Đang tải... (xem toàn văn)
mô tả chặng đường mà các nhà lý thuyết dây đã đi được trên hành trình tìm hiểu các lỗ đen và nguồn gốc của vũ trụ...
Chương 13 - Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M Trong chương chương tiếp sau, mô tả chặng đường mà nhà lý thuyết dây hành trình tìm hiểu lỗ đen nguồn gốc vũ trụ Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M Sự xung đột trước có lý thuyết dây thuyết tương đối rộng học lượng tử xúc phạm tới tình cảm sâu xa vốn cho định luật tự nhiên phải gắn kết với chỉnh thể hài hịa Tuy nhiên, xung đột khơng phải tách rời trừu tượng cao vời Những điều kiện vật lý cực hạn xảy thời điểm Big Bang phổ biến lỗ đen hiểu khơng có lý thuyết lượng tử lực hấp dẫn Với phát minh lý thuyết dây, hy vọng giải đáp điều bí ẩn sâu xa Trong chương chương tiếp sau, chúng tơi mô tả chặng đường mà nhà lý thuyết dây hành trình tìm hiểu lỗ đen nguồn gốc vũ trụ Lỗ đen hạt sơ cấp Thoạt nhìn, khó hình dung hai vật lại khác ghê gớm lỗ đen hạt sơ cấp Chúng ta thường hình dung lỗ đen thiên thể kỳ vĩ hạt sơ cấp mẩu bé nhỏ vật chất Nhưng nghiên cứu Demetrios Chritodoulou, Werner Israel, Richard Price, Brandon Carter, Roy Kerr, David Robinson, Hawking Penrose với nhiều nhà vật lý khác vào cuối năm 1960 đầu năm 1970 chứng tỏ lỗ đen hạt sơ cấp có lẽ khơng khác ghê gớm người ta tưởng Họ tìm chứng ngày có sức thuyết phục mà John Wheeler tổng kết mệnh đề: “các lỗ đen khơng có tóc” Ý Wheeler muốn nói rằng, ngồi số đặc điểm phân biệt ra, tất lỗ đen giống Những đặc điểm phân biệt gì? Thứ nhất, tất nhiên, khối lượng lỗ đen Thế đặc điểm khác? Nhiều nghiên cứu phát rằng, lỗ đen mang điện tích số tích lực khác vận tộc tự quay (spin) Và thơi Như vậy, hai lỗ đen có khối lượng, tích lực spin hồn tồn đồng với Các lỗ đen khơng có “kiểu tóc” cầu kỳ, tức đặc điểm nội khác, để phân biệt với Điều lẽ khơng gợi cho bạn điều sao? Hãy nhớ lại tính chất khối lượng, tích lực spin đặc điểm để phân biệt hạt sơ cấp Sự tương tự tính chất nhận dạng thế, nhiều năm, dẫn nhiều nhà vật lý tới lối suy diễn là: lỗ đen thực hạt sơ cấp khổng lồ Thực ra, theo lý thuyết Einstein, khơng có giới hạn cực tiểu khối lượng lỗ đen Nếu nén mẩu vật chất có khối lượng tới kích thước đủ nhỏ, tính tốn khơng khó khăn theo thuyết tương đối rộng chứng tỏ trở thành lỗ đen (Khối lượng bé phải nén tới kích thước nhỏ) Và vậy, hình dung thí nghiệm tưởng tượng, xuất phát từ giọt vật chất nhỏ dần, nén chúng tới kích thước bé dần, đem so sánh lỗ đen tạo thành với hạt sơ cấp Mệnh đề khơng có tóc Weeler dẫn tới kết luận khối lượng đủ nhỏ, lỗ đen mà tạo nên theo cách nhìn giống hạt sơ cấp Cả hai nhìn giống gói nhỏ vật chất đặc trưng hồn tồn khối lượng, tích lực spin Nhưng có điểm khác biệt mấu chốt Các lỗ đen vật lý thiên văn, với khối lượng lớn Mặt Trăng nhiều lần, có kích thước nặng tới mức học lượng tử khơng có liên quan cần dùng phương trình lý thuyết tương đối rộng để tìm hiểu tính chất chúng (ở xét cấu trúc tổng thể lỗ đen, chưa nói đến điểm kỳ dị trung tâm bên lỗ đen Kích thước nhỏ bé vùng trung tâm chắn đòi hỏi phải