Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr MC LC CHÛÚNG MÊU THỴN GIÛÄA THUËT TÛÚNG ÀƯËI RƯÅNG VÂ CÚ HỔC LÛÚÅNG TÛÃ: TIÏËN TÚÁI MƯÅT L THUYÏËT MÚÁI (TIÏËP) CHÛÚNG 6: KHƯNG CỐ GỊ KHẤC NGOÂI ÊM NHẨC: NHÛÄNG CÚ SÚÃ CA L THUËT SIÏU DÊY 12 CHÛÚNG 7: CAÁI "SIÏU" TRONG SIÏU DÊY 44 CHÛÚNG - CẤC CHIÏÌU ÊÍN GIÊËU 64 CHÛÚNG BÙÇNG CHÛÁNG ÀĐCH THÛÅC: NHÛÄNG ÀÙÅC TRÛNG KHÙÈNG ÀÕNH BÙÇNG THÛÅC NGHIÏÅM 87 http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene CHÛÚNG 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 hịnh 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 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 hũnh chuờớn khựống ừnh rựỗng nhỷọng haồt lỷồc oỏ khửng cố cêëu trc nưåi tẩi vâ àố chng cng lâ nhûäng hẩt sú cêëp nhû cấc hẩt thåc ba hổ hẩt ca vêåt chêët Photon, gluon vâ cấc boson ëu tẩo mưåt cú chïë vi mư ca sûå truìn cấc hẩt Vđ d, mưåt hẩt tđch àiïån àêíy mưåt hẩt khấc tđch àiïån cng dêëu, thị àiïìu nây cố thïí giẫi thđch mưåt cấch khấ thư thiïín nhû sau: mưỵi hẩt àïìu sinh 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 ca cấc photon vâ sûå tûúng tấc giûäa hai hẩt tđch àiïån lâ sûå “bùỉn” qua lẩi cấc photon giûäa hai hẩt tđch àiïån àố Tûúng tûå nhû hai ngûúâi trûúåt bùng neám qua neám lẩi cho 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 bựỗng caỏch trao ửới caỏc photon Coỏ mửồt khiùởm khuyïët cùn baãn sûå tûúng tûå cuãa hai ngûúâi trûúåt bùng, àố lâ sûå trao àưíi nhûäng quẫ bowling ln cố tấc dng “àêíy”, nố ln lâm cho hai ngûúâi lẩng xa Trấi lẩi, hai hẩt tđch àiïån trấi dêëu cng tûúng tấc thưng qua trao àưíi cấc photon, nhiïn lûåc àiïån tûâ giûäa chng lẩi lâ lûåc ht Àiïìu nây http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 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 xa nhau”, àố àưëi vúái cấc hẩt tđch àiïån trấi dêëu, nố mang túái thưng àiïåp “xđch lẩi gêìn nhau” Vị l àố àưi 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 mẩnh vâ ëu Lûåc mẩnh tûác lûåc giûä cấc hẩt quark úã bïn cấc photon vaõ nỳtron, ỷỳồc thỷồc hiùồn bựỗng caỏch trao ửới caỏc 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 Côn lûåc ëu, chđnh lâ lûåc àậ gêy 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 thẫo lån ca chng ta vïì l thuët lûúång tûã ca cấc lûåc 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 rựỗng caỏc nhaõ vờồt lyỏ seọ tũm kiùởm mửồt lyỏ thuët trûúâng lûúång tûã cho lûåc hêëp dêỵn, mưåt l thuët àố bố nhỗ nhêët ca trûúâng lûåc hêëp dêỵn, tûác graviton, sệ lâ hẩt truìn tin ca nố Thoẩt nhịn, nhû bẩn bêy giúâ sệ thêëy, gúåi àố ca bẩn dûúâng nhû hoân toân thđch húåp, búãi leä lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã cuãa ba lûåc phi hờởp dờợn heỏ mỳó cho thờởy rựỗng coỏ mửồt sỷồ tûúng tûå hoân toân giûäa chng vâ mưåt khđa cẩnh ca lûåc hêëp dêỵn mâ chng ta àậ gùåp Chỷỳng Xin nhựổc laồi rựỗng lỷồc hờởp dờợn aọ cho pheỏp chuỏng ta tuyùn bửở rựỗng moồi ngỷỳõi quan sất, bêët kïí hổ chuín àưång nhû thïë nâo, àïìu hoân toân bịnh àùèng vúái Ngay cẫ nhûäng ngûúâi mâ chng ta thûúâng nghơ hổ chuín àưång cố gia tửởc cuọng coỏ quyùỡn noỏi rựỗng hoồ ỷỏng yùn, vũ 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 ửởi xỷỏng: noỏ aóm baóo rựỗng moồi quan iùớm, moồi hïå quy chiïëu àïìu thûåc sûå tûúng àûúng vúái 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 nây trûâu tûúång hún nhiïìu http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 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 gị vúái cấc mâu 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 dỷọ liùồu thu thờồp ỷỳồc cho thờởy rựỗng coỏ mửồt àưëi xûáng giûäa cấc quark theo nghơa tûúng tấc giûäa hai quark cng mâu (àỗ vúái àỗ, lc vúái lc vaâ lam vúái lam) laâ hoaân toaân nhû vaâ tûúng tûå, tûúng tấc giûäa cấc quark khấc mâu (àỗ vúái lc, lc vúái lam vâ lam vúái àỗ) cng hoân toân nhû Thûåc tïë, cấc dûä liïåu côn cho thêëy àiïìu gị àố côn àấng ngẩc nhiïn hún Nïëu ba mâu — ba tđch khấc ca tûúng tấc mẩnh — mâ quark mang têët cẫ àïìu àûúåc dõch chuín theo mưåt cấch àùåc biïåt nâo àố (nối mửồt caỏch nửm na bựỗng ngửn ngỷọ maõu sựổc tỷỳóng 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, thị tûúng tấc giûäa cấc quark vêỵn hoân toân khưng thay àưíi Vị lyỏ oỏ, chuỏng ta noỏi rựỗng Vuọ truồ coỏ 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 hịnh cêìu cố àưëi xûáng cêìu vị nố nhịn nhû bêët kïí ta quay nố vâ nhịn nố dûúái gốc àưå nâo Vị l 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 khấc thuët tûúng àưëi rưång àôi hỗi phẫi cố lûåc hêëp dêỵn, nhûäng cưng trịnh ca Hermann Weyl vâo nhûäng nùm 20 vaâ cuãa Dûúng Chêën Ninh vaâ Robert Mills nhûäng nùm 50 aọ chỷỏng toó rựỗng caỏc ửởi xỷỏng chuờớn cuọng 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 ửồ ờớm luửn luửn khửng thay ửới bựỗng caỏch buõ 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 caỏc tủch cuóa tỷỳng taỏc, bựỗng caỏch oỏ giỷọ 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 cấc tđch mâu ca quark, lûåc àôi hỗi khưng gị khấc chđnh lâ lûåc mẩnh Àiïìu nây cố nghơa lâ, nïëu http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr khưng cố lûåc mẩnh, sệ khưng cố àưëi xûáng chín vâ vêåt l cng sệ khấc sau dõch chuín cấc mâu Lûåc hêëp dêỵn vâ lûåc hẩt nhên mẩnh cố nhûäng tđnh chêët hoân toân khấc (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 vị 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 cng 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 úã àêìu chûúng nây C thïí lâ tûúng àưëi rưång, chng ta cêìn phẫi tịm kiïëm mưåt l thuët trûúâng lûúång tûã ca lûåc hêëp dêỵn, nhû cấc nhâ vêåt l àậ phất minh 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 àûúâng àố, nhûng thûåc tïë cho thêëy cố quấ nhiïìu chưng gai vâ khưng cố thânh cưng ài àûúåc àïën cng Dûúái àêy chng ta sệ hiïíu tẩi 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, khưng cố khưëi lûúång thị khưng gian lâ phùèng, nhû àûúåc minh hổa trïn Hịnh 3.3 Trong cưng cåc tịm 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 Hịnh 5.1 bựỗng caỏch thu laồi gờỡn vaõ phoỏng aồi liùn tiïëp nhûäng vng ngây câng nhỗ ca cêëu trc khưng gian Thoẩt àêìu, thu lẩi gêìn, chûa thêëy cố gị xẫy ra; nhû chng ta thêëy ba mûác phống àẩi àêìu tiïn trïn Hịnh 5.1, cêëu trc khưng gian vêỵn côn cố dẩng vïì cú bẫn lâ nhû Nïëu l lån theo quan àiïím thìn ty cưí iùớn, thũ chuỏng ta hựốn seọ nghụ rựỗng hũnh aónh 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 cöë hûäu nguyïn lyá bêët àõnh Mùåc duâ nhûäng lyỏ luờồn cửớ iùớn suy rựỗng khửng gian trửởng rửợng coỏ trỷỳõng hờởp dờợn bựỗng khửng, nhỷng cỳ hoồc lỷỳồng tỷó laồi chỷỏng toó rựỗng vùỡ trung http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene bũnh thũ uỏng laõ noỏ bựỗng khửng, nhỷng giấ trõ thûåc ca nố dao àưång lïn xëng caác thùng giaáng lûúång tûã Hún thïë nûäa, nguyïn lyá bờởt ừnh cho chuỏng ta biùởt rựỗng kủch cỳọ nhỷọng thùng giấng nây ca trûúâng hêëp dêỵn sệ câng lúán chuáng ta têåp trung chuá yá túái vuâng khöng gian câng nhỗ Cú hổc lûúång tûã côn chûáng tỗ rựỗng khửng coỏ gũ thủch bừ dửỡn vaõo mửồt goỏc cẫ: sûå têåp trung khưng gian câng hểp sệ dêỵn tỳỏi nhỷọng thựng giaỏng caõng lỳỏn Hũnh 5.1 Bựỗng caỏch 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 Vị 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 tỷ trùn Hũnh 5.1 Bựỗng caỏch thựm doõ tỳỏi nhỷọng thang khoẫng cấch côn nhỗ hún nûäa, nhû àậ lâm úã mûác phống àẩi thûá nùm trïn Hịnh 5.1, chng ta thờởy rựỗng nhỷọng thựng giaỏng lỷỳồng tỷó ngờợu nhiùn ca trûúâng hêëp dêỵn tûúng ûáng vúái nhûäng ën cong ghï gúám àïën nưỵi khưng gian khưng côn giưëng mưåt cht nâo vúái mưåt àưëi tûúång hịnh hổc vúái àưå cong mïìm mẩi nhû lâ mâng cao su mâ ta àậ xết úã Chûúng 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 Hịnh 5.1 John Wheeler àậ àùåt 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), 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 hïët nghơa Chđnh úã nhûäng thang khoẫng cấch cûåc ngùỉn nhû vêåy àậ xẫy sûå khưng tûúng thđch giûäa thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã Khấi niïåm hịnh hổc trún tru - nguyïn lyá trung têm cuãa thuyïët tûúng àöëi 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 hịnh hịnh hổc trún tru ca khưng gian (vâ ca cẫ thúâi gian nûäa) http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr Thûåc tïë, sûå xung àưåt nây àûúåc thïí hiïån mưåt caỏch hùởt sỷỏc cuồ thùớ Nhỷọng tủnh toaỏn nhựỗm hỳồp nhêët cấc phûúng trịnh ca thuët tûúng àưëi rưång vâ ca cú hổc lûúång tûã thûúâng cho mưåt àấp sưë nhû 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 noỏi vỳỏi chuỏng ta rựỗng coỏ mửồt iùỡu gũ oỏ àậ sai lêìm [1] Nhûäng phûúng trịnh ca thuët tûúng àưëi rưång khưng thïí chõu nưíi sûå sưi ca cấc boồt lỷỳồng tỷó Tuy nhiùn, cờỡn thờởy rựỗng chuỏng ta quay trúã lẩi vúái nhûäng thang khoẫng cấch thưng thûúâng (tûác lâ ài theo dậy cấc têìng tûâ trïn xëng dûúái ca Hịnh 5.1), thị nhûäng thùng giấng ngêỵu nhiïn, dûä dưåi úã cấc thang nhỗ sệ triïåt tiïu lêëy trung bịnh, 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 hịnh hổc trún ca cêëu trc V tr lẩi trúã nïn chđnh xấc Àiïìu nây cuäng tûåa nhû xem möåt bûác tranh thuöåc trûúâng phấi hôa quån vâo gêy cho ta êën tûúång vïì mưåt hịnh ẫnh trún tru, vúái àưå sấng tưëi ca nố biïën thiïn liïn tc vâ mïìm mẩi tûâ mẫng nây àïën mẫng khấc Nhûng tiïën àïën gêìn hún, tûác lâ úã nhûäng thang khoẫng cấch nhỗ hún, baồn seọ thờởy rựỗng oỏ laõ ờởn tỷỳồng bùỡ ngoâi: bûác tranh bêy giúâ chó côn lâ mưåt têåp húåp ca cấc àiïím rúâi rẩc, mưỵi àiïím tấch rúâi khoói caỏc iùớm khaỏc Cuọng xin lỷu yỏ rựỗng, baồn thûác àûúåc bẫn chêët giấn àoẩn ca bûác tranh chó xem nố úã nhûäng thang khoẫng cấch nhỗ, côn nhịn tûâ xa thị nố vêỵn trún tru nhû thûúâng Tûúng tûå nhû vêåy, cêëu truác cuãa khöng-thúâi gian sệ dûúâng nhû lâ trún, chó trûâ ta thùm dô nố vúái àưå chđnh xấc siïu vi mư Àiïìu nây giẫi thđch tẩi thuët tûúng àưëi rưång cho kïët quẫ rêët tưët úã nhûäng thang khoẫng cấch (vaâ thúâi gian) rêët lúán, tûác laâ nhûäng thang liïn quan túái nhiïìu ûáng duång thiïn vùn thûúâng gùåp, úã àố giẫ thuët trung têm vïì mưåt hịnh 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 vêëp phẫi nhûäng thùng giấng lûúång tûã Nhûäng ngun l ca cú hổc lûúång 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 Hũnh 5.1) Giaỏ trừ rờởt nhoó cuóa hựỗng sửở Planck, hựỗng sửở chi phửởi cỷỳõng ửồ cuóa caỏc hiùồu ỷỏng lûúång tûã, vâ cûúâng àưå ëu cưë hûäu ca lûåc hêëp dêỵn http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 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 Hịnh 5.1 lâ hịnh 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 hịnh dung mưåt ngun tûã àûúåc phống àẩi túái kđch thûúác ca V tr mâ ta biïët hiïån nay, àố chiïìu dâi Planck chó cúä àưå cao ca mửồt cờy bũnh thỷỳõng Nhỷ vờồy, chuỏng ta thờởy rựỗng sûå khưng tûúng thđch giûäa thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã chó trúã nïn rộ râng mưåt phẩm vi khấ huìn bđ ca V tr Vị 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 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 trúã 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 úã 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 mưåt thiïëu sốt cùn bẫn hiïíu biïët ca chng ta vïì v tr vêåt l kiïën nây dûåa trïn mưåt quan iùớm khửng thùớ chỷỏng minh nhỷng sờu sựổc cho rựỗng, V tr - nïëu chng ta hiïíu nố úã mûác sêu nhêët vâ cú bẫn nhêët - phẫi àûúåc mư tẫ búãi mưåt l thuët nhêët quấn vâ lưgic 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 mịnh, àa sưë cấc nhâ vêåt l àïìu nhêån thêëy khố cố thïí tin àûúåc rựỗng, ỳó caỏi mỷỏc sờu nhờởt oỏ, hiùớu biùởt lyỏ thuyïët sêu xa nhêët cuãa chuáng ta vïì Vuä truå lẩi quy vïì sûå chùỉp vấ khưng ph húåp vúái vïì mùåt toấn hổc ca hai l thuët rêët cố sûác mẩnh nhûng lẩi xung àưåt vúái 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 cho túái àúâi lyá thuyïët siïu dêy [3] http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr [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 rựỗng nhỷọng giaỏ trừ vử haồn oỏ coỏ thùớ khỷó àûúåc nhúâ mưåt cưng c cố tïn lâ sûå tấi chín hốa Nhûäng giấ trõ vư hẩn xët hiïån nưỵ lûåc sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã côn nghiïm trổng hún rêët nhiïìu vâ khửng thùớ chỷọa chaồy ỷỳồc bựỗng liùồu phaỏp taỏi chuờớn hốa Thêåm chđ múái àêy thưi, cấc nhâ vêåt l mỳỏi nhờồn rựỗng nhỷọng aỏp sửở vử haồn oỏ chủnh laõ tủn hiùồu caónh baỏo rựỗng lyỏ thuyùởt ang àûúåc sûã dng àïí phên tđch thûåc tẩi àậ vûúåt ngoâi phẩm vi ấp dng ca nố Vị mc àđch ca nhûäng nghiïn cûáu hiïån lâ tịm 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 tịm mưåt l thuët 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 nâo [2] Cúä ca chiïìu daõi Planck coỏ thùớ hiùớu ỷỳồc bựỗng caỏch dỷồa trùn phûúng phấp lån mâ 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 trịnh, nhûng, nïëu l thuët cêìn phẫi mư tẫ cấc hiïån tûúång tûå nhiïn thị nhûäng k hiïåu trûâu