SÁCH: VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT CỦA STEPHEN HAWKING

V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T T H U Ậ T NG Ữ A DN: axít Deoxyribonucleic bao gồm phosphate, đường bốn ba-zơ: adenine, guanine, thymine cytosine Hai nhánh ADN tạo nên cấu trúc hình xoắn kép liên kết với giống cầu thang xoắn ADN mã hóa tất thông tin mà tế bào cần để tái tạo đóng vai trò sống di tuyền B ảo toàn lượng: định luật khoa học phát biểu lượng (hoặc đại lượng tương đương khối lượng) tự nhiên sinh Biên độ: độ cao cực đại đỉnh sóng hay độ sâu cực đại hõm sóng Boson: hạt kiểu dao động dây có spin số nguyên Bức xạ phông vi sóng: xạ từ vũ trụ sơ khai nóng bỏng, dịch chuyển đỏ mà ngày xuất dạng ánh sáng mà dạng vi sóng (sóng vô tuyến có bước sóng cỡ vài vài cm) Bức xạ: lượng truyền sóng hạt không gian môi trường Bước sóng: khoảng cách hai đỉnh hõm sóng liên tiếp C hân trời kiện: biên hố đen, biên vùng không gian ngăn cách vật chất thoát vô hạn Chiều không gian: chiều ba chiều không gian Chu trình thời gian: tên khác vòng thời gian đóng Cơ học lượng tử: định luật vật lý điều khiển Trang 202 vương quốc hạt nhỏ nguyên tử, proton,… phát triển từ nguyên lý lượng tử Plank nguyên lý bất định Heisenberg D ây đóng: vòng dây Dây vũ trụ: vật thể nặng, dài có tiết diện nhỏ tạo thời kỳ sơ khai vũ trụ Ngày nay, dây trải dài toàn vũ trụ Dây: vật thể chiều lý thuyết dây mà làm thay đổi khái niệm hạt cấu trúc Các kiểu dao động khác dây tạo hạt với tính chất khác Dịch chuyển đỏ: xạ phát từ vật thể chuyển động xa khỏi người quan sát đỏ hơn, gây hiệu ứng Doppler Dịch chuyển xanh: co lại bước sóng xạ phát từ vật thể chuyển động phía người quan sát, gây hiệu ứng Doppler Đ iểm kỳ dị trần trụi: điểm kỳ dị không thời gian, không bị bao hố đen, khả kiến người quan sát từ xa Điểm kỳ dị: điểm không thời gian mà độ cong không thời gian vô hạn Điện tích: tính chất hạt mà nhờ hạt đẩy (hoặc hút) hạt khác có điện tích (hoặc trái) dấu Điện tử: hạt có điện tích âm, quay xung quanh hạt nhân nguyên tử Điều kiện ban đầu: trạng thái hệ vật lý Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T thời điểm ban đầu Điều kiện biên: trạng thái ban đầu hệ vật lý, hay nói cách khái quát trạng thái hệ biên thời gian không gian Điều kiện không biên: ý tưởng cho vũ trụ hữu hạn biên thời gian ảo Định luật chuyển động Newton: định luật mô tả chuyển động vật thể dựa khái niệm không thời gian tuyệt đối Các định luật thống trị Einstein đưa thuyết tương đối Định luật Moore: định luật phát biểu tốc độ máy tính tăng gấp đôi sau mười tám tháng Điều rõ ràng tiếp tục mãi Định luật thứ hai nhiệt động học: định luật phát biểu entropy (của hệ kín – ND) tăng giảm Định lý điểm kỳ dị: định lý chứng minh với số điều kiện định tồn điểm kỳ dị mà thuyết tương đối rộng không đúng, vũ trụ cần phải điểm kỳ dị Độ dài Plank: dài khoảng 10 cm Kích thước dây đặc trưng lý thuyết dây -35 H U ậ T N G ữ định luật vật lý ngăn cản không cho vật thể vĩ mô du hành thời gian Gia tốc: thay đổi vận tốc vật thể Giãn nở thời gian: đặc điểm thuyết tương đối rộng tiên đoán dòng thời gian chảy chậm người quan sát chuyển động tác dụng trường hấp dẫn mạnh Giây ánh sáng: khoảng cách mà ánh sáng giây H àm sóng: khái niệm học lượng tử; số điểm không gian có liên quan đến hạt, xác định xác suất mà hạt tìm thấy vị trí Hằng số Plank: đá tảng nguyên lý bất định – tích độ bất định vị trí vận tốc cần phải lớn số Plank Biểu diễn ký hiệu ħ Hằng số vũ trụ: công cụ toán học Einstein sử dụng để gán cho vũ trụ có xu hướng giãn nở, cho phép thuyết tương đối rộng tiên đoán vũ trụ tĩnh Hấp dẫn lượng tử: lý thuyết kết hợp học lượng tử với thuyết tương đối rộng E Hạt ảo: học lượng tử, hạt ảo hạt mà ta không đo trực tiếp tồn gây hiệu ứng đo Xem thêm hiệu ứng Casimir Ê Hạt bản: hạt coi phân chia ntropy: phép đo độ trật tự hệ vật lý, số cấu hình vi mô khác hệ mà làm cho hình thức vĩ mô hệ không thay đổi -te: môi trường phi vật chất cho lấp đầy toàn không gian Ý tưởng môi trường cần thiết sóng điện từ lan truyền được, không F G ermion: hạt kiểu dao động dây có spin số bán nguyên iả định bảo