Chương 6: Không có gì khác ngoài âm nhạc - những cơ sở của lý thuyết siêu dây(5)

Âm nhạc của lý thuyết dây

Thậm chí mặc dù lý thuyết dây đã từ bỏ quan niệm trước kia về các hạt sơ cấp không có cấu trúc, nhưng ngôn ngữ cũ thì vẫn còn dai dẳng, nhất là khi nó cho một mô tả chính xác của thực tiễn tới tận những thang khoảng cách nhỏ bé nhất. Do đó, theo thực tiễn chung của lĩnh vực nghiên cứu này, chúng ta cũng vẫn sẽ tiếp tục nói về các "hạt sơ cấp", nhưng cần nhớ rằng "những cái dường như là các hạt sơ cấp đó, thực sự chỉ là những mẩu dây nhỏ xíu dao động". Trong mục trước chúng ta đã giải thích rằng, khối lượng và tích lực của các hạt sơ cấp đều là kết quả của cách mà các dây tương ứng của chúng dao động. Điều này dẫn chúng ta tới nhận định sau: nếu chúng ta có thể tạo ra được một cách chính xác những mode dao động cộng hưởng cho phép các dây cơ bản, tức là các "nốt", nếu có thể nói như vậy, do chúng phát ra, thì chúng ta có thể giải thích được những tính chất quan sát được của các hạt sơ cấp. Như vậy lần đầu tiên, lý thuyết dây đã xác lập được một khuôn khổ để giải thích tất cả những tính chất của các hạt quan sát được trong tự nhiên.

Ở giai đoạn này, nhiệm vụ của chúng ta là "tóm" lấy một dây và "gảy" nó theo đủ mọi cách để xác định tất cả những mode dao động cộng hưởng khả dĩ của nó. Nếu lý thuyết dây là đúng thì ta sẽ tìm thấy rằng các mode dao động khả dĩ đó sẽ cho chính xác những tính chất quan sát được của tất cả các hạt vật chất và các hạt lực trong bảng 1.1 và 1.2. Tất nhiên, các dây là quá nhỏ nên không thể thực hiện được thí nghiệm đúng như vừa mô tả. Tuy nhiên, nhờ toán học, chúng ta vẫn có thể gảy chúng bằng lý thuyết. Vào giữa những năm 1980, nhiều người ủng hộ lý thuyết dây đã tin rằng, công cụ toán học cần thiết để làm việc đó đã đạt tới mức có thể giải thích được mọi tính chất chi tiết của vũ trụ ở cấp độ vi mô nhất của nó. Một số nhà vật lý nhiệt thành còn dám tuyên bố rằng, cuối cùng cũng đã xây dựng được lý thuyết về tất cả (T.O.E). Tuy nhiên, sau hơn mười năm nhìn lại, người ta mới nhận ra rằng sự quá lạc quan phát sinh từ niềm tin đó là hơi vội vàng. Lý thuyết dây đã có những yếu tố của T.O.E nhưng vẫn còn nhiều trở ngại ngăn trở chúng ta rút ra phổ các dao động của dây với độ chính xác cần thiết để so sánh được với thực nghiệm. Do đó, hiện nay chúng ta vẫn còn chưa biết liệu lý thuyết dây có giải thích được tất cả những nét đặc trưng cơ bản của vũ trụ chúng ta được tổng kết trong các bảng 1.1 và 1.2 hay không. Như chúng ta sẽ thảo luận trong chương 9, trong những giả thiết mà chúng ta sẽ nói rõ sau, lý thuyết dây có thể làm phát sinh một vũ trụ với những tính chất phù hợp một cách định tính với những dữ liệu về các hạt và các lực, nhưng để rút ra những tiên đoán chi tiết bằng số thì hiện còn nằm ngoài khả năng của chúng ta. Và mặc dù không giống như mô hình chuẩn với những hạt điểm, khuôn khổ của lý thuyết dây có khả năng cho một giải thích là tại sao các hạt và các lực có những tính chất như chúng vốn có, nhưng chúng ta vẫn còn chưa chiếm được nó. Nhưng có điều đáng nói là, lý thuyết dây hết sức phong phú và có tầm bao quát rộng lớn tới mức, mặc dù chúng ta còn chưa xác định được những tính chất chi tiết của nó, nhưng như sẽ thấy ở các chương sau, chúng ta đã có thể hiểu được rất nhiều hiện tượng vật lý suy ra từ lý thuyết đó.

Trong các chương sau, chúng ta cũng sẽ thảo luận về những trở ngại đó một cách chi tiết hơn, nhưng cũng sẽ hữu ích, nếu chúng ta hiểu được chúng một cách đại thể. Các dây trong thế giới xung quanh chúng ta xuất hiện với nhiều độ căng khác nhau. Chẳng hạn các dây giầy thường không căng bằng những dây đàn được căng từ đầu này tới đầu kia của cây đàn violông. Nhưng độ căng của cả hai loại dây này lại chẳng thấm gì so với những dây thép của cây đàn pianô. Một con số mà lý thuyết dây đòi hỏi để thiết đặt thang tổng thể của nó, đó là độ căng tương ứng trên các vòng dây. Thế nhưng độ căng này được xác định bởi cái gì? Thật ra, nếu như chúng ta có thể gảy được một sợi dây cơ bản, thì chúng ta hẳn đã biết được độ cứng của nó hệt như ta đã làm để đo độ căng của các dây quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày. Nhưng vì những dây cơ bản này lại quá nhỏ bé, nên cách làm đó không thể thực hiện được và phải cần tới một phương pháp gián tiếp.

Năm 1974, khi Scherk và Schwarz cho rằng có một mode dao động đặc biệt của dây là hạt graviton, họ đã tìm được ra một phương pháp gián tiếp như vậy và bằng cách đó họ đã tiên đoán được sức căng của các dây trong lý thuyết dây. Những tính toán của họ cho thấy rằng cường độ của lực được truyền bởi mode dao động graviton giả thuyết đó tỷ lệ nghịch với sức căng của dây. Và vì graviton được xem là hạt truyền lực hấp dẫn - một lực vốn rất yếu - từ đó họ suy ra rằng độ căng của dây có giá trị khổng lồ, cỡ cả ngàn tỷ tỷ tỷ tỷ (1039 ) tấn và được gọi là độ căng Planck. Các dây cơ bản do đó là cực kỳ căng so với các dây thông thường xung quanh chúng ta. Điều này dẫn tới ba hệ quả quan trọng.