tûúång cố mùåt cấc phûúng trịnh 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 trịnh chó rựỗng kyỏ hiùồu oỏ lờởy giaỏ trừ 5, thũ coõn cêìn phẫi biïët chiïìu dâi àố lâ 5cm, 5km hay 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 dỷồa trùn hai hựỗng sửở tỷồ nhiùn laõ vờồn tửởc aỏnh saỏng c vaõ hựỗng sửở hờởp dờợn G cuóa Newton, côn cú hổc lûúång tûã ph thåc vâo mưåt hựỗng sửở tỷồ nhiùn laõ h Bựỗng caỏch xem xeỏt thỷỏ nguyùn cuóa caỏc hựỗng sửở oỏ (vủ duồ c laõ vờồn tửởc nùn bựỗng chiùỡu daõi chia cho thỳõi gian, v.vã) ta coỏ thùớ thờởy rựỗng tửớ hỳồp h thûåc sûå cố thûá ngun chiïìu dâi Thay giấ trõ cuóa caỏc hựỗng sửở vaõo, ta nhờồn ỷỳồc giaỏ trừ 1,616, 10-33cm Àêy chđnh lâ chiïìu dâi Planck Àêy chđnh lâ thang hay àún võ tûå nhiïn ca chiïìu dâi 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 ngoâi l thuyùởt dờy, coõn coỏ hai caỏch tiùởp cờồn nhựỗm saỏp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã àang àûúåc theo àíi rêët rấo riïët Mưåt cấch tiïëp cêån àûúåc dêỵn dùỉt búãi Roger Penrose úã Àẩi hổc Oford vâ àûúåc biïët túái vúái tïn gổi lâ l thuyïët “twistor” Caách tiïëp cêån thûá hai - àûúåc gúåi http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 10 mưåt phêìn búãi cấc cưng trịnh ca Penrose - àûúåc dêỵn dùỉt búãi Abhay Ashtekar thåc Àẩi hổc qëc gia Pennsylvania vâ àûúåc biïët túái dûúái caái tïn phûúng phaáp caác biïën múái Mùåc duâ hai cấch tiïëp cêån àố khưng àûúåc bân àïën cën sấch nây, nhûng ngây câng cố nhûäng dêëu hiïåu khiùởn ngỷỳõi ta ngỳõ rựỗng hai caỏch tiùởp cờồn naõy 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 http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 92 dêy àậ dêỵn túái nhûäng suy nghơ rêët th võ vïì vêåt l, cố lúåi rêët nhiïìu cho cưng viïåc ca riïng tưi Hiïån nay, tưi rêët vui mûâng thêëy nhiïìu ngûúâi têån tuåy vúái lyá thuyïët dêy vò giúâ àêy tửi thờởy rựỗng noỏ seọ dờợn ùởn mửồt caỏi gũ àố rêët hûäu đch" [10] Nhâ l thuët David Gross, mưåt nhûäng ngûúâi dêỵn àêìu ca cẫ vêåt l truìn thưëng lêỵn l thuët dêy àậ tưíng kïët lẩi tịnh hịnh mưåt cấch rêët vùn vễ nhû sau: "Thưng thûúâng trûúác àêy, chuáng ta leo lïn nhûäng àónh ni ca tûå nhiïn thị cấc nhâ thûåc nghiïåm lâ nhûäng ngûúâi ài àêìu Cấc nhâ l thuët lûúâi nhấc chng ta thûúâng lïåt bïåt chẩy theo sau Vâ thi thoẫng hổ lẩi nếm xëng àêìu chng ta mưåt hôn àấ thûåc nghiïåm Cëi cng, chng ta cng mưåt tûúãng nâo àố vâ ài theo àûúâng mâ hổ, nhûäng nhâ thûåc nghiïåm, àậ khai phấ Sau àố chng ta têåp húåp lẩi giẫi thđch cho hổ biïët tûúãng àố lâ gị vâ hổ lâm thïë nâo nùỉm àûúåc àiïìu àố Àố lâ àûúâng leo nuỏi aọ xỷa cuọ vaõ khaỏ bựỗng phựống (ủt nhờởt cng lâ àưëi vúái cấc nhâ l thuët) Têët cẫ chng ta àïìu mong mën trúã lẩi àûúâng àố Nhûng giúâ àêy, cấc nhâ l thuët àậ cố thïí nùỉm lêëy vai trô dêỵn àûúâng Àố lâ mưåt cưng viïåc àún àưåc hún rêët nhiïìu" [11] Cấc nhâ l thuët dêy khưng hïì mong mën lâ ngûúâi múã àûúâng àún àưåc cåc leo lïn àónh ni tûå nhiïn nây Hổ rêët mën àûúåc chia sễ gấnh nùång vâ niïìm phêën khđch àố vúái cấc àưìng nghiïåp thûåc nghiïåm Nïëu nhû nhûäng thûâng chậo vâ mốc sùỉt l thuët cêìn thiïët cho nưỵ lûåc cëi cng àẩt túái àónh ni tûå nhiïn đt nhêët cng àậ àûúåc chïë tẩo mưåt phêìn, bưå dng c àố ca thûåc nghiïåm côn chûa tưìn tẩi, thị àố chó lâ sûå khưng bùỉt nhõp kõp ca cưng nghïå tịnh hịnh hiïån nay, mưåt sûå mêët àưìng bưå ca lõch sûã mâ thưi Nhûng àiïìu àố khưng cố nghơa lâ vïì cú bẫn l thuët dêy tấch khỗi thûåc nghiïåm Mâ trấi lẩi, cấc nhâ l thuët dêy ni hy vổng rêët lúán lâ tûâ àónh ni - nùng - lûúång - cûåc cao àố sệ "nếm xëng mưåt hôn àấ l thuët" cho cấc nhâ thûåc nghiïåm àang lâm viïåc cấc trẩm úã phđa dûúái Hiïån vêỵn chûa cố hôn àấ nâo àûúåc thẫ xëng cẫ, nhûng nhû chng ta sệ thêëy dûúái àêy, mưåt đt cấc viïn sỗi àêìy hûáa hển vâ khïu gúåi thị àậ cố rưìi [1] Shedon Glashow vâ Paul Ginsparg, "Sûå tịm kiïëm tuåt vổng cấc siïu dêy?" Physics Today, 5-1986, trang [2] Sheldon Glashow, The superwold I (New york: Plenum, 1990) trang 250 http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 93 [3] Sheldon Glashow, The Interactions (New york: Warner Books, 1988) trang 250 [4] Richard Feyman, Superstrings: A Theory of Everything? (Cambridge Eng.: Cambridge University, Press, 1988) [5] Howard George, Thû New Physics (Cambridge: Cambridge University Press, 1989) trang 446 [6] Phoãng vêën Edward Witten, ngây thấng nùm 1998 [7] Phỗng vêën Cumrun Vafa, ngây 12 thấng nùm 1998 [8] Murray Gell-Mann, àûúåc trñch The Second Creation cuãa Robert P Crease vaâ Charles C Mann (New Brunwick, N J: Rutgers University Press, 1996) trang 414 [9] Phoãng vêën Shedon Glashow, ngây 28 thấng 12 nùm 1997 [10] Phỗng vêën Howard Georgi, ngây 28 thấng 12 nùm 1997 Trong cuửồc phoóng vờởn naõy, Georgi tiùởt lửồ rựỗng viùồc khửng phaỏt hiùồn ỷỳồc bựỗng thỷồc nghiùồm sỷồ phờn raọ cuóa proton àûúåc tiïn àoấn búãi l thuët thưëng nhêët lúán àêìu tiïn Glashow vâ ưng àïì xûúáng (xem chûúng 7) àậ àống mưåt vai trô quan trổng viïåc öng khöng chêëp nhêån lyá thuyïët siïu dêy Öng cuäng nhờồn xeỏt mửồt caỏch chua chaỏt rựỗng lyỏ thuyùởt thửởng nhêët lúán ca ưng àậ viïån túái nhûäng nùng lûúång rêët cao, chûa tûâng àûúåc xem xeát búãi bêët cûá mưåt l thuët nâo trûúác àố vâ tiïn àoấn àố tỗ khưng àng thị thấi àưå ca ưng àöëi vúái viïåc nghiïn cûáu vêåt lyá úã nhûäng nùng lûúång cûåc cao àậ thay àưíi hùèn Khi tưi hỗi ửng liùồu sỷồ khựống ừnh bựỗng thỷồc nghiùồm lyỏ thuyùởt thưëng nhêët lúán ca ưng cố thïí sệ lẩi truìn nhiïåt huët cho ưng àïí ài túái têån thang Planck hay khưng, thị ưng trẫ lúâi: "Cố, rêët cố thïí lâ cố" [11] David Gross "Superstings and Unification" Tuín têåp cấc bấo cấo tẩi Hưåi nghõ qëc tïë vïì vêåt lyá nùng lûúång cao lêìn thûá XXIV (Berlin: Springer-Verlag, 1988) trang 329 Con àûúâng ài túái thûåc nghiïåm Khöng cố nhûäng àưåt phấ cưng nghïå vơ àẩi, chng ta sệ khưng bao giúâ cố thïí khấm phấ àûúåc nhûäng thang chiïìu dâi nhỗ bế cêìn thiïët àïí thêëy àûúåc cấc dêy mưåt cấch trûåc tiïëp Hiïån cấc nhâ vêåt l cố thïí thùm dô túái nhûäng khoẫng cấch cúä mưåt phêìn t t mết nhúâ cấc gia tưëc cố kđch thûúác túái vâi ba dùåm Viïåc thùm dô túái nhûäng khoẫng cấch côn nhỗ hún nûäa àôi hỗi phẫi cố nhûäng nùng lûúång cao hún, mâ àiïìu nây cố nghơa lâ cêìn cố nhûäng gia tưëc http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 94 lúán hún cố khẫ nùng têåp trung toân bưå nùng lûúång vâo mưåt hẩt nhêët Vị chiïìu dâi Planck nhỗ hún khoẫng cấch mâ hiïån chng ta cố thïí tiïëp