Ubertheory lý thuyết đã được biết đến với tên gọi thuyết dây

Ubertheory - lý thuyết biết đến với tên gọi Thuyết Dây Tác giả: Michael J.Duff ( Theo Scientific American,2003 ) Dịch giả : Antimatter ( http://www.vatlyvietnam.net) Lý thuyết dây không đơn lý thuyết dây, mà màng lỗ đen khẳng định vai trò quan trọng Từng có thời gian giới học giả tuyên bố: tất khám phá quan trọng thực Song vật lý, phải nhấn mạnh hai lý thuyết trụ cột kỉ XX - lý thuyết tương đối tổng quát học lượng tử dường lại tương thích với Trong lý thuyết tương đối tổng quát thất bại việc bao hàm nhiều qui tắc lượng tử lỗ đen thách thức lại tảng vững học lượng tử Cần thiết phải có lý thuyết lớn tổng quát Cho đến gần đây, kì vọng vào lý thuyết có khả thống hấp dẫn với lượng tử đồng thời mô tả tất tượng vật lý lý thuyết dựa ý tưởng dây - vật thể chiều,có kiểu dao động khác biểu diễn cho hạt sơ cấp khác Năm 1995, người ta xếp lý thuyết dây vào lý thuyết M, Edward Witten Viện Nghiên Cứu Nâng Cao gọi “M thể cho tính magic ( ma thuật), mystery ( bí ẩn ) hay membrane ( màng ) ” ( , gọi lý thuyết Ma - ND) Lý thuyết M, giống lý thuyết dây, xây dựng dựa tảng siêu đối xứng Các nhà vật lý phân chia hạt thành hai loại tùy theo mômen xung lượng, spin chúng Siêu đối xứng đòi hỏi ứng với hạt spin nguyên 0,1,2…phải tồn hạt khác khối lượng có spin bán nguyên (1/2 , 3/2 , 5/2…) Không may thay, chưa có siêu hạt bạn tìm thấy Tính đối xứng, tồn phổ biến, trường hợp hoàn toàn bị phá vỡ Có nghĩa là, hạt mà ta giả thuyết có khối lượng hạt biết, thay vào phải có khối lượng lớn nhiều Điều giải thích cho vắng mặt chúng máy gia tốc đại Tuy vậy, nhà lý thuyết tin tưởng vào siêu đối xứng, lẽ cung cấp hệ qui chiếu mà tương tác yếu, tương tác điện tử tương tác mạnh hợp với tương tác cứng đầu : tuơng tác hấp dẫn Siêu đối xứng biến đổi tọa độ không thời thời gian cho tất định luật vật lý bình đẳng với quan sát viên Thuyết tương đối tổng quát Einstein xuất phát từ điều kiện siêu đối xứng bao hàm tính hấp dẫn Trong thực tế, siêu đối xứng tiên đoán “ siêu hấp dẫn” hạt graviton spin 2– hạt truyền tương tác hấp dẫn- phi kèm với hạt bạn gravitino có spin 3/2 Tính hấp dẫn không đặt giới hạn số chiều không thời gian : nguyên tắc , phương trình tổng quát hóa chiều Song điều tương tự không áp dụng cho “ siêu hấp dẫn” , siêu hẫp dẫn đặt giới hạn cho số chiều không thời gian đa 11 Vũ trụ mà ta vốn quen thuộc có ba chiều không gian chiều thời gian Nhưng vào đầu năm 1920, nhà vật lý Ba Lan Theodore Kaluza nhà vật lý người Thụy Điển Oskar cho không thời gian có thêm chiều ẩn thứ năm Chiều phụ không kéo dài vô hạn chiều khác, thay vào tự khép kín tạo thành vòng tròn Bao quanh vòng tròn nơi cư ngụ sóng lượng tử , nằm vừa vặn trọng vòng Song số lượng nguyên sóng phù hợp với vòng tròn Mỗi sóng nguyên tương ứng với hạt lượng khác Cũng điều này, mà lượng “ lượng tử hóa” hay hình thành mức rời rạc Một quan sát viên