toàn lịch sử (Chronology protection conjecture): giả định cho Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Hạt nhân: phần tâm nguyên tử, bao gồm proton neutron liên kết với lực hạt nhân mạnh Hiệu ứng Casimir: áp lực hút hai kim loại phẳng, song song đặt gần chân không Áp suất xuất số hạt ảo Trang 203 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ hai kim loại nhỏ bên Hiệu ứng Doppler: dịch chuyển tần số bước sóng sóng âm sóng ánh sáng mà người quan sát thu nguồn phát chuyển động tương người quan sát Hiệu ứng quang điện: hiệu ứng phát điện tử ánh sáng đập vào kim loại Hố đen nguyên thủy: hố đen hình thành từ giai đoạn sơ khai vũ trụ Hố đen: vùng không thời gian có trường hấp dẫn mạnh ánh sáng thoát Hố giun: đường ống nhỏ không thời gian kết nối vùng xa vụ trụ Các hố giun kết nối vũ trụ song song tạo khả du hành thời gian K envin: thang nhiệt độ tuyệt đối Khối lượng: thuộc tính vật thể, quán tính cản trở gia tốc không gian tự Không gian tự do: vùng không gian trường nào, tức là, không chịu tác dụng lực Không thời gian: không gian bốn chiều mà điểm kiện L ạm phát: thời kỳ ngắn giãn nở gia tốc, đó, vũ trụ thời kỳ sơ khai gia tăng kích thước với tốc độ chưa có Lực điện từ: lực xuất hạt có điện tích (hoặc trái) dấu Lực hấp dẫn: lực yếu bốn loại lực tự nhiên Lực tương tác mạnh (lực hạt nhân mạnh): lực Trang 204 H T mạnh có tầm tác dụng ngắn bốn lực Nó giữ quark lại với để tạo nên proton neutron, hạt đến lượt lại làm nên hạt nhân nguyên tử Lực tương tác yếu (lực hạt nhân yếu): lực yếu thứ hai bốn lực có tầm tác dụng ngắn Nó tác dụng tới tất hạt vật chất không tác dụng lên hạt truyền tương tác Lưỡng tính sóng/hạt: khái niệm học lượng tử cho khác biệt sóng hạt; hạt hành xử giống sóng ngược lại Lượng tử: đơn vị phân chia mà sóng hấp thụ phát xạ Lý thuyết ảnh đa chiều: lý thuyết cho trạng thái lượng tử hệ vùng không thời gian mã hóa biên vùng Lý thuyết cổ điển: lý thuyết dựa khái niệm thiết lập trước học tương đối học lượng tử Lý thuyết giả thiết vật thể có vị trí vận tốc hoàn toàn xác định Điều không nấc thang nhỏ nguyên lý bất định phát huy tác dụng Lý thuyết dây: lý thuyết vật lý cho hạt mô tả sóng dây; thống học lượng tử tương đối rộng Còn biết thuyết siêu dây Lý thuyết thống lớn: lý thuyết thống lực điện từ, lực tương tác yếu lực tương tác mạnh Lý thuyết thống nhất: lý thuyết mô tả tất bốn lực tất vật chất mô hình Lý thuyết tương đối hẹp: lý thuyết Einstein dựa ý tưởng cho định luật khoa học Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T cần phải tất người quan sát không phụ thuộc vào cách họ chuyển động trường hấp dẫn Lý thuyết tương đối rộng: lý thuyết Einstein dựa ý tưởng cho định luật khoa học xảy tất người quan sát, không phụ thuộc vào cách mà họ chuyển động Lý thuyết giải thích lực hấp dẫn sở độ cong không thời gian bốn chiều Lý thuyết vạn vật hấp dẫn Newton: lý thuyết cho lực hút hai vật thể phụ thuộc vào khối lượng vật thể khoảng cách chúng; lực hút tỷ lệ với tích khối lượng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách Lý thuyết Yang-Mills: lý thuyết mở rộng lý thuyết trường Maxwell mô tả lực tương tác yếu lực tương tác mạnh Lý thuyết-M: lý thuyết thống năm lý thuyết dây lý thuyết siêu hấp dẫn thành mô hình lý thuyết đơn người ta chưa hiểu hết lý thuyết M àng: thực thể coi thành phần thuyết-M, có nhiều chiều Nói chung, màng-p có chiều dài theo p chiều, màng-1 dây, màng-2 mặt,… Màng-p: màng có p chiều Xem thêm màng Máy gia tốc hạt: máy gia tốc hạt mang điện chuyển động làm tăng lượng chúng Mô hình chuẩn vật lý hạt: lý thuyết thống ba lực phi hấp dẫn hiệu ứng chúng lên vật chất Mô hình chuẩn vũ trụ học: lý thuyết vụ nổ lớn với lý giải mô hình chuẩn vật lý hạt Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com H U ậ T N G ữ Mô hình Randall-Sundrum: lý thuyết cho màng không gian năm chiều vô hạn độ cong âm, giống hình yên ngựa N ăm ánh sáng: khoảng cách mà ánh sáng năm Năng lượng chân không: lượng có mặt chân không trống rỗng Nó có tính chất kỳ lạ là, không giống có mặt khối lượng, có mặt lượng chân không làm cho vũ trụ giãn nở tăng tốc Neutrino: hạt