Mùơc duđ nghe coâ veê húi thö thiïín, nhûng caâch mađ chuâng ta thûúđng duđng ăïí tòm hiïíu cíịu truâc cuêa víơt nađo ăoâ lađ duđng caâc víơt khaâc bùưn phaâ vađo noâ röìi quan saât möơt caâch chñnh xaâc ăöơ lïơch khi bay ra cuêa caâc víơt ăoâ. Chùỉng haơn, chuâng ta coâ thïí thíịy caâc víơt lađ búêi vò mùưt chuâng ta thu thíơp cođn naôo chuâng ta giaêi maô thöng tin ặúơc mang túâi búêi caâc photon phaên xaơ tûđ víơt. Caâc maây gia töịc haơt cuông dûơa trïn nhûông nguýn tùưc tûúng tûơ. Chuâng bùưn caâc míîu víơt chíịt nhû caâc electron vađ proton vađo nhau vađ vađo caâc bia khaâc, cođn caâc detector tinh xaêo thò phín tñch cún mûa nhûông maênh vúô taơo thađnh, tûđ ăoâ xaâc ắnh cíịu truâc cuêa caâc víơt ặúơc nghiïn cûâu.
Theo quy tùưc chung, thò kñch thûúâc cuêa haơt thûê xaâc ắnh giúâi haơn dûúâi cuêa thang chiïìu dađi mađ chuâng ta muöịn thùm dođ. Ăïí coâ möơt yâ niïơm vïì yâ nghôa cuêa phaât biïíu quan troơng ăoâ, haôy tûúêng tûúơng Slim vađ Jim do muöịn coâ möơt chuât vùn hoâa ăaô ăùng kyâ vađo hoơc möơt lúâp daơy veô. Sau möơt hoơc kyđ, Jim ngađy cađng híơm hûơc vò
Slim tiïịn böơ ríịt nhanh vađ cíơu ta ăaô thaâch thûâc Slim thi tađi cao thíịp. Cíơu ta ăïì nghõ möîi ngûúđi líịy nhín cuêa möơt quaê ăađo, cho keơp chùơt laơi vađ veô noâ möơt caâch "taê chín" nhíịt. Möơt ýu cíìu oaâi oùm trong lúđi thaâch thûâc cuêa Jim lađ caê hai ngûúđi ăïìu khöng ặúơc nhòn vađo nhín quaê ăađo. Thay vò, möîi ngûúđi ặúơc pheâp biïịt vïì kñch thûúâc, hònh daơng vađ nhûông ăùơc ăiïím cuêa noâ chó bùìng caâch bùưn phaâ noâ bùìng caâc haơt ăaơn (trûđ photon) röìi quan saât ăöơ lïơch cuêa caâc haơt ăoâ, nhû ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.4. Slim hoađn toađn khöng biïịt lađ Jim ăaô nhöìi vađo suâng cuêa mònh nhûông viïn ăaơn bùìng ăaâ (nhû trong hònh 6.4a) cođn cíơu ta laơi nhöìi vađo suâng cuêa mònh nhûông viïn ăaơn nhûơa, kñch thûúâc 5mm, nhoê hún nhiïìu (nhû hònh 6.4b). Caê hai ăïìu ặâng sau khííu suâng cuêa mònh vađ cuöơc ăíịu suâng bùưt ăíìu.
Hònh 6.4. Nhín quaê ăađo ặúơc keơp chùơt vađ ặúơc veô bùìng caâch quan saât nhûông haơt thûê bùưn vađo noâ bõ lïơch nhû thïị nađo. Bùìng caâch duđng nhûông haơt thûê beâ díìn: (a) ăaơn ăaâ, (b). ăaơn nhûơa 5 mm, (c) ăaơn nhûơa 0,5mm, coâ thïí veô ặúơc hònh aênh chi tiïịt hún.
