåc phẫn ấnh búãi àưå cong ca khưng-thúâi gian, nïn chđnh nhûäng thùng giấng lûúång tûã nây àûúåc thïí hiïån búãi nhûäng biïën dẩng câng mẩnh ca khưng gian bao quanh. Chng ta àậ lúâ múâ nhêån thêëy nhûäng biïën dẩng nhû vêåy àậ xët hiïån úã mûác phống àẩi thûá tû trïn Hònh 5.1. Bùçng cấch thùm dô túái nhûäng thang khoẫng cấch côn nhỗ hún nûäa, nhû àậ lâm úã mûác phống àẩi thûá nùm trïn Hònh 5.1, chng ta thêëy rùçng nhûäng thùng giấng lûúång tûã ngêỵu nhiïn ca trûúâng hêëp dêỵn tûúng ûáng vúái nhûäng ën cong ghï gúá m àïën nưỵi khưng gian khưng côn giưëng mưåt cht nâo vúái mưåt àưëi tûúång hònh hổc vúái àưå cong mïìm mẩi nhû lâ mâng cao su mâ ta àậ xết úã Chûúng 3 nûäa. Mâ bêy giúâ nố cố dẩng si bổt, rưëi ren vâ vùån xóỉn k dõ nhû àûúåc minh hổa úã têìng trïn cng ca Hònh 5.1. John Wheeler àậ àùåt ra thåt ngûä bổt lûúång tûã àïí mư tẫ sûå nấo nhiïåt àûúåc phất lưå búãi sûå thùm dô úã mûác siïu vi mư àố ca khưng gian (vâ cẫ thúâi gian nûäa), trong àố nhûäng khấi niïåm thưng thûúâng nhû trấi phẫi, trûúác sau, trïn dûúái (vâ thêåm chđ cẫ quấ khûá vâ tûúng lai nûäa) àïìu mêët hïë t nghơa. Chđnh úã nhûäng thang khoẫng cấch cûåc ngùỉn nhû vêåy àậ xẫy ra sûå khưng tûúng thđch giûäa thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã. Khấi niïåm hònh hổc trún tru - ngun l trung têm ca thuët tûúng àưëi rưång - àậ bõ nhûäng thùng giấng dûä dưåi ca thïë giúái lûúång tûã úã nhûäng thang khoẫng cấch cûåc ngùỉn phấ hy. Nhû vêåy, úã nhûäng thang khoẫng cấch cûåc ngùỉn, àùåc tđnh trung têm ca cú hổc lûúång tûã, tûác lâ ngun l bêët àõnh, àậ trûåc tiïëp xung àưåt vúái àùåc tđnh trung têm ca thuët tûúng àưëi rưång, àố lâ mư hònh hònh hổ c trún tru ca khưng gian (vâ ca cẫ thúâi gian nûäa). Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 7 http://ebooks.vdcmedia.com Thûåc tïë, sûå xung àưåt nây àûúåc thïí hiïån mưåt cấch hïët sûác c thïí. Nhûäng tđnh toấn nhùçm húåp nhêët cấc phûúng trònh ca thuët tûúng àưëi rưång vâ ca cú hổc lûúång tûã thûúâng cho mưåt àấp sưë nhû nhau vâ hoân toân vư nghơa: àố lâ giấ trõ vư hẩn. Giưëng nhû c qët roi vâo tay hổc trô ca cấc thêìy àưì thúâi xûa, mưåt àấp sưë vư hẩn lâ cấch thûác ca tûå nhiïn àïí nối vúái chng ta rùçng cố mưåt àiïìu gò àố àậ sai lêìm [1]. Nhûäng phûúng trònh ca thuët tûúng àưëi rưång khưng thïí chõu nưíi sûå sưi ca cấc bổt lûúång tûã. Tuy nhiïn, cêìn thêë y rùçng khi chng ta quay trúã lẩi vúái nhûäng thang khoẫng cấch thưng thûúâng (tûác lâ ài theo dậy cấc têìng tûâ trïn xëng dûúái ca Hònh 5.1), thò nhûäng thùng giấng ngêỵu nhiïn, dûä dưåi úã cấc thang nhỗ sệ triïåt tiïu nhau khi lêëy trung bònh, theo cấch giưëng hïåt nhû tâi khoẫn ca anh bẩn mùỉc núå kinh niïn ca chng ta khưng hïì cho thêëy lâ anh mùỉc núå kinh niïn vâ khấi niïåm hònh hổc trún ca cêëu trc V tr lẩi trúã nïn chđnh xấc. Àiïìu