cêån túái khoẫng 17 bêåc àöå lúán, nïn nïëu duâng cöng nghïå hiïån nay, thị cấc gia tưëc phẫi cố kđch thûúác to bựỗng caó mửồt thiùn haõ mỳỏi thờởy ỷỳồc caó dờy mưåt cấch riïng rệ Thûåc tïë, Shmuel Nussinov thåc Àẩi hoồc Tel Aviv aọ chỷỏng toó rựỗng sỷồ aỏnh giaỏ thư dûåa trïn nhûäng tđnh toấn àún thìn theo t lïå àố xem húi quấ lẩc quan; nhûäng nghiïn cỷỏu cờớn thờồn hỳn cuóa ửng rựỗng, ùớ thêëy àûúåc cấc dêy, chng ta cêìn phẫi cố mưåt maỏy gia tửởc to bựỗng caó vuọ truồ (Nựng lỷỳồng cêìn thiïët àïí thùm dô vêåt chêët úã chiïìu dâi Planck cúä mưåt ngân kilưoất giúâ, nùng lûúång cêìn àïí chẩy mưåt àiïìu hôa khoẫng mưåt trùm giúâ, vâ nhû vêåy cng khưng cố gị lâ ghï gúám lùỉm Nhûng cấi thấch thûác àưëi vúái trịnh àưå vâo mưåt hẩt nhêët, àố lâ têåp trung toân bưå nùng lûúång àố vâo mưåt hẩt nhêët, tûác lâ vâo mưåt dêy nhêët) Vị qëc hưåi M cëi cng àậ hy bỗ viïåc cêëp ngên sấch cho viïåc xêy dûång Mấy Siïu Va chẩm siïu dêỵn, mưåt gia tưëc cố chu vi cúä 86km, nïn ngûúâi ta cng chùèng trưng mong gị cố àûúåc mưåt gia tưëc cố khẫ nùng thùm dô túái chiïìu dâi Planck Nïëu giúâ àêy chng ta cố àõnh kiïím chûáng l thuyùởt dờy bựỗng thỷồc nghiùồm thũ coỏ thùớ bựỗng àûúâng giấn tiïëp mâ thưi C thïí lâ chng ta sệ cêìn phẫi tịm nhûäng hïå quẫ ca l thuët dêy cố thïí quan àûúåc úã thang chiïìu dâi lúán hún nhiïìu so vúái kđch thûúác ca chđnh cấc dêy [1] Trong bâi bấo cố tđnh àưåt phấ ca mịnh, Candelas, Horowitz, Strominger vâ Witten àậ ài nhûäng bûúác àêìu tiïn trïn àûúâng hûúáng túái muåc tiùu oỏ Hoồ khửng phaỏt hiùồn rựỗng caỏc chiïìu ph l thuët dêy cêìn phẫi cån lẩi thânh cấc khưng gian Calabi-Yau, mâ côn suy mưåt sưë hïå quẫ vïì cấc mode dao àưång khẫ dơ ca dêy Mưåt sưë nhûäng kïët quẫ tưëi quan trổng ca hổ lâ àậ lâm sấng nhûäng giẫi phấp ngoẩn mc vâ bêët ngúâ mâ l thuët dêy àậ àûa àưëi vúái nhiïìu bâi toấn côn tưìn àổng khấ ca vêåt l hẩt Chng ta hậy nhỳỏ laồi rựỗng nhỷọng haồt sỳ cờởp ỷỳồc caỏc nhaõ vêåt l phất hiïån ra, thåc ba hổ àûúåc tưí chûác hoân toân nhû vúái cấc hẩt nùng hún lïn, chuín tûâ hổ nây sang hổ khấc Mưåt cêu hỗi bđ êín chûa cố trẫ lúâi trûúác cố l thuët dêy, àố lâ tẩi lẩi cố cấc hổ vâ tẩi sưë hổ lẩi lâ ba? Vâ àêy lâ àïì xët trẫ lúâi ca l thuët dêy Mưåt khưng gian Calabi-Yau àiïín hịnh àïìu chûáa cấc lưỵ tûåa nhû lưỵ úã têm ca àơa hất hay ca chiïëc xùm ưtư (hịnh http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 95 xuën) hay mưåt loẩi "xùm" nâo àố cố nhiïìu lưỵ hún, nhû àûúåc minh hổa trïn hịnh 9.1 Àưëi vúái nhûäng khưng gian Calabi-Yau cố sưë chiïìu cao hún, thûåc sûå cố rêët nhiïìu loẩi lưỵ khấc cố thïí xët hiïån - bẫn thên cấc lưỵ cng cố thïí cố chiïìu khấc (àố lâ "cấc lưỵ nhiïìu chiïìu") - nhûng dêỵu hịnh 9.1 cng àậ chuín tẫi àûúåc tûúãng cú bẫn Cadanlas, Horowitz, Strominger vâ Witten àậ nghiïn cûáu mưåt cấch k lûúäng ẫnh hûúãng ca cấc lưỵ àố àïën cấc mode dao àưång khẫ dơ ca dêy Dûúái àêy lâ nhûäng àiïìu mâ hổ àậ phất hiïån Hịnh 9.1 Mưåt xùm ưtư hay mưåt hịnh xuën vâ cấc "xùm" nhiïìu lưỵ Cố tưìn tẩi mưåt hổ cấc dao àöång cuãa dêy vúái nùng lûúång thêëp nhêët liïn quan vúái mưỵi mưåt lưỵ phêìn Calabi-Yau ca khưng gian Búãi vị cấc hẩt sú cêëp quen thåc cêìn phẫi tûúng ûáng vúái nhûäng mode dao àưång cố nùng lûúång thêëp nhêët, nïn sûå tưìn tẩi ca nhiïìu lưỵ - tûåa nhû chiïëc "xùm" nhiïìu lưỵ trïn hịnh 9.1 - cố nghơa lâ cấc mode dao àưång ca dêy sệ rúi vâo nhiïìu hổ Nïëu nhû khưng gian Calabi-Yau nhỗ bế cố ba lưỵ, thị chng ta sệ cố ba hổ cấc hẩt sú cêëp Vâ nhû vêåy, l thuyùởt dờy tuyùn bửở rựỗng viùồc tửớ chỷỏc thaõnh caỏc hổ hẩt mâ thûåc nghiïåm quan àûúåc khưng phẫi lâ mưåt àùåc àiïím cố ngìn gưëc ngêỵu nhiïn hóåc thêìn thấnh, khưng thïí giẫi thđch nưíi, mâ thûåc lâ sûå phẫn ấnh sưë lưỵ dẩng hịnh hổc cấc chiïìu ph tẩo nïn! Àêy lâ mưåt loẩi kïët quẫ khiïën cho trấi tim ca cấc nhâ vêåt lyỏ phaói thửớn thỷỏc Baồn coỏ thùớ xem rựỗng sửở lưỵ ca cấc chiïìu bõ cån lẩi túái kđch thûúác Planck - tûác vêåt l tiïu biïíu nhêët úã àónh ni tûå nhiïn - giúâ àêy àậ nếm àûúåc mưåt hôn àấ thûåc nghiïåm xëng vng nùng lûúång cố thïí tiïëp cêån àûúåc Sau hïët, cấc nhâ thûåc nghiïåm cố thïí xấc lêåp mâ thûåc hổ àậ xấc lêåp àûúåc - sưë hổ hẩt: Thêåt khưng may, sưë lưỵ ca mưỵi khưng gian Calabi-Yau sưë hún mưåt vaồn caỏc khửng gian naõy laồi nựỗm trùn mửồt khoaóng khấ rưång Mưåt sưë khưng gian cố lưỵ Nhûäng sưë khấc cố 4, 5, 25 vâ v.v thêåm chđ cố mưåt sưë khưng gian cố túái 480 lưỵ Vêën àïì lâ hiïån khưng biïët tûâ cấc phûúng trịnh ca l thuët dêy lâm thïë nâo rt àûúåc nhûäng khưng gian Calabo-Yau nâo thûåc sûå tẩo nïn cấc chiïìu khưng gian ph Nïëu nhû chng ta tịm mưåt ngun l cho phếp lổc lûåa àûúåc mưåt khưng gian Calabi-Yau tûâ rêët nhiïìu khẫ nùng àố, thị hôn àấ nếm tûâ àónh ni sệ túái àûúåc trẩi ca nhûäng nhâ thûåc nghiïåm Vâ nïëu http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 96 mưåt khưng gian Calabi-Yau c thïí nâo àố àûúåc lổc nhúâ cấc phûúng trịnh ca l thuët mâ lẩi cố àng ba lưỵ thị àố lâ mưåt hêåu àoấn àêìy êën tûúång ca l thuët dêy vị nố giẫi thđch àûúåc mưåt àùåc tđnh àậ biïët ca thïë giúái chng ta, mâ nïëu khưng, àùåc tđnh àố mậi mậi vêỵn côn lâ mưåt àiïìu bđ êín Nhûng viïåc tịm kiïëm ngun l cho phếp chổn mưåt khưng gian Calabi-Yau àïën vêỵn chûa lâm àûúåc Tuy nhiïn, àiïìu quan trổng nhêët lâ chng ta thêëy rựỗng lyỏ thuyùởt dờy coỏ khaó nựng giaói quyùởt ỷỳồc cêu àưë cú bẫn nhêët àố ca vêåt l hẩt vâ bẫn thên àiïìu àố àậ lâ mưåt sûå tiïën bưå àấng kïí Sưë hổ cấc hẩt sú cêëp múái chó lâ mưåt hïå quẫ thûåc nghiïåm ca dẩng hịnh hổc cấc chiïìu ph Thưng qua tấc àưång ca dẩng hịnh hổc àố àïën cấc mode dao àưång khẫ dơ, nhûäng hïå quẫ khấc ca cấc chiïìu ph sệ bao hâm nhûäng tđnh chêët chi tiïët ca cấc hẩt lûåc vâ cấc hẩt vêåt chêët Chùèng hẩn, cưng trịnh tiïëp sau cuóa Strominger vaõ Witten aọ chỷỏng toó rựỗng khửởi lûúång ca cấc hẩt mưỵi hổ àố ph thåc vâo cấch thûác mâ cấc biïn ca nhûäng lưỵ nhiïìu chiïìu cùỉt hóåc ph lïn khưng gian Calabi-Yau Àiïìu nây húi khố hịnh dung, song tûúãng úã àêy lâ: vị cấc dêy dao àưång qua cấc chiïìu ph bõ cån lẩi, nïn sûå sùỉp xïëp chđnh xấc cấc lưỵ khấc vâ cấch thûác mâ khưng gian Calabi-Yau bao quanh cấc chiïìu àố cố mưåt tấc àưång trûåc tiïëp àïën cấc mode dao àưång cưång hûúãng khẫ dơ ca dêy Mùåc d rêët khố theo dội cấc chi tiïët c thïí vâ thûåc tïë àiïìu àố cng khưng quan trổng lùỉm, nhûng cng nhû àưëi vúái sưë cấc hổ hẩt, àiïìu quan trổng lâ l thuët dêy àậ cung cêëp cho chng ta mưåt khn khưí àïí trẫ lúâi cho nhûäng cêu hỗi mâ nhûäng l thuët trûúác àố hoân toân im lùång, chùèng hẩn nhû cêu hỗi tẩi electron vâ cấc hẩt khấc lẩi cố khưëi lûúång nhû chng vưën cố Tuy nhiïn, lẩi mưåt lêìn nûäa, viïåc thûåc hiïån nhûäng tđnh toấn nhû vêåy lẩi àôi hỗi chng ta phẫi biïët khưng gian Calabi-Yau nâo lâ cấc chiïìu ph Sûå thẫo lån úã trïn àậ hế múã cho chng ta thêëy, mưåt ngây nâo àố, l thuët dêy cố thïí giẫi thđch àûúåc nhûäng tđnh chêët ca cấc hẩt vêåt chêët àûúåc liïåt kï bẫng 1.1 nhû thïë nâo Cấc nhâ l thuët dờy tin rựỗng mửồt kừch baón tỷỳng tỷồ, mửồt ngaõy nâo àố, cng sệ giẫi thđch àûúåc tđnh chêët ca cấc hẩt lûåc cú bẫn liïåt kï bẫng 1.2 Nghơa lâ, cấc dêy xóỉn vâ dao àưång lang thang qua cấc chiïìu lúán vâ cấc chiïìu ph cån lẩi, thị têåp húåp lúán gưìm têët cẫ cấc mode dao àưång cố mưåt têåp chûáa nhûäng dao àưång vúái spin vâ Nhûäng dao àưång nây lâ ûáng viïn cho nhûäng trẩng thấi dao àưång ca dêy tûúng ûáng vúái cấc hẩt truìn tûúng tấc Bêët http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 97 chêëp hịnh dẩng ca cấc khưng gian Calabi-Yau lâ nhû thïë nâo, ln ln cố mưåt mode dao àưång vúái spin vâ khưng cố khưëi lûúång; ngûúâi ta àưìng nhêët mode nây vúái hẩt graviton, tûác hẩt truìn lûåc hêëp dêỵn Trong àố, bẫn kï chđnh xấc cấc hẩt truìn tûúng tấc cố spin 1, chùèng hẩn nhû sưë lûúång ca chng, cûúâng àưå ca lûåc mâ nố chuín tẫi, àưëi xûáng chín mâ nố phẫi tn theo, lẩi ph thåc mẩnh vâo dẩng hịnh hổc c thïí ca cấc chiïìu bõ cån lẩi Vâ nhû vêåy, laồi mửồt lờỡn nỷọa chuỏng ta thờởy rựỗng lyỏ thuyùởt dêy cung cêëp cho chng ta mưåt khn khưí cho phếp giẫi thđch àûúåc cấc hẩt truìn tûúng tấc, tûác lâ giẫi thđch àûúåc nhûäng tđnh chêët ca cấc lûåc cú bẫn, nhûng côn chûa biïët chđnh xấc cấc chiïìu ph cån thânh khưng gian Calabi-Yau nâo, nïn chng ta côn chûa àûa àûúåc nhûäng tiïn àoấn hóåc nhûäng hêåu àoấn cố tđnh chêët quët àõnh (ngoâi kiïën ca Witten vïì sûå hêåu àoấn lûåc hêëp dêỵn) Nhûng tẩi chng ta lẩi chûa thïí xấc àõnh àûúåc khưng gian Calabi-Yau nâo lâ àng? Àa sưë cấc nhâ l thuët dêy àïìu båc tưåi cho sûå chûa tûúng xûáng ca cấc cưng c l thuët hiïån Chng ta sệ thẫo lån chi tiïët hún úã chûúng 12, khn khưí toấn hổc ca l thuët dêy phûác tẩp túái mûác cấc nhâ vêåt l chó cố thïí thûåc hiïån nhûäng tđnh toấn gêìn àng dûåa trïn mưåt phûúng phấp gổi lâ l thuët nhiïỵu loẩn Trong sú àưì tđnh toấn gêìn àng àố, cấc khưng gian Calabi-Yau àïìu xët hiïån bịnh àùèng vúái vâ nhúâ cấc phûúng trịnh chng ta khưng chổn àûúåc mưåt khưng gian Calabi-Yau nhêët nâo Nhûng vị nhûäng hïå quẫ vêåt l lẩi ph thåc rêët nhẩy cẫm vâo dẩng c thïí ca cấc chiïìu bõ cån lẩi vâ viïåc khưng cố khẫ nùng chổn lûåa àûúåc mưåt khưng gian CalabiYau nhêët sưë hâng vẩn cấc khưng gian àố, nïn chng ta chûa thïí rt nhûäng kïët luờồn quyùởt ừnh coỏ thùớ kiùớm chỷỏng ỷỳồc bựỗng thỷồc nghiïåm Mưåt nhûäng àưång lûåc thc àêíy cấc nghiïn cûáu hiïån lâ cêìn phẫi phất triïín mưåt phûúng phấp l thuët vûúåt lïn trïn cấc phûúng phấp gêìn àng vúái hy vổng, ngoâi nhûäng lúåi đch khấc, chng ta sệ chổn mưåt khưng gian Calabi-Yau nhêët cho cấc chiïìu ph Chng ta sệ nối túái nhûäng tiïën bưå theo phûúng hûúáng nây chûúng 13 [1] Nối nhû thïë, nïn ghi nhúá khẫ nùng àûúåc chó chuỏ thủch cuóa chỷỳng rựỗng caỏc dêy cố thïí dâi hún lc àêìu ta tûúãng rêët nhiùỡu vaõ oỏ chuỏng coỏ thùớ quan saỏt bựỗng thûåc nghiïåm cấc gia tưëc vâi chc nùm túái http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 98 Vết hïët cấc khẫ nùng Àïën àêy bẩn cố thïí àùåt cêu hỗi: mùåc d hiïån chuáng ta coân chûa biïët lyá thuyïët dêy sệ chổn khưng gian Calabi-Yau nâo, nhûng liïåu têët cẫ cấc lûåa chổn àậ dêỵn túái nhûäng tđnh chêët vêåt l ph húåp vúái nhûäng cấi mâ chng ta àậ quan thêëy hay khưng? Nối mưåt cấch khấc, nïëu chng ta cố thïí vẩch nhûäng tđnh chêët gùỉn liïìn vúái tûâng khưng gian Clabi-Yau vâ têåp húåp chng mưåt catalog lúán, thị liïåu tûâ àố chng ta cố thïí tịm khưng gian ph húåp vúái thûåc tïë hay khưng? Àêy lâ mưåt cêu hỗi quan trổng, nhûng coá hai lyá khiïën cho noá khoá coá thïí trẫ lúâi mưåt cấch hoân toân Mưåt cấch húåp l lâ hậy bùỉt àêìu tûâ nhûäng khưng gian CalabiYau dêỵn túái ba hổ hẩt Àiïìu nây hẩn chïë àấng kïí danh sấch nhûäng lûåa chổn khẫ dơ, nhûng tiïëc thay sưë lûúång cấc khưng gian àố vêỵn côn rêët lỳỏn Thỷồc tùở, cờỡn lỷu yỏ rựỗng, ta coỏ thùớ lâm biïën dẩng nhûäng chiïëc “xùm” nhiïìu lưỵ tûâ dẩng nây túái rêët nhiïìu, thûåc tïë lâ vư hẩn, cấc dẩng khấc, mâ khưng lâm thay àưíi sưë lưỵ mâ nố cố ban àêìu Trïn Hịnh 9.2 ta minh hổa mưåt sûå biïën dẩng nhû vêåy ca chiïëc “xùm”cëi cng trïn Hịnh 9.1 Tûúng tûå, ta cố thïí xët phất tûâ mưåt khưng gian Calabi-Yau cố ba lưỵ vâ biïën dẩng liïn tc nố, nhûng khưng lâm thay àưíi sưë lưỵ ca nố, ta cố thïí nhêån àûúåc mưåt dậy vư hẩn cấc dẩng khấc.(Khi chng ta nối úã trïn lâ cố hâng vẩn khưng gian Calabi-Yau lâ chng ta àậ nhốm têët cẫ nhûäng khưng gian cố thïí biïën àưíi thânh lêỵn nhau, nhúâ nhûäng biïën dẩng liïn tc àố lẩi vâ àïëm toân bưå nhốm nhû mưåt khưng gian Calabi-Yau mâ thưi) Vêën àïì dùåt lâ úã chưỵ, nhûäng tđnh chêët vêåt l ca dao àưång dêy, nhû khưëi lûúång vâ sûå àấp ûáng ca chng àưëi vúái cấc lûåc lẩi thûåc sûå ph thåc vâo nhûäng chi tiïët biïën àưíi vïì hịnh dẩng àố, nhûng mưåt lêìn nûäa, chng ta vêỵn chûa cố cấch nâo àïí chổn àûúåc mưåt sưë nhûäng khẫ nùng àố Vâ cho d cấc võ giấo sû cố thïí huy àưång bao nhiïu sinh viïn ca hổ àïí lâm ài nûäa thị cng khưng thïí thưëng kï àûúåc hïët cấc tđnh chêët vêåt l ca mưåt sưë vư hẩn cấc dẩng àûúåc Hịnh 9.2 Chiïëc “xùm” nhiïìu lưỵ cố thïí lâm cho biïën dẩng theo nhiïìu cấch mâ khưng thay àưíi sưë lưỵ ca nố Mưåt nhûäng cấch àố àûúåc minh hổa trïn hịnh http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 99 Àiïìu nây båc cấc nhâ l thuët dêy phẫi xem xết vêåt l xët hiïån tûâ mưåt mêỵu cấc khưng gian Calabi-yau khẫ dơ Tuy nhiïn, d nhû thïë ài nûäa, thị cåc sưëng cng chûa phẫi lâ hoân toân xi theo mấi chêo mấi Súã dơ nhû vêåy lâ vị cấc phûúng trịnh gêìn àng mâ cấc nhâ l thuët àang sûã dng côn chûa mẩnh àïí suy àêìy vêåt l àưëi vúái mưåt khưng gian Calabi-Yau àậ àûúåc lûåa chổn Chng cố thïí dêỵn dùỉt chng ta ài xa sûå hiïíu biïët mưåt cấch àẩi thïí nhûäng tđnh chêët dao àưång ca cấc dêy mâ chng ta hy vổng sệ tûúng ûáng vúái cấc hẩt àậ quan àûúåc Nhûng rt nhûäng kïët lån chđnh xấc vâ cố tđnh quët àõnh nhû khưëi lûúång ca electron hay cûúâng àưå ca lûåc ëu thị cêìn cố nhûäng phûúng trịnh chđnh xấc hún so vúái khn khưí gêìn àng mâ chng ta cố hiïån Chùỉc bẩn cố nhúá vđ d vïì trô