Brian Greene
Chương 6: Không có gì khác ngoài âm nhạc - những cơ sở của lý thuyết siêu dây(1)
Tác giả: Brian Greene
Từ rất lâu, âm nhạc đã là nguồn vô tận của những ẩn dụ cho những ai thường tự đặt ra những câu hỏi về vũ trụ. Từ “âm nhạc của những hình cầu” của trường phái Pythagore tới “những hòa âm của tự nhiên”, qua nhiều thế kỷ, đã dẫn dắt chúng ta cùng nhau tìm kiếm bài ca của tự nhiên trong những hành trình lang thang êm dịu của các thiên thể và sự nổi loạn quyết liệt của các hạt dưới nguyên tử. Với sự phát minh ra lý thuyết siêu dây, những ẩn dụ âm nhạc đã có một thực tiễn bất ngờ, vì lý thuyết này cho rằng phong cảnh vi mô tràn ngập những sợi dây đàn nhỏ xíu mà các mode rung động của chúng đã tấu lên sự tiến hóa của vũ trụ.
Trong mô hình chuẩn, các thành phần sơ cấp của vũ trụ được xem là các hạt điểm, không có cấu trúc nội tại. Mặc dù sức mạnh to lớn của mô hình này (như chúng ta đã nói ở trên, về căn bản tất cả những tiên đoán của nó về thế giới vi mô đều được thực nghiệm xác nhận tới tận thang chiều dài cỡ 1 phần tỷ tỷ mét - giới hạn của công nghệ hiện nay), nhưng nó chưa thể là một lý thuyết hoàn chỉnh hay cuối cùng, bởi vì nó bao hàm được lực hấp dẫn. Hơn thế nữa, những ý đồ gộp lực hấp dẫn vào khuôn khổ lượng tử của nó đều thất bại do những thăng giáng mạnh vào cấu trúc không gian xuất hiện ở những khoảng cách siêu vi mô, tức là những khoảng cách nhỏ hơn chiều dài Planck. Cuộc xung đột chưa được giải quyết này đã buộc chúng ta phải tìm kiếm sự hiểu biết sâu sắc hơn nữa về tự nhiên. Năm 1984, hai nhà vật lý Micheal Green, hồi đó làm việc ở trường Queen Mary College, Luân Đôn và John Schwarz thuộc Học viện Công nghệ California (thường viết tắt là Caltech - ND) đã đưa ra những mẩu bằng chứng có sức thuyết phục đầu tiên chứng tỏ lý thuyết siêu dây (hay gọi tắt là lý thuyết dây cho gọn) rất có thể sẽ cung cấp cho chúng ta sự hiểu biết đó.
Lý thuyết dây đã đề xuất thay đổi một cách mới mẻ và sâu sắc sự mô tả lý thuyết các tính chất siêu vi mô của vũ trụ, mà dần dần các nhà vật lý mới hiểu ra rằng, sự thay đổi đó đã sửa lại thuyết tương đối rộng của Einstein đúng theo cách để cho nó hoàn toàn tương thích với các định luật của cơ học lượng tử. Theo lý thuyết dây, các thành phần sơ cấp của vũ trụ không phải là hạt điểm. Mà chúng là những sợi dây rất nhỏ 1 chiều, na ná như một sợi dây cao su vô cùng mảnh dao động liên hồi. Nhưng chớ nên để cho cái tên đó lừa phỉnh bạn; không giống như sợi dây thông thường được cấu tạo bởi các nguyên tử và phân tử, các dây của lý thuyết dây được coi như là nằm sâu trong tận trái tim của vật chất. Lý thuyết này cho rằng chúng là những thành phần siêu vi mô tạo nên các hạt cấu thành của nguyên tử. Các dây của lý thuyết dây là nhỏ (xét trung bình chúng cỡ chiều dài Planck), tới mức chúng tựa như là một điểm ngay cả khi chúng được khảo sát bởi những thiết bị mạnh nhất của chúng ta.
Sự thay thế đơn giản các hạt điểm bằng các mẩu dây như là những thành phần cơ bản của vạn vật cũng đã đưa lại những hệ quả có tầm khá xa. Đầu tiên và trước hết, lý thuyết dây tỏ ra có khả năng giải quyết được sự xung đột giữa thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử. Như chúng ta sẽ thấy, bản chất có quảng tính không gian của dây là một yếu tố mới rất quan trọng để có được một khuôn khổ hài hòa và duy nhất bao hàm cả hai lý thuyết. Hai nữa, lý thuyết dây cho ta một lý thuyết thống nhất đích thực, vì toàn bộ vật chất và tất cả các lực đều được coi là nảy sinh từ một thành phần cơ bản, đó là các dây dao động. Cuối cùng, như sẽ được thảo luận trong các chương sau, ngoài những thành tựu tuyệt vời đó, lý thuyết dây lại một lần nữa làm thay đổi một cách căn bản sự hiểu biết của chúng ta sẽ về không - thời gian.