sống không thời gian chiều quan sát thấy tập hợp hạt có điện tích gián đoạn, xa lượng rời rạc Đơn vị điện tích phụ thuộc vào bán kính hình ống, điều tương tự việc giới thực, điện tích bị lượng tử hóa theo đơn vị e electron Nhằm phù hợp với giá trị e, bán kính hình ống phải nhỏ, theo tính toán vào khoảng 10^-33 cm Kích thước nhỏ chiều phụ giải thích sao, chúng ta, hay chí nguyên tử không nhận thức Nhưng có mặt chúng sở để thống tương tác điện tử với tương tác hấp dẫn Năm 1978, Eugene Cremmer , Bernard Julia Joel Scherk nhận thấy siêu hấp dẫn không cho phép số chiều phụ lớn mà chí tới số kinh hoàng 11 ( 10 chiều không gian chiều thời gian) Các nhà vật lý mang niềm tin họ thống tất tương tác không gian nhiều chiều phụ tương tự thành công Kaluza việc thống tương tác điện tử với tương tác hấp dẫn không thời gian chiều Nhưng đến năm 1984 , chứng kiến hạ bệ siêu hấp dẫn khỏi võ đài Một đặc điểm quan trọng the giới thực tự nhiên biết cách phân biệt bên phải bên trái, Witten nhiều người khác nhấn mạnh “ chủ nghĩa tay phải” không dễ dàng khiến số chiều không thời gian từ 11 chiều trở P-Branes Ngay lúc đó, vị trí siêu hấp dẫn bị thay lý thuyết siêu dây 10 chiều Hiện nay, có tới năm lý thuyết siêu dây khác nhau, : E_8 x E_8 heterotic, SO(32) heterotic, SO(32) loại I , loại IIA IIB ( kiểu I dây mở, kiểu lại dây đóng) Trong số E_8 x E_8 heterotic có khả việc giải thích hạt bản, lực bao gồm tính thuận phải chúng Thêm , lý thuyết dây dường khởi đầu tốt cho lý thuyết tương đối nỗ lực bao hàm hiệu ứng lượng tử Tuy nhiên sau thành công bước đầu, lý thuyết dây bắt đầu vấp phải nhiều khó khăn Trục chặc là– cách để kiểm nghiệm kết thực nghiệm từ suy luận lý thuyết Thứ hai, lại phải có đến lý thuyết dây khác Nếu có có ý định tìm Lý thuyết vạn vật ( Theory of Everything) , hẳn lúng túng với giàu có Thứ ba, siêu đối xứng cho phép đến 11 chiều , siêu dây dùng lại số 10 Cuối cùng, quan niệm hạt giống dây màng tổng quát đối tượng p-chiều ? Hệ quả, hầu hết nhà lý thuyết say mê thưởng thức siêu-mì ống nhóm nhỏ khác lại khoái siêubánh bao(1) Nếu hạt có số chiều , chuyển động không thời gian, tạo vết chiều hay “dòng kẻ” Tương tự , dây, đối tượng có số chiều , tạo “ mặt giấy” , màng – đối tượng hai chiều, chuyển động tạo “khối giới” Nói cách tổng quát , p-brane chuyển động tạo khối p+1 chiều Ngay từ năm 1962, Paul A.M Dirac tìm cách xây dựng mô hình giới tưởng tượng dựa ý tưởng màng Ông cho hạt electron không đơn hạt điểm, thay vào có cấu thành hạt bọt, hay thực chất màng tự khép kín Những dao động màng tạo hạt muon , phiên nặng electron Mặc dù sau giả thuyết thất bại, song phương trình mà Dirac dùng cho màng áp dụng tốt ngày Siêu đối xứng qui định giới hạn chặt chẽ nên số chiều p-brane Theo đó, không gian 11 chiều kéo màng, dẫn đến hình thành bong bóng hay mặt giấy chiều Paul S Howe, Kellogg Stelle London Inami Đại học Kyoto chứng minh số 11 chiều vòng tròn