Chương 9 - 2

Giữa hai làn đạn

Lý thuyết dây liệu có đúng đắn không? Chúng ta còn chưa biết. Nếu như bạn chia sẻ niềm tin rằng các định luật vật lý không phân ra thành các định luật chi phối những cái rất lớn và các định luật chi phối những cái rất nhỏ, và nếu như bạn cũng tin rằng chúng ta sẽ không bao giờ chịu ngồi yên chừng nào còn chưa có trong tay một lý thuyết có phạm vi áp dụng không hạn chế, thì có thể nói lý thuyết dây là sự lựa chọn duy nhất. Tuy nhiên bạn có thể cãi lại rằng, điều đó chẳng qua chỉ thể hiện sự thiếu trí tưởng tượng của các nhà vật lý mà thôi chứ hoàn toàn không phải là do tính duy nhất cơ bản của lý thuyết dây. Bạn thậm chí còn có thể đi xa hơn và nhấn mạnh rằng, giống như một người ban đêm tìm chiếc chìa khóa đánh rơi chỉ ở những chỗ có ánh sáng đèn đường, các nhà vật lý xúm xít lại xung quanh lý thuyết dây là bởi vì sự tùy hứng của lịch sử khoa học tình cờ đã rọi một tia sáng về phía nó. Cũng có thể là như vậy. Và nếu bạn là người tương đối bảo thủ hoặc thích chơi trò cãi chầy, thì bạn thậm chí còn có thể tuyên bố rằng các nhà vật lý không hơi đâu lãng phí thì giờ cho một lý thuyết dựa trên một đặc tính mới của tự nhiên, mà đặc tính đó lại vô cùng nhỏ bé tới mức không thể khám phá bằng thực nghiệm được.

Nếu như bạn phát biểu những lời phàn nàn đó vào những năm 1980, thời điểm mà lý thuyết dây mới có những thành công bước đầu, thì chắc là có nhiều nhà vật lý đáng tôn kính nhất của thời đại chúng ta sẽ đồng ý với bạn. Chẳng hạn, vào giữa những năm tám mươi, nhà vật lý học được giải Nobel Sheldon Glashow thuộc đại học Harvard và Paul Ginsparg khi đó cũng ở Harvard, đã công khai bài bác về khả năng không thể kiểm chứng bằng thực nghiệm của lý thuyết dây.

"Thay vì tìm kiếm sự đương đầu truyền thống giữa lý thuyết và thực nghiệm, các nhà vật lý dây lại theo đuổi sự hài hòa nội tại, trong đó sự thanh nhã, tính duy nhất và vẻ đẹp lại quyết định chân lý. Sự tồn tại của lý thuyết dây lại phụ thuộc vào những trùng hợp ma quái, vào những sự triệt tiêu lạ kỳ và vào những mối quan hệ của các lĩnh vực toán học chẳng liên quan gì (và cũng có thể còn chưa được phát minh ra). Liệu những tính chất đó có đáng là những lý do để ta chấp nhận thực tại của các siêu dây hay không? Toán học và mỹ học có thực sự thay thế và vượt lên trên thực nghiệm được không?" [1]

Ở đâu đó nữa, Glashow còn nói:

"Lý thuyết siêu dây đầy tham vọng tới mức nó chỉ có thể là hoàn toàn đúng hoặc hoàn toàn sai. Vấn đề duy nhất được đặt ra là toán học của nó quá mới và khó đến nỗi, chúng ta không thể biết phải mất bao nhiêu thập kỷ nữa mới có thể chiếm lĩnh được " [2]

Thậm chí ông còn đặt câu hỏi liệu các nhà lý thuyết dây có đáng để các khoa vật lý "trả tiền và được phép làm hư hỏng các sinh viên dễ xiêu lòng", trong khi lý thuyết dây là một khoa học gây tác hại chẳng kém gì thần học thời trung cổ [3] .

Richard Feyman ngay trước khi qua đời cũng nói rõ rằng ông không tin lý thuyết dây là lý thuyết duy nhất có thể giải quyết được những vấn đề, đặc biệt là những giá trị vô hạn đầy tai hại, đã từng cản trở sự hòa nhập hài hòa giữa hấp dẫn và lý thuyết lượng tử.

"Quan điểm của tôi, nhưng xin nói rằng tôi cũng có thể nhầm, là không chỉ có một cách để lột da con mèo. Tôi cũng không nghĩ rằng chỉ một cách để thoát khỏi các giá trị vô hạn. Việc một lý thuyết thoát khỏi được các giá trị vô hạn đối với tôi chưa phải là lý do đủ để tin vào sự duy nhất của nó " [4] .

Howard George, một đồng nghiệp xuất sắc của Glashow ở Đại học Harvard, cũng là người phê phán gay gắt lý thuyết dây vào cuối những năm 1980.

"Nếu như chúng ta để cho mình bị dụ dỗ bởi lời kêu gọi đầy quyến rũ về một sự thống nhất "tối hậu" ở những khoảng cách bé tới mức những người bạn thực nghiệm không thể giúp gì chúng ta được, thì chúng ta sẽ rất khó khăn, bởi vì chúng ta sẽ mất đi một thủ tục cực kỳ quan trọng có tác dụng tước bỏ đi những ý tưởng không thỏa đáng, một thủ tục phân biệt vật lý với nhiều hoạt động khác kém lý thú hơn của con người " [5] .

Cũng như đối với nhiều vấn đề có tầm quan trọng lớn lao, cứ một người bài bác lại có một người ủng hộ nhiệt thành. Witten đã có lần nói rằng, khi ông học được cách làm cho lý thuyết dây bao hàm được cả lực hấp dẫn và cơ học lượng tử, thì đó là "sự rung động trí tuệ lớn nhất trong cuộc đời ông" [6] . Cumrun Vafa, một nhà lý thuyết dây hàng đầu thuộc Đại học Harvard, đã nói rằng, "lý thuyết dây đã thực sự hé mở những hiểu biết sâu sắc nhất về vũ trụ mà chúng ta đã từng biết" [7] . Và nhà vật lý được giải thưởng Nobel Murray Gell-Mann cũng đã nói, lý thuyết dây là một "điều tuyệt vời" và ông hy vọng rằng một phiên bản của lý thuyết dây một ngày nào đó sẽ trở thành lý thuyết về toàn bộ thế giới chúng ta [8] .

Như các bạn thấy, cuộc tranh luận được đổ thêm dầu, một phần bởi vật lý và một phần bởi các triết lý khác nhau quan tâm tới chuyện vật lý cần phải được làm như thế nào. "Những người theo truyền thống" thì muốn nghiên cứu lý thuyết phải gắn liền với quan sát thực nghiệm, theo khuôn mẫu khá thành công của mấy thế kỷ trở lại đây. Nhưng những người khác lại nghĩ rằng chúng ta đã có đủ điều kiện để giải quyết những vấn đề nằm ngoài khả năng kiểm chứng trực tiếp của công nghệ hiện nay.

Mặc dù những triết lý này rất khác nhau, nhưng trong mươi năm trở lại đây rất nhiều những phê phán lý thuyết dây đã lắng xuống. Theo Glashow thì sở dĩ như vậy là do hai điều. Thứ nhất, như ông nói vào giữa những năm 1990:

"Trước đây, các nhà lý thuyết dây đã tuyên bố quá hăng hái và bốc đồng rằng họ sắp trả lời được mọi câu hỏi đặt ra trong vật lý, nhưng bây giờ họ thận trọng hơn nên những lời phê phán của tôi vào những năm 1980 không còn thích hợp nữa " [9] .

Thứ hai ông cũng đã chỉ ra:

"Chúng tôi, những người không phải là nhà lý thuyết dây, trong mươi năm trở lại đây chưa mảy may làm được một sự tiến bộ nào. Vì vậy, lập luận cho rằng lý thuyết dây là sự lựa chọn duy nhất là một lập luận rất vững chắc. Có những vấn đề sẽ không giải quyết được trong khuôn khổ của lý thuyết trường lượng tử thông thường. Đó là điều đã quá rõ ràng. Tất nhiên, chúng có thể trả lời bằng một cái gì đó khác, nhưng cái duy nhất khác mà tôi biết, đó là lý thuyết dây ." .

Georgi cũng nhắc trở lại những năm 1980 và với tinh thần cũng gần như Glashow:

"Ở những thời điểm khác nhau trong lịch sử ban đầu của mình, lý thuyết dây đã quá bốc đồng. Nhưng trong những năm tiếp sau, tôi mới phát hiện ra rằng, một số ý tưởng của lý thuyết dây đã dẫn tới những suy nghĩ rất thú vị về vật lý, có lợi rất nhiều cho công việc của riêng tôi. Hiện nay, tôi rất vui mừng thấy nhiều người tận tụy với lý thuyết dây vì giờ đây tôi thấy rằng nó sẽ dẫn đến một cái gì đó rất hữu ích " [10] .

Nhà lý thuyết David Gross, một trong những người dẫn đầu của cả vật lý truyền thống lẫn lý thuyết dây đã tổng kết lại tình hình một cách rất văn vẻ như sau:

"Thông thường trước đây, khi chúng ta leo lên những đỉnh núi của tự nhiên thì các nhà thực nghiệm là những người đi đầu. Các nhà lý thuyết lười nhác chúng ta thường lệt bệt chạy theo sau. Và thi thoảng họ lại ném xuống đầu chúng ta một hòn đá thực nghiệm. Cuối cùng, chúng ta cũng nảy ra một ý tưởng nào đó và đi theo con đường mà họ, những nhà thực nghiệm, đã khai phá. Sau đó chúng ta tập hợp lại giải thích cho họ biết ý tưởng đó là gì và họ làm thế nào nắm được điều đó. Đó là con đường leo núi đã xưa cũ và khá bằng phẳng (ít nhất cũng là đối với các nhà lý thuyết). Tất cả chúng ta đều mong muốn trở lại con đường đó. Nhưng giờ đây, các nhà lý thuyết đã có thể nắm lấy vai trò dẫn đường. Đó là một công việc đơn độc hơn rất nhiều " [11] .

Các nhà lý thuyết dây không hề mong muốn là người mở đường đơn độc trong cuộc leo lên đỉnh núi tự nhiên này. Họ rất muốn được chia sẻ gánh nặng và niềm phấn khích đó với các đồng nghiệp thực nghiệm. Nếu như những thừng chão và móc sắt lý thuyết cần thiết cho nỗ lực cuối cùng đạt tới đỉnh núi tự nhiên ít nhất cũng đã được chế tạo ra một phần, trong khi bộ dụng cụ đó của thực nghiệm còn chưa tồn tại, thì đó chỉ là do sự không bắt nhịp kịp của công nghệ trong tình hình hiện nay, một sự mất đồng bộ của lịch sử mà thôi. Nhưng điều đó không có nghĩa là về cơ bản lý thuyết dây tách ra khỏi thực nghiệm. Mà trái lại, các nhà lý thuyết dây nuôi hy vọng rất lớn là từ đỉnh núi - năng - lượng - cực - cao đó sẽ "ném xuống một hòn đá lý thuyết" cho các nhà thực nghiệm đang làm việc trong các trạm ở phía dưới. Hiện vẫn chưa có hòn đá nào được thả xuống cả, nhưng như chúng ta sẽ thấy dưới đây, một ít các viên sỏi đầy hứa hẹn và khêu gợi thì đã có rồi.

[1] Shedon Glashow và Paul Ginsparg, "Sự tìm kiếm tuyệt vọng các siêu dây?". Physics Today, 5-1986, trang 7.

[2] Sheldon Glashow, trong The superwold I (New york: Plenum, 1990) trang 250

[3] Sheldon Glashow, trong The Interactions (New york: Warner Books, 1988) trang 250

[4] Richard Feyman, trong Superstrings: A Theory of Everything? (Cambridge Eng.: Cambridge University, Press, 1988).

[5] Howard George, trong Thư New Physics (Cambridge: Cambridge University Press, 1989) trang 446.

[6] Phỏng vấn Edward Witten, ngày 4 tháng 3 năm 1998.

[7] Phỏng vấn Cumrun Vafa, ngày 12 tháng 1 năm 1998.

[8] Murray Gell-Mann, được trích trong The Second Creation của Robert P. Crease và Charles C. Mann (New Brunwick, N. J: Rutgers University Press, 1996) trang 414.

[9] Phỏng vấn Shedon Glashow, ngày 28 tháng 12 năm 1997.

[10] Phỏng vấn Howard Georgi, ngày 28 tháng 12 năm 1997. Trong cuộc phỏng vấn này, Georgi tiết lộ rằng việc không phát hiện được bằng thực nghiệm sự phân rã của proton được tiên đoán bởi lý thuyết thống nhất lớn đầu tiên do Glashow và ông đề xướng (xem chương 7) đã đóng một vai trò quan trọng trong việc ông không chấp nhận lý thuyết siêu dây. Ông cũng nhận xét một cách chua chát rằng lý thuyết thống nhất lớn của ông đã viện tới những năng lượng rất cao, chưa từng được xem xét bởi bất cứ một lý thuyết nào trước đó và khi tiên đoán đó tỏ ra không đúng thì thái độ của ông đối với việc nghiên cứu vật lý ở những năng lượng cực cao đã thay đổi hẳn. Khi tôi hỏi ông liệu sự khẳng định bằng thực nghiệm lý thuyết thống nhất lớn của ông có thể sẽ lại truyền nhiệt huyết cho ông để đi tới tận thang Planck hay không, thì ông trả lời: "Có, rất có thể là có".

[11] David Gross. "Superstings and Unification" trong Tuyển tập các báo cáo tại Hội nghị quốc tế về vật lý năng lượng cao lần thứ XXIV (Berlin: Springer-Verlag, 1988) trang 329.