dùng tới học lượng tử) Tuy nhiên, thử làm cho khối lượng hố đen nhỏ dần, tới điểm hố đen nhẹ nhỏ tới mức học lượng tử phải vào Điều xảy khối lượng toàn phần lỗ đen cỡ khối lượng Planck nhỏ (Trên quan điểm vật lý hạt sơ cấp, khối lượng Planck lớn - lớn khối lượng proton cỡ 10 tỷ tỷ lần Tuy nhiên, quan điểm lỗ đen, khối lượng Planck cỡ khối lượng hạt bụi trung bình, nghĩa nhỏ bé) Và vậy, nhà vật lý, người xem lỗ đen nhỏ xíu hạt sơ cấp có mối liên hệ gần gũi với nhau, vấp phải khơng tương thích thuyết tương đối tổng quát - trái tim lý thuyết lỗ đen, học lượng tử Trong khứ, khơng tương thích cản trở hồn toàn tiến theo phương hướng nghiên cứu hấp dẫn Chương 13 - Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M (1) Nhờ phát phức tạp bất ngờ lỗ đen, lý thuyết dây xác lập mối liên hệ lý thuyết hố đen hạt sơ cấp Lý thuyết dây có cho phép tiến lên hay khơng? Câu trả lời có Nhờ phát phức tạp bất ngờ lỗ đen, lý thuyết dây xác lập mối liên hệ lý thuyết hố đen hạt sơ cấp Mặc dù đường tìm mối liên hệ quanh co, đưa qua phát triển lý thú lý thuyết dây, nên đáng để lần theo hành trình Mọi chuyện câu hỏi tưởng chừng chẳng có liên quan mà nhà vật lý đặt từ năm 1980 Từ lâu, nhà toán học vật lý biết chiều không gian cuộn lại thành khơng gian Calabi-Yau, nói chung, có hai loại mặt cầu nằm cấu trúc khơng gian Một loại mặt cầu hai chiều, giống mặt bóng, đóng vai trị quan trọng dịch chuyển lật mà xét Chương 11 Loại thứ hai khó hình dung có tầm quan trọng khơng Đó mặt cầu ba chiều- giống bề bóng vũ trụ có bốn không gian rộng lớn Tất nhiên, thảo luận Chương 11, bóng bình thường Vũ trụ thân ba chiều, bề mặt nó, giống bề mặt ống dẫn nước, hai chiều thôi: bạn cần có hai số, ví dụ vĩ độ kinh độ, chẳng hạn, bạn xác định điểm bề mặt Nhưng tưởng tượng có thêm chiều nữa: bóng bốn chiều với bề mặt ba chiều Vì khơng thể tưởng tượng bóng vậy, nên cách tốt để hình dung, hạ bớt tất chiều Nhưng thấy, khía cạnh chất ba chiều mặt cầu lại có tầm quan trọng hàng đầu Bằng cách nghiên cứu phương trình lý thuyết dây, nhà vật lý phát rằng, có thể, theo thời gian mặt cầu ba chiều co lại tới thể tích nhỏ gần khơng Nhưng điều xảy - nhà lý thuyết dây hỏi - cấu trúc khơng gian bị co lại theo cách đó? Liệu có xuất hiệu ứng tai biến co lại cấu trúc khơng gian hay khơng? Câu hỏi giống với câu hỏi mà đặt giải đáp chương 11, tập trung xem xét mặt cầu ba chiều co lại, mặt cầu hai chiều chương 11 (Cũng chương 11, xem mẩu không gian CalabiYau co lại khơng phải tồn khơng gian đó, nên tính đối ngẫu bán kính lớn /bán kính nhỏ mà xét chương 10 không áp dụng được) Và khác biệt chất xuất thay đổi số chiều Từ chương 11 biết phát quan trọng, dây, chuyển động qua không gian, chúng bao quanh mặt cầu hai chiều Tức là, mặt vũ trụ hai chiều dây quét nên chuyển động bao hoàn toàn mặt cầu hai chiều, minh họa hình 11.6 Điều có tác dụng bảo vệ, giữ cho co lại mặt cầu hai chiều không gây tai biến vật lý Nhưng lại xét loại mặt cầu khác không gian Calabi-Yau nhiều chiều, nên dây chuyển động khơng cịn bao quanh Nếu bạn cảm thấy khó hình dung điều đó, hình