nây cng tûåa nhû khi xem mưåt bûác tranh thåc trûúâng phấi hôa quån vâo nhau gêy cho ta êën tûúång vïì mưåt hònh ẫnh trún tru, vúái àưå sấ ng tưëi ca nố biïën thiïn liïn tc vâ mïìm mẩi tûâ mẫng nây àïën mẫng khấc. Nhûng khi tiïën àïën gêìn hún, tûác lâ úã nhûäng thang khoẫng cấch nhỗ hún, bẩn sệ thêëy rùçng àố chó lâ êën tûúång bïì ngoâi: bûác tranh bêy giúâ chó côn lâ mưåt têåp húåp ca cấc àiïím rúâi rẩc, mưỵi àiïím tấch rúâi khỗi cấc àiïím khấc. Cng xin lûu rùçng, bẩn thûác àûúåc bẫn chêët giấn àoẩn ca bûác tranh chó khi xem nố úã nhûäng thang khoẫng cấch nhỗ, côn khi nhòn tûâ xa thò nố vêỵn trún tru nhû thûúâng. Tûúng tûå nhû vêå y, cêëu trc ca khưng-thúâi gian sệ dûúâng nhû lâ trún, chó trûâ khi ta thùm dô nố vúái àưå chđnh xấc siïu vi mư. Àiïìu nây giẫi thđch tẩi sao thuët tûúng àưëi rưång cho kïët quẫ rêët tưët úã nhûäng thang khoẫng cấch (vâ thúâi gian) rêët lúán, tûác lâ nhûäng thang liïn quan túái nhiïìu ûáng dng thiïn vùn thûúâng gùåp, úã àố giẫ thuët trung têm vïì mưåt hònh hổc vúái àưå cong trún lâ húåp l. Nhûng úã nhûäng khoẫng cấch (vâ thúâi gian) nhỗ, giẫ thuët nây bõ sp àưí vâ thuët tûúng àưëi rưång khưng côn ph húåp nûäa do vêëp phẫi nhûäng thùng giấng lûúång tûã. Nhûäng ngun l ca cú hổc lûúå ng tûã vâ thuët tûúng àưëi rưång cho phếp chng ta tđnh àûúåc gêìn àng nhûäng thang khoẫng cấch mâ dûúái àố hiïån tûúång si bổt lûúång tûã tai hẩi bùỉt àêìu thïí hiïån rộ nết (vâ phong cẫnh giưëng nhû têìng trïn cng ca Hònh 5.1). Giấ trõ rêët nhỗ ca hùçng sưë Planck, hùçng sưë chi phưëi cûúâng àưå ca cấc hiïåu ûáng lûúång tûã, vâ cûúâng àưå ëu cưë hûäu ca lûåc hêëp dêỵn Brian Greene 8 http://ebooks.vdcmedia.com gưåp lẩi àậ cho ta kïët quẫ gổi lâ chiïìu dâi Planck, cố giấ trõ nhỗ ngoâi sûác tûúãng tûúång: mưåt phêìn triïåu t t xentimết (10-33cm) [2]. Nhû vêåy, têìng thûá nùm trïn Hònh 5.1 lâ hònh ẫnh khấi lûúåc ca phong cẫnh siïu vi mư ca V tr úã thang dûúái chiïìu dâi Planck. Àïí cố mưåt niïåm vïì thang nây, hậy hònh dung mưåt ngun tûã àûúåc phống àẩi túái kđch thûúác ca V tr mâ ta biïët hiïån nay, khi àố chiïìu dâi Planck chó cúä àưå cao ca mưåt cêy bònh thûúâng. Nhû vêåy, chng ta thêëy rùçng sûå khưng tûúng thđch giûäa thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã chó trúã nïn rộ râng trong mư åt phẩm vi khấ huìn bđ ca V tr. Vò vêåy bẩn cố thïí sệ tûå hỗi, liïåu nố cố àấng kïí chng ta phẫi bêån têm hay khưng? Thûåc tïë, cưång àưìng cấc nhâ vêåt l nhêån thûác àûúåc vêën àïì àố, nhûng hổ lẩi thđch th trúã vïì vúái nhûäng nghiïn cûáu ca hổ trong àố nhûäng thang chiïìu dâi lúán hún nhiïìu so vúái chiïìu dâi Plack vâ viïåc sûã dng cú hổc lûúång tûã vâ /hóåc thuët tûúng àưëi rưång sệ khưng hïì gùåp mưåt ri ro nâo. Tuy nhiïn, cố nhûäng nhâ vêåt l khấc, hổ trùn trú ã sêu sùỉc trûúác mưåt thûåc tïë lâ, hai cưåt