Sau möơt laât, bûâc tranh töịt nhíịt mađ Slim coâ thïí veô ặúơc lađ bûâc tranh úê bïn phaêi hònh 6.4a. Bùìng caâch quan saât quyô ăaơo caâc viïn ăaơn ăaâ sau khi ăíơp vađo nhín quaê ăađo, Slim biïịt rùìng noâ coâ khöịi lûúơng nhoê vađ bïì mùơt cûâng. Nhûng anh ta chó biïịt ặúơc coâ víơy thöi. Búêi leô caâc viïn bi ăaâ coâ kñch thûúâc quaâ lúân nïn khöng thïí "caêm nhíơn" ặúơc cíịu truâc nhùn nheo cuêa noâ. Khi liïịc nhòn bûâc veô cuêa Jim (hònh 6.4b), Slim ngaơc nhiïn thíịy rùìng Jim veô gioêi hún mònh. Tuy nhiïn, nhòn thoaâng qua khííu suâng cuêa Jim, Slim nhíơn ra ngay meơo vùơt cuêa cíơu ta: nhûông haơt ăaơn nhûơa mađ Jim sûê duơng ăuê nhoê khiïịn cho caâc nïịp nhùn lúân nhíịt trïn mùơt nhín quaê ăađo cuông coâ thïí aênh hûúêng ăïịn goâc lïơch cuêa chuâng. Do ăoâ, khi bùưn nhiïìu viïn ăaơn nhûơa 5mm ăoâ lïn nhín quaê ăađo vađ quan saât caâc quyô ăaơo bõ lïơch cuêa chuâng, Jim ăaô veô ặúơc hònh aênh chi tiïịt hún cuêa noâ. Khöng chõu thíịt baơi, Slim quay vïì khííu suâng cuêa mònh vađ naơp cho noâ nhûông viïn ăaơn nhoê hún nûôa, vúâi kñch thûúâc chó bùìng nûêa milimeât. Vúâi kñch thûúâc nhoê nhû thïị, nhûông vïịt nhùn nhoê nhíịt trïn mùơt nhín quaê ăađo cuông coâ thïí aênh hûúêng ăïịn goâc lïơch cuêa
chuâng. Vađ bùìng caâch quan saât quyô ăaơo bõ lïơch cuêa nhûông viïn ăaơn ăoâ, anh ăaô veô ặúơc bûâc tranh trïn hònh 6.4c vađ ăaô chiïịn thùưng.
Bađi hoơc ruât ra tûđ cuöơc thi nađy ăaô roô rađng: Haơt thûê tiïơn ñch khöng thïí lúân hún nhiïìu so vúâi nhûông ăùơc ăiïím víơt lyâ cíìn xem xeât, nïịu khöng, chuâng seô khöng "caêm nhíơn" ặúơc nhûông cíịu truâc mađ ta cíìn quan tím.
Tíịt nhiïn, lyâ luíơn nađy víîn cođn ăuâng nïịu ta muöịn thùm dođ nhín quaê ăađo síu hún, ăïí xaâc ắnh cíịu truâc nguýn tûê vađ dûúâi nguýn tûê cuêa noâ. Nhûông viïn ăaơn nhûơa 0,5mm bíy giúđ khöng cođn cho chuâng ta nhûông thöng tin hûôu ñch nûôa, vò chuâng quaâ lúân ăïí coâ thïí nhaơy caêm ặúơc vúâi cíịu truâc úê thang nguýn tûê. Ăiïìu nađy giaêi thñch taơi sao caâc maây gia töịc haơt laơi duđng caâc haơt thûê lađ electron hoùơc proton. ÚÊ thang dûúâi nguýn tûê, núi mađ nhûông khaâi niïơm lûúơng tûê thay thïị cho nhûông khaâi niïơm cöí ăiïín, thûúâc ăo thñch húơp nhíịt cho ăöơ nhaơy cuêa haơt thûê lađ bûúâc soâng lûúơng tûê cuêa noâ - ăaơi lûúơng cho biïịt ăöơ bíịt ắnh vïì võ trñ cuêa haơt ăoâ. Ăiïìu nađy phaên aânh nhûông thaêo luíơn cuêa chuâng ta vïì nguýn lyâ bíịt ắnh Heisenberg úê chûúng 4, trong ăoâ ta ăaô thíịy rùìng phaơm vi sai söị khöng caâch nađo traânh khoêi khi duđng möơt haơt lađm haơt thûê (úê ăoâ ta chó tíơp trung xeât caâc