chúi Àng giấ mâ chng ta àậ xết Chûúng 6: thang nùng lûúång “tûå nhiïn” ca l thuët dêy lâ nùng lûúång Planck vâ chó nhúâ coá nhûäng triïåt tiïu hïët sûác tinh tïë, lyá thuët dêy múái tẩo nhûäng dao àưång cố khưëi lûúång cúä khưëi lûúång ca nhûäng hẩt àậ biïët Sûå triïåt tiïu tinh tïë nây àôi hỗi nhûäng tđnh toấn cûåc k chđnh xấc vị chó cêìn mưåt sai sưë nhỗ cng ẫnh hûúãng rêët nhiïìu àïën àưå chđnh xấc Nhû chng ta sệ thẫo lån Chûúng 12, vâo giûäa nhûäng nùm 1980, cấc nhâ vêåt l àậ cố nhûäng tiïën bưå rêët quan trổng trïn àûúâng vûúåt lïn cấc phûúng trịnh gêìn àng hiïån nay, mùåc d phđa trûúác vêỵn côn khấ xa Vêåy hiïån thúâi chng ta àang úã àêu? Vâ cẫ nïëu chng ta côn chûa cố mưåt tiïu chín cú bẫn nâo àïí chổn lûåa khưng gian Calabi-Yau cng nhû chûa cố nhûäng cưng c l thuët cêìn thiïët àïí rt nhûäng hïå quẫ quan àûúåc tûâ sûå lûåa chổn nây hay khấc, chng ta vêỵn cố thïí àùåt cêu hỗi: liïåu cố tưìn tẩi mưåt sûå lûåa chổn nâo cën catalog cấc khưng gian Calabi-Yau sệ lâm xët hiïån mưåt thïë giúái vïì àẩi thïí ph húåp vúái nhûäng quan hay khưng? Cêu trẫ lúâi thêåt àấng khđch lïå Mùåc d phêìn lúán cấc mc cën catalog cấc khưng gian Calabi-Yau àïìu cho nhûäng hïå quẫ quan àûúåc khấc rêët nhiïìu so vúái thïë giúái chng ta (chùèng hẩn nhû sưë cấc hổ hẩt khấc, sưë cấc loẩi lûåc cú bẫn nûäa), nhûng cố mưåt sưë đt mc cën catalog àố lẩi cho nhûäng tđnh chêët vêåt l khấ gêìn vïì mùåt àõnh tđnh vúái nhûäng cấi chng ta àậ thûåc sûå quan àûúåc Tûác lâ cố khưng gian Calabi-Yau àûúåc chổn cấc chiïìu bõ cån lẩi theo cêìu ca l thuët dêy àậ lâm xët hiïån nhûäng mode dao àưång khấ gêìn vúái cấc hẩt ca mư hịnh tiïu chín Vâ àiïìu quan trổng nhêët lâ l thuët dêy àậ thânh cưng viïåc dung hôa àûúåc lûåc hêëp dêỵn vúái cú hổc lûúång tûã http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 100 Vúái trịnh àưå hiïíu biïët hiïån ca chng ta, nhûäng kïët quẫ àậ thu àûúåc khố cố thïí hy vổng tưët hún Nïëu cố nhiïìu khưng gian Calabi-Yau àïìu ph húåp vïì àẩi thïí vúái thûåc nghiïåm thị mưëi liïn hïå giûäa mưåt sûå lûåa chổn c thïí vâ nhûäng tđnh chêët vêåt l mâ chng ta quan àûúåc sệ kếm hêëp dêỵn hún Nhiïìu sûå lûåa chổn tấch biïåt hùèn thêåm chđ trïn quan àiïím thûåc nghiïåm Mùåt khấc, nïëu lẩi khưng cố mưåt khưng gian Calabi-Yau nâo cố thïí cho nhûäng tđnh vêåt l àậ quan àûúåc, thị àiïìu nây cố nghơa lâ khn khưí àểp tuyïåt vúâi cuãa lyá thuyïët dêy chùèng coá liïn quan gị àïën thïë giúái ca chng ta Vúái khẫ nùng côn quấ khiïm tưën ca chng ta hiïån nay, viïåc tịm àûúåc mưåt sưë nhỗ cấc khưng gian Calabi-Yau àïí xấc àõnh cấc hïå quẫ vêåt l chi tiïët vïì àẩi thïí cố thïí chêëp nhêån àûúåc àậ lâ cẫ mưåt kïët quẫ rêët àấng khđch lïå Viïåc giẫi thđch àûúåc nhûäng tđnh chêët ca cấc hẩt vêåt chêët vâ cấc hẩt lûåc cố thïí nối lâ mưåt sưë nhûäng thânh tûåu khoa hổc vơ àẩi nhêët, nïëu khưng mën nối lâ mưåt thânh tûåu vơ àẩi nhêët Dêỵu sao, bẩn vêỵn cố thïí hỗi, liïåu cố nhûäng tiïn àoấn nâo, chûá khưng phẫi lâ hêåu àoấn, ca l thuët dêy mâ cấc nhâ thûåc nghiïåm cố thïí xấc nhêån àûúåc bêy giúâ hóåc tûúng lai gêìn hay khưng Cêu trẫ lúâi lâ cố Cấc siïu hẩt Nhûäng khoá khùn cuãa lyá thuyïët hiïån àang ngùn trúã chng ta rt nhûäng tiïn àoấn chi tiïët àậ båc chng ta phẫi nghiïn cûáu nhûäng khđa cẩnh chung chûá khưng phẫi àùåc th ca mưåt v tr tẩo búãi cấc dêy Trong bưëi cẫnh àố, nhûäng khđa cẩnh chung úã àêy lâ mën nối vïì nhûäng àùåc trûng cú bẫn àưëi vúái l thuët dêy túái mûác chng đt nhẩy cẫm, nïëu khưng mën nối lâ hoân toân àưåc lêåp, vúái nhûäng tđnh chêët chi tiïët ca l thuyùởt hiùồn nựỗm ngoaõi tờỡm cuóa chuỏng ta Chuỏng ta cố thïí tûå tin thẫo lån vïì nhûäng àùåc trûng àố cẫ chûa cố hiïíu biïët àêìy vïì mưåt l thuët hoân chónh cấc chûúng chng ta sệ àïì cêåp túái nhûäng vđ d khấc, nhûng úã àêy chng ta sệ têåp trung vâo mưåt vđ d, àố lâ siïu àưëi xûáng Nhû chng ta àậ giẫi thđch, mưåt tđnh chêët cú bẫn ca l thuët dêy, àố lâ cố tđnh àưëi xûáng cao, bao gưìm khưng chó nhûäng ngun l àưëi xûáng cố tđnh trûåc giấc mâ cẫ sûå múã rưång toấn hổc tưëi àa ca cấc àưëi xûáng àố, tûác lâ siïu àưëi xûáng Nhû àậ thỗa lån Chûúng 7, àiïìu nây cố nghơa lâ cấc mode dao àưång sệ xët hiïån theo tûâng cùåp - cấc cùåp siïu hẩt bẩn - cố spin khấc http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng vuä truå 101 1/2 Nïëu lyá thuyïët dêy lâ àng, thị mưåt sưë dao àưång ca dêy sệ tûúng ûáng vúái cấc hẩt sú cêëp àậ biïët Nhûng sûå tẩo thânh cùåp siïu àưëi xûáng, nïn lyỏ thuyùởt dờy ỷa tiùn oaỏn rựỗng mửợi mửồt hẩt àậ biïët sệ cố mưåt siïu hẩt bẩn Chng ta cố thïí xấc àõnh àûúåc cấc tđnh lûåc ca mưỵi siïu hẩt àố, nhûng hiïån chûa cố khẫ nùng tiïn àoấn àûúåc khưëi lûúång ca chng Ngay cẫ ài vờồy i nỷọa, tiùn oaỏn rựỗng caỏc siùu haồt baồn tưìn tẩi àậ lâ mưåt àùåc àiïím chung ca l thuët dêy Àùåc àiïím nây àưåc lêåp vúái nhûäng khđa cẩnh ca l thuët mâ chng ta côn chûa hiïíu àûúåc Hiïån ngûúâi ta chûa quan àûúåc mưåt siïu hẩt bẩn nâo Àiïìu nây cố thïí cố nghơa lâ chng khưng tưìn tẩi vâ l thuët dêy lâ sai Nhỷng nhiùỡu nhaõ vờồt lyỏ haồt cho rựỗng, iùỡu oỏ cố nghơa lâ cấc siïu hẩt bẩn rêët nùång vâ oỏ chuỏng nựỗm ngoaõi khaó nựng phaỏt hiùồn bựỗng thûåc nghiïåm ca chng ta Hiïån giúâ cấc nhâ vêåt l àang xêy dûång mưåt gia tưëc khưíng lưì úã Geneva, Thy Sơ cố tïn lâ Mấy Va Chẩm Hadron Lúán (thûúâng biïët tùỉt lâ LHC) Ngûúâi ta rêët hi voồng rựỗng maỏy naõy seọ uó maồnh ùớ tũm cấc siïu hẩt bẩn Mấy gia tưëc nây dûå kiïën sệ àûa vâo hoẩt àưång vâo nùm 2010 vâ chó rêët ngùỉn sau àố siïu àưëi xûáng sệ àûúåc xaỏc nhờồn bựỗng thỷồc nghiùồm Nhỷ Schwaz aọ noỏi: Chựổc chùỉn lâ khưng nûäa ngûúâi ta sệ phất hiïån siïu àưëi xûáng Vâ mưåt àiïìu àố xẫy sệ thêåt tuåt vúâi.”