nhỏ bé chịu tác dụng lực tương tác yếu Neutron: hạt tương tự hạt proton không mang điện, chiếm gần nửa khối lượng hạt nhân Nó tạo thành từ ba quark (hai nghịch thuận) Người quan sát: người dụng cụ quan sát để đo tính chất vật lý hệ Nguyên lý bất định: Nguyên lý Heisenberg đưa ra, phát biểu người ta không xác định xác vị trí vận tốc hạt Nếu ta biết xác đại lượng ta biết xác đại lượng Nguyên lý loại trừ: nguyên lý cho hạt có spin -1/2 có (trong giới hạn nguyên lý bất định) vị trí vận tốc Nguyên lý lượng tử Plank: nguyên lý cho sóng điện từ (tức ánh sáng) phát xạ hay hấp thụ lượng gián đoạn gọi lượng tử Nguyên lý vị nhân: nguyên lý cho thấy vũ trụ hữu khác có mặt để quan sát Nguyên tử: đơn vị vật chất thường, tạo thành từ hạt nhân nhỏ bé (gồm proton Trang 205 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ neutron) điện tử quay xung quanh Nhật thực: tượng mặt trăng vào khoảng trái đất mặt trời che mặt trời, tượng kéo dài vài phút Nhật thực xảy năm 1919 quan sát từ vùng Đông Phi chứng minh đắn thuyết tương đối Nhiệt độ không tuyệt đối: nhiệt độ thấp có thể, vật chất nhiệt năng; khoảng -273 độ C hay độ K Nhiệt động học: nghiên cứu mối liên hệ lượng, công, nhiệt entropy hệ vật lý động Nón ánh sáng: bề mặt không thời gian vạch hướng để tia sáng qua kiện cho P hản hạt: hạt vật chất có phản hạt tương ứng, hạt va chạm với phản hạt chúng hủy lẫn lại lượng mà Phân rã hạt nhân: trình hạt nhân bị phân rã thành hạt nhân nhỏ giải thoát lượng Phổ: dải tần số sóng Phần khả kiến quang phổ mặt trời cầu vồng Phương pháp thực chứng: phương pháp cho lý thuyết khoa học mô hình toán học mô tả giải mã quan sát mà thực Phương trình Schrodinger: phương trình điều khiển trình tiến hóa sóng thuyết lượng tử Positron: phản hạt điện tử có điện tích dương Proton: hạt mang điện tích dương, giống neutron, chiếm gần nửa khối lượng hạt nhân Trang 206 H T nguyên tử Proton tạo thành từ ba quark (hai thuận nghịch) Q uá trình phóng xạ: trình phá vỡ tự phát từ loại hạt nhân nguyên tử sang loại khác Quang tử (photon): lượng tử ánh sáng; bó sóng nhỏ trường điện từ Quark: hạt mang điện chịu tác dụng lực tương tác mạnh Quark có sáu “mùi”: thuận (up), nghịch (down), lạ (strange), đẹp (charm), (bottom) (top) Mỗi mùi có ba “màu”: đỏ, lục xanh Quyết định luận khoa học: khái niệm máy móc vụ trụ Laplace, đó, thông tin đầy đủ trạng thái vụ trụ cho phép tiên đoán thông tin đầy đủ trạng thái vũ trụ khứ tương lai S iêu đối xứng: nguyên lý liên hệ tính chất hạt có spin khác Siêu hấp dẫn: tập hợp lý thuyết thống lý thuyết tương đối rộng siêu đối xứng Số ảo: khái niệm toán học trừu tượng Các số ảo số thực coi đánh số vị trí điểm mặt phẳng, đó, số ảo vuông góc với số thực bình thường Số Grassman: lớp số không giao hoán với Đối với số thực bình thường, thứ tự số hạng phép nhân không quan trọng: A*B=C B*A=C Tuy nhiên số Grassman lại phản giao hoán nên A*B –B*A Sóng điện từ: dao động kiểu sóng điện trường Tất sóng phổ điện từ chuyển động với vận tốc ánh sáng, tức ánh sáng khả kiến, tia X, vi sóng, hồng ngoại,… Sóng hấp dẫn: dao động kiểu sóng trường Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T hấp dẫn Spin: tính chất nội hạt có liên quan đến (nhưng không đồng với) khái niệm tự quay đời sống hàng ngày Sự co Lorentz: co ngắn chiều dài vật thể theo hướng di chuyển chuyển động, tiên đoán từ lý thuyết tương đối hẹp Sự kiện: điểm không thời gian xác định vị trí thời gian T ần số: sóng số chu kỳ giây Thế giới màng: bề mặt hay màng bốn chiều không thời gian có nhiều chiều Thời gian ảo: thời gian đo số ảo Thời gian Plank: khoảng 10-43 giây, thời gian để ánh sáng khoảng cách độ dài Plank H U ậ T N G ữ Trường lực: phương tiện để lực trao đổi tác động Trường Maxwell: tổng hợp điện, từ, ánh sáng vào trường động dao động lan truyền không gian Trường: tồn suốt không thời gian, ngược lại với hạt tồn tại điểm không thời gian Từ trường: trường truyền tương tác từ V ân giao thoa: xuất hai hay nhiều sóng (phát từ vị trí thời gian khác nhau) hòa vào Vận tốc: số biểu diễn tốc độ hướng chuyển động vật thể Vật chất tối: vật chất có mặt thiên hà đám, đám mà