dung tình tương tự hạ thấp tất chiều Bạn hình dung mặt cầu ba chiều mặt cầu hai chiều bóng bình thường, miễn bạn phải hình dung sợi dây chiều hạt điểm khơng có chiều Và hạt điểm khơng có chiều khơng thể bao quanh gì, nên tương tự dây chiều khơng thể bao quanh mặt cầu ba chiều Lập luận dẫn nhà lý thuyết dây tới ý nghĩ rằng, hoàn toàn dựa vào phương trình gần lý thuyết dây, mặt cầu ba chiều khơng gian Calabi-Yau bị co bé lại, có khả dẫn tới kết tai biến Thực tế, phương trình gần lý thuyết dây phát triển từ trước năm 1995 vận hành vũ trụ buộc phải dừng lại q trình co thắt thực xảy ra, ngồi số giá trị vơ hạn mà lý thuyết dây chế ngự lại sổng co lại cấu trúc không gian Trong nhiều năm, nhà lý thuyết dây phải sống thấp với nỗi lo âu mơ hồ Nhưng tới năm 1995, Andrew Sttrominger chứng minh suy luận bi quan sai lầm Dựa cơng trình có tính đột phá trước Witten Sieberg, Strominger sử dụng phát minh cho thấy lý thuyết dây, phân tích với độ xác có nhờ cách mạng siêu dây lần thứ hai, khơng cịn thuyết dây chiều Ông lý luận sau Một dây chiều - nói theo ngôn ngữ chuyên môn - brane - bao quanh trọn vẹn đối tượng chiều khơng gian, ví dụ vịng trịn hình 13.1 (Lưu ý điều khác với hình 11.6, dây chiều, chuyển động theo thời gian, bao quanh mặt cầu hai chiều Cịn hình 13.1 giống ảnh chụp thời điểm) Hình 13.1 Hình 13.1 Dây bao quanh mẩu chiều cấu trúc khơng - thời gian bị cuộn lại; cịn màng hai chiều bao quanh mẩu hai chiều Tương tự, hình 13.1, thấy màng hai chiều - tức 2-brane bao quanh phủ kín mặt cầu hai chiều, giống miếng cao su bọc kín cam Mặc dù khó hình dung, Strominger theo đường hướng suy nghĩ cuối ông hiểu rằng, thành phần sơ cấp ba chiều phát lý thuyết dây - tức 3-brane - bao quanh hồn tồn phủ kín mặt cầu ba chiều Sau tính tốn vật lý đơn giản thành tiêu chuẩn, Strominger chứng minh 3-brane bao quanh tạo thành lớp vỏ bảo vệ vừa khéo có khả triệt tiêu xác hiệu ứng tai biến tiềm tàng mà trước nhà lý thuyết dây lo sợ xảy ra, mặt cầu không gian ba chiều bị co lại Đây phát quan trọng tuyệt vời Tuy nhiên, phải thời gian ngắn sau đó, sức mạnh phát phát lộ hết Chương 13 - Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M (2) Các nhà vật lý tin rằng, thời gian Planck thời điểm phần trăm giây sau Big Bang, vũ trụ xử theo cách tương tự, tức qua hai chuyển pha Từ thời gian Planck tới phần trăm giây sau Big Bang Trong chương (đặc biệt hình 7.1) biết rằng, ba lực phi hấp dẫn hội nhập với mơi trường cực nóng vũ trụ lúc hình thành Những tính tốn nhà vật lý phụ thuộc lượng nhiệt độ cường độ lực cho thấy rằng, trước 10-35 giây sau Big Bang, lực mạnh, yếu điện từ lực "thống lớn" hay "siêu lực" Trong trạng thái đó, vũ trụ đối xứng nhiều so với ngày hôm Giống tính đồng tính xuất tập hợp kim loại rời rạc nấu chảy thành chất lỏng đồng đều, lượng nhiệt độ cực cao thời kỳ sớm vũ trụ xóa khác biệt lực mà quan sát Nhưng với thời gian, vũ trụ giãn nở lạnh theo lý thuyết trường lượng tử, đối xứng nói bị thu hẹp lại cách nghiêm trọng theo dãy bước đột ngột cuối dẫn tới bất đối xứng mà thấy Nội dung vật lý nằm phía sau