[1] Tuy nhiïn, bẩn phẫi ghi nhúá k hai àiïìu Ngay cẫ cấc siïu hẩt bẩn àûúåc phất hiïån thị chó àiïìu àố thưi chûa àïí khùèng àõnh àûúåc l thuët dêy lâ àng Nhû chng ta àậ thêëy, mùåc d siïu àưëi xûáng àûúåc phaát hiïån nghiïn cûáu lyá thuyïët dêy, nhûng nố cng àûúåc àûa vâo rêët thânh cưng cấc l thuët dûåa trïn cấc hẩt àiïím vâ àố khưng phẫi lâ àùåc quìn ca l thuët dêy Trấi lẩi, cẫ cấc siïu hẩt bẩn khưng àûúåc phất hiïån LHC thị chó riïng àiïìu àố thưi chûa àïí xốa bỗ l thuët dêy, vị àố cố thïí lâ cấc siïu hẩt bẩn quaỏ nựồng tỳỏi mỷỏc vờợn nựỗm ngoaõi khaó nựng cuóa àố Nïëu cấc siïu hẩt bẩn àûúåc phất hiïån thũ oỏ chựổc chựổn seọ laõ mửồt bựỗng chỷỏng rêët phêën khđch vâ cố sûác thuët phc khùèng àõnh l thuët dêy [1] Phỗng vêën John Schwaz , ngây 23 thaáng 12 nùm 1997 http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 102 Caác hẩt cố àiïån tđch phên sưë Mưåt àùåc trûng khùèng ừnh bựỗng thỷồc nghiùồm khaỏc cuóa lyỏ thuyùởt dờy coỏ liïn quan àïën cấc àiïån tđch Nố lâ mưåt àùåc tđnh đt chung hún so vúái cấc siïu hẩt bẩn nhûng cng khấ hêëp dêỵn Cấc hẩt sú cêëp ca mư hịnh chín cố mưåt têåp húåp cấc àiïån tđch khấ hẩn chïë: cấc quark vâ phẫn quark cố àưå lúán àiïån tđch lâ 1/3 vâ 2/3 (kïí cẫ hai dêëu), côn têët cẫ cấc hẩt khấc àïìu cố àiïån tủch bựỗng 0,1 hoựồc -1 Toaõn bửồ caỏc vờồt chờởt àậ biïët ca toân V tr àïìu àûúåc tẩo búãi nhûäng tưí húåp cấc hẩt nây nhiïn, l thuët dêy, cố thïí cố nhûäng mode dao àưång cưång hûúãng tûúng ûáng vúái cấc hẩt àiïån tđch nối úã trïn Vđ d, àiïån tđch ca cấc hẩt cố thïí lêëy giấ trõ phên sưë rêët quấi dõ 1/5, 1/11, 1/13 hay 1/53 vâ côn nhiïìu khẫ nùng khấc nûäa Cấc àiïån tđch khấc thûúâng nây cố thïí xët hiïån nïëu nhû cấc chiïìu bõ cån lẩi cố mưåt tđnh chêët hịnh hổc nhêët àõnh, c thïí lâ: cấc lưỵ cố tđnh chêët cho cấc dêy vông quanh chng coỏ thùớ tỷồ gỳọ rửởi bựỗng caỏch quờởn quanh chuỏng mưåt sưë vông nhêët àõnh nâo àố Nhûäng chi tiïët úã àêy khưng cố gị àùåc biïåt quan trổng, nhûng hốa sưë vông cën cêìn thiïët àïí gúä rưëi laồi tỷồ thùớ hiùồn bựỗng mửồt mode dao ửồng ỷỳồc phếp vâ xấc àõnh mêỵu sưë ca àiïån tđch phên sưë Chó cố mưåt sưë khưng gian Calabi-Yau lâ cố tđnh chêët hịnh hổc àố vâ vị thïë khẫ nùng cố àiïån tđch phên sưë khấc thûúâng khưng phẫi lâ mưåt àùåc àiïím chung nhû sûå tưìn tẩi ca ca cấc siïu hẩt bẩn Mùåt khấc, tiïn àoấn vïì sûå tưìn tẩi ca cấc siïu hẩt bẩn khưng phẫi lâ tđnh chêët nhêët ca l thuët, thị haõng chuồc nựm thủ nghiùồm aọ chỷỏng toó rựỗng khửng cố mưåt ngun nhên bùỉt båc nâo àïí cho nhûäng àiïån tđch phên sưë quấi lẩ àố phẫi tưìn tẩi têët cẫ cấc l thuët dûåa trïn cấc hẩt àiïím Têët nhiïn, ngûúâi ta cố thïí cûúäng ếp àûa nố vâo mưåt l thuët hẩt àiïím, nhûng àiïìu àố cng khiïn cûúäng nhû nhưët voi vâo cûãa hiïåu àưì sûá vêåy Sûå xët hiïån ca chng tûâ nhûäng tđnh chêët hịnh hổc àún giẫn ca cấc chiïìu ph lâm cho cấc àiïån tđch khấc thûúâng nây, cng lâ mửồt ựồc trỷng khựống ừnh bựỗng thỷồc nghiùồm, khaỏ laõ tûå nhiïn àưëi vúái l thuët dêy Cng nhû tịnh hëng àưëi vúái cấc siïu hẩt bẩn, hiïån chûa cố hẩt mang àiïån tđch phên sưë quấi lẩ nâo àûúåc phất hiïån cẫ vâ nhûäng hiïíu biïët ca chng ta vïì l thuët dêy cng chûa cho phếp chng ta tiïn àoấn àûúåc khưëi lûúång ca chng, cẫ nhûäng chiïìu ph nây cố tđnh chêët àôi hỗi phẫi cố àïí sinh chng http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 103 Mưåt cấch giẫi thđch cho sûå khưng phất hiïån cấc hẩt nây lẩi cố thïí lâ chng khưng tưìn tẩi hóåc laõ khửởi lỷỳồng cuóa chuỏng nựỗm ngoaõi khaó nựng ca cấc phûúng tiïån cưng nghïå hiïån thêåm chđ rêët cố thïí khưëi lûúång ca chng cúä khưëi lûúång Planck Nhûng nïëu mưåt thđ nghiïåm nâo àố tûúng lai bùỉt gùåp nhûng hẩt àiïån tđch quấi lẩ àố, thũ noỏ seọ laõ mửồt bựỗng chỷỏng maồnh meọ khựống àõnh l thuët dêy Mưåt sưë khẫ nùng đt chùỉc chựổn hỳn Coõn coỏ mửồt caỏch khaỏc ùớ tũm bựỗng chûáng khùèng àõnh l thuët dêy Vđ d, Witten àậ chó khẫ nùng mưåt ngây nâo àố cấc nhâ thiùn vựn hoồc coỏ thùớ seọ thờởy bựỗng chỷỏng nhờồn dẩng trûåc tiïëp ca l thuët dêy cấc sưë liïåu thiïn vùn mâ hổ thu thêåp àûúåc Nhû ta àậ biïët Chûúng 6, kđch thûúác ca dêy thûúâng vâo cúä chiïìu dâi Planck, nhûng cấc dêy cố nùng lûúång rêët cao cố thïí cố kđch thûúác lúán hún nhiïìu Thûåc tïë, nùng lûúång úã Big Bang chùỉc lâ cao àïí tẩo mưåt đt dêy cố kđch thûúác vơ mư vâ thưng qua sûå giận núã ca V tr, chng cố thïí àẩt túái kđch thûúác thiïn vùn Chng ta cố thïí hịnh dung bêy giúâ hóåc tẩi mưåt thúâi àiïím nâo àố tûúng lai, mưåt dêy loẩi nhû vêåy cố thïí quết qua bêìu trúâi àïm, àïí lẩi dêëu êën chùỉc chùỉn vâ cố thïí àẩc àûúåc nhûäng sưë liïåu mâ cấc nhâ thiïn vùn thu thêåp àûúåc (vđ d nhû mưåt àưå lïåch nhỗ nhiïåt àưå ca bûác xẩ nïìn, xem Chûúng 14) Nhû Witten nối: “Mùåc d cố vễ gị àố húi viïỵn tûúãng, nhûng àố lâ mưåt kõch bẫn u thđch ca tưi àïí khùèng àõnh l thuët dêy vị khưng cố gị giẫi quët vêën àïì nây mưåt cấch nhanh chống vâ cố êën tûúång mẩnh nhû lâ nhịn mưåt dêy kđnh thiïn vùn”[1] Gêìn gi vúái mùåt àêët hún, ngûúâi ta cuäng àûa nhûäng àùåc iùớm nhờồn daồng bựỗng thỷồc nghiùồm khaó dụ khaỏc cuóa lyá thuyïët dêy Thûá nhêët, Baãng 1.1 chuáng ta thờởy rựỗng chuỏng ta vờợn chỷa biùởt chựổc chựổn nỳtrinử chó lâ mưåt hẩt rêët nhể hay nố thûåc sûå khưng cố khưëi lûúång Theo mư hịnh chín, chng khưng cố khưëi lûúång, nhûng khưng phẫi lâ mưåt ngun nhên sêu sùỉc nâo Mưåt thấch thûác àưëi vúái l thuët dêy lâ cung cêëp mưåt giẫi thđch cố sûác thuyïët phuåc nhûäng dûä liïåu hiïån vaâ tûúng lai vïì nútrinư, àùåc biïåt nïëu nhû cëi cng thûåc nghiùồm chỷỏng toó ỷỳồc rựỗng nỳtrinử coỏ khửởi lỷỳồng cỷồc nhoó nhỷng khửng phaói bựỗng khửng http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 104 Thûá hai, cố mưåt quấ trịnh giẫ thuët bõ cêëm búãi mư hịnh chín nhûng lẩi àûúåc phếp àưëi vúái l thuët dêy Trong sưë àố cố sûå phên hốa khẫ dơ ca proton (bẩn àûâng quấ lo, sûå phên rậ nây nïëu cố thị cng diïỵn cûåc k chêåm) vâ côn nhûäng biïën àưíi vâ phên rậ khẫ dơ ca mưåt sưë tưí húåp khấc ca hẩt quark, nhûäng quấ trịnh nây vi phẩm mưåt sưë tđnh chêët àậ àûúåc xấc lêåp tûâ búãi l thuët trûúâng lûúång tûã dûåa trïn cấc hẩt àiïím Àêy lâ nhûäng quấ trịnh àùåc biïåt l th búãi vị sûå vùỉng mùåt l th ca chng l thuët thưng thûúâng lâm cho chng trúã thânh nhûäng tđn hiïåu nhẩy cẫm ca vêåt l mâ ta khưng thïí giẫi thđch àûúåc, nïëu nhû khöng viïån àïën nhûäng nguyïn lyá lyá thuët múái Nïëu ta quan àûúåc chó mưåt sưë nhûäng quấ trịnh êëy, thị àố sệ lâ mưåt mẫnh àêët mâu múä àïí l thuët dêy àûa cấc giẫi thđch Thûá ba, àưëi vúái mưåt sưë khưng gian Calabi-Yau àûúåc lûåa chổn, cố cấc mode dao àưång àùåc biïåt, tûúng ûáng vúái cấc trûúâng lûåc múái, cố cûúâng àưå nhỗ vâ têìm tấc dng xa Nïëu tấc dng ca cấc trûúâng lûåc nây àûúåc phất hiïån thị chng cố thïí phẫn ấnh mưåt vêåt l múái ca lyá thuyïët dêy Thûá tû, nhû chuáng ta seä thêëy úã chûúng sau, cấc nhâ thiïn vùn àậ thu thêåp ỷỳồc bựỗng chỷỏng noỏi rựỗng thiùn haõ cuóa chuỏng ta vâ cố thïí toân bưå V tr bõ nhng mưåt bïí vêåt chêët tưëi, mâ bẫn chêët ca chng hiïån côn chûa xấc àõnh àûúåc Thưng qua nhûäng mode dao àưång cưång hûúãng ca cấc dêy, l thuët dêy cố thïí àïì xët nhiïìu ûáng viïn cho vêåt chêët tưëi; lúâi phấn quët côn ph thåc vâo nhûäng kïët quaó thỷồc nghiùồm sựổp tỳỏi nhựỗm xaỏc lờồp nhỷọng tủnh chêët chi tiïët