Chương 8 - Các chiều ẩn giấu(7)

Một số câu hỏi

Điều này đã làm xuất hiện một số câu hỏi. Trước hết, tại sao để tránh những giá trị xác suất vô nghĩa, lý thuyết dây lại đòi hỏi số chiều không gian cụ thể là chín? Có lẽ, đây là câu hỏi hóc búa nhất trong lý thuyết dây cần phải trả lời mà không được viện đến toán học. Thực ra, trong lý thuyết dây, bằng những tính toán không mấy khó khăn, người ta tìm ngay ra đáp số đó, nhưng chưa có ai đưa ra được một cách giải thích đơn thuần trực giác cho sự xuất hiện của con số cụ thể này. Nhà vật lý Ernest Rutherford đã có lần nói rằng, về căn bản, nếu như bạn còn chưa giải thích được một kết quả bằng những lời lẽ giản dị, không mang tính kỹ thuật, thì bạn chưa thực sự hiểu được kết quả đó. Ông không muốn nói rằng điều ấy có nghĩa là kết quả đó sai, mà thực ra ông chỉ muốn nói rằng bạn chưa hiểu được đầy đủ nguồn gốc, ý nghĩa và những hệ quả của nó. Có lẽ điều này cũng đúng đối với đặc tính có những chiều phụ của lý thuyết dây. (Thực tế, nhân đây chúng tôi xin mở ngoặc nói trước về một vấn đề trung tâm của cuộc cách mạng siêu dây lần thứ hai sẽ được thảo luận ở chương 12. Những tính toán dẫn tới kết luận rằng có mười chiều không thời gian, tức chín chiều không gian và một chiều thời gian, hóa ra chỉ là những tính toán gần đúng. Vào giữa những năm 1990, Witten dựa trên những phát minh của mình và những công trình trước đó của Michael Duff thuộc Đại học A & M Texas cũng như của Chris Hull và Paul Towsend ở Đại học Cambridge, đã đưa ra bằng chứng có sức thuyết phục rằng tính toán gần đúng mà ta vừa nói tới ở trên thực sự đã bỏ sót một chiều không gian: Trước sự kinh ngạc của phần lớn các nhà lý thuyết dây, Witten đã giải thích rằng, lý thuyết dây thực sự đòi hỏi mười chiều không gian và một chiều thời gian, tức cả thảy mười một chiều. Chúng ta sẽ tạm gác kết quả cơ bản này sang một bên cho tới chương 12, vì thực tế nó ít liên quan tới những gì được trình bày từ đây cho tới đó).

Câu hỏi thứ hai là, nếu các phương trình của lý thuyết dây (hay nói chính xác hơn là các phương trình gần đúng dẫn dắt sự thảo luận của chúng ta cho tới chương 12) chứng tỏ rằng vũ trụ chúng ta có chín chiều không gian và một chiều thời gian, thì tại sao ba chiều không gian (và một chiều thời gian) lại là lớn và có quảng tính rộng trong khi tất cả các chiều khác đều rất nhỏ và bị cuộn lại ? Tại sao tất cả chúng không đều cùng có quảng tính lớn hay đều bị cuộn lại hay một khả năng trung dung nào khác? Hiện tại chưa ai có thể trả lời cho câu hỏi đó. Nếu như lý thuyết dây là đúng, thì rồi rốt cuộc chúng ta sẽ rút ra được câu trả lời, nhưng vì sự hiểu biết của chúng ta về lý thuyết dây còn chưa đủ sâu sắc để tới được mục đích đó. Nói như vậy không có nghĩa là không có những ý định dũng cảm nhằm giải thích điều đó. Ví dụ, theo quan điểm vũ trụ học, chúng ta có thể hình dung rằng, tất cả các chiều đều xuất phát từ trạng thái bị cuộn chặt và sau đó, trong Big Bang, giống như một vụ nổ, ba chiều không gian và một chiều thời gian được mở ra và giãn nở tới mức quy mô như hiện nay, trong khi đó các chiều còn lại vẫn nhỏ bé như trước. Những luận chứng còn thô sơ cũng đã được đưa ra để lý giải câu hỏi tiếp theo là tại sao lại chỉ có ba chiều không gian được mở ra và lớn dần lên, như sẽ trình bày ở chương 14, nhưng phải nói thật rằng những giải thích đó cũng mới chỉ ở giai đoạn hình thành. Trong những phần trình bày dưới đây, để phù hợp với thế giới mà chúng ta nhìn thấy, ta sẽ giả thiết rằng tất cả, trừ ba chiều không gian và chiều thời gian, đều bị cuộn lại. Mục tiêu hàng đầu của những nghiên cứu hiện nay là phải xác lập được giả thiết đó xuất hiện từ chính bản thân của lý thuyết dây.

Câu hỏi thứ ba đặt ra là, căn cứ vào đòi hỏi phải có những chiều phụ, vậy thì liệu một số trong đó có thể là các chiều thời gian phụ hay không? Nếu bạn dành một ít phút để suy nghĩ về câu hỏi này, bạn sẽ thấy dây là một khả năng thực sự bí hiểm. Tất cả chúng ta đều hiểu sâu sắc ý nghĩa của chuyện vũ trụ có nhiều chiều không gian, bởi lẽ chúng ta sống trong một thế giới thường xuyên phải đối mặt với sự nhiều chiều đó (mà cụ thể là ba). Nhưng nhiều chiều thời gian là có ý nghĩa gì? Cả nhẽ, một chiều thời gian mà hiện nay chúng ta cảm nhận nó bằng tâm lý, còn có chiều thời gian nữa lại “khác” đi hay sao?

Và lại còn có lạ lùng hơn nữa khi chúng ta nghĩ về các chiều thời gian bị cuộn lại. Ví dụ, nếu một con kiến bé xíu đi vòng quanh một chiều không gian bị cuộn tròn lại, thì cứ sau khi đi hết mỗi vòng trọn vẹn, nó sẽ lại trở về vị trí ban đầu. Điều này chẳng có gì là bí ẩn lắm, vì chúng ta đã quá quen với khả năng quay trở về cùng một nơi trong không gian, bao nhiều lần cũng được miễn là chúng ta lựa chọn như vậy. Nhưng nếu như chiều cuộn lại là chiều thời gian, thì đi vòng quanh nó tức là, sau một khoảng thời gian, lại quay trở về thời điểm trước đó. Thời gian, như chúng ta biết, là chiều mà chúng ta chỉ có thể đi theo một hướng, tuyệt đối không bao giờ quay trở lại được thời điểm mà ta đã đi qua. Tất nhiên, những chiều thời gian cuộn lại có thể có những tính chất khác với chiều thời gian rộng lớn quen thuộc mà chúng ta có thể tưởng tượng quay ngược trở về thời điểm tạo ra vũ trụ cho tới tận thời điểm hiện nay. Nhưng trái với chiều phụ không gian bị cuộn lại, những chiều thời gian mới mà chúng ta chưa từng biết tới rõ ràng đòi hỏi phải cải tổ lại một cách còn triệt để hơn nữa trực giác của chúng ta. Một số nhà lý thuyết cũng đã khám phá khả năng đưa các chiều thời gian phụ vào lý thuyết dây, nhưng hiện vẫn chưa thể đưa ra một kết luận gì. Trong thảo luận của chúng ta về lý thuyết dây, chúng ta sẽ bám theo cách tiếp cận “thông thường” hơn, trong đó tất cả những chiều bị cuộn lại đều là các chiều không gian, nhưng khả năng đầy hấp dẫn về các chiều thời gian phụ biết đâu lại có thể đóng vai trò quan trọng trong những phát triển tương lai