thu hẹp đối xứng lại đó, hay nói cách xác phá vỡ đối xứng, khơng khó hiểu Hãy hình dung bể lớn chứa đầy nước Các phân tử H20 phân bố đồng toàn bể chứa bạn đặt mắt đâu nhìn thấy nước hệt Bây ta xem điều xảy ta hạ thấp nhiệt độ bể nước xuống Ban đầu chẳng có nhiều xảy Xét thang vi mơ, vận tốc trung bình phân tử nước giảm, có Tuy nhiên, nhiệt độ giảm xuống tới oC bạn thấy có điều đặc biệt xảy Nước lỏng bắt đầu đóng băng biến thành nước đá Như thảo luận chương trước, điều ví dụ đơn giản chuyển pha Đối với mục đích điều quan trọng đáng lưu ý trình chuyển pha dẫn tới giảm mức độ đối xứng thể phân tử H 20 Trong nước lỏng nhìn hồn tồn góc nhìn bạn, tức có đối xứng quay, nước đá lại khác Do nước đá có cấu trúc tinh thể, nên bạn xem xét cách đủ xác, giống tinh thể khác, thể khác góc nhìn khác Như chuyển pha làm tính chất đối xứng quay mà trước có Mặc dù xét ví dụ quen thuộc, tính chất tổng quát: hạ thấp nhiệt độ nhiều hệ vật lý, tới điểm diễn chuyển pha kết có "sự phá vỡ" số đối xứng mà trước hệ có Thực tế, hệ trải qua dãy chuyển pha, nhiệt độ thay đổi khoảng đủ rộng Và lần nữa, nước lại cho ví dụ đơn giản Nếu bắt đầu với H20 100oC, thể khí, tức nước Ở thể nước chí cịn đối xứng so với thể lỏng, phân tử H20 riêng lẻ khơng cịn liên kết với thể lỏng Trái lại, chúng tự lang thang bình chứa, hồn tồn bình đẳng với nhau, không tụ tập "bè phái" để tạo nên nhóm phân tử tách biệt Khi hạ thấp nhiệt độ xuống 1000C, tất nhiên, giọt nước tạo thành thơng qua q trình chuyển pha khí - lỏng đối xứng thu hẹp lại Tiếp tục hạ thấp nhiệt độ xuống nữa, khơng có đặc biệt xảy vượt qua nhiệt độ oC, mà, thấy trên, chuyển pha lỏng - rắn lại đột ngột làm giảm đối xứng lần Các nhà vật lý tin rằng, thời gian Planck thời điểm phần trăm giây sau Big Bang, vũ trụ xử theo cách tương tự, tức qua hai chuyển pha Ở nhiệt độ 1028 K, ba lực phi hấp dẫn thể lực có tính đối xứng cao có (ở cuối chương này, thảo luận việc bao hàm lực hấp dẫn vào thống nhiệt độ lý thuyết dây) Nhưng nhiệt độ giảm xuống 10 28K, vũ trụ trải qua chuyển pha, ba lực kết tinh riêng theo cách khác Cường độ tương đối cách thức mà chúng tác dụng lên vật chất bắt đầu thể khác Và vậy, đối xứng lực thể rõ ràng nhiệt độ cao bị phá vỡ vũ trụ lạnh Tuy nhiên, cơng trình Glashow, Salam Weiberg (xem chương 5) chứng tỏ toàn đối xứng nhiệt độ cao bị xóa sạch: lực yếu điện từ liên hệ chặt chẽ với Khi vũ trụ tiếp tục giãn nở lạnh đi, khơng có nhiều xảy nhiệt độ giảm xuống tới 1015K, tức gấp 100 triệu lần nhiệt độ lõi Mặt trời Khi đó, vũ trụ trải qua chuyển pha thứ hai, lần liên quan tới lực yếu lực điện từ Ở nhiệt độ ấy, hai lực tách rời khỏi thống trước đó, đối xứng vũ trụ tiếp tục lạnh đi, khác biệt lực yếu lực điện từ trở nên rõ nét Hai trình chuyển pha nguồn gốc xuất ba lực phi hấp dẫn khác biệt nhau, nhiên lược sử vũ trụ mà ta vừa trình bày cho thấy rằng, thực tế, ba lực có mối liên hệ sâu xa với Chương 13 - Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M (3) Những nghiên cứu chi tiết xạ vũ trụ chứng tỏ ta hướng anten theo hướng lên bầu trời, nhiệt độ xạ với độ xác tới phần 100.000 Nếu bạn dành phút để suy nghĩ điều này, bạn thấy điều lạ Một câu đố hóc búa vũ trụ học Vũ trụ học thời kỳ sau thời gian Planck cho khn khổ nhã, qn xử lý mặt tốn học để tìm hiểu vũ trụ tới tận khoảnh khắc ngắn sau Big Bang Nhưng phần lớn lý thuyết thành công, phát lại đặt câu hỏi chi tiết Hóa số câu hỏi này, khơng làm vơ hiệu hóa kịch chuẩn vũ trụ học vừa trình bày trên, chúng làm rõ số khía cạnh tinh tế địi hỏi phải có lý thuyết sâu sắc Bây tập trung xem xét số câu hỏi đó, có tên toán chân trời Đây vấn đề quan trọng vũ trụ học đại Những nghiên cứu chi tiết xạ vũ trụ chứng tỏ ta hướng anten theo hướng lên bầu trời, nhiệt độ xạ với độ xác tới phần 100.000 Nếu bạn dành phút để suy nghĩ điều này, bạn thấy điều lạ Tại vị trí khác vũ trụ, cách khoảng cách lớn, lại có nhiệt độ khớp với đến thế? Giải pháp dường tự nhiên cho câu đố cần lưu ý rằng, hai vị trí đối kính với qua bầu trời xa nhau, giống hai đứa trẻ song sinh tách khỏi nhau, thời điểm sớm vũ trụ, hai điểm (và điểm khác) gần Vì xuất từ điểm xuất phát chung, nên bạn cho khơng có phải ngạc nhiên chúng chia sẻ số tính chất vật lý chung, chẳng hạn nhiệt độ chúng Trong mơ hình chuẩn vũ trụ học, ý kiến khơng Lý sau Một bát súp nóng nguội dần tới nhiệt độ phịng tiếp xúc với khơng khí xung quanh lạnh Nếu bạn đợi đủ lâu, nhiệt độ bát súp nhiệt độ khơng khí phịng, thơng qua tiếp xúc với nhau, trở nên Nhưng súp đựng phích, tất nhiên, giữ nóng lâu hơn, liên lạc với mơi trường bên ngồi Điều phản ánh tính chất là: đồng hóa nhiệt độ hai vật dựa liên lạc kéo dài thường xuyên hai vật Để kiểm chứng giả thiết cho hai vị trí khơng gian cách xa khoảng cách lớn chia sẻ nhiệt độ ban đầu chúng có tiếp xúc với nhau, cần phải kiểm tra hiệu trao đổi thông tin hai vị trí thời kỳ đầu vũ trụ Thoạt tiên, bạn tưởng ban đầu hai vị trí gần nhau, nên liên lạc dễ dàng Tuy nhiên, gần gũi không gian phần câu chuyện mà thơi Phần cịn lại phải tính đến kéo dài thời gian Để xem xét vấn đề cách đầy đủ hơn, tưởng tượng ta nghiên cứu "cuốn phim" giãn nở vũ trụ, cho chạy theo chiều ngược lại, tức ngày hôm giật lùi lại Big Bang Vì vận tốc ánh sáng đặt giới hạn tín hiệu thông tin, nên vật chất hai vùng khác khơng gian trao đổi lượng nhiệt có may tiến tới nhiệt độ khoảng cách chúng thời điểm cho phải nhỏ khoảng cách mà ánh sáng kể từ Big Bang Và vậy, cho phim chạy ngược chiều thời gian, thấy có hai hiệu ứng cạnh tranh nhau: mặt, mức độ gần gũi hai vùng không gian mặt khác, khoảng thời gian cần thiết để đưa hai vùng trở lại khoảng cách gần gũi Ví dụ, khoảng cách hai vùng 300.000km, cần phải quay tới thời điểm nhỏ giây sau Big Bang, hai vùng gần nhiều, chúng khơng có cách để ảnh hưởng lên nhau, ánh sáng phải trọn giây hết khoảng cách chúng [1] Nếu khoảng cách hai vùng nhỏ nữa, ví dụ 300km chẳng hạn, ta phải cho phim chạy ngược lại tới thời điểm nhỏ phần ngàn giây sau Big Bang, ta lại suy kết luận đó: hai vùng khơng thể ảnh hưởng lên thời gian nhỏ phần ngàn giây, ánh sáng khoảng cách 300km chúng Tương tự, cho phim chạy ngược tới thời điểm phần tỷ giây sau