ta quấn màng xung quanh vòng tròn đó, dán hai đầu lại để cuối tạo thành ống Nếu bán kính ống đủ nhỏ, màng bị quấn trông giống dây không gian 10 chiều , điều thực chất siêu dây kiểu IIA Mặc dù thu kết vậy, song cộng đồng người ta có tình lờ có mặt màng May mắn tình trạng dần cải thiện phát triển lĩnh vực dường chẳng có liên quan Năm 1917, nhà toán học người Đức Amalie Emmy Noether chứng tỏ tính chất bảo toàn số đại lượng khối lượng, điện tích vài thuộc tính khác electron hệ trực tiếp từ tính chất đối xứng số định luật vật lý Chẳng hạn định luật bảo toàn điện tích vốn suy từ đối xứng phép biến đổi hàm sóng Đôi số tính chất bảo toàn khác lại xuất phát từ biến đổi dạng trường Dạng định luật bảo toàn gọi topological Do đó, xảy trường hợp, nút thắt tập hợp đường sức trường, gọi soliton, không bị tiêu tán Hệ soliton không bị “tan chảy” cuối cư xử giống hạt Một ví dụ cổ điển thuộc loại đơn cực từ , không tìm thấy chúng tự nhiên, song đơn cực từ diện cấu hình xoắn số lý thuyết trường Theo quan điểm truyền thống, số hạt chẳng hạn electron quark ( mang điện tích Noether) xem hạt Hạt đơn cực từ ( mang điện tích topo) xem hạt biến đổi ( hạt thứ cấp – hạt cấu thành từ hạt hơn-ND) Tuy nhiên, năm 1977, Claus Montenen Olive cho rằng: liệu tồn dạng vật lý khác mà điện tích Noether ( điện tích electron) điện tích topo ( điện tích từ) bảo toàn ? Trong tranh “ đối ngẫu” vậy, đơn cực từ đóng vai trò đối tượng bản, hạt quen thuộc quark, electron …đóng vai trò hạt soliton Nói cách xác hơn, hạt với điện tích e tương đương với hạt soliton mang điện tích 1/e Điện tích đại lượng đặc trưng cho khả tương tác, đơn cực tương tác yếu hạt gốc ban đầu chúng tương tác mạnh, ngược lại Mối liên hệ này, đúng, cung cấp cho ta cách đơn giản hóa mặt toán học Ví dụ, lý thuyết quark, nhà vật lý vấp phải vấn đề khó khăn phải tính toán tương tác mạnh quark, đơn cực lại tương tác yếu Nếu ta thực tính toán lý thuyết đơn cực tương tác yếu, kết thu tự động trùng hợp cho trường hợp quark, lẽ lý thuyết đối ngẫu bảo đảm cho hai kết thu hoàn toàn Đến lượt mình, p-brane xem soliton Năm 1990, Andrew Strominger Viện Vật lý lý thuyết Barbara chứng minh dây 10 chiều thu soliton, 5-brane Một dây tương tác mạnh tương đương đối ngẫu với 5-brane tương tác yếu Có hai trở ngại tính đối ngẫu Thứ nhất, tính đối ngẫu đề xuất Montenen Olive điện từ không gian chiều chưa chứng minh , tính đối ngẫu dây 5-brane không gian không gian 10 chiều khó khăn nhiều Thứ hai, có vấn đề cách tìm tính chất lượng tử 5-brane sau làm cách để chứng minh tính chất đối ngẫu Đến nay, khó khăn dần xóa bỏ Ashoke Sen thiết lập lý thuyết siêu đối xứng đòi hỏi tồn soliton xác định cho điện tích từ tích-những đối tượng mà liên hợp Montenen-Olive tiên đoán Những kết đáng tò mò công bố tạo lũ báo Đặc biệt, truyền cảm hứng cho Nathan Seiberg Edward Witten tìm kiếm tính đối ngẫu lý thuyết quark xác hơn( bảo đảm tính đối