Chương 8 - Các chiều ẩn giấu(8)

Những hệ quả vật lý của các chiều phụ

Nhiều năm nghiên cứu, kể từ ngày công bố bài báo ban đầu của Kaluza, đã chứng tỏ rằng, thậm chí mặc dù những chiều phụ mà các nhà vật lý đề xuất phải nhỏ hơn những kích thước mà chúng ta hoặc các thiết bị của chúng ta có thể trực tiếp "nhìn thấy được" nhưng chúng đã có những tác động gián tiếp quan trọng đến vật lý của thế giới mà chúng ta quan sát được. Trong lý thuyết dây, mối liên hệ này giữa những tính chất vi mô của không gian và vật lý mà ta quan sát được là đặc biệt rõ ràng.

Để hiểu điều đó, bạn cần nhớ lại rằng, khối lượng và điện tích của các hạt trong lý thuyết dây được xác định bởi các mode dao động cộng hưởng khả dĩ của dây. Hãy hình dung một sợi dây nhỏ xíu khi nó chuyển động và dao động, bạn sẽ thấy rằng, các mode cộng hưởng chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh nó. Ví dụ, bạn hãy quan sát sóng trên biển, chẳng hạn, ở ngoài khơi xa, các sóng đơn lẻ tạo thành tương đối thoải mái và có thể truyền về hướng này hoặc về hướng khác. Điều này cũng giống như các mode dao động của dây khi nó chuyển động và dao động qua các chiều lớn và có quảng tính không gian rộng. Như đã thấy trong chương 6, một dây như vậy có thể dao động trong bất kỳ một chiều có quảng tính lớn nào và bất kỳ thời điểm nào với độ tự do khác nhau. Nhưng nếu như sóng biển phải đi qua một môi trường không gian chật chội hơn, thì hình dạng chi tiết của chuyển động sóng đó chắc chắn sẽ phải chịu ảnh hưởng, chẳng hạn, bởi độ sâu của nước, vị trí và hình dạng của các khối đá mà nó gặp phải, những kênh đào mà nước đổ vào... Hoặc ta hãy hình dung các ống trong một chiếc đàn organ hay chiếc tù và của Pháp. Những âm thanh do mỗi dụng cụ phát ra đều là hệ quả trực tiếp của các mode cộng hưởng của dòng không khí dao động ở bên trong của chúng, nhưng các mode cộng hưởng này lại được xác định bởi kích thước và hình dáng cụ thể của vùng không gian bên trong các dụng cụ đó mà dòng không khí sẽ phải đi qua. Tương tự như vậy, các chiều không gian bị cuộn lại có tác động đến các mode dao động khả dĩ của dây. Vì những dây nhỏ xíu dao động trong tất cả các chiều không gian, nên cách thức mà các chiều phụ bị xoắn hoặc cuộn lại lên trên với nhau sẽ có ảnh hưởng lớn và hạn chế rất nghiêm ngặt các mode dao động cộng hưởng khả dĩ của dây. Chính những mode dao động phụ thuộc mạnh vào hình học của các chiều phụ này đã tạo nên tập hợp những tính cất của các hạt mà ta quan sát thấy trong các chiều có quảng tính lớn. Điều này có nghĩa là, hình học của các chiều phụ xác định những thuộc tính vật lý cơ bản như khối lượng, điện tích của các hạt mà ta quan sát thấy trong ba chiều không gian quen thuộc với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta.

Đây là một thời điểm rất cơ bản và quan trọng nên chúng ta cần nhấn mạnh thêm một vài lần nữa. Theo lý thuyết dây, vũ trụ được cấu tạo bởi các dây và các mode dao động cộng hưởng của chúng chính là nguồn gốc vi mô của khối lượng và các tích lực của các hạt. Lý thuyết dây cũng đòi hỏi phải có thêm các chiều phụ và các chiều này phải cuộn lại tới một kích thước cực nhỏ để phù hợp với thực tế là chúng ta chưa bao giờ phát hiện ra chúng. Nhưng các dây nhỏ lại có khả năng thăm dò tới các vùng không gian nhỏ bé. Vì một dây vừa chuyển động vừa dao động, nên dạng hình học của các chiều phụ đó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc xác định các mode dao động cộng hưởng của dây. Do chỗ, đối với chúng ta, các mode dao động dường như lại xác định khối lượng và tích cực của các hạt sơ cấp, nên chúng ta kết luận rằng, những tính chất cơ bản của vũ trụ, trong một mức độ to lớn, cũng được xác định bởi kích thước và hình dạng hình học của các chiều phụ. Đó là phát hiện có tầm xa nhất của lý thuyết dây.

Vì các chiều phụ có một ảnh hưởng sâu xa như thế đến các tính chất vật lý cơ bản, nên bây giờ chúng ta cần tìm hiểu xem những chiều phụ bị cuộn lại đó nhìn như thế nào.