quan sát ghi nhận trường hấp dẫn Thời gian tuyệt đối: khái niệm cho có đồng hồ vũ trụ Thuyết tương đối Einstein có khái niệm Vĩ mô: đủ lớn để nhìn mắt thường; thường với khoảng cách lớn 0,01 mm Khoảng cách nhỏ khoảng cách coi vi mô Tính đối ngẫu: tương ứng lý thuyết hoàn toàn khác dẫn đến kết vật lý Vô hạn: pham vi hay số giới hạn kết thúc Trạng thái bản: trạng thái hệ có lượng cực tiểu Vụ co lớn: tên kịch kết thúc vũ trụ, đó, tất không gian vật chất suy sập hình thành điểm kỳ dị Trạng thái tĩnh: trạng thái không thay đổi theo thời gian Vụ nổ lớn: kỳ dị điểm khởi đầu vũ trụ, cách khoảng mười lăm tỷ năm Trọng lượng: lực tác dụng lên vật thể trường hấp dẫn Nó tỷ lệ với (nhưng là) khối lượng Vũ trụ học: khoa học nghiên cứu vụ trụ Trường hấp dẫn: phương tiện để lực hấp dẫn trao đổi tác động Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Trang 207 V Ũ T R Trang 208 ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT Tác giả: Stephen Hawking Dịch trình bày: Dạ Trạch Hiệu đính: Võ Quang Nhân Scan ảnh: Bunhia Nhà xuất Bantam, 2001 V Ũ T R ụ T R O N G GIớI THIệU CủA VIETSCIENCES Thời gian gần ngành khoa học đặc biệt ngành vật lý làm bước tiến dài Kiến thức ngành vật lý không rời rạc, xa vời mà dần trở thành khoa học thống Các lý thuyết kết nối với thành trường ca Bản trường ca không nhằm giải thích quan điểm triết học cao siêu người với vũ trụ mà lại thâm nhập vào lĩnh vực ngõ ngách ứng dụng đời sống Một nhà vật lý bật sau Newton Einstein sống cuối thiên niên kỷ thứ hai nhân loại không khác Stephen Hawking (sinh năm 1942) Ngoài đóng góp vĩ đại ông nỗ lực thống qui luật vật lý ông có khả truyền đạt tư tưởng tuyệt vời Các sách cuả ông viết nhằm giới thiệu triết học, vật lý vũ trụ quan sinh động dễ hiểu có nhiều lần sách dược dịch nhiều thứ tiếng chúng bán chạy tiểu thuyết hay ho hấp dẫn Vietsciences xin giới thiệu với bạn tác phẩm “Vũ Trụ Trong Một Vỏ Hạt” cuả dịch giả Dạ Trạch từ nguyên Anh ngữ “The Universe in a Nutshell” (2001) Vì người làm việc nghiên cứu chuyên ngành vật lý nên anh Dạ Trạch hiểu sâu, xác, rõ ràng tư tưởng mà Hawking nêu sách cuả ông Chúng tin dịch Việt ngữ mà anh Dạ Trạch dày công dịch thuật mang đến cho bạn cảm giác kiến thức lý thú, hấp dẫn, bất ngờ mà Hawking đem lại cho hàng triệu độc giả tiếng mẹ đẻ Anh ngữ Trân Trọng Võ Quang Nhân Vietsciences: http://vietsciences.free.fr M ộ T V ỏ H T T BẢN CHẤT CỦA VẬT CHẤT TỐI Ngày nay, nhà vũ trụ học tin phần tâm thiên hà xoáy ốc chủ yếu gồm vật chất thường, phần biên chúng lại chủ yếu gồm vật chất tối mà nhìn chúng cách trực tiếp Nhưng vấn đề quan trọng tìm chất vật chất tối thống trị vùng biên thiên hà Trước năm 1980, người ta cho vật chất tối vật chất thường tạo thành từ proton, neutron điện tử dạng quan sát được: đám mây khí, vật thể cô đặc nặng Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com H ế G I I M À N G không phát sáng MACHO (massive compact halo object) lùn trắng, neutron, chí hố đen Tuy nhiên, nghiên cứu gần hình thành thiên hà làm cho nhà vũ trụ học tin phần đáng kể vật chất tối cần phải dạng khác vật chất thường Có thể xuất từ khối lượng hạt nhẹ hạt axion neutrino Chúng gồm thực thể kỳ lạ hạt nặng tương tác yếu WIMP (weakly interacting massive particle) – tiên đoán từ lý thuyết hạt đại, ta chưa thu từ thực nghiệm Trang 187 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T Thế giới với chiều bổ sung người nằm màng (Hình 7.13) Có thể không nhìn thấy thiên hà bóng màng bóng ánh sáng truyền theo chiều bổ sung Nhưng lực hấp dẫn lan theo chiều đó, đó, trình quay thiên hà bị ảnh hưởng vật chất tối mà ta không nhìn thấy Trang 188 Khối lượng thiếu hụt có số loại hạt kỳ lạ giới hạt nặng tương tác yếu (weakly interacting massive particles – WIMP) hạt axion (một loại hạt nhẹ) Nhưng khối lượng thiếu hụt chứng tồn vũ trụ bóng với vật chất Có thể vũ trụ có loài người cạn nghĩ băn khoăn khối lượng dường bị thiếu hụt vũ trụ họ để giải thích quỹ đạo bóng xung quanh tâm thiên hà bóng (hình 7.13) Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T H ế G I I M À N G Đơn tuyến giới màng Thay cho việc chiều bổ sung