xứng) Họ góp phần tạo phát triển lý thuyết trường lượng tử , điều người ta hình dung vài năm trước Tính đối ngẫu đối ngẫu Năm 1990, số nhà lý thuyết nỗ lực tổng quát hóa ý tưởng đối ngẫu Montenen-Olive cho siêu dây chiều Tính đối ngẫu có tên S-đối ngẫu Thực tế, nhà lý thuyết dây sử dụng đối ngẫu T Đây loại đối ngẫu liên hợp trực tiếp đến hai loại hạt sinh dây quấn xung quanh chiều Một loại hạt ( thường gọi hạt “dao động” ) tương đương với hạt tiên đoán lý thuyết KaluzaKlein xuất dao động vòng dây Hạt có lượng lớn vòng dây nhỏ Ngoài dây quấn nhiều vòng xung quanh chiều lượng hạt tăng lên Ngoài ra, ta biết mức lượng biểu diễn cho loại hạt khác ( hạt gọi hạt “cuốn” ) Đối ngẫu T suy hạt vòng bán kính R tương tự hạt dao động với bán kính 1/R ngược lại Với nhà vật lý, tập hợp hai loại hai phân biệt Tính đối ngẫu mang đến nhiều liên hệ có ý nghĩa Trong nhiều năm, nhà vật lý gặp nhiều khó khăn tìm hiểu chất giới mức thang Planck, thang 10^-33 cm Theo đối ngẫu T miêu tả, vũ trụ thang cực nhỏ trông giống vũ trụ thang cực lớn Song đối ngẫu dây 5-brane mang tính đoán Bắt đầu năm 1991, nhóm nhà lý thuyết Texas, với Jianxin Lu, Ruben Minasian, Ramzi Khuzi giải toán lượng tử hóa 5-brane Nếu bốn số 10 chiều bị cuộn lại chiều lại quấn xung quanh chúng, kết tạo đối tượng chiều – dây ( solitonic) không thời gian chiều Ngoài ra, dây không gian 10 chiều tiếp tục tính chất chí không gian chiều Vì đối ngẫu dây 5-brane dẫn đến kiểu đối ngẫu - đối ngẫu dây solitonic dây Ưu điểm việc từ biết đường lượng tử hóa dây Do , kiểm tra tính đối ngẫu dây-dây Chẳng hạn cường độ tương tác dây solitonic tỉ lệ nghịch cường độ tương tác dây Năm 1994, Christopher M.Hull đại học London Paul K.Townsend đại học Cambrige chứng minh không gian chiều, dây heterotic tương tác yếu đối ngẫu với dây loại IIA tương tác mạnh Hàng rào ngăn cách hai lý thuyết dần xóa bỏ Điều khiến nảy ý nghĩ liệu có tồn kiểu đối ngẫu dây - dây khác không Nếu không gian chiều bị hai chiều lại thành không gian chiều ta thấy tính đối ngẫu T dây dây solitonic bảo toàn Song xuất điều kì lạ là: đối ngẫu T dây solitonic đối ngẫu S dây , ngược lại Hiện tượng gọi tính đối ngẫu đối ngẫu Năm 1995, thuyết trình mang tính cách mạng, Witten kết hợp đối ngẫu T, đối ngẫu S đối ngẫu dây-dây tranh lý thuyết M 11 chiều Trong nhiều tháng sau, hàng loạt báo chủ đề tương tự xuất Internet, qua khẳng định vai trò quan trọng màng lý thuyết M Thậm chí dây E_8 x E_8 xem biến đổi từ không gian 11 chiều, có nguồn gốc từ lý thuyết M Witten Petr Horava chứng minh cách mà chiều phụ lý thuyết M co rút lại thành đoạn thẳng Mô hình cuối có hai vũ trụ 10 chiều ( vũ trụ kết thúc đường thẳng) nối với không gian 11 chiều Trong mô hình vũ trụ song song , hạt dây tồn tại điểm cuối nơi chúng tương tác với thông qua lực hấp dẫn ( cho vật chất mà ta nhìn thấy nằm tường ngăn , phần vật chất tối không quan sát nằm tường ngăn khác Tình dẫn đến