Âm nhạc - Giai điệu dây bản giao hưởng vũ trụ

Nội dung text: Âm nhạc - Giai điệu dây bản giao hưởng vũ trụ

1. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 1 MUÅC LUÅC CHÛÚNG 5 MÊU THUÊÎN GIÛÄA THUYÏËT TÛÚNG ÀÖËI RÖÅNG VAÂ CÚ HOÅC LÛÚÅNG TÛÃ: TIÏËN TÚÁI MÖÅT LYÁ THUYÏËT MÚÁI (TIÏËP) 2 CHÛÚNG 6: KHÖNG COÁ GÒ KHAÁC NGOAÂI ÊM NHAÅC: NHÛÄNG CÚ SÚÃ CUÃA LYÁ THUYÏËT SIÏU DÊY 12 CHÛÚNG 7: CAÁI "SIÏU" TRONG SIÏU DÊY 44 CHÛÚNG 8 - CAÁC CHIÏÌU ÊÍN GIÊËU 64 CHÛÚNG 9 BÙÇNG CHÛÁNG ÀÑCH THÛÅC: NHÛÄNG ÀÙÅC TRÛNG KHÙÈNG ÀÕNH BÙÇNG THÛÅC NGHIÏÅM 87
2. Brian Greene 2 CHÛÚNG 5 MÊU THUÊÎN GIÛÄA THUYÏËT TÛÚNG ÀÖËI RÖÅNG VAÂ CÚ HOÅC LÛÚÅNG TÛÃ: TIÏËN TÚÁI MÖÅT LYÁ THUYÏËT MÚÁI (Tiïëp) Nhûäng haåt truyïìn tûúng taác Theo mö hònh chuêín, caác trûúâng lûåc maånh vaâ yïëu cuäng àûúåc taåo thaânh tûâ nhûäng goái nhoã nhêët, giöëng nhû trûúâng àiïån tûâ àûúåc taåo búãi caác photon. Nhû àaä àûúåc thaão luêån sú qua trong Chûúng 1, nhûäng goái nhoã nhêët cuãa lûåc maånh àûúåc biïët laâ caác gluon vaâ cuãa lûåc yïëu laâ caác boson yïëu (noái möåt caách chñnh xaác hún àoá laâ caác boson W vaâ Z). Mö hònh chuêín khùèng àõnh rùçng nhûäng haåt lûåc àoá khöng coá cêëu truác nöåi taåi vaâ do àoá chuáng cuäng laâ nhûäng haåt sú cêëp nhû caác haåt thuöåc ba hoå haåt cuaã vêåt chêët. Photon, gluon vaâ caác boson yïëu taåo ra möåt cú chïë vi mö cuãa sûå truyïìn caác haåt. Vñ duå, khi möåt haåt tñch àiïån àêíy möåt haåt khaác tñch àiïån cuâng dêëu, thò àiïìu naây coá thïí giaãi thñch möåt caách khaá thö thiïín nhû sau: möîi haåt àïìu sinh ra xung quanh noá möåt àiïån trûúâng — tûåa nhû “möåt àaám mêy” hay möåt “àaám sûúng muâ” cuãa möåt “chêët - àiïån” vaâ lûåc àêíy maâ caác àiïån tñch caãm nhêån àûúåc àoá laâ sûå àêíy cuãa hai trûúâng tûúng ûáng cuãa chuáng. Tuy nhiïn, sûå mö taã vi mö chñnh xaác hún vïì sûå àêíy nhau cuãa caác photon vaâ sûå tûúng taác giûäa hai haåt tñch àiïån laâ do sûå “bùæn” qua laåi caác photon giûäa hai haåt tñch àiïån àoá. Tûúng tûå nhû hai ngûúâi trûúåt bùng neám qua neám laåi cho nhau nhûäng quaã bowling qua möåt búâ raâo vaâ àiïìu àoá laâm aãnh hûúãng túái chuyïín àöång cuãa caã hai ngûúâi, hai haåt tñch àiïån taác àöång lïn nhau bùçng caách trao àöíi caác photon. Coá möåt khiïëm khuyïët cùn baãn trong sûå tûúng tûå cuãa hai ngûúâi trûúåt bùng, àoá laâ sûå trao àöíi nhûäng quaã bowling luön coá taác duång “àêíy”, noá luön laâm cho hai ngûúâi laång ra xa nhau. Traái laåi, hai haåt tñch àiïån traái dêëu cuäng tûúng taác thöng qua trao àöíi caác photon, tuy nhiïn lûåc àiïån tûâ giûäa chuáng laåi laâ lûcå huát. Àiïìu naây
3. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 3 cho ta caãm giaác nhû photon thûåc chêët khöng phaãi laâ haåt truyïìn lûåc maâ laâ haåt truyïìn thöng àiïåp cho haåt nhêån biïët phaãi àaáp ûáng nhû thïë naâo àöëi vúái lûåc hiïån coá. Àöëi vúái caác haåt tñch àiïån cuâng dêëu, photon mang túái thöng àiïåp baão chuáng “ài ra xa nhau”, trong khi àoá àöëi vúái caác haåt tñch àiïån traái dêëu, noá mang túái thöng àiïåp “xñch laåi gêìn nhau”. Vò lyá do àoá àöi khi photon coân àûúåc goåi laâ haåt truyïìn tin hay haåt trung gian möi giúái àöëi vúái lûåc àiïån tûâ. Tûúng tûå, caác gluon vaâ caác boson yïëu laâ caác haåt truyïìn tin àöëi vúái caác lûåc haåt nhên maånh vaâ yïëu. Lûåc maånh tûác lûåc giûä caác haåt quark úã bïn trong caác photon vaâ nútron, àûúåc thûåc hiïån bùçng caách trao àöíi caác gluon. Nhû vêåy coá thïí noái, caác gluon àaä cung cêëp möåt “chêët keo” (tiïëng Anh laâ “glue”) giûä cho caác haåt dûúái nguyïn tûã dñnh kïët vúái nhau. Coân lûåc yïëu, chñnh laâ lûåc àaä gêy ra möåt söë phên raä phoáng xaå, laåi àûúåc thûåc hiïån thöng qua haåt trung gian laâ caác boson yïëu. Àöëi xûáng chuêín Chùæc coá leä baån àaä thêëy möåt nhên vêåt coân chûa àûúåc àïì cêåp túái trong thaão luêån cuãa chuáng ta vïì lyá thuyïët lûúång tûã cuãa caác lûåc trong tûå nhiïn, àoá laâ lûåc hêëp dêîn. Cùn cûá vaâo caách tiïëp cêån thaânh cöng maâ caác nhaâ vêåt lyá àaä sûã duång cho ba lûåc khaác, baån chùæc cho rùçng caác nhaâ vêåt lyá seä tòm kiïëm möåt lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã cho lûåc hêëp dêîn, möåt lyá thuyïët trong àoá boá nhoã nhêët cuãa trûúâng lûåc hêëp dêîn, tûác graviton, seä laâ haåt truyïìn tin cuãa noá. Thoaåt nhòn, nhû baån bêy giúâ seä thêëy, gúåi yá àoá cuãa baån dûúâng nhû hoaân toaân thñch húåp, búãi leä lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã cuãa ba lûåc phi hêëp dêîn heá múã cho thêëy rùçng coá möåt sûå tûúng tûå hoaân toaân giûäa chuáng vaâ möåt khña caånh cuãa lûåc hêëp dêîn maâ chuáng ta àaä gùåp trong Chûúng 3. Xin nhùæc laåi rùçng lûåc hêëp dêîn àaä cho pheáp chuáng ta tuyïn böë rùçng moåi ngûúâi quan saát, bêët kïí hoå chuyïín àöång nhû thïë naâo, àïìu hoaân toaân bònh àùèng vúái nhau. Ngay caã nhûäng ngûúâi maâ chuáng ta thûúngâ nghô hoå chuyïín àöång coá gia töëc cuäng coá quyïìn noái rùçng hoå àûáng yïn, vò hoå coá thïí gaán lûåc maâ hoå caãm thêëy cho möåt trûúâng hêëp dêîn maâ hoå àûúåc àùåt vaâo. Theo nghôa àoá, lûåc hêëp dêîn àaä hêåu thuêîn cho möåt àöëi xûáng: noá àaãm baão rùçng moåi quan àiïím, moåi hïå quy chiïëu àïìu thûåc sûå tûúng àûúng vúái nhau. Sûå tûúng tûå cuãa hêëp dêîn vúái caác lûåc maånh, yïëu vaâ àiïån tûâ laâ úã chöî, têët caã ba àïìu hêåu thuêîn cho nhûäng löëi àöëi xûáng, chó coá àiïìu nhûäng àöëi xûáng naây trûâu tûúång hún nhiïìu.
4. Brian Greene 4 Àïí coá möåt yá niïåm sú böå vïì nhûäng nguyïn lyá àöëi xûáng tinh tïë hún àoá, ta haäy xeát möåt vñ duå quan troång. Nhû àaä biïët úã Chûúng 1, möîi quark àïìu coá ba “maâu” (thûúâng goåi laâ àoã, luåc vaâ lam, mùåc duâ àêy àún giaãn chó laâ caác nhaän chûá khöng coá quan hïå gò vúái caác maâu trong thõ giaác chuáng ta). Caác maâu naây quyïët àõnh quark phaãi phaãn ûáng nhû thïë naâo àöëi vúái lûåc maånh, cuäng hïåt nhû àiïån tñch cuãa quark quyïët àõnh noá phaãi phaãn ûáng nhû thïë naâo àöëi vúái lûåc àiïån tûâ. Têët caã nhûäng dûä liïåu thu thêåp àûúåc cho thêëy rùçng co á möåt àöëi xûáng giûäa caác quark theo nghôa tûúng taác giûäa hai quark cuâng maâu (àoã vúái àoã, luåc vúái luåc vaâ lam vúái lam) laâ hoaân toaân nhû nhau vaâ tûúng tûå, tûúng taác giûäa caác quark khaác maâu (àoã vúái luåc, luåc vúái lam vaâ lam vúái àoã) cuäng hoaân toaân nhû nhau. Thûåc tïë, caác dûä liïåu coân cho thêëy àiïìu gò àoá coân àaáng ngaåc nhiïn hún. Nïëu ba maâu — ba tñch khaác nhau cuãa tûúng taác maånh — maâ quark mang têët caã àïìu àûúåc dõch chuyïín theo möåt caách àùåc biïåt naâo àoá (noái möåt caách nöm na bùçng ngön ngûä maâu sùæc tûúãng tûúång cuãa chuáng ta, nïëu ào,ã luåc vaâ lam àïìu bõ dõch chuyïín thaânh vaâng, chaâm vaâ tñm, chùèng haån) vaâ thêåm chñ nhûäng chi tiïët cuãa sûå dõch chuyïín àoá thay àöíi tûâ thúâi àiïím naây sang thúâi àiïím khaác, tûâ núi naây sang núi khaác, thò tûúng taác giûäa caác quark vêîn hoaân toaân khöng thay àöíi. Vò lyá do àoá, chuáng ta noái rùçng Vuä truå coá àöëi xûáng tûúng taác maånh: nghôa laâ tûúng taác maånh khöng thay àöíi bêët kïí caác tñch maâu cuãa noá dõch chuyïín nhû thïë naâo, cuäng hïåt nhû chuáng ta noái hònh cêìu coá àöëi xûáng cêìu vò noá nhòn nhû nhau bêët kïí ta quay noá ra sao vaâ nhòn noá dûúái goác àöå naâo. Vò ly á do lõch sûã, caác nhaâ vêåt lyá coân goåi àöëi xûáng naây cuãa tûúng taác maånh laâ àöëi xûáng chuêín (gauge). Vaâ àêy múái laâ àiïìu cùn baãn. Cuäng nhû sûå àöëi xûáng cuãa moåi àiïím quan saát khaác nhau trong thuyïët tûúng àöëi röång àoâi hoãi phaãi coá lûåc hêëp dêîn, nhûäng cöng trònh cuãa Hermann Weyl vaâo nhûäng nùm 20 vaâ cuãa Dûúng Chêën Ninh vaâ Robert Mills nhûäng nùm 50 àaä chûáng toã rùçng caác àöëi xûáng chuêín cuäng àoâi hoãi sûå töìn taåi cuãa caác lûåc khaác nûäa. Tûåa nhû möåt hïå thöëng kiïím soaát möi trûúâng rêët nhaåy giûä cho nhiïåt àöå, aáp suêët khöng khñ vaâ àöå êím luön luön khöng thay àöíi bùçng caách buâ trûâ chñnh xaác nhûäng aãnh hûúãng tûâ bïn ngoaâi, möåt söë loaåi trûúâng lûåc, theo Dûúng vaâ Mills, cuäng seä taåo sûå buâ trûâ chñnh xaác cho nhûäng dõch chuyïín trong caác tñch cuãa tûúng taác, bùçng caách àoá giûä cho nhûäng tûúng taác vêåt lyá giûäa caác haåt hoaân toaân khöng thay àöíi. Àöëi vúái trûúâng húåp àöëi xûáng chuêín gùæn liïìn vúái sûå dõch chuyïín trong caác tñch maâu cuãa quark, lûåc àoâi hoãi khöng gò khaác chñnh laâ lûåc maånh. Àiïìu naây coá nghôa laâ, nïëu
5. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 5 khöng coá lûåc maånh, seä khöng coá àöëi xûáng chuêín vaâ vêåt lyá cuäng seä khaác sau khi dõch chuyïín caác maâu. Lûåc hêëp dêîn vaâ lûåc haåt nhên maånh coá nhûäng tñnh chêët hoaân toaân khaác nhau (chùèng haån, lûåc hêëp dêîn yïëu hún lûåc maånh rêët nhiïìu vaâ taác duång trïn khoaãng caách rêët xa). Tuy nhiïn, chuáng coá möåt di saãn chung búãi vò caã hai àïìu cêìn phaãi thûåc hiïån möåt söë àöëi xûáng cuãa Vuä truå. Tûúng tûå nhû vêåy, lûåc haåt nhên yïëu vaâ lûåc àiïån tûâ cungä gùæn liïìn vúái nhûäng àöëi xûáng chuêín àiïån tûâ. Nhû vêåy, caã böën tûúng taác àïìu liïn hïå trûåc tiïëp vúái caác nguyïn lyá àöëi xûáng. Àùåc àiïím chung naây cuãa böën lûåc dûúâng nhû laâ möåt àiïìm töët cho sûå àïì xuêët àûúåc nïu ra úã àêìu chûúng naây. Cuå thïí laâ trong tûúng àöëi röång, chuáng ta cêìn phaãi tòm kiïëm möåt lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã cuãa lûåc hêëp dêîn, nhû caác nhaâ vêåt lyá àaä phaát minh ra caác lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã cuãa ba lûåc khaác. Trong nhiïìu nùm, lêåp luêån naây àaä cöí vuä nhiïìu nhaâ vêåt lyá xuêët sùæc ài theo con àûúâng àoá, nhûng thûåc tïë cho thêëy coá quaá nhiïìu chöng gai vaâ khöng coá ai thaânh cöng ài àûúåc àïën cuâng. Dûúái àêy chuáng ta seä hiïíu taåi sao laåi nhû vêåy. Thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã Lônh vûåc aáp duång thöng thûúâng cuãa thuyïët tûúng àöëi röång laâ úã nhûäng thang khoaãng caách thiïn vùn. ÚÃ nhûäng khoaãng caách lúán nhû thïë, theo lyá thuyïët cuãa Einstein, khi khöng coá khöëi lûúång thò khöng gian laâ phùèng, nhû àûúåc minh hoåa trïn Hònh 3.3. Trong cöng cuöåc tòm kiïëm àïí húåp nhêët thuyïët tûúng àöëi vúái cú hoåc lûúång tûã, giúâ àêy chuáng ta cêìn têåp trung gùæt gao vaâ xem xeát kyä lûúäng nhûäng tñnh chêët vi mö cuãa khöng gian. Chuáng ta minh hoåa àiïìu àoá trïn Hònh 5.1 bùçng caách thu laåi gêìn vaâ phoáng àaåi liïn tiïëp nhûäng vuâng ngaây caâng nhoã cuãa cêëu truác khöng gian. Thoaåt àêìu, khi thu laåi gêìn, chûa thêëy coá gò xaãy ra; nhû chuáng ta thêëy trong ba mûác phoáng àaåi àêìu tiïn trïn Hònh 5.1, cêëu truác khöng gian vêîn coân coá daång vïì cú baãn laâ nhû nhau. Nïëu lyá luêån theo quan àiïím thuêìn tuáy cöí àiïín, thò chuáng ta hùèn seä nghô rùçng hònh aãnh phùèng vaâ yïn tônh vêîn coân giûä maäi nhû thïë cho túái têån nhûäng thang chiïìu daâi nhoã nhêët. Nhûng cú hoåc lûúång tûã àaä laâm thay àöíi kïët luêån àoá möåt caách cú baãn. Moåi thûá, kïí caã trûúâng hêëp dêîn, àïìu phaãi chõu nhûäng thùng giaáng lûúång tûã cöë hûäu do nguyïn lyá bêët àõnh. Mùåc duâ nhûäng lyá luêån cöí àiïín suy ra rùçng khöng gian tröëng röîng coá trûúâng hêëp dêîn bùçng khöng, nhûng cú hoåc lûúång tûã laåi chûáng toã rùçng vïì trung
6. Brian Greene 6 bònh thò àuáng laâ noá bùçng khöng, nhûng giaá trõ thûåc cuãa noá dao àöång lïn xuöëng do caác thùng giaáng lûúång tûã. Hún thïë nûäa, nguyïn lyá bêët àõnh cho chuáng ta biïët rùçng kñch cúä nhûäng thùng giaáng naây cuãa trûúâng hêëp dêîn seä caâng lúán khi chuáng ta têåp trung chuá yá túái vuâng khöng gian caâng nhoã. Cú hoåc lûúång tûã coân chûáng toã rùçng khöng coá gò thñch bõ döìn vaâo möåt goác caã: sûå têåp trung khöng gian caâng heåp seä dêîn túái nhûäng thùng giaáng caâng lúán. Hònh 5.1 Bùçng caách phoáng àaåi liïn tiïëp möåt vuâng nhoã cuãa khöng gian, ta coá thïí thùm doâ àûúåc nhûäng tñnh chêët siïu vi mö cuãa noá. Nhûäng yá àõnh húåp nhêët thuyïët tûúng àöëi röång vúái cú hoåc lûúång tûã àïìu vêëp phaãi nhûäng boåt lûúång tûã söi suåc xuêët hiïån úã têìng phoáng àaåi cao nhêët. Vò trûúâng hêëp dêîn àûúåc phaãn aánh búãi àöå cong cuãa khöng-thúâi gian, nïn chñnh nhûäng thùng giaáng lûúång tûã naây àûúåc thïí hiïån búãi nhûäng biïën daång caâng maånh cuãa khöng gian bao quanh. Chuáng ta àaä lúâ múâ nhêån thêëy nhûäng biïën daång nhû vêåy àaä xuêët hiïån úã mûác phoáng àaåi thûá tû trïn Hònh 5.1. Bùçng caách thùm doâ túái nhûäng thang khoaãng caách coân nhoã hún nûäa, nhû àaä laâm úã mûác phoáng àaåi thûá nùm trïn Hònh 5.1, chuáng ta thêëy rùçng nhûäng thùng giaáng lûúång tûã ngêîu nhiïn cuãa trûúâng hêëp dêîn tûúng ûáng vúái nhûäng uöën cong ghï gúmá àïën nöîi khöng gian khöng coân giöëng möåt chuát naâo vúái möåt àöëi tûúång hònh hoåc vúái àöå cong mïìm maåi nhû laâ maâng cao su maâ ta àaä xeát úã Chûúng 3 nûäa. Maâ bêy giúâ noá coá daång suãi boåt, röëi ren vaâ vùån xoùæn kyâ dõ nhû àûúåc minh hoåa úã têìng trïn cuâng cuãa Hònh 5.1. John Wheeler àaä àùåt ra thuêåt ngûä boåt lûúång tûã àïí mö taã sûå naáo nhiïåt àûúåc phaát löå búãi sûå thùm doâ úã mûác siïu vi mö àoá cuãa khöng gian (vaâ caã thúâi gian nûäa), trong àoá nhûäng khaái niïåm thöng thûúâng nhû traái phaãi, trûúác sau, trïn dûúái (vaâ thêåm chñ caã quaá khûá vaâ tûúng lai nûäa) àïìu mêët hïtë yá nghôa. Chñnh úã nhûäng thang khoaãng caách cûåc ngùæn nhû vêåy àaä xaãy ra sûå khöng tûúng thñch giûäa thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã. Khaái niïåm hònh hoåc trún tru - nguyïn lyá trung têm cuãa thuyïët tûúng àöëi röång - àaä bõ nhûäng thùng giaáng dûä döåi cuãa thïë giúái lûúång tûã úã nhûäng thang khoaãng caách cûåc ngùæn phaá huãy. Nhû vêåy, úã nhûäng thang khoaãng caách cûåc ngùæn, àùåc tñnh trung têm cuãa cú hoåc lûúång tûã, tûác laâ nguyïn lyá bêët àõnh, àaä trûåc tiïëp xung àöåt vúái àùåc tñnh trung têm cuãa thuyïët tûúng àöëi röång, àoá laâ mö hònh hònh hocå trún tru cuãa khöng gian (vaâ cuãa caã thúâi gian nûäa).
7. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 7 Thûåc tïë, sûå xung àöåt naây àûúåc thïí hiïån möåt caách hïët sûác cuå thïí. Nhûäng tñnh toaán nhùçm húåp nhêët caác phûúng trònh cuãa thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cuãa cú hoåc lûúång tûã thûúâng cho möåt àaáp söë nhû nhau vaâ hoaân toaân vö nghôa: àoá laâ giaá trõ vö haån. Giöëng nhû cuá quêët roi vaâo tay hoåc troâ cuãa caác thêìy àöì thúâi xûa, möåt àaáp söë vö haån laâ caách thûác cuãa tûå nhiïn àïí noái vúái chuáng ta rùçng coá möåt àiïìu gò àoá àaä sai lêìm [1]. Nhûäng phûúng trònh cuãa thuyïët tûúng àöëi röång khöng thïí chõu nöíi sûå söi cuãa caác boåt lûúång tûã. Tuy nhiïn, cêìn thêyë rùçng khi chuáng ta quay trúã laåi vúái nhûäng thang khoaãng caách thöng thûúâng (tûác laâ ài theo daäy caác têìng tûâ trïn xuöëng dûúái cuãa Hònh 5.1), thò nhûäng thùng giaáng ngêîu nhiïn, dûä döåi úã caác thang nhoã seä triïåt tiïu nhau khi lêëy trung bònh, theo caách giöëng hïåt nhû taâi khoaãn cuãa anh baån mùæc núå kinh niïn cuãa chuáng ta khöng hïì cho thêëy laâ anh mùæc núå kinh niïn vaâ khaái niïåm hònh hoåc trún cuãa cêëu truác Vuä truå laåi trúã nïn chñnh xaác. Àiïìu naây cuäng tûåa nhû khi xem möåt bûác tranh thuöåc trûúâng phaái hoâa quyïån vaâo nhau gêy cho ta êën tûúång vïì möåt hònh aãnh trún tru, vúái àöå sangá töëi cuãa noá biïën thiïn liïn tuåc vaâ mïìm maåi tûâ maãng naây àïën maãng khaác. Nhûng khi tiïën àïën gêìn hún, tûác laâ úã nhûäng thang khoaãng caách nhoã hún, baån seä thêëy rùçng àoá chó laâ êën tûúång bïì ngoaâi: bûác tranh bêy giúâ chó coân laâ möåt têåp húåp cuãa caác àiïím rúâi raåc, möîi àiïím taách rúâi khoãi caác àiïím khaác. Cuäng xin lûu yá rùçng, baån yá thûác àûúåc baãn chêët giaán àoaån cuãa bûác tranh chó khi xem noá úã nhûäng thang khoaãng caách nhoã, coân khi nhòn tûâ xa thò noá vêîn trún tru nhû thûúâng. Tûúng tûå nhû vêåy, cêëu truác cuãa khöng-thúâi gian seä dûúâng nhû laâ trún, chó trûâ khi ta thùm doâ noá vúái àöå chñnh xaác siïu vi mö. Àiïìu naây giaãi thñch taåi sao thuyïët tûúng àöëi röång cho kïët quaã rêët töët úã nhûäng thang khoaãng caách (vaâ thúâi gian) rêët lúán, tûác laâ nhûäng thang liïn quan túái nhiïìu ûáng duång thiïn vùn thûúâng gùåp, úã àoá giaã thuyïët trung têm vïì möåt hònh hoåc vúái àöå cong trún laâ húåp lyá. Nhûng úã nhûäng khoaãng caách (vaâ thúâi gian) nhoã, giaã thuyïët naây bõ suåp àöí vaâ thuyïët tûúng àöëi röång khöng coân phuâ húåp nûäa do vêëp phaãi nhûäng thùng giaáng lûúång tûã. Nhûäng nguyïn lyá cuãa cú hoåc lûúngå tûã vaâ thuyïët tûúng àöëi röång cho pheáp chuáng ta tñnh àûúåc gêìn àuáng nhûäng thang khoaãng caách maâ dûúái àoá hiïån tûúång suãi boåt lûúång tûã tai haåi bùæt àêìu thïí hiïån roä neát (vaâ phong caãnh giöëng nhû têìng trïn cuâng cuãa Hònh 5.1). Giaá trõ rêët nhoã cuãa hùçng söë Planck, hùçng söë chi phöëi cûúâng àöå cuãa caác hiïåu ûáng lûúång tûã, vaâ cûúâng àöå yïëu cöë hûäu cuãa lûåc hêëp dêîn
8. Brian Greene 8 göåp laåi àaä cho ta kïët quaã goåi laâ chiïìu daâi Planck, coá giaá trõ nhoã ngoaâi sûác tûúãng tûúång: möåt phêìn triïåu tyã tyã xentimeát (10-33cm) [2]. Nhû vêåy, têìng thûá nùm trïn Hònh 5.1 laâ hònh aãnh khaái lûúåc cuãa phong caãnh siïu vi mö cuãa Vuä truå úã thang dûúái chiïìu daâi Planck. Àïí coá möåt yá niïåm vïì thang naây, haäy hònh dung möåt nguyïn tûã àûúåc phoáng àaåi túái kñch thûúác cuãa Vuä truå maâ ta biïët hiïån nay, khi àoá chiïìu daâi Planck chó cúä àöå cao cuãa möåt cêy bònh thûúâng. Nhû vêåy, chuáng ta thêëy rùçng sûå khöng tûúng thñch giûäa thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã chó trúã nïn roä raâng trong möåt phaåm vi khaá huyïìn bñ cuãa Vuä truå. Vò vêåy baån coá thïí seä tûå hoãi, liïåu noá coá àaáng kïí chuáng ta phaãi bêån têm hay khöng? Thûåc tïë, cöång àöìng caác nhaâ vêåt lyá nhêån thûác àûúåc vêën àïì àoá, nhûng hoå laåi thñch thuá trúã vïì vúái nhûäng nghiïn cûáu cuãa hoå trong àoá nhûäng thang chiïìu daâi lúán hún nhiïìu so vúái chiïìu daâi Plack vaâ viïåc sûã duång cú hoåc lûúång tûã vaâ /hoùåc thuyïët tûúng àöëi röång seä khöng hïì gùåp möåt ruãi ro naâo. Tuy nhiïn, coá nhûäng nhaâ vêåt lyá khaác, hoå trùn trúã sêu sùæc trûúác möåt thûåc tïë laâ, hai cöåt truå cú baãn cuãa vêåt lyá hoåc, nhû chuáng ta àaä biïët, laåi khöng tûúng thñch vúái nhau úã ngay trong cöët loäi cuãa chuáng, bêët chêëp coá cêìn phaãi thùm doâ túái nhûäng thang vi mö àïí laâm nöíi roä vêën àïì àoá hay khöng. Hoå lêåp luêån: sûå tûúng thñch naây chó ra möåt thiïëu soát cùn baãn trong hiïíu biïët cuãa chuáng ta vïì vuä truå vêåt lyá. YÁ kiïën naây dûåa trïn möåt quan àiïím khöng thïí chûáng minh nhûng sêu sùæc cho rùçng, Vuä truå - nïëu chuáng ta hiïíu noá úã mûác sêu nhêët vaâ cú baãn nhêët - phaãi àûúåc mö taã búãi möåt lyá thuyïët nhêët quaán vaâ lögic trong àoá caác phêìn cuãa noá phaãi àûúåc thöëng nhêët möåt caách haâi hoâa. Vaâ chùæc chùæn, bêët chêëp sûå khöng tûúng thñch àoá quan troång túái mûác naâo àöëi vúái nhûäng nghiïn cûáu riïng cuãa mònh, àa söë caác nhaâ vêåt lyá àïìu nhêån thêëy khoá coá thïí tin àûúåc rùçng, úã caái mûác sêu nhêët àoá, hiïíu biïët lyá thuyïët sêu xa nhêët cuãa chuáng ta vïì Vuä truå laåi quy vïì sûå chùæp vaá khöng phuâ húåp vúái nhau vïì mùåt toaán hoåc cuãa hai lyá thuyïët rêët coá sûác maånh nhûng laåi xung àöåt vúái nhau. Caác nhaâ vêåt lyá cuäng àaä rêët nöî lûåc àïí sûãa àöíi thuyïët tûúng àöëi röång cuäng nhû cú lûúång tûã àïí traánh sûå xung àöåt àoá, song nhûäng nöî lûåc êëy, mùåc duâ rêët taáo baåo vaâ thöng minh, àïìu gùåp hïët thêët baåi naây àïën thêët baåi khaác. Àiïìu àoá thûåc sûå àaä diïîn ra cho túái khi ra àúâi lyá thuyïët siïu dêy [3].
9. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 9 [1] Trong sûå phaát triïín cuãa caác lyá thuyïët lûúång tûã cuãa ba lûåc phi hêëp dêîn, caác nhaâ vêåt lyá cuäng vêëp phaãi nhûäng tñnh toaán cho caác kïët quaã vö haån. Tuy nhiïn, vúái thúâi gian, hoå dêìn dêìn nhêån thêëy rùçng nhûäng giaá trõ vö haån àoá coá thïí khûã àûúåc nhúâ möåt cöng cuå coá tïn laâ sûå taái chuêín hoáa. Nhûäng giaá trõ vö haån xuêët hiïån trong nöî lûåc saáp nhêåp thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã coân nghiïm troång hún rêët nhiïìu vaâ khöng thïí chûäa chaåy àûúåc bùçng “liïåu phaáp” taái chuêín hoáa. Thêåm chñ múái àêy thöi, caác nhaâ vêåt lyá múái nhêån ra rùngç nhûäng àaáp söë vö haån àoá chñnh laâ tñn hiïåu caãnh baáo rùçng lyá thuyïët àang àûúåc sûã duång àïí phên tñch thûåc taåi àaä vûúåt ra ngoaâi phaåm vi aáp duång cuãa noá. Vò muåc àñch cuãa nhûäng nghiïn cûáu hiïån nay laâ tòm kiïëm möåt lyá thuyïët coá phaåm vi ûáng duång, vïì nguyïn tùæc, laâ khöng coá giúái haån, tûác laâ möåt lyá thuyïët “töëi hêåu” hay lyá thuyïët “cuöëi cuâng”, nïn caác nhaâ vêåt lyá muöën tòm möåt lyá thuyïët trong àoá caác àaáp söë vö haån khöng àûúåc xuêët hiïån, bêët kïí hïå vêåt lyá àûúåc xem xeát úã nhûäng àiïìu kiïån cûåc haån túái mûác naâo. [2] Cúä cuãa chiïìu daâi Planck coá thïí hiïíu àûúåc bùçng caách dûåa trïn phûúng phaáp luêån maâ trong vêåt lyá àûúåc goåi laâ phûúng phaáp phên tñch thûá nguyïn. YÁ tûúãng cuãa phûúng phaáp naây nhû sau. Thûúâng thûúâng möåt lyá thuyïët àûúåc xêy dûång nhû möåt têåp húåp caác phûúng trònh, nhûng, nïëu lyá thuyïët cêìn phaãi mö taã caác hiïån tûúång tûå nhiïn thò nhûäng kyá hiïåu trûâu tûúång coá mùåt trong caác phûúng trònh àoá phaãi liïn hïå chùåt cheä vúái nhûäng àùåc trûng vêåt lyá. Àùåc biïåt, möåt àiïìu quan troång laâ chuáng ta cêìn phaãi àõnh nghôa möåt hïå àún võ. Vñ duå, möåt kyá hiïåu biïíu diïîn möåt àöå daâi naâo ào.á Nïëu caác phûúng trònh chó rùçng kyá hiïåu àoá lêëy giaá trõ 5, thò coân cêìn phaãi biïët chiïìu daâi àoá laâ 5cm, 5km hay 5 nùm aánh saáng v.v• Trong möåt lyá thuyïët coá liïn quan túái thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã, viïåc choån hïå àún võ xuêët hiïån möåt caách tûå nhiïn theo caách sau. Thuyïët tûúng àöëi röång dûåa trïn hai hùçng söë tûå nhiïn laâ vêån töëc aánh saáng c vaâ hùçng söë hêëp dêîn G cuãa Newton, coân cú hoåc lûúång tûã phuå thuöåc vaâo möåt hùçng söë tûå nhiïn laâ h. Bùçng caách xem xeát thûá nguyïn cuãa caác hùçng söë àoá (vñ duå c laâ vêån töëc nïn bùçng chiïìu daâi chia cho thúâi gian, v.v•) ta coá thïí thêyë rùçng töí húåp h thûåc sûå coá thûá nguyïn chiïìu daâi. Thay giaá trõ cuãa caác hùçng söë vaâo, ta nhêån àûúåc giaá trõ 1,616, 10-33cm. Àêy chñnh laâ chiïìu daâi Planck. Àêy chñnh laâ thang ào hay àún võ tûå nhiïn cuãa chiïìu daâi trong bêët kyâ lyá thuyïët naâo coá yá àõnh saáp nhêåp thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã. Trong phêìn nöåi dung chñnh cuãa cuöën saách chuáng töi chó lêëy giaá trõ gêìn àuáng cuãa giaá trõ vûâa tñnh àûúåc úã trïn. [3] Hiïån nay ngoaâi lyá thuyïët dêy, coân coá hai caách tiïëp cêån nhùçm saáp nhêåp thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã àang àûúåc theo àuöíi rêët raáo riïët. Möåt caách tiïëp cêån àûúåc dêîn dùtæ búãi Roger Penrose úã Àaåi hoåc Oford vaâ àûúåc biïët túái vúái tïn goåi laâ lyá thuyïët “twistor”. Caách tiïëp cêån thûá hai - àûúåc gúåi
10. Brian Greene 10 yá möåt phêìn búãi caác cöng trònh cuãa Penrose - àûúåc dêîn dùæt búãi Abhay Ashtekar thuöåc Àaåi hoåc quöëc gia Pennsylvania vaâ àûúåc biïët túái dûúái caái tïn phûúng phaáp caác biïën múái. Mùåc duâ hai caách tiïëp cêån àoá khöng àûúåc baân àïën trong cuöën saách naây, nhûng ngaây caâng coá nhûäng dêëu hiïåu khiïën ngûúâi ta ngúâ rùçng hai caách tiïëp cêån naây coá möëi liïn hïå sêu xa vúái lyá thuyïët dêy vaâ cuäng coá thïí laâ, cuâng vúái lyá thuyïët dêy, ba caách tiïëp cêån àoá cuöëi cuâng seä dêîn túái möåt giaãi phaáp àïí saáp nhêåp thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã.
11. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 11 Phêìn III Baãn giao hûúãng vuä truå
12. Brian Greene 12 CHÛÚNG 6: KHÖNG COÁ GÒ KHAÁC NGOAÂI ÊM NHAÅC: NHÛÄNG CÚ SÚÃ CUÃA LYÁ THUYÏËT SIÏU DÊY Tûâ rêët lêu, êm nhaåc àaä laâ nguöìn vö têån cuãa nhûäng êín duå cho nhûäng ai thûúâng tûå àùåt ra nhûäng cêu hoãi vïì vuä truå. Tûâ “êm nhaåc cuãa nhûäng hònh cêìu” cuãa trûúâng phaái Pythagore túái “nhûäng hoâa êm cuãa tûå nhiïn”, qua nhiïìu thïë kyã, àaä dêîn dùæt chuáng ta cuâng nhau tòm kiïëm baâi ca cuãa tûå nhiïn trong nhûäng haânh trònh lang thang ïm dõu cuãa caác thiïn thïí vaâ sûå nöíi loaån quyïët liïåt cuãa caác haåt dûúái nguyïn tûã. Vúái sûå phaát minh ra lyá thuyïët siïu dêy, nhûäng êín duå êm nhaåc àaä coá möåt thûåc tiïîn bêët ngúâ, vò lyá thuyïët naây cho rùçng phong caãnh vi mö traân ngêåp nhûäng súåi dêy àaân nhoã xñu maâ caác mode rung àöång cuãa chuáng àaä têëu lïn sûå tiïën hoáa cuãa vuä truå. Trong mö hònh chuêín, caác thaânh phêìn sú cêëp cuãa vuä truå àûúåc xem laâ caác haåt àiïím, khöng coá cêëu truác nöåi taåi. Mùåc duâ sûác maånh to lúán cuãa mö hònh naây (nhû chuáng ta àaä noái úã trïn, vïì cùn baãn têët caã nhûäng tiïn àoaán cuãa noá vïì thïë giúái vi mö àïìu àûúåc thûåc nghiïåm xaác nhêån túái têån thang chiïìu daâi cúä 1 phêìn tyã tyã meát - giúái haån cuãa cöng nghïå hiïån nay), nhûng noá chûa thïí laâ möåt lyá thuyïët hoaân chónh hay cuöëi cuâng, búãi vò noá bao haâm àûúåc lûåc hêëp dêîn. Hún thïë nûäa, nhûäng yá àöì göåp lûåc hêëp dêîn vaâo khuön khöí lûúång tûã cuãa noá àïìu thêët baåi do nhûäng thùng giaáng maånh vaâo cêëu truác khöng gian xuêët hiïån úã nhûäng khoaãng caách siïu vi mö, tûác laâ nhûäng khoaãng caách nhoã hún chiïìu daâi Planck. Cuöåc xung àöåt chûa àûúåc giaãi quyïët naây àaä buöåc chuáng ta phaãi tòm kiïëm sûå hiïíu biïët sêu sùæc hún nûäa vïì tûå nhiïn. Nùm 1984, hai nhaâ vêåt lyá Micheal Green, höìi àoá laâm viïåc úã trûúâng Queen Mary College, Luên Àön vaâ John Schwarz thuöåc Hoåc viïån Cöng nghïå California (thûúâng viïët tùæt laâ Caltech - ND) àaä àûa ra nhûäng mêíu bùçng chûáng coá sûác thuyïët phuåc àêìu tiïn chûáng toã lyá thuyïët siïu dêy (hay goåi tùæt laâ lyá thuyïët dêy cho goån) rêët coá thïí seä cung cêëp cho chuáng ta sûå hiïíu biïët àoá. Lyá thuyïët dêy àaä àïì xuêët thay àöíi möåt caách múái meã vaâ sêu sùæc sûå mö taã lyá thuyïët caác tñnh chêët siïu vi mö cuãa vuä truå, maâ dêìn
13. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 13 dêìn caác nhaâ vêåt lyá múái hiïíu ra rùçng, sûå thay àöíi àoá àaä sûãa laåi thuyïët tûúng àöëi röång cuãa Einstein àuáng theo caách àïí cho noá hoaân toaân tûúng thñch vúái caác àõnh luêåt cuãa cú hoåc lûúång tûã. Theo lyá thuyïët dêy, caác thaânh phêìn sú cêëp cuãa vuä truå khöng phaãi laâ haåt àiïím. Maâ chuáng laâ nhûäng súåi dêy rêët nhoã 1 chiïìu, na naá nhû möåt súåi dêy cao su vö cuâng maãnh dao àöång liïn höìi. Nhûng chúá nïn àïí cho caái tïn àoá lûâa phónh baån; khöng giöëng nhû súåi dêy thöng thûúâng àûúåc cêëu taåo búãi caác nguyïn tûã vaâ phên tûã, caác dêy cuãa lyá thuyïët dêy àûúåc coi nhû laâ nùmç sêu trong têån traái tim cuãa vêåt chêët. Lyá thuyïët naây cho rùçng chuáng laâ nhûäng thaânh phêìn siïu vi mö taåo nïn caác haåt cêëu thaânh cuãa nguyïn tûã. Caác dêy cuãa lyá thuyïët dêy laâ nhoã (xeát trung bònh chuáng cúä chiïìu daâi Planck), túái mûác chuáng tûåa nhû laâ möåt àiïím ngay caã khi chuáng àûúåc khaão saát búãi nhûäng thiïët bõ maånh nhêët cuãa chuáng ta. Sûå thay thïë àún giaãn caác haåt àiïím bùçng caác mêíu dêy nhû laâ nhûäng thaânh phêìn cú baãn cuãa vaån vêåt cuäng àaä àûa laåi nhûäng hïå quaã coá têìm khaá xa. Àêuì tiïn vaâ trûúác hïët, lyá thuyïët dêy toã ra coá khaã nùng giaãi quyïët àûúåc sûå xung àöåt giûäa thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã. Nhû chuáng ta seä thêëy, baãn chêët coá quaãng tñnh khöng gian cuãa dêy laâ möåt yïëu töë múái rêët quan troång àïí coá àûúåc möåt khuön khöí haâi hoâa vaâ duy nhêët bao haâm caã hai lyá thuyïët. Hai nûäa, lyá thuyïët dêy cho ta möåt lyá thuyïët thöëng nhêët àñch thûåc, vò toaân böå vêåt chêët vaâ têët caã caác lûåc àïìu àûúåc coi laâ naãy sinh tûâ möåt thaânh phêìn cú baãn, àoá laâ caác dêy dao àöång. Cuöëi cuâng, nhû seä àûúåc thaão luêån trong caác chûúng sau, ngoaâi nhûäng thaânh tûåu tuyïåt vúâi àoá, lyá thuyïët dêy laåi möåt lêìn nûäa laâm thay àöíi möåt caách cùn baãn sûå hiïíu biïët cuãa chuáng ta seä vïì khöng - thúâi gian. Lûúåc sûã lyá thuyïët dêy Nùm 1968, möåt nhaâ vêåt lyá lyá thuyïët treã tïn laâ Gabriele Veneziano àaä trùn trúã rêët nhiïìu nhùçm giaãi thñch nhûäng tñnh chêët khaác nhau cuãa lûåc haåt nhên maånh maâ ngûúâi ta àaä quan saát àûúåc bùçng thûåc nghiïåm. Höìi àoá, Veneziano àang laâm viïåc úã CERN, trung têm haåt nhên cuãa chêu Êu, àùåt taåi Geneva, Thuåy Sô. Trong nhiïìu nùm roâng, öng àaä nghiïn cûáu vêën àïì naây, vaâ cho túái möåt höm, trong àêìu öng chúåt loeá lïn möåt phaát hiïån laå luâng. Öng vö cuâng kinh ngaåc nhêån thêëy rùçng, möåt cöng thûác vöën àaä àûúåc nhaâ toaán hoåc Thuåy Sô nöíi tiïëng Leona Euler xêy dûång khoaãng hún hai trùm nùm trûúác àoá cho nhûäng muåc àñch thuêìn tuáy toaán hoåc vaâ
14. Brian Greene 14 thûúâng àûúåc goåi laâ haâm bïta Euler, dûúâng nhû laåi mö taã àûúåc nhiïìu tñnh chêët cuãa caác haåt tûúng taác maånh. Phaát hiïån cuãa Veneziano àaä cho ta sûå thêu toám rêët coá hiïåu quaã bùçng toaán hoåc nhiïìu àùåc trûng cuãa tûúng taác maånh meä nhùçm sûã duång haâm bïta vaâ caác daång töíng quaát hoáa cuãa noá àïí mö taã möåt chuöîi nhûäng dûä liïåu thûåc nghiïåm maâ caác nhaâ vêåt lyá chuyïn "hoaân taán" caác nguyïn tûã trïn khùæp thïë giúái àaä thu lûúåm àûúåc. Tuy nhiïn, theo möåt yá nghôa naâo àoá thò phaát minh cuãa Veneziano coân chûa àêìy àuã. Tûåa nhû möåt cöng thûác maâ möåt sinh viïn hoåc thuöåc longâ nhûng laåi khöng hiïíu yá nghôa cuäng nhû nguöìn göëc cuãa noá, haâm bïta Euler àuáng laâ rêët coá hiïåu quaã nhûng laåi khöng möåt ai biïët taåi sao laåi nhû vêåy. Àoá laâ möåt cöng thûác coân cêìn phaãi giaãi thñch. Maäi cho túái têån nùm 1970, nhûäng cöng trònh cuãa Yoichiro Nambu úã Àaåi hoåc Chicago, Holger Nielsen úã Viïån Niels Bohr vaâ Leonard Susskin úã Àaåi hoåc Stanford múái phaát löå àûúåc nöåi dung vêåt lyá nùçm êín khuêët phña sau cöng thûác Euler. Ba nhaâ vêåt lyá naây àaä