kết thúc màng thứ hai, khả khác chiều vô hạn bị uốn cong yên ngựa (hình 7.14) Lisa Randall Raman Sundrum chứng minh kiểu độ cong hoạt động giống màng thứ hai: ảnh hưởng hấp dẫn vật thể màng bị giới hạn lân cận nhỏ màng không lan truyền đến vô tận theo chiều bổ sung Trong mô hình màng bóng, trường hấp dẫn suy giảm theo khoảng cách lớn để giải thích quỹ đạo hành tinh thí nghiệm lực hấp dẫn phòng thí nghiệm, lực hấp dẫn lại thay đổi nhanh khoảng cách ngắn (Hình 7.14) Trong mô hình Randall-Sundrum, có màng (thể hình với chiều) Các chiều bổ sung mở rộng đến vô hạn chúng bị uốn cong yên ngựa Độ cong làm cho trường hấp dẫn vật chất màng không lan xa theo chiều bổ sung Tuy nhiên, có khác biệt quan trọng mô hình RandallSundrum mô hình màng bóng Các vật thể chuyển động ảnh hưởng lực hấp dẫn tạo sóng hấp dẫn, gợn sóng độ cong lan truyền không thời gian với tốc độ ánh sáng Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Trang 189 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T SỰ THAY ĐỔI CỦA CHU KỲ QUAY CỦA PSR 1913+16 TỪ NĂM 1975 Hai neutron tiến lại gần theo hình xoáy ốc CHÙM SAO PULSAR ĐÔI Thuyết tương đối rộng tiên đoán vật thể nặng chuyển động ảnh hưởng trường hấp dẫn phát sóng hấp dẫn Giống sóng ánh sáng, sóng hấp dẫn mang lượng khỏi vật thể phát chúng Nhưng tốc độ lượng yếu khó quan sát Ví dụ, việc phát sóng hấp dẫn làm cho trái đất rơi vào mặt trời theo hình xoáy ốc, trình phải đến 1027 năm Nhưng vào năm 1975, Russell Hulse Joseph Taylor phát chùm pulsar đôi Trang 190 Đồ thị pulsar đôi PSR 1913+16 từ năm 1975 PSR1913+16 Đây hệ gồm hai neutron quay xung quanh với khoảng cách gữa chúng đường kính mặt trời Theo thuyết tương đối rộng, chuyển động nhanh có nghĩa chu kỳ quay hệ giảm nhanh nhiều phải phát sóng hấp dẫn mạnh Sự thay đổi tiên đoán từ thuyết tương đối rộng phù hợp tuyệt vời với quan sát cẩn thận Hulse Taylor thông số chuyển động Các thông số cho thấy từ năm 1975 chu kỳ quay giảm 10 giây Năm 1993, họ đạt giải Nobel vật lý việc khẳng định thuyết tương đối Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T Giống sóng điện từ ánh sáng, sóng hấp dẫn mang lượng, tiên đoán khẳng định quan sát từ chòm pulsar đôi PRS1913+16 Nếu thực sống màng không gian có chiều bổ sung sóng hấp dẫn tạo vật thể chuyển động màng truyền sang chiều khác Nếu có màng bóng thứ hai sóng hấp dẫn bị phản xạ trở lại bị bẫy hai màng Mặt khác có màng đơn chiều bổ sung trải dài mãi mô hình RandallSundrum sóng hấp dẫn thoát mang lượng khỏi màng vũ trụ (hình 7.15) Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com H ế G I I M À N G (Hình 7.15) Trong mô hình Randall-Sundrum, sóng hấp dẫn bước sóng ngắn mang lượng khỏi nguồn phát nằm màng làm cho định luật bảo toàn lượng bị vi phạm Trang 191 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T Điều vi phạm nguyên lý vật lý: định luật bảo toàn lượng Tổng lượng luôn không đổi Tuy nhiên vi phạm xuất tầm nhìn xảy bị giới hạn vào màng Một thiên thần nhìn thấy chiều bổ sung biết lượng không đổi mà lan truyền xa mà Các sóng hấp dẫn tạo hai quay quanh có bước sóng dài nhiều đường kính độ cong hình yên ngựa chiều bổ sung Điều có nghĩa sóng hấp dẫn có chiều hướng bị giam lân cận nhỏ màng – giống lực hấp dẫn – lan truyền xa vào chiều bổ sung mang lượng khỏi màng Mặt khác, sóng hấp dẫn có bước sóng ngắn độ lớn mà chiều bổ sung bị cuộn lại dễ dàng thoát khỏi lân cận màng Nguồn phát lượng đáng kể sóng hấp dẫn có bước sóng ngắn hố đen Một hố đen màng kéo dài đến hố đen theo chiều khác Nếu hố đen nhỏ gần có hình tròn; tức vươn tới khoảng cách chiều bổ sung kích thước màng Mặt khác, hố đen lớn màng kéo dài thành “bánh dẹt”, tức bị giới hạn lân cận màng chiều dày (theo chiều bổ sung) nhỏ nhiều so với chiều rộng (trên màng) (hình 7.16) Như giải thích chương 4, thuyết lượng tử nói hố đen hoàn toàn đen: chúng phát tất loại hạt xạ giống vật nóng Các hạt ánh sáng tựa xạ (radiation-like light) phát dọc theo màng vật chất lực phi hấp dẫn lực điện từ bị giới hạn màng Tuy nhiên, hố đen phát sóng hấp dẫn Các sóng không bị giới hạn màng mà lan truyền theo chiều bổ sung Nếu hố đen