tr cú bẫn ca vêåt l hổc, nhû chng ta àậ biïët, lẩi khưng tûúng thđch vúái nhau úã ngay trong cưët lội ca chng, bêët chêëp cố cêìn phẫi thùm dô túái nhûäng thang vi mư àïí lâm nưíi rộ vêën àïì àố hay khưng. Hổ lêåp lån: sûå tûúng thđch nây chó ra mưåt thiïëu sốt cùn bẫn trong hiïíu biïët ca chng ta vïì v tr vêåt l. kiïën nây dûåa trïn mưåt quan àiïím khưng thïí chûáng minh nhûng sêu sùỉc cho rùçng, V tr - nïëu chng ta hiïíu nố úã mûác sêu nhêët vâ cú bẫn nhêët - phẫi àûúå c mư tẫ búãi mưåt l thuët nhêët quấn vâ lưgic trong àố cấc phêìn ca nố phẫi àûúåc thưëng nhêët mưåt cấch hâi hôa. Vâ chùỉc chùỉn, bêët chêëp sûå khưng tûúng thđch àố quan trổng túái mûác nâo àưëi vúái nhûäng nghiïn cûáu riïng ca mònh, àa sưë cấc nhâ vêåt l àïìu nhêån thêëy khố cố thïí tin àûúåc rùçng, úã cấi mûác sêu nhêët àố, hiïíu biïët l thuët sêu xa nhêët ca chng ta vïì V tr lẩi quy vïì sûå chùỉp vấ khưng ph húåp vúái nhau vïì mùåt toấn hổc ca hai l thuët rêët cố sûác mẩ nh nhûng lẩi xung àưåt vúái nhau. Cấc nhâ vêåt l cng àậ rêët nưỵ lûåc àïí sûãa àưíi thuët tûúng àưëi rưång cng nhû cú lûúång tûã àïí trấnh sûå xung àưåt àố, song nhûäng nưỵ lûåc êëy, mùåc d rêët tấo bẩo vâ thưng minh, àïìu gùåp hïët thêët bẩi nây àïën thêët bẩi khấc. Àiïìu àố thûåc sûå àậ diïỵn ra cho túái khi ra àúâi l thuët siïu dêy [3]. Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 9 http://ebooks.vdcmedia.com [1] Trong sûå phất triïín ca cấc l thuët lûúång tûã ca ba lûåc phi hêëp dêỵn, cấc nhâ vêåt l cng vêëp phẫi nhûäng tđnh toấn cho cấc kïët quẫ vư hẩn. Tuy nhiïn, vúái thúâi gian, hổ dêìn dêìn nhêån thêëy rùçng nhûäng giấ trõ vư hẩn àố cố thïí khûã àûúåc nhúâ mưåt cưng c cố tïn lâ sûå tấi chín hốa. Nhûäng giấ trõ vư hẩn xët hiïån trong nưỵ lûåc sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã côn nghiïm trổng hún rêët nhiïìu vâ khưng thïí chûäa chẩy àûúåc bùçng “liïåu phấp” tấi chín hốa. Thêåm chđ múái àêy thưi, cấc nhâ vêåt l múái nhêån ra rùç ng nhûäng àấp sưë vư hẩn àố chđnh lâ tđn hiïåu cẫnh bấo rùçng l thuët àang àûúåc sûã dng àïí phên tđch thûåc tẩi àậ vûúåt ra ngoâi phẩm vi ấp dng ca nố. Vò mc àđch ca nhûäng nghiïn cûáu hiïån nay lâ tòm kiïëm mưåt l thuët cố phẩm vi ûáng dng, vïì ngun tùỉc, lâ khưng cố giúái hẩn, tûác lâ mưåt l thuët “tưëi hêåu” hay l thuët “cëi cng”, nïn cấc nhâ vêåt l mën tòm mưåt l thuët trong àố cấc àấp sưë vư hẩn khưng àûúåc xët hiïån, bêët kïí hïå vêåt l àûúåc xem xết úã nhûäng àiïìu kiïån cûåc hẩn túái mûác nâ o. [2] Cúä ca chiïìu dâi Planck cố thïí hiïíu àûúåc bùçng cấch dûåa trïn phûúng phấp lån mâ trong vêåt l àûúåc gổi lâ phûúng phấp phên tđch thûá ngun. tûúãng ca phûúng phấp nây nhû sau. Thûúâng thûúâng mưåt l thuët àûúåc xêy dûång nhû mưåt têåp húåp cấc phûúng trònh, nhûng, nïëu l thuët cêìn phẫi mư tẫ cấc hiïån tûúång tûå nhiïn