chûáng toã àûúåc rùçng nïëu möåt haåt sú cêëp àûúåc mö hònh hoáa nhû caác dêy nhoã beá möåt chiïìu dao àöång, thò tûúng taác maånh cuãa chuáng coá thï í àûúåc mö taã chñnh xaác búãi haâm Euler. Theo lêåp luêån cuãa hoå, nïëu nhû caác dêy naây àuã nhoã thò chuáng vêîn coân àûúåc xem nhû caác haåt àiïím vaâ do àoá phuâ húåp vúái nhûäng quan saát thûåc nghiïåm. Mùåc duâ àiïìu naây cho ta möåt lyá thuyïët thuá võ vaâ àún giaãn vïì mùåt trûåc giaác, nhûng khöng lêu trûúác àoá, sûå mö taã tûúng taác maånh theo lyá thuyïët dêy àaä toã ra thêët baåi. Vaâo àêìu nhûäng nùm 1970, nhûäng thñ nghiïåm nùng lûúång cao coá khaã nùng thùm doâ sêu hún thïë giúái dûúái nguyïn tûã àaä chûáng toã rùçng mö hònh dêy àûa ra nhiïìu tiïn àoaán mêu thuêîn vúái thûåc nghiïåm. Trong khi àoá, sùæc àöång lûåc hoåc lûúång tûã dûåa trïn caác haåt àiïím àaä àûúåc phaát triïín vaâ nhûäng thaânh cöng vang döåi cuãa noá trong viïåc mö taã tûúng taác maånh àaä dêîn túái sûå thêët suãng cuãa lyá thuyïët dêy. Phêìn lúán caác nhaâ vêåt lyá haåt àïìu nghô rùçng thïë laâ thuyïët dêy àaä bõ neám vaâo soåt raác cuãa khoa hoåc, nhûng möåt söë ñt caác nhaâ vêåt lyá chuyïn mön vêîn kiïn trò àeo baám noá. Chùèng haån, Schwarz vêîn caãm thêëy rùçng "cêëu truác toaán hoåc cuãa lyá thuyïët dêy àeåp vaâ coá nhiïìu tñnh chêët tuyïåt diïåu túái mûác noá buöåc phaãi hûúáng dêîn túái möåt caái gò àoá hïët sûác cú baãn"[1]. Möåt trong söë caác thiïëu soát cuãa cuãa lyá thuyïët dêy maâ caác nhaâ vêåt lyá tòm thêëy, àoá laâ dûúâng nhû noá coá sûác bao quaát thûåc sûå to lúán. Do lyá thuyïët dêy chûáa àûång nhûäng cêëu hònh cuãa dêy dao àöång coá nhûäng tñnh chêët liïn quan chùåt cheä vúái
15. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 15 caác gluon nïn noá àaä tuyïn böë quaá súám mònh laâ lyá thuyïët cuãa tûúng taác maånh. Nhûng ngoaâi àiïìu àoá ra, lyá thuyïët naây coân chûáa àûång caã nhûäng haåt truyïìn tûúng taác khaác nûäa, nhûäng haåt khöng coá liïn quan gò vúái nhûäng quan saát thûåc nghiïåm cuãa tûúng taác maånh. Nùm 1974, Schwarz vaâ Joel Scherk úã trûúâng Cao àùèng sû phaåm Paris àaä thûåc hiïån möåt bûúác nhaãy taáo baåo biïën caái nhûúåc àiïím bïì ngoaâi àoá thaânh ûu àiïím. Hoå àaä nghiïn cûáu nhûäng àùåc trûng cuãa caác mode dao àöång múái naây vaâ nhêån thêëy rùçng nhûäng tñnh chêët àoá phuâ húåp tuyïåt vúâi vúái haåt truyïìn tûúng tacá giaã àõnh cuãa trûúâng hêëp dêîn, tûác laâ graviton. Mùåc duâ nhûäng goái nhoã beá nhêët àoá cuãa trûúâng hêëp dêîn coân chûa bao giúâ quan saát àûúåc, nhûng caác nhaâ lyá thuyïët àaä tiïn àoaán möåt caách vûäng tin möåt söë àùåc tñnh cú baãn maâ noá cêìn phaãi coá. Àöìng thúâi, Scherk vaâ Schwarz cuäng àaä tòm ra rùçng nhûäng àùåc tñnh àoá cêìn phaãi àûúåc thûåc hiïån chñnh xaác búãi möåt söë mode dao àöång. Dûåa trïn kïët quaã àoá, hai ngûúâi àaä cho rùçng lyá thuyïët dêy súã dô thêët baåi úã giai àoaån ban àêìu cuãa noá laâ búãi vò caác nhaâ vêåt lyá àaä haån chïë quaá àaáng phaåm vi cuãa noá. Lyá thuyïët dêy khöng chó laâ thuyïët cuãa tûúng taác maånh maâ noá coân laâ lyá thuyïët lûúång tûã bao haâm àûúåc caã lûåc hêëp dêîn nûäa. Cöång àöìng caác nhaâ vêåt lyá kiïn quyïët khöng chêëp nhêån yá kiïën àoá. Thûåc tïë, Schwarz àaä phaãi thuá nhêån rùçng "cöng trònh cuãa chuáng töi hoaân toaân khöng àûúåc àïëm xóa àïën" [2]. Con àûúâng tiïën böå chêët ngöín ngang nhûäng yá àöì thêët baåi trong viïåc thöëng nhêët hêëp dêîn vúái cú hoåc lûúång tûã. Lyá thuyïët dêy àaä thêët baåi trong nöî lûåc ban àêìu cuãa noá nhùçm mö ta ã tûúng taác maånh vaâ àöëi vúái nhiïìu ngûúâi dûúâng nhû seä laâ vö nghôa nïëu coá yá àõnh duâng noá àïí àaåt túái muåc tiïu lúán hún. Thêåm chñ nhûäng nghiïn cûáu sau àoá coân gêy sûãng söët hún nûäa, vaâo cuöëi nhûäng nùm 1970 àêìu nhûäng nùm 1980 lyá thuyïët dêy vaâ cú hoåc lûúång tûã coá nhûäng xung àöåt tinh tïë riïng vúái nhau. Hoáa ra, laåi möåt lêìn nûäa, lûåc hêëp dêîn vêîn ûúng ngaånh chöëng laåi sûå húåp nhêët trong möåt lyá thuyïët lûúång tûã mö taã vuä truå. Tònh hònh khöng coá gò saáng suãa hún cho túái têån nùm 1984. Trong möåt baâi baáo caáo coá tñnh chêtë cöåt möëc tñch tuå cuãa hún 12 nùm nghiïn cûáu cùng thùèng, phêìn lúán khöng àûúåc ai ngoá ngaâng túái vaâ thûúâng bõ àa söë caác nhaâ vêåt lyá baác boã, Green vaâ Schwarz àaä xaác lêåp àûúåc rùçng sûå xung àöåt lûúång tûã tinh tïë aãnh hûúãng xêëu àïën lyá thuyïët dêy àaä àûúåc giaãi quyïët. Hún thïë nûäa, hoå coân chûáng minh àûúåc rùçng lyá thuyïët maâ hoå xêy dûång àûúåc coá àuã têìm voác àïí bao haâm àûúåc têët caã böën lûåc vaâ caã vêåt chêët nûäa. Khi tin àöìn vïì kïët quãa
16. Brian Greene 16 naây àïën tai cöång àöìng vêåt lyá trïn khùæp thïë giúái, haâng trùm nhaâ vêåt lyá haåt àaä boã luön cöng viïåc nghiïn cûáu àang laâm cuãa hoå àïí lao vaâo möåt cuöåc têën cöng trïn quy mö lúán maâ hoå nghô rùçng àêy laâ trêån chiïën cuöëi cuâng trong cuöåc chinh phuåc nhûäng bñ mêåt cuãa vuä truå àaä àûúåc khúãi phaát tûâ thúâi cöí àaåi. Töi bùæt àêìu laâm nghiïn cûáu sinh taåi Àaåi hoåc Oxford vaâo thaáng 10 nùm 1984. Mùåc duâ luác àoá töi rêët hùm húã muöën lao vaâo hoåc caác thûá nhû lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã, lyá thuyïët trûúâng chuêín vaâ thuyïët tûúng àöëi röng,å nhûng baån beâ töët nghiïåp trûúác töi phêìn lúán laåi nghô rùçng vêåt lyá haåt seä rêët ñt hoùåc hoaân toaân chùèng coá tûúng lai gò. Mö hònh chuêín àaä xêy dûång xong vaâ nhûäng thaânh cöng tuyïåt vúâi cuãa noá trong viïåc tiïn àoaán kïët cuåc cuãa caác thûåc nghiïåm chó ra rùçng viïåc kiïím chûáng noá àún giaãn chó coân laâ vêën àïì thúâi gian vaâ chi tiïët. Vûúåt qua nhûäng giúái haån cuãa mö hònh chuêín àïí bao haâm caã hêëp dêîn vaâ thêåm chñ giaãi thñch àûúåc caã nhûäng dûä liïåu thûåc nghiïåm laâ cú súã cuãa mö hònh àoá, maâ cuå thïí laâ 19 tham söë göìm khöëi lûúång vaâ diïån tñch cuãa caác haåt sú cêëp cuäng nhû cûúâng àöå tûúng àöëi cuãa caác tûúng taác àaä àûúåc xaác àõnh bùçng thûåc nghiïåm nhûng coân chûa hiïíu àûúåc vïì mùåt lyá thuyïët, àoá laâ möåt nhiïåm vuå khöíng löì khiïën cho têët caã caác nhaâ vêåt lyá, trûâ nhûäng ngûúâi duäng caãm nhêët, àïìu chõu boá tay. Nhûng saáu thaáng sau, têm traång naây àaä hoaân toaân khaác hùèn. Thaânh cöng cuãa Green vaâ Schwarz cuöëi cuâng àaä loåt túái tai thêåm chñ cuãa nhûäng nghiïn cûáu sinh nùm thûá nhêët vaâ têët caã chuáng