Chương 13 - Các lỗ đen theo quan điểm của lý thuyết dây - lý thuyết - M (7)

Thế còn trước lúc bắt đầu

Do không có những phương trình chính xác của lý thuyết, nên trong những nghiên cứu vũ trụ học của mình, Brandenberger và Vafa buộc phải dùng nhiều phép gần đúng và giả thiết. Như Vafa đã nói mới đây:

Công trình của chúng tôi đã làm nổi bật phương cách mới trong đó lý thuyết dây cho phép chúng ta đề cập tới những vấn đề gai góc nhất trong mô hình chuẩn của vũ trụ học. Ví dụ, chúng ta thấy rằng, toàn bộ khái niệm kỳ dị ban đầu đã tránh được hoàn toàn nhờ lý thuyết dây. Nhưng, do những khó khăn trong việc thực hiện những tính toán thực sự đáng tin cậy trong những tình huống cực hạn như vậy với sự hiểu biết hiện nay của chúng ta về lý thuyết dây, nên công trình của chúng tôi mới chỉ cung cấp một cái nhìn ban đầu vào vũ trụ học dây và còn rất xa mới có thể nói lời cuối cùng [1].

Từ công trình của họ, các nhà vật lý đã có những bước tiến đều đặn trên con đường tìm hiểu vũ trụ học dây, mà tiên phong là Gabriele Veneziano và cộng sự của ông là Maurizio Gasperini thuộc Đại học Torino cùng với những người khác. Thực tế, Gasperini và Veneziano đã đề xuất một phiên bản khác của vũ trụ học dây, trong đó có nhiều đặc trưng chung với kịch bản mà ta vừa mô tả ở trên, nhưng cũng có những đặc trưng khác một cách đáng kể. Giống như trong công trình của Brandenberger và Vafa, họ cũng dựa trên tính chất có chiều dài cực tiểu của lý thuyết dây để tránh nhiệt độ và năng lượng vô hạn đã từng xuất hiện trong mô hình chuẩn cũng như trong mô hình lạm phát của vũ trụ học. Nhưng thay vì kết luận điều đó có nghĩa là vũ trụ bắt đầu từ một cục rất nóng và có kích thước Planck, Gasperini và Veneziano lại cho rằng có thể có cả một tiền sử của vũ trụ - xuất phát từ rất lâu trước cái mà chúng ta gọi là thời gian zêrô - rồi mới tới cái bào thai vũ trụ có kích thước Planck.

Trong cái kịch bản được gọi là tiền Big Bang này, vũ trụ được bắt đầu trong một trạng thái khác rất nhiều so với trạng thái trong khuôn khổ Big Bang. Công trình của Gasperini và Veneziano đề xuất rằng thay vì bị cuộn chặt thành một cục không gian rất nóng và nhỏ xíu, vũ trụ xuất phát là rất lạnh và cơ bản là vô hạn về không gian. Khi đó, những phương trình của lý thuyết dây chỉ ra rằng - tựa như trong thời kỳ lạm phát của Guth - một sự không ổn định nào đó có thể làm cho mọi điểm trong vũ trụ nhanh chóng phi ra xa nhau. Gasperini và Veneziano đã chứng minh được rằng điều đó làm cho không gian càng bị cong hơn, dẫn tới nhiệt độ và mật độ năng lượng tăng lên ghê gớm. Sau một thời gian, một vùng ba chiều có kích thước cỡ milimét ở bên trong khoảng không bao la đó nhìn rất giống với một mảnh đặc và nóng trong thời kỳ lạm phát của Guth. Sau đó, nhờ sự giãn nở chuẩn trong vũ trụ học Big Bang thông thường, mảnh này có thể giải thích cho toàn bộ vũ trụ mà chúng ta quen thuộc. Hơn nữa, vì thời kỳ tiền Big Bang liên quan với sự giãn nở lạm phát riêng của nó, nên giải pháp của Guth cho bài toán chân trời cũng tự động được đưa vào trong kịch bản vũ trụ học tiền Big Bang. Như Veneziano đã nói: “Lý thuyết dây đã dâng cho chúng tôi một phiên bản về vũ trụ học lạm phát trên một chiếc khay bạc” [2].

Vũ trụ học siêu dây đã nhanh chóng trở thành một lĩnh vực nghiên cứu sôi động và màu mỡ. Ví dụ, kịch bản tiền Big Bang đã làm nảy sinh nhiều cuộc cạnh tranh gay gắt song rất bổ ích, nhưng còn lâu chúng ta mới thấy rõ vai trò của nó trong lý thuyết vũ trụ học, một lý thuyết cuối cùng sẽ xuất hiện từ lý thuyết dây. Để đạt được những tiến bộ như thế trong vũ trụ học, chắc chắn sẽ phải dựa trên khả năng thâu tóm được mọi phương diện của cuộc cách mạng siêu dây lần thứ hai của các nhà vật lý. Ví dụ như, sự tồn tại của các brane cơ bản với số chiều cao sẽ có những hệ quả gì đối với vũ trụ học? Những tính chất vũ trụ học được trình bày ở trên sẽ thay đổi như thế nào, nếu như hằng số liên kết của lý thuyết dây cuối cùng sẽ đưa chúng ta tới vùng trung tâm của hình 12.1 chứ không tiến tới một vùng bán đảo nào? Nói một cách khác, lý thuyết - M, với tất cả sức mạnh và tầm vóc của nó, sẽ có tác dụng gì đến những khoảnh khắc sớm nhất của vũ trụ? Những vấn đề trung tâm này hiện đang được nghiên cứu rất ráo riết và người ta cũng đã phát hiện được một điều quan trọng