mà lớn có dạng bánh dẹt, sóng hấp dẫn gần màng Điều có nghĩa hố đen lượng (và khối lượng phương trình E=mc2) với tốc độ cần thiết không thời gian bốn chiều Vậy nên hố đen bay chậm chạp giảm kích thước nhỏ bán kính độ cong chiều bổ sung hình Trang 192 Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T H ế G I I M À N G (Hình 7.16) yên ngựa Tại thời điểm sóng hấp dẫn thoát từ hố đen bắt đầu tự thoát vào chiều bổ sung Đối với người màng hố đen tối Michell gọi (xem chương 4) phát xạ tối, xạ quan sát trực tiếp từ màng tồn suy từ việc hố đen khối lượng Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Một hố đen vũ trụ nằm màng mở rộng theo chiều bổ sung Nếu hố đen nhỏ gần có dạng hình tròn, hố đen lớn màng nở thành hố đen có hình bánh chiều bổ sung Trang 193 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T (Hình 7.17) Sự hình thành giới màng giống hình thành bọt khí nước sôi Trang 194 Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T H ế G I I M À N G Điều có nghĩa bùng phát xạ cuối từ hố đen bay mạnh mẽ Điều giải thích không quan sát thấy đợt bùng phát tia gamma mà mô tả hố đen chết có lời giải thích khác dễ hiểu nhiều hố đen với khối lượng đủ thấp để bay hết thời gian tuổi vũ trụ Bức xạ từ hố đen màng vũ trụ xuất phát từ thăng giáng lượng tử hạt nằm nằm màng mà nhiều màng, giống tất thứ khác vũ trụ phải chịu thăng giáng lượng tử Điều làm cho màng xuất biến cách tự phát Sự hình thành lượng tử màng giống hình thành bọt khí nước sôi Nước dạng lỏng bao gồm hàng tỷ tỷ phân tử H2O bị gói lại với tương tác phân tử gần Khi nước bị đun nóng, phân tử chuyển động nhanh bị đâm vào Thường va chạm làm cho phân tử có vận tốc cao đến mức nhóm phân tử thoát khỏi lực liên kết chúng hình thành bọt khí nước Các bọt to lên hay nhỏ cách ngẫu nhiên có thêm phân tử chất lỏng tham gia vào bọt khí ngược lại Phần lớn bọt khí nhỏ bị phá vỡ vào chất lỏng số bọt khí phát triển tới kích thước tới hạn định mà lớn bọt khí tiếp tục lớn lên Đó bọt khí mà ta thấy nước sôi (hình 7.17) Các màng vũ trụ tương tự Nguyên lý bất định cho phép màng vũ trụ xuất từ chân không giống bọt khí, bề mặt bọt khí tương tự màng lòng bọt khí tương tự chiều bậc cao Các màng nhỏ có xu hướng bị biến mất, màng mà nhờ thăng giáng lượng tử phát triển lớn kích thước tới hạn định tiếp tục phát triển Những người giống sống màng – bề mặt bọt khí, nghĩ vũ trụ giãn nở Nó giống việc vẽ thiên hà lên bề mặt bóng thổi lên Các thiên hà chuyển động xa không thiên hà chọn trung tâm giãn nở Chúng ta hy vọng dùng kim vũ trụ để chọc vào bọt khí đó! Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Trang 195 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T Theo giả thuyết không biên mô tả chương 3, hình thành tự phát màng vũ trụ có lịch sử thời gian ảo giống vỏ hạt: tức hình cầu bốn chiều, giống bề mặt trái đất có thêm hai chiều Sự khác quan trọng vỏ hạt mô tả chương 3, trống rỗng: hình cầu bốn chiều không bề mặt khác sáu bảy chiều không thời gian bổ sung mà thuyết-M tiên đoán bị cuộn lại nhỏ vỏ hạt Tuy vậy, tranh màng vũ trụ vỏ hạt lại bị lấp đầy: lịch sử thời gian ảo màng mà sống hình cầu bốn chiều, hình cầu bốn chiều biên bọt khí năm chiều với năm sáu chiều lại bị cuộn lại nhỏ (hình 7.18) Lịch sử màng thời gian ảo xác định lịch sử thời gian thực Trong thời gian thực, màng giãn nở theo cách lạm phát tăng dần mô tả chương Một vỏ hạt trơn tròn hoàn hảo lịch sử bọt khí thời gian ảo Tuy nhiên, tương ứng với màng giản nở mãi theo cách lạm phát thời gian thực Các thiên hà không hình thành màng sống trí tuệ phát triển Mặt khác, lịch sử thời gian ảo không trơn tròn cách hoàn hảo có xác xuất thấp lại tương ứng với tính chất thời gian thực mà đó, ban đầu màng có giai đoạn giãn nở lạm phát tăng dần sau chậm dần Trong trình chậm dần này, thiên hà giãn nở hình thành sinh vật có trí tuệ phát triển Do đó, theo nguyên lý vị nhân mô tả chương 3, có vỏ hạt sần sùi sinh vật có trí tuệ – băn khoăn nguồn gốc vũ trụ lại không trơn tru hoàn hảo – nhìn thấy mà Vì màng giãn nở nên thể tích không gian chiều cao bên tăng lên Thậm chí có bọt khí khổng lồ bên cạnh