ca vêåt chêët tưëi Vâ cëi cng, mưåt phûúng diïån khẫ dơ thûá nùm liïn hïå l thuyùởt dờy vỳỏi nhỷọng quan saỏt, oỏ laõ hựỗng sửở vuọ truồ Nhỷ Chỷỳng 3, ta thờởy rựỗng ờy lâ sưë hẩng mâ Einstein àậ nhêët thúâi thïm vâo cấc phûúng trịnh ca thuët tûúng àưëi rưång àïí àẫm bẫo cho v tr lâ tơnh Phất minh sau àố vïì sûå giận núã ca V tr àậ dêỵn Einstein túái chưỵ rt lẩi sûãa àưíi àố, nhûng oỏ, caỏc nhaõ vờồt lyỏ laồi nhờồn thờởy rựỗng khửng coỏ mửồt lyỏ ựồc biùồt naõo ùớ hựỗng sửở vuọ truồ bựỗng khửng caó Thỷồc tùở, noỏ coỏ thùớ àûúåc giẫi thđch nhû lâ mưåt loẩi nùng lûúång ca khưng gian vâ àố giấ trõ ca nố cố thùớ tủnh ỷỳồc bựỗng lyỏ thuyùởt vaõ o ỷỳồc bựỗng thûåc nghiïåm Nhûng cho túái nhûäng tđnh toấn vâ àẩc nhû vêåy lẩi hoân toân khưng ph húåp vỳỏi nhau: nhỷọng quan saỏt cho thờởy hựỗng sửở vuọ truồ hoựồc laõ bựỗng khửng (nhỷ Einstein cuửởi cuõng aọ chêëp thån) http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr 105 hóåc lâ rêët nhỗ; côn nhûäng tđnh toaỏn laồi rựỗng nhỷọng thựng giaỏng lỷỳồng tỷó chên khưng ca khưng gian trưëng rưỵng lẩi cố xu hỷỳỏng sinh mửồt hựỗng sửở vuọ truồ coỏ trõ giấ lúán hún trõ giấ cho phếp búãi thûåc nghiïåm túái 120 bêåc àưå lúán (tûác lâ lúán hún 10120 lêìn)! Àêy lâ mưåt thấch thûác vâ cú hưåi tuåt vúâi cho cấc nhâ l thuët dêy: liïåu nhûäng tđnh toấn l thuët dêy cố cẫi thiïån àûúåc sûå khưng ph húåp àố vâ giẫi thđch àûúåc tẩi hựỗng sửở vuọ truồ laồi bựỗng khửng hay khửng? Hóåc nïëu nhû thûåc nghiïåm cëi cng xấc lêåp àûúåc rựỗng giaỏ trừ cuóa noỏ rờởt nhoó nhỷng khaỏc khửng thị liïåu l thuët dêy cố thïí giẫi thđch àûúåc àiïìu àố hay khưng? Nïëu nhû cấc nhâ l thuët dêy cố thïí vûúåt qua thấch thûác êëy thị àố seọ laõ mửồt bựỗng chỷỏng coỏ sỷỏc thuyùởt phuồc khựống àõnh l thuët dêy [1] Phỗng vêën Edward Witten, ngây thấng nùm 1998 Mưåt sûå àấnh giấ Lõch sûã vêåt lyá chûáa àêìy nhûäng yá tûúãng ban àêìu tûúãng nhû hoân toân khưng thïí kiïím chûáng àûúåc, nhûng rưìi thưng qua nhûäng phất hiïån bêët ngúâ, cëi cng chuỏng laồi trỳó nùn kiùớm chỷỏng ỷỳồc bựỗng thỷồc nghiùồm Quan niùồm cho rựỗng vờồt chờởt ỷỳồc cờởu taồo bỳói cấc ngun tûã, giẫ thuët ca Pauli vïì sûå tưìn tẩi ca hẩt nútrinư, khẫ nùng tưìn tẩi ca cấc nútron vâ cấc lưỵ àen lâ ba tûúãng nưíi bêåt nhêët thåc loẩi àố; ngây hưm nhûäng tûúãng êëy àậ àûúåc mổi ngûúâi chêëp nhêån hoân toân nhûng lc ban àêìu chng àûúåc coi nhû lâ cêu chuån khoa hổc viïỵn tûúãng hún lâ mưåt sûå kiïån khoa hổc Àưång cú àïí àûa l thuët dêy, đt nhêët thị cng hêëp dêỵn nhû ba tûúãng nối trïn, nhûng thûåc tïë, l thuët dêy àậ àûúåc xem nhû lâ sûå phất triïín quan trổng vâ sưi àưång nhêët kïí tûâ phất minh cú hổc lûúång tûã Sûå so sấnh nây lâ àùåc biïåt thđch húåp búãi vị lõch sûã cú hổc lûúång tûã daồy chuỏng ta rựỗng, nhỷọng cuửồc caỏch maồng vờồt l thûúâng phẫi mêët hâng chc nùm múái cố thïí àẩt túái àưå chđn Vâ nïëu so sấnh cấc nhâ l thuët dêy ngây hưm nay, thị cấc nhâ vêåt l xêy dûång nïn khoa hổc lûúång tûã cố lúåi thïë hún rêët nhiïìu: cú hổc lûúång tûã cẫ múái xêy dûång àûúåc mưåt phêìn àậ cố thïí tiïëp xc trûåc tiïëp vúái cấc kïët quẫ thûåc nghiïåm Nhûng cuäng phaãi mêët túái hún 30 nùm cêëu truác lưgic ca nố múái àûúåc hoân têët vâ phẫi mêët hún 20 nùm nûäa nố múái bao hâm àûúåc cẫ thuët tûúng àưëi hểp mưåt cấch trổn vển Giúâ àêy nố phẫi bao hâm cẫ thuët tûúng àưëi rưång, mưåt nhiïåm vuå khoá khùn hún rêët http://ebooks.vdcmedia.com Brian Greene 106 nhiïìu, nhêët lâ viïåc tiïëp xc vúái thûåc nghiïåm côn khố khùn hún nûäa Khấc vúái nhûäng ngûúâi sấng lêåp cú hổc lûúång tûã, cấc nhâ l thuët dêy ngaõy hửm khửng ỷỳồc soi ỷỳõng bựỗng aỏnh saỏng ca tûå nhiïn, thưng qua nhûäng kïët quẫ thûåc nghiïåm chi tiïët, àïí àûúåc dêỵn dùỉt tûâ bûúác nây túái bûúác tiïëp sau Àiïìu àố cố nghơa lâ phẫi chêëp nhờồn rựỗng mửồt hoựồc nhiùỡu thùở hùồ caỏc nhaõ lyỏ thuët dêy sệ phẫi hiïën dêng cẫ cåc àúâi mịnh cho viïåc nghiïn cûáu vâ phất triïín l thuët dêy mâ khưng nhêån àûúåc mưåt hưìi êm nâo ca thûåc nghiïåm Mưåt sưë khấ lúán cấc nhâ vêåt l trïn khùỉp thïë giúái lâm viïåc hùng say cho l thuët dờy ùỡu biùởt rựỗng hoồ seọ phaói chờởp nhờồn ruói ro: cố thïí nhûäng nưỵ lûåc ca cẫ mưåt àúâi ngûúâi khưng túái àûúåc àđch cëi cng Chùỉc chùỉn lâ tiïën bưå l thuët quan trổng cng vêỵn sệ tiïëp tc àûúåc tẩo ra, nhûng liïåu chng cố àïí vûúåt qua nhûäng trúã ngẩi hiïån vâ àûa nhûäng tiïn àoấn cố tđnh chêët quët àõnh cố thïí kiùớm chỷỏng ỷỳồc bựỗng thỷồc nghiùồm hay khửng? Liùồu nhỷọng kiïím chûáng giấn tiïëp mâ chng ta vûâa thẫo lån ỳó trùn coỏ taồo mửồt bựỗng chỷỏng ủch thỷồc khùèng àõnh l thuët dêy? Nhûäng vêën àïì àố lâ mưëi quan têm hâng àêìu ca têët cẫ cấc nhâ l thuët dêy nhûng chng cng lâ nhûäng cêu hỗi côn àang àïí múã Chó cố thúâi gian múái cho phếp chng ta biïët àûúåc cêu trẫ lúâi Sûå giẫn dõ tuåt àểp ca l thuët dêy, cấch thûác mâ nố giẫi quët sûå xung àưåt giûäa thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã, khẫ nùng thưëng nhêët àûúåc cấc lûåc tûå nhiïn cng vúái tiïìm nùng tiïn àoấn vư biïn ca nố lâ sûå khđch lïå xûáng àấng àïí chêëp nhêån mổi ri ro Nhûäng àấnh giấ cao q nây côn àûúåc ng hưå búãi thûåc tïë lâ, l thuët dêy côn cố khẫ nùng phất hiïån nhiïìu àùåc tđnh vêåt l múái ca v tr àûúåc tẩo nïn tûâ cấc dêy, nhûäng àùåc tđnh lâm phất lưå sûå hôa húåp tinh tïë vâ sêu sùỉc sûå vêån hânh ca tûå nhiïn Nối theo ngưn ngûä mâ ta àûa vâo úã trïn, thị rêët nhiïìu àùåc trûng nây lâ nhûäng àùåc tđnh chung vâ bêët kïí nhûäng chi tiïët mâ hiïån chng ta côn chûa biïët, nhûäng àùåc trûng àố sệ lâ nhûäng tđnh chêët cú bẫn ca mưåt v tr tẩo nïn tûâ cấc dêy Trong sưë nhûäng tđnh chêët àố, nhûäng tđnh chêët lẩ lng nhêët sệ cố ẫnh hûúãng sêu sùỉc àïën sûå hiïíu biïët ln ln tiïën hốa ca chng ta vïì khưng gian vâ thúâi gian Khưng cố quẫng tđnh lúán àïí quan àûúåc; mưåt chiïìu khưng gian bõ cån lẩi thânh kđch thûúác cûåc nhỗ, àố khố phất hiïån àûúåc mưåt cấch trûåc tiïëp http://ebooks.vdcmedia.com ... thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr Phêìn III Bẫn giao hûúãng vuä truå http://ebooks.vdcmedia.com 11 Brian Greene 12 CHÛÚNG... khưng gị khấc chđnh lâ lûåc mẩnh Àiïìu nây cố nghơa lâ, nïëu http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr khưng cố lûåc mẩnh, sệ khưng cố àưëi xûáng chín vâ vêåt l cng sệ khấc... hịnh hổc trún tru ca khưng gian (vâ ca cẫ thúâi gian nûäa) http://ebooks.vdcmedia.com Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr Thûåc tïë, sûå xung àưåt nây àûúåc thïí hiïån mưåt cấch hïët sûác c