haơt thûê lađ photon, nhûng thûơc ra coâ thïí aâp duơng cho tíịt caê caâc haơt khaâc) lađ cúô bûúâc soâng lûúơng tûê cuêa noâ. Noâi möơt caâch khöng chñnh xaâc lùưm thò ăöơ nhaơy thûê cuêa möơt haơt ăiïím ăaô bõ nhûông thùng giaâng lûúơng tûê lađm cho nhoeđ ăi, tûơa nhû sûơ run tay lađm töín haơi ăïịn ăöơ chñnh xaâc ặúđng dao cuêa nhađ phíîu thuíơt. Chùưc baơn cođn nhúâ trong chûúng 4 chuâng ta cuông ăaô lûu yâ túâi möơt thûơc tïị quan troơng lađ, bûúâc soâng lûúơng tûê cuêa haơt tyê lïơ nghõch vúâi ăöơng lûúơng cuêa noâ, nghôa lađ vïì ăaơi thïí, tyê lïơ nghõch vúâi nùng lûúơng cuêa noâ. Vađ nhû víơy, khi tùng nùng lûúơng cuêa möơt haơt ăiïím, bûúâc soâng lûúơng tûê cuêa noâ seô trúê nïn ngùưn hún, tûâc lađ sûơ nhoeđ lûúơng tûê giaêm, do ăoâ ta coâ thïí duđng noâ ăïí thùm dođ nhûông cíịu truâc víơt lyâ tinh vi hún. Vïì mùơt trûơc giaâc ta cuông thíịy rùìng haơt coâ nùng lûúơng cađng cao seô coâ khaê nùng ăím xuýn cađng lúân vađ do ăoâ coâ thïí thùm dođ ặúơc nhûông ăùơc tñnh cođn nhoê beâ hún nûôa.
Vïì phûúng diïơn nađy, sûơ khaâc biïơt giûôa caâc haơt ăiïím vađ caâc díy trúê nïn roô neât. Cuông nhû trûúđng húơp caâc viïn ăaơn nhûơa thùm dođ bïì mùơt cuêa nhín quaê ăađo, quaêng tñnh khöng gian cöị hûôu cuêa díy khöng cho pheâp noâ thùm dođ cíịu truâc cuêa bíịt cûâ víơt gò nhoê hún kñch thûúâc cuêa díy möơt caâch ăaâng kïí vađ trong trûúđng húơp nađy, thò ăoâ lađ nhûông cíịu truâc úê nhûông thang chiïìu dađi nhoê hún chiïìu dađi
Planck. Noâi möơt caâch chñnh xaâc hún möơt chuât, vađo nùm 1988, David Gross, khi ăoâ lađm viïơc úê ăaơi hoơc Princeton, vađ möơt sinh viïn cuêa öng tïn lađ Paul Mende ăaô chûâng minh ặúơc rùìng khi tñnh ăïịn cú hoơc lûúơng tûê, thò sûơ tùng liïn tuơc nùng lûúơng cuêa díy khöng lađm tùng liïn tuơc khaê nùng thùm dođ caâc cíịu truâc tinh tïị hún cuêa noâ, ăiïìu nađy hoađn toađn traâi ngûúơc hùỉn vúâi caâc haơt ăiïím. Hoơ ăaô phaât hiïơn ra rùìng, khi nùng lûúơng cuêa díy tùng, thò ban ăíìu noâ coâ khaê nùng thùm dođ nhûông cíịu truâc úê thang ngùưn hún, giöịng nhû caâc haơt coâ nùng lûúơng cao. Nhûng khi nùng lûúơng cuêa noâ vûúơt quaâ giaâ trõ ăođi hoêi phaêi coâ ăïí thùm dođ úê thang chiïìu dađi Planck, thò coâ tùng thïm nùng lûúơng nûôa cuông khöng lađm tùng khaê nùng thùm dođ cuêa díy. Khi ăoâ nùng lûúơng chó lađm tùng kñch thûúâc cuêa díy vađ do ăoâ lađm giaêm ăöơ nhaơy thùm dođ úê khoaêng caâch ngùưn cuêa noâ. Thûơc tïị, mùơc duđ kñch thûúâc ăiïín hònh cuêa caâc díy lađ chiïìu dađi Planck, nhûng nïịu chuâng ta búm ăuê nùng lûúơng cho díy - möơt nùng lûúơng vûúơt quaâ moơi tûúêng tûúơng ăiïn