Chương 6: Không có gì khác ngoài âm nhạc - những cơ sở của lý thuyết siêu dây(3)

Lại nói về các nguyên tử... của người Hi Lạp

Như chúng tôi đã nhắc tới ở đầu chương này và được xem minh họa trên hình 1.1, lý thuyết dây đã khẳng định rằng nếu như các hạt điểm giả định của mô hình chuẩn được xem xét với độ chính xác vượt ra ngoài khả năng của chúng ta hiện nay, thì mỗi hạt đó sẽ được coi như tạo bởi một vòng dây dao động bé xíu.

Vì những lý do được sáng tỏ dưới đây, chiều dài điển hình của vòng dây này vào cỡ chiều dài Planck, tức là khoảng một trăm tỷ tỷ (1020 ) lần nhỏ hơn kích thước hạt nhân nguyên tử. Vì vậy, không có gì lạ là tại sao những thí nghiệm hiện nay của chúng ta không có khả năng phân giải được bản chất dây vi mô của vật chất: các dây là quá nhỏ bé, thậm chí ngay đối với cả các thang dưới nguyên tử. Để có thể quan sát được các dây, chúng ta phải cần tới một máy gia tốc bắn phá vật chất vào vật chất với năng lượng cỡ vài triệu tỷ lần lớn hơn bất cứ một máy gia tốc nào đã từng được xây dựng trước đây.

Chúng ta sẽ mô tả ngắn gọn những hệ quả lạ lùng được suy ra từ việc thay thế các hạt điểm bằng các dây, nhưng trước hết chúng ta hãy đề cập tới một câu hỏi cơ bản hơn: dây được cấu tạo từ cái gì?

Có hai câu trả lời khả dĩ cho câu hỏi này. Trước hết, các dây thực sự là cơ bản, tức chúng là các "nguyên tử", những thành phần không thể phân chia được nữa theo nghĩa đúng đắn nhất của những người Hi Lạp cổ đại. Vì là những thành phần nhỏ nhất một cách tuyệt đối của mọi vật, chúng là điểm tận cùng của một dãy nhiều lớp cấu trúc con trong thế giới vi mô, giống như con búp bê cuối cùng trong dãy những con búp bê Matrioshka của nước Nga. Trên quan điểm đó, thậm chí mặc dù các dây có quảng tính không gian, nhưng câu hỏi về thành phần của chúng là hoàn toàn vô nghĩa. Nếu như các dây lại được cấu tạo từ một cái gì đó nhỏ hơn thì chúng đâu có còn là cơ bản nữa. Thay vì, bất cứ cái gì tạo nên các dây sẽ ngay lập tức hạ bệ chúng và đường hoàng tuyên bố mình mới chính là thành phần cơ bản hơn của vũ trụ. Tương tự như ngôn ngữ của chúng ta, các đoạn được tạo bởi các câu, các câu lại được tạo bởi các từ và các từ được tạo bởi các chữ cái. Vậy cái gì tạo nên các chữ cái? Trên quan điểm ngôn ngữ học thì đó là nấc tận cùng rồi. Các chữ cái chỉ là chữ cái mà thôi, chúng chính là những viên gạch cơ bản của ngôn ngữ viết và không còn cấu trúc dưới chúng nữa. Vì vậy hỏi về cấu trúc của nó là vô nghĩa. Tương tự như vậy, các dây chỉ là dây mà thôi. Và vì không có gì cơ bản hơn, nên nó không thể được mô tả như là tạo bởi một chất gì khác.

Đó là câu trả lời thứ nhất. Câu trả lời thứ hai dựa trên một thực tế đơn giản là, hiện chúng ta còn chưa biết lý thuyết dây có là lý thuyết đúng đắn hay cuối cùng của tự nhiên hay không. Nếu lý thuyết dây thực sự là sai, thì chúng ta có thể quên chúng đi và quên luôn cả những câu hỏi của chúng ta về cấu trúc của chúng nữa. Mặc dù đây cũng là một khả năng, nhưng từ giữa những năm 1980, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra một cách thuyết phục rằng khả năng đó là cực kỳ nhỏ bé. Nhưng lịch sử đã thực sự dạy chúng ta rằng mỗi khi sự hiểu biết của chúng ta về tự nhiên sâu sắc hơn, là một lần chúng ta lại tìm ra những thành vi mô còn nhỏ hơn nữa tạo nên một cấp độ tinh vi hơn của vật chất. Và đây là một khả năng khác: nếu như lý thuyết dây chưa phải là lý thuyết cuối cùng, thì các dây còn một lớp dưới nữa trong củ hành vũ trụ, một lớp sẽ trở thành thấy được ở chiều dài Planck, mặc dù có thể đó vẫn chưa phải là lớp cuối cùng. Trong trường hợp đó, các dây có thể sẽ được tạo bởi những cấu trúc còn nhỏ hơn nữa. Các nhà lý thuyết dây cũng đã nêu ra và tiếp tục theo đuổi khả năng đó. Hiện nay, một số nghiên cứu lý thuyết đã phát hiện thấy những dấu hiệu rất hấp dẫn mách bảo rằng các dây có thể có cấu trúc dưới nữa, nhưng vẫn còn chưa có những bằng chứng quyết định. Chỉ có thời gian và những nghiên cứu sâu sắc hơn mới có thể đặt dấu chấm hết cho vấn đề này.

Ngoại trừ một số suy xét trong các chương 12 và 13, còn thì ở đây chúng ta sẽ chỉ xem xét các dây theo cách đã được đề xuất trong câu trả lời thứ nhất, tức là xem các dây là những thành phần cơ bản nhất của tự nhiên.