màng mà sống Nhưng có thật sống màng hay không? Dựa ý tưởng ảnh đa chiều mô tả chương 2, thông tin kiện xảy vùng không thời gian mã hóa biên Do Trang 196 Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T H ế G I I M À N G Hình cầu rỗng Hình cầu đặc (Hình 7.18) Bức tranh giới màng nguồn gốc vũ trụ khác với tranh chương 3, vì, hình cầu hay vỏ hạt bốn chiều bị dẹt không trống rỗng mà bị lấp đầy chiều thứ năm Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Trang 197 V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H T ẢNH ĐA CHIỀU Ảnh đa chiều giải mã thông tin vùng không gian lên bề mặt mà bề mặt có vùng không gian chiều Đây dường tính chất lực hấp dẫn diện tích chân trời kiện đo số trạng thái nội hố đen Trong mô hình giới màng, ảnh đa chiều tương ứng mộtmột trạng thái giới bốn chiều trạng thái giới có nhiều chiều Trên quan điểm thực chứng, ta không phân biệt mô hình đó, nghĩ sống giới bốn chiều bóng in lên màng nhờ kiện xảy lòng bọt khí Tuy nhiên, quan điểm thực chứng, ta hỏi: thực gì, màng hay bọt khí? Cả hai khái niệm mô hình toán học mô tả điều mà quan sát Chúng ta hoàn toàn tự sử dụng mô hình tiện lợi Cái bên màng? Có vài khả xảy (hình 7.19): Trang 198 Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T Có thể chẳng có bên Mặc dù bọt khí có nước xung quanh, mường tượng giúp hình dung nguồn gốc vũ trụ Ta tưởng tượng mô hình toán học có màng khoảng không gian nhiều chiều bên hoàn toàn bên cả, chân không Ta tính điều mà mô hình toán học tiên đoán mà không cần phải ám đến thứ bên Ta có mô hình toán học mà bên bọt khí có nhiều bọt khí tương tự Mô hình thực tương đương mặt toán học với khả chẳng có bọt khí thảo luận phần có khác tâm lý: người cảm thấy hạnh phúc thấy trung tâm không thời gian rìa nó; nhà thực chứng khả tương đương Bọt khí giãn nở vào không gian, mà không gian hình ảnh thứ yếu kiện bên bọt khí Khả khác hai khả giống trường hợp nước sôi Các bọt khác hình thành giãn nở Nếu chúng va chạm kết hợp với bọt khí mà sống kết thê thảm Có giả thuyết nói thân vụ nổ lớn tạo màng va chạm với H ế G I I M À N G (Hình 7.19) Một màng/bọt khí với không thời gian nhiều chiều xung quanh khác Giống Một khả bên màng/bọt khí có liên quan đến bọt khí khác Mô hình màng vũ trụ điểm nóng nghiên cứu Chúng mang tính tư biện cao chúng lại đòi hỏi loại tính chất cần kiểm tra thực nghiệm Chúng giải thích hấp dẫn yếu đến Hấp dẫn mạnh lý thuyết lan truyền lực hấp dẫn chiều bổ sung, có nghĩa yếu khoảng cách lớn màng mà sống Một hệ điều độ dài Plank, khoảng cách nhỏ mà dò mà không cần tạo hố đen, lớn nhiều giá trị mà cần có từ độ yếu hấp dẫn màng bốn chiều Con búp bê Nga nhỏ rốt không nhỏ nằm tầm với máy gia tốc hạt tương lai Trên thực tế, phát Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Một màng/bọt khí giãn nở không gian mà không gian ảnh gương xảy lòng Các bọt khí khác hình thành giản nở theo kịch Trang 199 V Ũ T R ụ T R O N G Bộ phận xây dựng Bộ phận xây dựng (Hình 7.20) Sơ đồ đường ống LEP cho thấy hạ tầng có cấu trúc tương lai Máy va chạm lớn Geneva, Thụy Sỹ M ộ T V ỏ H T búp bê nhỏ rồi, độ dài Plank bản, Hoa Kỳ không chịu đợt suy thoái năm 1994 hủy bỏ SSC (máy siêu va chạm siêu dẫn – Superconducting Super Collider) xây nửa Các máy gia tốc hạt khác LHC (máy va chạm hadron lớn – Large Hadron Collider) Geneva xây dựng Với máy với quan sát khác xạ phông vi sóng, xác định sống màng hay không Nếu sống màng có lẽ nguyên lý vị nhân chọn mô hình màng từ vườn bách thú gồm vũ trụ xảy thuyếtM Chúng ta diễn tả cho Miranda The Tempest Shakespeare: “Ôi giới màng Sao có nhiều sinh vật đến vậy” (Nguyên văn: “O Brane new world That has such creatures in’t.” Tác giả nhại lại câu nói Miranda: “Ôi giới dũng cảm Sao có nhiều người đến vậy” “O brave new world That has such people in’t.”) Đó vũ trụ vỏ hạt Trang 200 Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com T Người dịch: da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com H ế G I I M À N G Trang 201 [...]