röì nhíịt cuêa chuâng ta, nhûng coâ thïí ăaô tûđng coâ úê Big Bang - thò chuâng ta coâ thïí lađm cho noâ to lïn túâi kñch thûúâc vô mö, möơt haơt thûê quaê lađ thö vuơng ăöịi vúâi thïị giúâi vi mö! Nhû víơy, khöng giöịng nhû caâc haơt ăiïím, caâc díy dûúđng nhû coâ hai nguöìn lađm nhoeđ: thûâ nhíịt lađ nhûông thùng giaâng lûúơng tûê vađ thûâ hai lađ quaêng tñnh khöng gian cöị hûôu cuêa noâ. Sûơ tùng nùng lûúơng cuêa díy seô lađm giaêm ăöơ nhoeđ do nguöìn thûâ nhíịt gíy ra nhûng röịt cuöơc laơi lađm tùng ăöơ nhoeđ gíy búêi nguöìn thûâ hai. Toâm laơi, duđ baơn coâ nöî lûơc thïị nađo ăi nûôa, thò baên chíịt coâ quaêng tñnh khöng gian cuêa díy seô ngùn trúê baơn duđng noâ ăïí thùm dođ caâc hiïơn tûúơng úê nhûông khoaêng caâch dûúâi chiïìu dađi Planck.
Nhûng toađn böơ sûơ xung ăöơt giûôa thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê laơi xuíịt hiïơn tûđ nhûông tñnh chíịt cuêa cíịu truâc khöng gian úê dûúâi chiïìu dađi Planck. Vađ nïịu thađnh phíìn cú baên cuêa vuô truơ khöng thïí thùm dođ ặúơc nhûông khoaêng caâch úê dûúâi chiïìu dađi Planck, thò caê noâ líîn nhûông thûâ taơo búêi noâ seô khöng hïì bõ aênh hûúêng búêi nhûông thùng giaâng lûúơng tûê coâ taâc duơng phaâ phaâch ghï gúâm úê nhûông khoaêng caâch cûơc beâ ăoâ. Ăiïìu nađy cuông tûúng tûơ nhû khi tay ta súđ lïn möơt bïì mùơt ăaâ hoa cûúng coâ ăöơ nhùĩn cao. Mùơc duđ xeât trïn cíịp ăöơ vi mö thò bïì mùơt ăoâ lađ giaân ăoaơn, lúêm chúêm nhûông haơt riïng reô, nhûng nhûông ngoân tay cuêa chuâng ta khöng coâ khaê nùng phaât hiïơn nhûông biïịn thiïn úê caâc khoaêng caâch beâ nhû víơy, nïn ta caêm thíịy noâ hoađn toađn trún nhùĩn. Ăiïìu nađy coâ nghôa lađ nhûông ngoân tay thö vuơng cuêa chuâng ta lađm nhoeđ ăi tñnh giaân ăoaơn vi mö. Tûúng tûơ, vò díy coâ quaêng tñnh khöng gian, nïn noâ cuông coâ
nhûông giúâi haơn vïì ăöơ nhaơy úê nhûông khoaêng caâch ngùưn. Noâ khöng thïí phaât hiïơn ặúơc nhûông biïịn thiïn úê caâc thang khoaêng caâch dûúâi chiïìu dađi Planck. Giöịng nhû caâc ngoân tay chuâng ta súđ lïn bïì mùơt ăaâ hoa cûúng, díy cuông lađm nhoeđ nhûông thùng giaâng lûúơng tûê söi ăöơng úê nhûông thang siïu vi mö cuêa trûúđng híịp díîn. Mùơc duđ nhûông thùng giaâng kïịt cuơc víîn cođn ăaâng kïí, nhûng sûơ lađm nhođe nađy ăaô lađm trún chuâng ăuê ăïí cûâu vaôn sûơ khöng tûúng thñch giûôa thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê. Vađ ăùơc biïơt, nhûông vö haơn tai haơi (ăaô dûúơc thaêo luíơn úê chûúng trûúâc) xuíịt hiïơn trong lyâ thuýịt lûúơng tûê cuêa híịp díîn, xíy dûơng trïn cú súê caâc haơt ăiïím ăaô bõ loaơi boê trong lyâ thuýịt díy.
