Brian Greene
Chương 11 - Sự xé rách cấu trúc của không gian (8)
Tác giả: Brian Greene
Phương pháp của Witten
Thứ hai tuần sau, chúng tôi đắc thắng tới gặp Witten. Ông rất vui mừng trước kết quả của chúng tôi. Nhưng hóa ra ông cũng vừa mới tìm ra một cách để xác lập rằng những dịch chuyển lật cũng xảy ra trong lý thuyết dây. Lập luận của ông rất khác với chúng tôi và nó cho phép hiểu được rõ hơn tại sao sự xé rách không gian lại không gây ra những hậu quả tai biến nào.
Phương pháp của Witten làm nổi bật sự khác nhau giữa lý thuyết dựa trên các hạt điểm và lý thuyết dây khi mà xảy ra sự xé rách không gian. Sự khác biệt chủ yếu là ở chỗ: có hai loại chuyển động của dây ở gần chỗ rách nhưng chỉ có một loại chuyển động của hạt điểm. Cụ thể là dây có thể chuyển động kề với chỗ rách giống như một hạt điểm, nhưng khi chuyển động về phía trước, nó còn có thể bao quanh chỗ rách, như được minh họa trên hình 11.6. Về căn bản, sự phân tích của Witten cho thấy rằng các dây bao quanh chỗ rách - điều không thể xảy ra đối với các hạt điểm - đã chắn cho vũ trụ xung quanh khỏi những hiệu ứng tai biến, mà nếu không, nhất định sẽ xảy ra. Điều đó tựa như mặt vũ trụ của dây (từ chương 6 ta biết rằng đó là mặt hai chiều mà dây quét nên khi chuyển động qua không gian) tạo ra một tấm chắn bảo vệ có tác dụng triệt tiêu những hiệu ứng tai biến do sự xé rách cấu trúc không gian gây ra.
Hình 11.6. Mặt vũ trụ quét nên bởi một dây tạo ra một tấm chắn có tác dụng triệt tiêu những hiệu ứng tai biến do sự xé rách cấu trúc không gian gây ra.
Đến đây bạn có thể hỏi: Liệu điều gì sẽ xảy ra nếu như có sự xé rách không gian nhưng ở lân cận đó chẳng có một dây nào để che chắn? Hơn nữa, chắc bạn cũng băn khoăn rằng ở thời điểm xảy ra sự xé rách không gian, nói một dây - tức một vòng dây nhỏ xíu - có thể che chắn những hiệu ứng tai biến thì có khác gì nấp sau một chiếc vành gỗ để tránh mảnh bom! Việc giải quyết hai vấn đề đó dựa trên một đặc điểm trung tâm của cơ học lượng tử mà chúng ta đã thảo luận ở chương 4. Ở đó chúng ta đã thấy rằng, trong hình thức luận cơ học lượng tử của Feynman, một đối tượng bất kỳ, dù là hạt hay dây, đi từ nơi này đến nơi khác “bằng cách thăm dò” mọi quỹ đạo khả dĩ. Chuyển động kết quả quan sát được là tổ hợp của tất cả những khả năng đó với những đóng góp tương đối của mỗi quỹ đạo khả dĩ được xác định một cách chính xác bởi công cụ toán học của cơ học lượng tử. Nếu có sự xé rách trong cấu trúc của không gian thì trong số những quỹ đạo khả dĩ của dây chuyển động sẽ có những quỹ đạo bao quanh chỗ rách giống như những quỹ đạo trên hình 11.6. Ngay cả khi không có một dây nào ở gần chỗ xảy ra sự xé rách, thì cơ học lượng tử cũng tính tới những hiệu ứng vật lý từ tất cả các quỹ đạo khả dĩ trong đó có rất nhiều (thực tế là vô hạn) quỹ đạo bảo vệ bao quanh chỗ rách. Và theo Witten, thì chính những đóng góp này đã triệt tiêu một cách chính xác tai biến vũ trụ, mà nếu không, sự xé rách không gian sẽ tạo ra tai biến đó.
Tháng Giêng năm 1993, Witten và ba chúng tôi đã tung đồng thời hai bài báo lên Internet, thông qua đó các bài báo về vật lý nhanh chóng tới được khắp nơi trên thế giới. Hai bài báo đã mô tả, trên những quan điểm rất khác nhau của chúng tôi, những ví dụ đầu tiên về các dịch chuyển làm thay đổi tôpô (tên gọi chuyên môn của các quá trình xé rách không gian mà chúng tôi đã tìm ra). Vậy là câu hỏi tồn tại đã rất lâu về sự xé rách của cấu trúc không gian đã được giải quyết một cách định lượng bởi lý thuyết dây.