... đó hạt giống vũ trụ nguyên thủy mà từ đó vũ trụ của chúng ta xuất hiện chính là một cái hạt nhỏ bé Vũ trụ trong một vỏ hạt là một cuốn sách cần thiết với tất cả chúng ta để hiểu vũ trụ chúng ta đang sống Giống như tập trước của cuốn sách – Lược sử về thời gian, cuốn sách này truyền tải điều thú vị trong khoa học khi các bí mật tự tiết lộ bản thân chúng V Ũ T R ụ T R O N G M ộ T V ỏ H ạ T Stephen Hawking. .. sách đầu tiên của ông ra đời Stephen Hawking là giáo sư Lucasian về toán học tại đại học Cambridge và được coi là một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất kể từ Einstein VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT Một trong những nhà tư tưởng vĩ đại nhất của thời đại chúng ta là Stephen Hawking, một biểu tượng của trí tuệ, ông được biết đến không chỉ qua những ý tưởng bất ngờ mà còn vì sự trong sáng và thông minh trong cách... 29 HÌNH DÁNG CỦA THỜI GIAN Thuyết tương đối rộng của Einstein cho thời gian một hình dáng Nó có thể tương hợp với thuyết lượng tử như thế nào? CHƯƠNG 3 - trang 67 VŨ TRỤ TRONG MỘT VỎ HẠT Vũ trụ có nhiều lịch sử, mỗi một lịch sử được xác định bằng một hạt tí hon CHƯƠNG 4 - trang 101 TIÊN ĐOÁN TƯƠNG LAI Sự biến mất của thông tin trong các hố đen có thể làm giảm khả năng tiên đoán tương lai của chúng ta... theo các lịch sử của Feynman vào một lý thuyết thống nhất mô tả tất cả mọi sự kiện xảy ra trong vũ trụ Với lời văn đầy nhiệt huyết, giáo sư Hawking mời chúng ta đi theo bước chân của những nhà du hành trong không thời gian Cuốn sách với các hình minh họa màu giúp làm sáng tỏ chuyến du hành vào thế giới siêu thực của các hạt, các dây, các màng chuyển động trong không thời gian mười một chiều này, ở... ánh sáng Nếu ta dùng năng lượng để gia tốc một vật nào đó, dù là một hạt hay một tàu vũ trụ, thì khối lượng của vật đó sẽ gia tăng cùng với tốc độ và do đó sẽ khó có thể gia tốc thêm được nữa Ta không thể gia tốc một hạt đến tốc độ ánh sáng vì ta cần một năng lượng lớn vô cùng để làm điều đó Khối lượng và năng lượng là tương đương và điều đó được tổng kết trong một phương trình nổi tiếng E = mc2 (hình... suy nghĩ về vấn đề này một cách nghiêm túc Ông nhận ra rằng có một mối liên hệ mật thiết giữa gia tốc và trường hấp dẫn Một người nào đó ở trong một cái hộp đóng kín như là trong một cái thang máy chẳng hạn không thể nhận biết được cái hộp đó đang đứng yên trong trường hấp dẫn của trái đất hay đang bị gia tốc bởi một tên lửa trong không gian (tất nhiên lúc này là trước kỷ nguyên của Star Trek, và Einstein... Neutron (n) bắn phá hạt nhân (U-235) Hạt nhân tổ hợp dao động và bất ổn định (Hình 1.8) NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN Hạt nhân được tạo thành từ proton và neutron liên kết với nhau nhờ lực hạt nhân mạnh Nhưng khối lượng của hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các proton và neutron riêng lẻ tạo nên chúng Sự khác nhau chính là một phép đo năng lượng liên kết hạt nhân mà giữ hạt nhân lại với nhau... thể nhìn thấy nó được viết trên đường phố Một trong số các hệ quả của phương trình trên là hạt nhân của nguyên tử Uranium phân rã thành 2 hạt nhân nhỏ hơn có tổng khối lượng nhỏ hơn khối lượng của hạt nhân ban đầu, việc này sẽ giải tỏa một năng lượng vô cùng lớn (hình 1.8) Vào năm 1939, khi mà khả năng một cuộc chiến tranh thế giới nữa đang lờ mờ xuất hiện, một nhóm các nhà khoa học đã nhận ra tầm Trang... da_trạch@yahoo.com; http://datrach.blogspot.com Trang 15 V Ũ T R ụ T R O N G (Hình 1.9) Một người quan sát đứng trong một cái hộp không thể nhận ra sự khác nhau khi đứng trong một chiếc thang máy tĩnh trên trái đất (a) hoặc bị gia tốc bởi một tên lửa trong không gian tự do (b) Nếu người ta tắt động cơ của tên lửa (c) cảm giác sẽ giống như trong một chiếc thang máy rơi tự do xuống đất Trang 16 M ộ T V ỏ H ạ T Năm 1907,... tốc ánh sáng (c) trong khi người anh em của anh ta (b) vẫn trên mặt đất Vì thời gian của (a) trong phi thuyền chậm hơn thời gian của (b) trên trái đất Nên khi người (a) trở về (a2) anh ta sẽ thấy người anh em của anh ta trên trái đất (b2) già hơn anh ta Mặc dù nó có vẻ chống lại cảm nhận chung của chúng ta, rất nhiều thí nghiệm chứng minh rằng trong kịch bản này, người du hành vũ trụ sẽ trẻ hơn người