töi àïìu caãm thêëy phênë khñch vò àûúåc söëng giûäa thúâi àiïím bûúác ngoùåt sêu sùæc cuãa lõch sûã vêåt lyá. Rêët nhiïìu ngûúâi trong söë chuáng töi laâm viïåc thêu àïm vúái khaát voång laâm chuã àûúåc nhûäng lônh vûåc röång lúán cuãa vêåt lyá lyá thuyïët vaâ toaán hoåc trûâu tûúång cêìn phaãi coá àïí hiïíu àûúåc lyá thuyïët dêy. Thúâi gian tûâ 1984 àïën 1986 àûúåc biïët túái nhû "cuöåc caách maång siïu dêy lêìn thûá nhêët". Trong ba nùm àoá, hún möåt ngaân baâi baáo nghiïn cûáu vïì lyá thuyïët dêy àaä àûúåc viïët búãi caác nhaâ vêåt lyá trïn khùæp thïë giúái. Nhûäng cöng trònh nayâ àaä chûáng toã möåt caách dûát khoaát rùçng rêët nhiïìu phûúng diïån cuãa mö hònh chuêín phaãi mêët haâng chuåc nùm nghiïn cûáu cêìn mêîn múái phaát hiïån ra, thò bêy giúâ xuêët hiïån möåt caách hoaân toaân tûå nhiïn vaâ àún giaãn tûâ lyá thuyïët dêy. Nhû Micheal Green àaä noái: "Chó cêìn laâm quen vúái lyá thuyïët dêy vaâ thêëy rùçng hêìu nhû têët caã nhûäng thaânh tûåu vô àaåi nhêët cuãa vêåt lyá trong möåt trùm nùm qua àïìu xuêët hiïån, maâ laåi xuêët hiïån vúái möåt veã àeåp thanh nhaä àïën nhû thïë, laåi tûâ möåt àiïím
17. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 17 xuêët phaát khaá àún giaãn, baån múái hiïíu àûúåc rùçng lyá thuyïët naây phaãi coá möåt chöî àûáng riïng biïåt xûáng àaáng" [3]. Hún thïë nûäa, àöëi vúái nhiïìu phûúng diïån àoá, nhû chuáng ta seä thêëy dûúái àêy, lyá thuyïët dêy daä giaãi thñch möåt caách àêìy àuã hún vaâ thoãa àaáng hún so vúái mö hònh chuêín. Nhûäng tiïën böå àoá àaä thuyïët phuåc àûúåc nhiïìu nhaâ vêåt lyá tin rùçng lyá thuyïët dêy àaä ài àuáng hûúáng àïí thûåc hiïån lúâi hûáa cuãa noá laâ trúã thaânh möåt lyá thuyïët thöëng nhêët töëi hêåu. Tuy nhiïn, lyá thuyïët dêy laåi vêëp phaãi möåt trúã ngaåi to lúán. Trong nghiïn cûáu vêåt lyá lyá thuyïët ngûúâi ta thûúâng gùåp nhûäng phûúng trònh rêët khoá hiïíu vaâ khoá phên tñch. Thûúâng thò caác nhaâ vêåt lyá khöng chõu boá tay, hoå tòm caách giaãi chuáng möåt caách gêìn àuáng. Nhûng tònh hònh trong lyá thuyïët dêy coân cam go hún rêët nhiïìu. Ngay caã viïåc xaác àõnh chñnh baãn thên caác phûúng trònh àaä laâ rêët khoá khùn àïën nöîi, cho túái nay, múái chó dêîn àûúåc ra nhûäng phûúng trònh gêìn àuáng. Do vêåy, caác nhaâ lyá thuyïët dêy àaânh phaãi tòm nhûäng nghiïåm gêìn àuáng cho nhûäng phûúng trònh gêìn àuáng. Sau möåt ñt nùm tiïën nhû vuä baäo trong cuöåc cachá maång siïu dêy lêìn thûá nhêët, caác nhaâ vêåt lyá nhêån thêëy rùçng nïëu chó haån chïë trong nhûäng pheáp gêìn àuáng àoá thò khöng àuã àïí traã lúâi cho rêët nhiïìu vêën àïì cùn baãn cêìn cho sûå phaát triïín tiïëp theo. Do khöng coá nhûäng àïì xuêët cuå thïí vûúåt qua caác phûúng phaáp gêìn àuáng, nhiïìu nhaâ vêåt lyá àang nghiïn cûáu lyá thuyïët dêy caãm thêëy thêët voång vaâ àaânh quay vïì nhûäng phûúng hûúáng nghiïn cûáu trûúác kia cuãa hoå. Àöëi vúái nhûäng ngûúâi coân úã laåi thò cuöëi nhûäng nùm 1980 vaâ àêìu nhûäng nùm 1990 quaã laâ möåt thúâi kyâ khoá khùn. Cuäng giöëng nhû möåt kho baáu àûúåc khoáa chùåt trong keát sùæt vaâ chó nhòn thêëy qua möåt löî khoáa beá xñu vaâ luön luön múâi chaâo, veã àeåp vaâ sûå hûáa heån cuãa lyá thuyïët siïu dêy lêëp laánh vêîy goåi, nhûng khöng möåt ai coá chòa khoáa àïí giaãi phoáng hïët sûác maånh cuãa noá. Nhûäng thúâi kyâ khö haån keáo daâi vêîn àïìu àùån coá nhûäng phaát minh quan troång, nhûng moåi ngûúâi nghiïn cûáu lyá thuyïët dêy àïìu biïët rùçng àaä àïën luác bûác xuác cêìn phaãi tòm ra nhûäng phûúng phaáp múái, coá khaã nùng vûúåt ra ngoaâi nhûäng pheáp gênì àuáng àaä coá. Sau àoá, trong baâi giaãng laâm nûác loâng ngûúâi taåi höåi nghõ Siïu dêy 1995, àûúåc töí chûác taåi Àaåi hoåc Nam California, möåt baâi giaãng khiïën cho cûã toaå ñt oãi göìm nhûäng chuyïn gia haâng àêìu thïë giúái vïì lyá thuyïët dêy phaãi kinh ngaåc, Edward Wittrn àaä chêm ngoâi cho cuöåc caách maång siïu dêy lêìn thûá hai. Tûâ ngaây àoá, caác nhaâ lyá thuyïët dêy àaä laâm viïåc hïët sûác mònh àïí maâi sùæc nhûäng phûúng
18. Brian Greene 18 phaáp múái hûáa heån vûúåt qua àûúåc nhûäng trúã ngaåi àaä gùåp trûúác àêy. Nhûäng khoá khùn coân úã phña trûúác seä thûã thaách nghiïm khùæc sûác maånh kyä thuêåt cuãa caác nhaâ lyá thuyïët dêy trïn khùæp thïë giúái, nhûng aánh saáng úã cuöëi àûúâng hêìm, mùåc duâ coân lúâ múâ phña xa, nhûng coá leä röìi cuöëi cuâng cuäng seä thêëy àûúåc. Trong chûúng naây vaâ nhiïìu chûúng tiïëp sau, chuáng töi seä mö taã nhûäng hiïíu biïët vïì lyá thuyïët siïu dêy xuêët hiïån tûâ cuöåc caách maång lêìn thûá nhêët vaâ nhûäng cöng trònh sau àoá trûúác khi coá cuöåc caách maång lêìn thûá hai. Mùåc duâ àöi khi chuáng töi cuäng seä chó ra möåt söë khña caånh múái naãy sinh tûâ cuöåc caách maång lêìn thûá hai, nhûng chuáng töi seä chó thûåc sûå noái vïì nhûäng tiïën böå múái nhêët àoá úã caác chûúng 12 vaâ 13. [1] Phoãng vêën John Schwarz, ngaây 23 thaáng 12 nùm 1997. [2] Phoãng vêën John Schwarz, ngaây 23 thaáng 12 nùm 1997. [3] Phoãng vêën Micheal Green, ngaây 20 thaáng 12 nùm 1997. Laåi noái vïì caác nguyïn tûã cuãa ngûúâi Hi Laåp Nhû chuáng töi àaä nhùæc túái úã àêìu chûúng naây vaâ àûúåc xem minh hoåa trïn hònh 1.1, lyá thuyïët dêy àaä khùèng àõnh rùçng nïëu nhû caác haåt àiïím giaã àõnh cuãa mö hònh chuêín àûúåc xem xeát vúái àöå chñnh xaác vûúåt ra ngoaâi khaã nùng cuãa chuáng ta hiïån nay, thò möîi haåt àoá seä àûúåc coi nhû taåo búãi möåt voâng dêy dao àöång beá xñu. Vò nhûäng lyá do àûúåc saáng toã dûúái àêy, chiïìu daâi àiïín hònh cuãa voâng dêy naây vaâo cúä chiïìu daâi Planck, tûác laâ khoaãng möåt trùm tyã tyã (1020) lêìn nhoã hún kñch thûúác haåt nhên nguyïn tûã. Vò vêåy, khöng coá gò laå laâ taåi sao nhûäng thñ nghiïåm hiïån nay cuãa chuáng ta khöng coá khaã nùng phên giaãi àûúåc baãn chêët dêy vi mö cuãa vêåt chêët: caác dêy laâ quaá nhoã beá, thêåm chñ ngay àöëi vúái caã caác thang dûúái nguyïn tûã. Àïí coá thïí quan saát àûúåc caác dêy, chuáng ta phaãi cêìn túái möåt maáy gia töëc bùæn phaá vêåt chêët vaâo vêåt chêët vúái nùng lûúång cúä vaâi triïåu tyã lêìn lúán hún bêët cûá möåt maáy gia töëc naâo àaä tûâng àûúåc xêy dûång trûúác àêy. Chuáng ta seä mö taã ngùæn goån nhûäng hïå quaã laå luâng àûúåc suy ra tûâ viïåc thay thïë caác haåt àiïím bùçng caác dêy, nhûng trûúác hïët chuáng ta haäy àïì cêåp túái möåt cêu hoãi cú baãn hún: dêy àûúåc cêëu taåo tûâ caái gò?
19. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 19 Coá hai cêu traã lúâi khaã dô cho cêu hoãi naây. Trûúác hïët, caác dêy thûåc sûå laâ cú baãn, tûác chuáng laâ caác "nguyïn tûã", nhûäng thaânh phêìn khöng thïí phên chia àûúåc nûäa theo nghôa àuáng àùæn nhêët cuãa nhûäng ngûúâi Hi Laåp cöí àaåi. Vò laâ nhûäng thaânh phêìn nhoã nhêët möåt caách tuyïåt àöëi cuãa moåi vêåt, chuáng laâ àiïím têån cuâng cuãa möåt daäy nhiïìu lúáp cêëu truác con trong thïë giúái vi mö, giöëng nhû con buáp bï cuöëi cuâng trong daäy nhûäng con buáp bï Matrioshka cuãa nûúác Nga. Trïn quan àiïím àoá, thêåm chñ mùåc duâ caác dêy coá quaãng tñnh khöng gian, nhûng cêu hoãi vïì thaânh phêìn cuãa chuáng laâ hoaân toaân vö nghôa. Nïëu nhû caác dêy laåi àûúåc cêëu taåo tûâ möåt caái gò àoá nhoã hún thò chuáng àêu coá coân laâ cú baãn nûäa. Thay vò, bêët cûá caái gò taåo nïn caác dêy seä ngay lêåp tûác haå bïå chuáng vaâ àûúâng hoaâng tuyïn böë mònh múái chñnh laâ thaânh phêìn cú baãn hún cuãa vuä truå. Tûúng tûå nhû ngön ngûä cuãa chuáng ta, caác àoaån àûúåc taåo búãi caác cêu, caác cêu laåi àûúåc taåo búãi caác tûâ vaâ caác tûâ àûúåc taåo búãi caác chûä caái. Vêåy caái gò taåo nïn caác chûä caái? Trïn quan àiïím ngön ngûä hoåc thò ào á laâ nêëc têån cuâng röìi. Caác chûä caái chó laâ chûä caái maâ thöi, chuáng chñnh laâ nhûäng viïn gaåch cú baãn cuãa ngön ngûä viïët vaâ khöng coân cêëu truác dûúái chuáng nûäa. Vò vêåy hoãi vïì cêëu truác cuãa noá laâ vö nghôa. Tûúng tûå nhû vêåy, caác dêy chó laâ dêy maâ thöi. Vaâ vò khöng coá gò cú baãn hún, nïn noá khöng thïí àûúåc mö taã nhû laâ taåo búãi möåt chêët gò khaác. Àoá laâ cêu traã lúâi thûá nhêët. Cêu traã lúâi thûá hai dûåa trïn möåt thûåc tïë àún giaãn laâ, hiïån chuáng ta coân chûa biïët lyá thuyïët dêy coá laâ lyá thuyïët àuáng àùæn hay cuöëi cuâng cuãa tûå nhiïn hay khöng. Nïëu lyá thuyïët dêy thûåc sûå laâ sai, thò chuáng ta coá thïí quïn chuáng ài vaâ quïn luön caã nhûäng cêu hoãi cuãa chuáng ta vïì cêëu truác cuãa chuáng nûäa. Mùåc duâ àêy cuäng laâ möåt khaã nùng, nhûng tûâ giûäa nhûäng nùm 1980, nhiïìu nghiïn cûáu àaä chó ra möåt caách thuyïët phuåc rùçng khaã nùng àoá laâ cûåc kyâ nhoã beá. Nhûng lõch sûã àaä thûåc sûå daåy chuáng ta rùçng möîi khi sûå hiïíu biïët cuãa chuáng ta vïì tûå nhiïn sêu sùæc hún, laâ möåt lêìn chuáng ta laåi tòm ra nhûäng thaânh vi mö coân nhoã hún nûäa taåo nïn möåt cêëp àöå tinh vi hún cuãa vêåt chêët. Vaâ àêy laâ möåt khaã nùng khaác: nïëu nhû lyá thuyïët dêy chûa phaãi laâ lyá thuyïët cuöëi cuâng, thò caác dêy coân möåt lúáp dûúái nûäa trong cuã haânh vuä truå, möåt lúáp seä trúã thaânh thêëy àûúåc úã chiïìu daâi Planck, mùåc duâ coá thïí àoá vêîn chûa phaãi laâ lúáp cuöëi cuâng. Trong trûúâng húåp àoá, caác dêy coá thïí seä àûúåc taåo búãi nhûäng cêëu truác coân nhoã hún nûäa. Caác nhaâ lyá thuyïët dêy cuäng àaä nïu ra vaâ tiïëp tuåc theo àuöíi khaã nùng àoá. Hiïån nay, möåt söë nghiïn cûáu lyá thuyïët àaä phaát hiïån thêëy nhûäng dêëu hiïåu rêët hêëp dêîn maách baão rùçng caác dêy coá thïí coá cêëu truác dûúái
20. Brian Greene 20 nûäa, nhûng vêîn coân chûa coá nhûäng bùçng chûáng quyïët àõnh. Chó coá thúâi gian vaâ nhûäng nghiïn cûáu sêu sùæc hún múái coá thïí àùåt dêëu chêëm hïët cho vêën àïì naây. Ngoaåi trûâ möåt söë suy xeát trong caác chûúng 12 vaâ 13, coân thò úã àêy chuáng ta seä chó xem xeát caác dêy theo caách àaä àûúåc àïì xuêët trong cêu traã lúâi thûá nhêët, tûác laâ xem caác dêy laâ nhûäng thaânh phêìn cú baãn nhêët cuãa tûå nhiïn. Thöëng nhêët qua lyá thuyïët dêy Ngoaâi sûå khöng coá khaã nùng bao haâm àûúåc lûåc hêëp dêîn, mö hònh chuêín coân coá möåt àiïím yïëu nûäa, àoá laâ noá khöng giaãi thñch àûúåc nhûäng chi tiïët trong cêëu truác cuãa noá. Chùèng haån nhû, taåi sao tûå nhiïn laåi choån chñnh caác haåt vaâ caác lûåc maâ chuáng ta àaä giúái thiïåu úã caác chûúng trûúác vaâ àûúåc liïåt kï trong caác baãng 1.1 vaâ 1.2? Taåi sao 19 tham söë mö taã àõnh lûúång caác haåt vaâ caác lûåc àoá laåi coá àuáng nhûäng giaá trõ nhû chuáng àang coá? Baån khöng thïí khöng caãm thêëy rùçng söë lûúång vaâ caác tñnh chêët cuãa chuáng coá veã húi tuây tiïån. Liïåu coá möåt yá nghôa sêu xa hún lêín khuêët phña sau nhûäng cêëu thaânh cú baãn àoá hay laâ nhûäng tñnh chêët vêåt lyá chi tiïët cuãa vuä truå àaä àûúåc lûåa choån möåt caách tònh cúâ? Baãn thên mö hònh chuêín khöng thïí àûa ra möåt caách giaãi thñch naâo búãi vò baãn thên noá àaä lêëy danh saách caác haåt vaâ nhûäng tñnh chêët cuãa chuáng àûúåc ào bùçng thûåc nghiïåm laâm nhûäng dûä liïåu àêìu vaâo. Giöëng nhû khöng thïí sûã duång tònh traång trïn thõ trûúâng chûáng khoaán àïí xaác àõnh giaá trõ chûáng khoaán àêìu tû cuãa baån nïëu nhû khöng coá nhûäng dûä liïuå àêìu vaâo vïì àêìu tû ban àêìu cuãa baån, mö hònh chuêín cuäng khöng thïí àûúåc duâng àïí àûa ra bêët cûá tiïn àoaán naâo nïëu nhû khöng coá nhûäng dûä liïåu àêìu vaâo laâ nhûäng tñnh chêët cú baãn cuãa caác haåt [1]. Sau khi caác nhaâ vêåt lyá thûåc nghiïåm àaä ào nhûäng dûä liïåu àoá möåt caách hïët sûác thêån troång, caác nhaâ lyá thuyïët múái duâng mö hònh chuêín àïí àûa ra nhûäng tiïn àoaán coá thïí kiïím chûáng àûúåc, chùèng haån, àiïìu gò seä xaãy ra khi caác haåt cuå thïí naâo àoá va àêåp vaâo nhau trong maáy gia töëc. Nhûäng mö hònh chuêín khöng coá khaã nùng giaãi thñch àûúcå nhûäng tñnh chêët cú baãn cuãa caác haåt àûúåc liïåt kï trong caác baãng 1.1 vaâ 1.2, giöëng nhû chó söë Dow Jones ngaây höm nay khöng thïí biïët gò vïì àêìu tû chûáng khoaán cuãa baån 10 nùm trûúác.
21. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 21 Thûåc tïë, nïëu thûåc nghiïåm phaát hiïån àûúåc möåt thïë giúái vi mö chûáa möåt danh saách caác haåt húi khaác vúái nhûäng tûúng taác húi khaác, thò mö hònh chuêín cuäng dïî daâng thñch nghi vúái nhûäng thay àöíi àoá miïîn laâ phaãi cung cêëp cho noá nhûäng tham söë àêìu vaâo khaác. Theo nghôa àoá, cêëu truác cuãa mö hònh chuêín quaá û mïìm deão khiïën cho noá khöng thïí giaãi thñch àûúåc tñnh chêët cuãa caác haåt sú cêëp vò noá coá thïí thñch nghi vúái möåt phaåm vi röång lúán caác khaã nùng. Nhûng lyá thuyïët dêy thò khaác hùèn. Noá laâ möåt cêëu truác duy nhêët vaâ khöng mïìm deão. Noá khöng àoâi hoãi dûä liïåu àêìu vaâo, trûâ möåt con söë duy nhêët seä àûúåc mö taã dûúái àêy. Àoá laâ con söë thiïët àùåt thang qui chiïëu cho caác pheáp ào. Toaân böå caác tñnh chêët cuãa thïë giúái vi mö àïìu nùçm trong têìm giaãi thñch cuãa noá. Àïí hiïíu àiïìu naây, trûúác hïët ta haäy xeát caác dêy quen thuöåc hún, àoá laâ caác dêy àaân violöng. Möîi dêy àaân coá thïí chûáa möåt söë lúán (thûåc tïë laâ vö haån) caác mode dao àöång khaác nhau àûúåc goåi laâ caác cöång hûúãng, nhû nhûäng dao àöång àûúåc minh hoåa trïn hònh 6.1. Hònh 6.1. Caác dêy àaân violöng coá thïí dao àöång theo caác mode cöång hûúãng trong àoá möåt söë nguyïn caác àónh vaâ hoäm soáng àûúåc àùåt vûâa khñt giûäa hai àêìu dêy. Àoá laâ nhûäng daång soáng trong àoá caác àónh vaâ caác hoäm soáng caách nhau àïìu àùån vaâ àûúåc sùæp xïëp vûâa khñt giûäa hai àêìu cöë àõnh cuãa dêy àaân. Tai chuáng ta caãm nhêån àûúåc nhûäng mode dao àöång cöång hûúãng khaác nhau naây laâ nhûäng nöët nhaåc khaác nhau. Caác dêy trong lyá thuyïët dêy cuäng coá nhûäng tñnh chêët tûúng tûå. Chuáng cuäng coá nhûäng mode dao àöång cöång hûúãng trong àoá caác àónh vaâ hoäm caách nhau àïìu àùån vaâ sùæp xïëp vûâa khñt doåc theo chiïìu daâi cuãa chuáng. Möåt söë vñ duå àûúåc minh hoåa trïn hònh 6.2.