Möơt ăiïím khaâc biïơt cú baên giûôa hònh aênh tûúng tûơ cuêa mùơt ăaâ hoa cûúng vađ cíịu truâc thûơc cuêa khöng gian, ăoâ lađ luön luön coâ nhûông caâch ăïí phaât hiïơn tñnh giaân ăoaơn cuêa mùơt ăaâ, chùỉng haơn, duđng caâc haơt thûê nhoê hún, chñnh xaâc hún caâc ngoân tay cuêa chuâng ta. Möơt kñnh hiïín vi ăiïơn tûê coâ khaê nùng phín giaêi nhûông ăùơc tñnh bïì mùơt túâi nhoê hún möơt phíìn triïơu xentimeât, ăiïìu nađy ăuê ăïí phaât hiïơn nhiïìu khuýịt tíơt úê bïì mùơt. Traâi laơi, trong lyâ thuýịt díy, khöng coâ möơt phûúng caâch nađo ăïí phaât hiïơn nhûông khuýịt tíơt cuêa cíịu truâc khöng gian úê dûúâi thang chiïìu dađi Planck. Trong vuô truơ bõ chi phöịi búêi nhûông ắnh luíơt cuêa lyâ thuýịt díy, quan niïơm thöng thûúđng cho rùìng chuâng ta luön luön coâ thïí möí xeê tûơ nhiïn túâi nhûông khoaêng caâch nhoê bao nhiïu cuông ặúơc, khöng coâ möơt giúâi haơn nađo lađ khöng cođn ăuâng nûôa. Thûơc tïị, coâ möơt giúâi haơn mađ khi vûúơt qua giúâi haơn ăoâ chuâng ta seô gùơp nhûông boơt lûúơng tûê tađn phaâ ghï gúâm mađ ta ăaô thíịy trïn hònh 5.1. Do ăoâ, theo möơt yâ nghôa mađ chuâng ta seô noâi chñnh xaâc hún úê caâc chûúng sau, thíơm chñ ta coâ thïí noâi rùìng nhûông thùng giaâng dûô döơi úê dûúâi thang Planck khöng töìn taơi. Möơt nhađ thûơc chûâng luíơn noâi rùìng coâ möơt caâi gò ăoâ goơi lađ töìn taơi chó nïịu, ñt nhíịt lađ vïì nguýn tùưc, noâ coâ thïí thùm dođ vađ ăo ăaơc ặúơc. Vò caâc díy ặúơc coi lađ nhûông ăöịi tûúơng cú baên nhíịt cuêa vuô truơ vađ vò noâ quaâ lúân ăïí bõ aênh hûúêng búêi nhûông thùng giaâng dûô döơi úê nhûông khoaêng caâch dûúâi thang Planck cuêa cíịu truâc khöng gian, nïn nhûông thùng giaâng nađy khöng thïí ăo ặúơc vađ do ăoâ theo lyâ thuýịt díy thò chuâng khöng xuíịt hiïơn.