Big Bang, để hai vùng cách 30cm, chúng khơng thể ảnh hưởng lên khơng có đủ thời gian từ Big Bang để ánh sáng hết khoảng cách 30cm chúng Điều chứng tỏ rằng, riêng thực tế hai điểm ngày gần lùi dần Big Bang, chưa đủ để đảm bảo chúng trao đổi nhiệt với để dẫn tới có nhiệt độ Các nhà vật lý chứng minh vấn đề cộm lên mơ hình chuẩn vũ trụ học Những tính tốn chi tiết chứng tỏ vùng xa khơng thể có cách để trao đổi nhiệt, khơng thể giải thích đồng nhiệt độ chúng Vì từ chân trời dùng để tầm xa mà ta nhìn thấy - tức ánh sáng truyền xa tới mức nào, nói - nên nhà vật lý gọi đồng nhiệt độ toàn vũ trụ mà ta chưa giải thích "bài tốn chân trời" Vấn đề hóc búa khơng có nghĩa mơ hình chuẩn vũ trụ học sai Nhưng đồng nhiệt độ gợi ý rõ ràng, bỏ sót phần quan trọng câu chuyện vũ trụ học Năm 1979, nhà vật lý Alan Guth, làm việc Học viện Công nghệ Massachussetts, viết nốt chương bị bỏ sót [1] Sự trình bày chuyển tải tinh thần vấn đề có liên quan chúng tơi có lờ số khía cạnh tinh tế liên quan tới chuyển động ánh sáng vũ trụ giãn nở (nhưng điều có ảnh hưởng tới số chi tiết mà thôi) Đặc biệt, thuyết tương đối hẹp khẳng định khơng chuyển động nhanh ánh sáng, điều không ngăn cấm hai photon mang theo giãn nở không gian lùi xa với vận tộc lớn vận tốc ánh sáng Ví dụ, vào thời kỳ vũ trụ bắt đầu trở nên suốt, tức khoảng 300.000 năm sau Big Bang, hai vị trí cách xa 900.000 năm ánh sáng có ảnh hưởng lẫn nhau, chí hai vị trí cách xa lớn 300.000 năm ánh sáng Thừa số (tức x 300.000 = 900.000) giãn nở cấu trúc khơng gian Điều có nghĩa cho cuộn phim tiến hóa vũ trụ quay ngược lại theo thời gian, trở lại thời điểm sau Big Bang 300.000 năm, hai điểm cần cách xa nhỏ 900.000 năm ánh sáng có khả ảnh hưởng đến nhiệt độ Tuy nhiên, số chi tiết khơng làm thay đổi đặc điểm định tính vấn đề mà thảo luận Chương 13 - Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M (4) Sự lạm phát Nguồn gốc toán chân trời chỗ: hai vùng cách xa vũ trụ tiến lại gần nhau, cần phải cho phim tiến hóa vũ trụ chạy ngược trở lại điểm bắt đầu thời gian Thực tế, chạy lui trở lại xa tới mức đủ thời gian cho ảnh hưởng kịp truyền từ vùng đến vùng khác Do khó khăn chỗ, cho phim quay ngược lùi dần Big Bang, vũ trụ không co lại với tốc độ đủ nhanh Tất nhiên, ý tưởng thô sơ, đáng để nói kỹ chút Bài toán chân trời xuất từ thực tế: giống bóng ném lên, lực hút hấp dẫn làm cho tốc độ giãn nở vũ trụ bị chậm lại Điều có nghĩa là, để giảm nửa khoảng cách hai vùng vũ trụ, cần phải cho cuộn phim chạy ngược nửa đường trở lại gốc thời gian Nói cách khác, để khoảng cách hai vùng giảm nửa phải nửa khoảng thời gian ngăn cách với Big Bang Càng thời gian kể từ Big Bang có nghĩa hai vùng khó liên lạc với nhau, chúng tới gần Giải pháp Guth tốn chân trời trình bày cách đơn giản sau Guth tìm nghiệm khác phương trình Einstein vũ trụ nguyên thủy trải qua giai đoạn ngắn giãn nở cực nhanh, thời kỳ mà vũ trụ "lạm phát" kích thước với tốc độ giãn nở theo hàm mũ Khác với trường hợp bóng chuyển động chậm dần ném lên, giãn nở theo hàm mũ lại lúc nhanh Và cho cuộn phim vũ trụ chạy ngược