nhiều hệ quan cho lý thuyết M thử thách thực nghiệm Ví dụ, nhà vật lý biết cường độ lực thay đổi theo lượng hạt Trong siêu đối xứng, người ta phát thấy cường độ lực mạnh, yếu điện từ gần hội tụ lượng đạt tới 10^16 Giga-eV Giá trị cường độ tương tác vào khoảng GE^2 , G số hấp dẫn Newton Trong không thời gian theo đề xuất Horava Witten , bạn hoàn toàn chọn không gian 11 chiều cho không gian giá trị cường độ bốn lực trùng hợp Giá trị cường độ lực vào khoảng 10^19 Giga-eV, cường độ lực hấp dẫn trở nên mạnh 10 đến 11: Không muộn Mặc dù sau nhữngthành công đó, nhà vật lý dây tin họ quan sát thấy phận nhỏ mô hình vũ trụ xây dựng từ lý thuyết M Witten nói vui,ông tưởng tượng khám phá thuyết tương đối tổng quát, lượng tử , siêu đối xứng hành tinh khác thực theo trật tự hoàn toàn khác so với trật tự mà làm Trái Đất Xuất phát từ nguồn cảm hứng đó, nghĩ có hành tình văn minh chúng ta, vũ trụ 11 chiều điểm khởi đầu mà từ đó- lý thuyết dây 10 chiều đời hệ Tương lai, nhà vật lý quay trở lại phán xét đồng nghiệp họ kỉ 20 , vào thời mà nhà lý thuyết dây giống đứa trẻ vui đùa bãi biển, hăm hở với sỏi siêu dây mới, phía trước họ, đại dương bao la lý thuyết M chưa khám phá (1) Ở muốn nói tới mì ống – đặc trưng cho hình dạng dây bánh báo – đặc trưng cho hình dạng màng ND [...]... thể đang là điểm khởi đầu mà từ đó- lý thuyết dây 10 chiều ra đời như một hệ quả Tương lai, các nhà vật lý có thể quay trở lại phán xét những đồng nghiệp của họ ở thế kỉ 20 , vào thời mà nhà lý thuyết dây cũng giống như những đứa trẻ đang vui đùa trên bãi biển, hăm hở với những hòn sỏi siêu dây mới, trong khi phía trước họ, đại dương bao la của lý thuyết M vẫn chưa được khám phá ...10 đến 11: Không quá muộn Mặc dù sau nhữngthành công đó, các nhà vật lý dây vẫn tin rằng họ mới chỉ quan sát thấy một bộ phận nhỏ trong mô hình vũ trụ xây dựng từ lý thuyết M Witten nói vui,ông tưởng tượng những khám phá như thuyết tương đối tổng quát, cơ lượng tử , siêu đối xứng trên một hành tinh khác đang được thực hiện theo một trật tự hoàn toàn khác so với trật tự mà chúng ta... với những hòn sỏi siêu dây mới, trong khi phía trước họ, đại dương bao la của lý thuyết M vẫn chưa được khám phá (1) Ở đây muốn nói tới món mì ống – đặc trưng cho hình dạng các dây và món bánh báo – đặc trưng cho hình dạng các màng ND ... suy luận lý thuyết Thứ hai, lại phải có đến lý thuyết dây khác Nếu có có ý định tìm Lý thuyết vạn vật ( Theory of Everything) , hẳn lúng túng với giàu có Thứ ba, siêu đối xứng cho phép đến 11... tính thuận phải chúng Thêm , lý thuyết dây dường khởi đầu tốt cho lý thuyết tương đối nỗ lực bao hàm hiệu ứng lượng tử Tuy nhiên sau thành công bước đầu, lý thuyết dây bắt đầu vấp phải nhiều khó... bị thay lý thuyết siêu dây 10 chiều Hiện nay, có tới năm lý thuyết siêu dây khác nhau, : E_8 x E_8 heterotic, SO(32) heterotic, SO(32) loại I , loại IIA IIB ( kiểu I dây mở, kiểu lại dây đóng)