22. Brian Greene 22 Hònh 6.2. Caác voâng dêy trong lyá thuyïët dêy cuäng coá thïí dao àöång theo caác mode cöång hûúãng, tûúng tûå nhû caác dêy àaân violöng, trong àoá möåt söë nguyïn caác àónh vaâ hoäm soáng àûúåc àùåt vûâa khñt doåc theo chiïìu daâi cuãa chuáng. Nhûng àêy múái laâ àiïìu quan troång nhêët: giöëng nhû caác dêy àaân violöng sinh ra caác nöët nhaåc khaác nhau, nhûäng mode dao àöång khaác nhau cuãa möåt dêy cú baãn cuäng sinh ra caác khöëi lûúång khaác nhau vaâ caác tñch cuãa lûåc. Vò àêy laâ àiïím then chöët, nïn ta noái laåi möåt lêìn nûäa. Theo lyá thuyïët dêy, nhûäng tñnh chêët cuãa möåt "haåt" sú cêëp, tûác khöëi lûúång vaâ caác tñch lûåc khaác nhau cuãa noá, àûúåc xaác àõnh búãi mode dao àöång cöång hûúãng chñnh xaác maâ dêy nöåi taåi cuãa noá thûåc hiïån. Àöëi vúái khöëi lûúång cuãa haåt, möëi liïn hïå àoá khaá dïî hiïíu. Ta biïët rùçng, nùng lûúång cuãa möåt mode dao àöång cuå thïí naâo àoá phuå thuöåc vaâo biïn àöå (tûác laâ àöå cao hay àöå sêu cûåc àaåi cuãa dao àöång) vaâ bûúác soáng (tûác khoaãng caách giûäa hai àónh soáng kïë tiïëp) cuãa noá. Biïn àöå caâng lúán vaâ bûúác soáng caâng ngùæn, thò nùng lûúång caâng lúán. Àiïìu naây phaãn aánh möåt thûåc tïë maâ ta coá thïí caãm nhêån àûúåc bùçng trûåc giaác: mode dao àöång caâng maänh liïåt thò caâng coá nùng lûúång lúán, coân caác mode dao àöång caâng thû thaã caâng coá nùng lûúång nhoã. Hònh 6.3. Mode dao àöång maänh liïåt seä coá nùng lûúång lúán hún mode dao àöång lúâ àúâ. Hònh 6.3 laâ hai vñ duå minh hoåa. Àiïìu naây quaá quen thuöåc vúái chuáng ta vò cuäng tûåa nhû dêy àaân violöng, nïëu ta gaãy caâng maånh
23. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 23 thò noá dao àöång caâng àiïn cuöìng, coân nïëu ta gaãy nheå thò noá chó dao àöång ïm dõu maâ thöi. Theo thuyïët tûúng àöëi heåp ta laåi biïët rùçng, nùng lûúång vaâ khöëi lûúång laâ hai mùåt cuãa möåt àöìng xu: nùng lûúång caâng lúán coá nghôa laâ khöëi lûúång caâng lúán vaâ ngûúåc laåi. Nhû vêåy, theo lyá thuyïët dêy, khöëi lûúång cuãa möåt haåt sú cêëp àûúåc xaác àõnh búãi nùng lûúång cuãa mode dao àöång cuãa dêy nöåi taåi cuãa noá. Haåt nùång hún thò dêy nöåi taåi cuãa noá dao àöång maånh hún, trong khi caác haåt nheå hún coá dêy nöåi taåi dao àöång yïëu hún. Vò khöëi lûúång cuãa haåt laåi xaác àõnh nhûäng tñnh chêët hêëp dêîn cuãa noá, nïn chuáng ta thêëy rùçng coá möåt sûå liïn quan trûåc tiïëp giûäa mode dao àöång cuãa dêy vaâ phaãn ûáng cuãa haåt àöëi vúái lûåc hêëp dêîn. Mùåc duâ nhûäng lêåp luêån nghe coá veã húi trûâu tûúång nhûng caác nhaâ vêåt lyá àaä phaát hiïån ra rùçng, coá möåt sûå tûúng ûáng tûúng tûå giûäa caác àùåc tñnh khaác cuãa caác mode dao àöång cuãa dêy vaâ nhûäng tñnh chêët cuãa caác haåt liïn quan vúái caác lûåc khaác. Chùèng haån, àiïån tñch, tñch yïëu vaâ tñch maånh cuãa möåt dêy àaä cho seä àûúåc xaác àõnh búãi caách dao àöång cuå thïí cuãa noá. Hún thïë nûäa, yá tûúãng naây cuäng hoaân toaân àuáng vúái caã nhûäng haåt truyïìn tûúng taác. Nhûäng haåt nhû photon, caác boson yïëu vaâ gluon chùèng qua cuäng chó laâ nhûäng mode dao àöång khaác cuãa dêy. Vaâ möåt àiïìu àùåc biïåt quan troång, àoá laâ trong söë caác mode dao àöång coá möåt mode hoaân toaân phuâ húåp vúái caác tñnh chêët cuãa graviton vaâ àiïìu àoá àaãm baão rùçng lûåc hêëp dêîn laâ möåt böå phêån cêëu thaânh cuãa lyá thuyïët dêy. Nhû vêåy, chuáng ta thêëy rùçng, theo lyá thuyïët dêy, nhûäng tñnh chêët quan saát àûúåc cuãa möåt haåt sú cêëp xuêët hiïån laâ búãi vò dêy nöåi taåi cuãa noá thûåc hiïån möåt mode dao àöång cöång hûúãng cuå thïí naâo àoá. Quan àiïím baây khaác hùèn vúái quan àiïím cuãa caác nhaâ vêåt lyá trûúác khi phaát minh ra lyá thuyïët dêy; vaâo thúâi àoá, sûå khaác nhau giûäa caác haåt sú cêëp, thûåc tïë, àûúåc giaãi thñch bùçng caách noái rùçng möîi loaåi haåt àûúåc "cùæt tûâ möåt loaåi vaãi khaác nhau". Mùåc duâ möîi haåt àïìu àûúåc xem laâ sú cêëp, nhûng loaåi "vêåt liïåu" taåo ra chuáng laåi àûúåc xem laâ khaác nhau. Chùèng haån, vêåt liïåu electron coá àiïån tñch êm, trong khi àoá vêåt liïåu nútrinö laåi khöng mang àiïån. Lyá thuyïtë dêy laâm thay àöíi bûác tranh àoá möåt caách triïåt àïí bùçng caách tuyïn böë rùçng "vêåt liïåu" cuãa moåi haåt vêåt chêët vaâ cuãa têët caã caác lûåc àïìu nhû nhau. Möîi möåt haåt sú cêëp àûúåc taåo búãi möåt dêy, tûác laâ möîi haåt laâ möåt dêy vaâ têët caã caác dêy àïìu hoaân toaân nhû nhau. Sûå khaác nhau giûäa caác haåt xuêët hiïån laâ búãi vò caác dêy tûúng ûáng cuãa chuáng thûåc hiïån caác mode dao àöång khaác nhau. Caác haåt cú baãn khaác nhau thûåc sûå laâ
24. Brian Greene 24 caác "nöët" khaác nhau trïn möåt dêy cú baãn. Coân vuä truå, àûúåc cêëu taåo búãi möåt söë khaá lúán caác dêy dao àöång àoá, thò tûåa nhû möåt baãn giao hûúãng vêåy. Caái nhòn khaái quaát àoá àaä cho thêëy lyá thuyïët dêy mang àïën cho chuáng ta möåt khuön khöí thöëng nhêët tuyïåt vúâi àïën mûác naâo. Möåt haåt vêåt chêët vaâ têët caã caác haåt truyïìn tûúng taác àïìu göìm möåt dêy maâ mode dao àöång cuãa noá chñnh laâ "dêëu vên tay" nhêån daång cuãa chuáng. Vò bêët cûá möåt sûå kiïån hay möåt quaá trònh vêåt lyá naâo, úã mûác cú baãn nhêët cuaã noá, àïìu coá thïí àûúåc mö taã thöng qua nhûäng lûåc taác duång giûäa caác thaânh phêìn vêåt chêët sú cêëp àoá, nïn lyá thuyïët dêy hûáa heån laâ möåt lyá thuyïët coá khaã nùng mö taã möåt caách thöëng nhêët, toaân veån vaâ duy nhêët vuä truå vêåt lyá, tûác laâ möåt lyá thuyïët vïì têët caã (tiïëng Anh thûúâng viïët tùæt laâ T.O.E - theory of everything). [1] Mö hònh chuêín àûa ra möåt cú chïë theo àoá caác haåt coá àûúåc khöëi lûúång - àoá laâ cú chïë Higg mang tïn nhaâ vêåt lyá Xcötlen Peter Higg. Nhûng theo quan àiïím giaãi thñch khöëi lûúång cuãa caác haåt, thò àiïìu àoá àún thuêìn chó laâ chuyïín gaánh nùngå sang giaãi thñch tñnh chêët cuãa haåt giaã thuyïët "cho khöëi lûúång" - caái àûúåc goåi laâ haåt boson Higg. Sûå tòm kiïëm haåt naây bùçng thûåc nghiïåm àang àûúåc raáo riïët tiïën haânh, nhûng töi xin nhùæc laåi möåt lêìn nûäa rùçng, nïëu noá àûúåc tòm thêëy vaâ ngûúâi ta ào àûúåc caác tñnh chêët cuãa noá, thò àoá chùèng qua cuäng múái chó laâ dûä liïåu vaâo cho mö hònh chuêín, chûá lyá thuyïët chûa hïì coá sûå giaãi thñch naâo cho noá hïët. Êm nhaåc cuãa lyá thuyïët dêy Thêåm chñ mùåc duâ lyá thuyïët dêy àaä tûâ boã quan niïåm trûúác kia vïì caác haåt sú cêëp khöng coá cêëu truác, nhûng ngön ngûä cuä thò vêîn coân dai dùèng, nhêët laâ khi noá cho möåt mö taã chñnh xaác cuãa thûåc tiïîn túái têån nhûäng thang khoaãng caách nhoã beá nhêët. Do àoá, theo thûåc tiïîn chung cuãa lônh vûåc nghiïn cûáu naây, chuáng ta cuäng vêîn seä tiïëp tuåc noái vïì caác "haåt sú cêëp", nhûng cêìn nhúá rùçng "nhûäng caái dûúâng nhû laâ caác haåt sú cêëp àoá, thûåc sûå chó laâ nhûäng mêíu dêy nhoã xñu dao àöång". Trong muåc trûúác chuáng ta àaä giaãi thñch rùçng, khöëi lûúång vaâ tñch lûåc cuãa caác haåt sú cêëp àïìu laâ kïët quaã cuãa caách maâ caác dêy tûúng ûáng cuãa chuáng dao àöång. Àiïìu naây dêîn chuáng ta túái nhêån àõnh sau: nïëu chuáng ta coá thïí taåo ra àûúåc möåt caách chñnh xaác nhûäng mode dao àöång cöång hûúãng cho pheáp caác dêy cú baãn, tûác laâ caác "nöët", nïëu coá thïí noái nhû vêåy, do chuáng phaát ra, thò chuáng ta coá thïí giaãi thñch àûúåc nhûäng tñnh chêët quan saát àûúåc cuãa caác haåt sú
25. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 25 cêëp. Nhû vêåy lêìn àêìu tiïn, lyá thuyïët dêy àaä xaác lêåp àûúåc möåt khuön khöí àïí giaãi thñch têët caã nhûäng tñnh chêët cuãa caác haåt quan saát àûúåc trong tûå nhiïn. ÚