Chương 9 - 7

Một số khả năng ít chắc chắn hơn

Còn có một cách khác để tìm bằng chứng khẳng định lý thuyết dây. Ví dụ, Witten đã chỉ ra khả năng một ngày nào đó các nhà thiên văn học có thể sẽ thấy bằng chứng nhận dạng trực tiếp của lý thuyết dây trong các số liệu thiên văn mà họ thu thập được. Như ta đã biết trong Chương 6, kích thước của dây thường vào cỡ chiều dài Planck, nhưng các dây có năng lượng rất cao có thể có kích thước lớn hơn nhiều. Thực tế, năng lượng ở Big Bang chắc là đủ cao để tạo ra một ít dây có kích thước vĩ mô và thông qua sự giãn nở của Vũ trụ, chúng có thể đạt tới kích thước thiên văn. Chúng ta có thể hình dung bây giờ hoặc tại một thời điểm nào đó trong tương lai, một dây loại như vậy có thể quét qua bầu trời đêm, để lại dấu ấn chắc chắn và có thể đo đạc được trong những số liệu mà các nhà thiên văn thu thập được (ví dụ như một độ lệch nhỏ trong nhiệt độ của bức xạ nền, xem Chương 14). Như Witten nói: “Mặc dù có vẻ gì đó hơi viễn tưởng, nhưng đó là một kịch bản yêu thích của tôi để khẳng định lý thuyết dây vì không có gì giải quyết vấn đề này một cách nhanh chóng và có ấn tượng mạnh như là nhìn một dây trong kính thiên văn”[1]

Gần gũi với mặt đất hơn, người ta cũng đưa ra những đặc điểm nhận dạng bằng thực nghiệm khả dĩ khác của lý thuyết dây.

Thứ nhất , trong Bảng 1.1 chúng ta thấy rằng chúng ta vẫn chưa biết chắc chắn nơtrinô chỉ là một hạt rất nhẹ hay nó thực sự không có khối lượng. Theo mô hình chuẩn, chúng không có khối lượng, nhưng không phải là do một nguyên nhân sâu sắc nào. Một thách thức đối với lý thuyết dây là cung cấp một giải thích có sức thuyết phục những dữ liệu hiện nay và trong tương lai về nơtrinô, đặc biệt nếu như cuối cùng thực nghiệm chứng tỏ được rằng nơtrinô có khối lượng cực nhỏ nhưng không phải bằng không.

Thứ hai , có một quá trình giả thuyết bị cấm bởi mô hình chuẩn nhưng lại được phép đối với lý thuyết dây. Trong số đó có sự phân hóa khả dĩ của proton (bạn đừng quá lo, sự phân rã này nếu có thì cũng diễn ra cực kỳ chậm) và còn những biến đổi và phân rã khả dĩ của một số tổ hợp khác nhau của hạt quark, những quá trình này vi phạm một số tính chất đã được xác lập từ lâu bởi lý thuyết trường lượng tử dựa trên các hạt điểm. Đây là những quá trình đặc biệt lý thú bởi vì sự vắng mặt lý thú của chúng trong lý thuyết thông thường làm cho chúng trở thành những tín hiệu nhạy cảm của vật lý mà ta không thể giải thích được, nếu như không viện đến những nguyên lý lý thuyết mới. Nếu ta quan sát được chỉ một trong số những quá trình ấy, thì đó sẽ là một mảnh đất màu mỡ để lý thuyết dây đưa ra các giải thích.

Thứ ba , đối với một số không gian Calabi-Yau được lựa chọn, có các mode dao động đặc biệt, tương ứng với các trường lực mới, có cường độ nhỏ và tầm tác dụng xa. Nếu tác dụng của các trường lực này được phát hiện thì chúng có thể phản ánh một vật lý mới của lý thuyết dây.

Thứ tư , như chúng ta sẽ thấy ở chương sau, các nhà thiên văn đã thu thập được bằng chứng nói rằng thiên hà của chúng ta và có thể toàn bộ Vũ trụ bị nhúng trong một bể vật chất tối, mà bản chất của chúng hiện còn chưa xác định được. Thông qua những mode dao động cộng hưởng của các dây, lý thuyết dây có thể đề xuất nhiều ứng viên cho vật chất tối; lời phán quyết còn phụ thuộc vào những kết quả thực nghiệm sắp tới nhằm xác lập những tính chất chi tiết của vật chất tối.

Và cuối cùng, một phương diện khả dĩ thứ năm liên hệ lý thuyết dây với những quan sát, đó là hằng số vũ trụ. Như trong Chương 3, ta thấy rằng đây là số hạng mà Einstein đã nhất thời thêm vào các phương trình của thuyết tương đối rộng để đảm bảo cho vũ trụ là tĩnh. Phát minh sau đó về sự giãn nở của Vũ trụ đã dẫn Einstein tới chỗ rút lại sửa đổi đó, nhưng trong khi đó, các nhà vật lý lại nhận thấy rằng không có một lý do đặc biệt nào để hằng số vũ trụ bằng không cả. Thực tế, nó có thể được giải thích như là một loại năng lượng của không gian và do đó giá trị của nó có thể tính được bằng lý thuyết và đo được bằng thực nghiệm. Nhưng cho tới nay những tính toán và đo đạc như vậy lại hoàn toàn không phù hợp với nhau: những quan sát cho thấy hằng số vũ trụ hoặc là bằng không (như Einstein cuối cùng đã chấp thuận) hoặc là rất nhỏ; còn những tính toán lại chỉ ra rằng những thăng giáng lượng tử trong chân không của không gian trống rỗng lại có xu hướng sinh ra một hằng số vũ trụ có trị giá lớn hơn trị giá cho phép bởi thực nghiệm tới 120 bậc độ lớn (tức là lớn hơn 10120 lần)! Đây là một thách thức và cơ hội tuyệt vời cho các nhà lý thuyết dây: liệu những tính toán trong lý thuyết dây có cải thiện được sự không phù hợp đó và giải thích được tại sao hằng số vũ trụ lại bằng không hay không? Hoặc nếu như thực nghiệm cuối cùng xác lập được rằng giá trị của nó rất nhỏ nhưng khác không thì liệu lý thuyết dây có thể giải thích được điều đó hay không? Nếu như các nhà lý thuyết dây có thể vượt qua thách thức ấy thì đó sẽ là một bằng chứng có sức thuyết phục khẳng định lý thuyết dây.

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