thò nhûäng k hiïåu trûâu tûúång cố mùåt trong cấc phûúng trònh àố phẫi liïn hïå chùåt chệ vúái nhûäng àùåc trûng vêåt l. Àùåc biïåt, mưåt àiïìu quan trổng lâ chng ta cêìn phẫi àõnh nghơa mưåt hïå àún võ. Vđ d, mưåt k hiïåu biïíu diïỵn mưåt àưå dâi nâo àố . Nïëu cấc phûúng trònh chó rùçng k hiïåu àố lêëy giấ trõ 5, thò côn cêìn phẫi biïët chiïìu dâi àố lâ 5cm, 5km hay 5 nùm ấnh sấng v.v• Trong mưåt l thuët cố liïn quan túái thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã, viïåc chổn hïå àún võ xët hiïån mưåt cấch tûå nhiïn theo cấch sau. Thuët tûúng àưëi rưång dûåa trïn hai hùçng sưë tûå nhiïn lâ vêån tưëc ấnh sấng c vâ hùçng sưë hêëp dêỵn G ca Newton, côn cú hổc lûúång tûã ph thåc vâo mưåt hùçng sưë tûå nhiïn lâ h. Bùçng cấch xem xết thûá ngun ca cấc hùçng sưë àố (vđ d c lâ vêån tưëc nïn bùçng chiïìu dâi chia cho thúâi gian, v.v•) ta cố thïí thêë y rùçng tưí húåp h thûåc sûå cố thûá ngun chiïìu dâi. Thay giấ trõ ca cấc hùçng sưë vâo, ta nhêån àûúåc giấ trõ 1,616, 10-33cm. Àêy chđnh lâ chiïìu dâi Planck. Àêy chđnh lâ thang ào hay àún võ tûå nhiïn ca chiïìu dâi trong bêët k l thuët nâo cố àõnh sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã. Trong phêìn nưåi dung chđnh ca cën sấch chng tưi chó lêëy giấ trõ gêìn àng ca giấ trõ vûâa tđnh àûúåc úã trïn. [3] Hiïån nay ngoâi l thuët dêy, côn cố hai cấch tiïëp cêån nhùçm sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã àang àûúåc theo àíi rêët rấo riïët. Mưåt cấch tiïëp cêån àûúåc dêỵn dùỉ t búãi Roger Penrose úã Àẩi hổc Oford vâ àûúåc biïët túái vúái tïn gổi lâ l thuët “twistor”. Cấch tiïëp cêån thûá hai - àûúåc gúåi Brian Greene 10 http://ebooks.vdcmedia.com mưåt phêìn búãi cấc cưng trònh ca Penrose - àûúåc dêỵn dùỉt búãi Abhay Ashtekar thåc Àẩi hổc qëc gia Pennsylvania vâ àûúåc biïët túái dûúái cấi tïn phûúng phấp cấc biïën múái. Mùåc d hai cấch tiïëp cêån àố khưng àûúåc bân àïën trong cën sấch nây, nhûng ngây câng cố nhûäng dêëu hiïåu khiïën ngûúâi ta ngúâ rùçng hai cấch tiïëp cêån nây cố mưëi liïn hïå sêu xa vúái l thuët dêy vâ cng cố thïí lâ, cng vúái l thuët dêy, ba cấch tiïëp cêån àố cëi cng sệ dêỵn túái mưåt giẫi phấp àïí sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã. . mưỵi quark àïìu cố ba mâu (thûúâng gổi lâ àỗ, lc vâ lam, mùåc d àêy àún giẫn chó lâ cấc nhận chûá khưng cố quan hïå gò vúái cấc mâu trong thõ giấc chng ta). Cấc mâu nây quët àõnh quark phẫi. theo nghơa tûúng tấc giûäa hai quark cng mâu (àỗ vúái àỗ, lc vúái lc vâ lam vúái lam) lâ hoân toân nhû nhau vâ tûúng tûå, tûúng tấc giûäa cấc quark khấc mâu (àỗ vúái lc, lc vúái lam vâ lam vúái. nhiïn hún. Nïëu ba mâu — ba tđch khấc nhau ca tûúng tấc mẩnh — mâ quark mang têët cẫ àïìu àûúåc dõch chuín theo mưåt cấch àùåc biïåt nâo àố (nối mưåt cấch nưm na bùçng ngưn ngûä mâu sùỉc tûúãng