lại, giãn nở tăng tốc nhanh trở thành co lại giảm tốc nhanh Điều có nghĩa để giảm nửa khoảng cách hai vùng vũ trụ (ở thời kỳ lạm phát) cần cho phim chạy nửa đường, mà thực tế nhiều Cho phim chạy lại có nghĩa hai vùng có nhiều thời gian để liên lạc với nhau, giống bát súp khơng khí, hai vùng có đủ thời gian để tới nhiệt độ Nhờ phát minh Guth hoàn thiện quan trọng sau Andrei Linde thuộc Đại học Stanford, Paul Steinhardt Andress Albrecht hồi thuộc Đại học Pénnylvania với nhiều người khác, mơ hình chuẩn vũ trụ học đổi thành mô hình lạm phát vũ trụ học Trong khn khổ đó, mơ hình chuẩn vũ trụ học bị thay đổi cửa sổ nhỏ thời gian - từ 10-36 đến 10-34 giây sau Big Bang - vũ trụ giãn nở với hệ số khổng lồ, lớn lên gấp 1030 lần (để so sánh, lưu ý mơ hình chuẩn, với khoảng thời gian đó, vũ trụ lớn lên gấp 100 lần) Điều có nghĩa khoảng thời gian cực nhỏ, cỡ phần tỷ tỷ tỷ tỷ giây sau Big Bang, kích thước vũ trụ tăng với tỷ lệ phần trăm lớn 15 tỷ năm sau Trước giãn nở này, vật chất mà vùng xa vũ trụ thực gần nhau, gần so với mơ hình chuẩn, điều khiến cho chúng dễ dàng thiết lập nhiệt độ chung Sau đó, nhờ bùng nổ lạm phát gần tức thời Guth, tiếp sau giãn nở bình thường theo mơ hình chuẩn - vùng khơng gian trở nên cách xa chứng kiến Và vậy, thay đổi lạm phát ngắn ngủi bản, làm cho mơ hình chuẩn vũ trụ học giải toán chân trời (cũng nhiều vấn đề quan trọng khác mà chúng tơi khơng trình bày đây) đông đảo nhà vũ trụ học chấp nhận [2] Chúng tơi tóm tắt lịch sử vũ trụ từ sau thời gian Planck nay, theo lý thuyết hành, hình 14.1 Hình 14.1.Hình 14.1 Đường thẳng thời gian ghi lại thời điểm then chốt lịch sử vũ trụ [2] Để hiểu biết chi tiết sinh động vũ trụ học lạm phát vấn đề mà giải được, xem The Inflationary Universe Alain Guth (Reading, Mass: Anddison - Wesley, 1997) Chương 13 - Các lỗ đen theo quan điểm lý thuyết dây - lý thuyết - M (5) Tới thời gian zêrơ, kích thước vũ trụ khơng cịn nhiệt độ mật độ tăng vọt tới vô cùng, báo hiệu với mơ hình vũ trụ dựa thuyết tương đối tổng quát thất bại hoàn toàn Vũ trụ học lý thuyết dây Vẫn cịn có mẩu nhỏ hình 14.1 Big Bang thời gian Planck, mà ta chưa đề cập tới Bằng cách áp dụng cách máy móc phương trình thuyết tương đối rộng cho khoảng này, nhà vật lý phát vũ trụ nhỏ hơn, nóng đặc tiến gần tới Big Bang Tới thời gian zêrơ, kích thước vũ trụ khơng cịn nhiệt độ mật độ tăng vọt tới vô cùng, báo hiệu với mơ hình vũ trụ dựa thuyết tương đối tổng quát thất bại hoàn toàn ... theo phương hướng nghiên cứu hấp dẫn Chương 13 - Các lỗ đen theo quan đi? ?m lý thuyết dây - lý thuyết - M (1) Nhờ phát phức tạp bất ngờ lỗ đen, lý thuyết dây xác lập m? ??i liên hệ lý thuyết hố đen. .. lộ hết Chương 13 - Các lỗ đen theo quan đi? ?m lý thuyết dây - lý thuyết - M (2) Các nhà vật lý tin rằng, thời gian Planck thời đi? ?m phần tr? ?m giây sau Big Bang, vũ trụ xử theo cách tương tự, tức... t? ?m nghiên cứu riết người ta phát điều quan trọng Chương 13 - Các lỗ đen theo quan đi? ?m lý thuyết dây - lý thuyết - M (8) M? ??c dù nói q dễ dàng, điều rằng, ta dùng khuôn khổ rộng lớn lý thuyết -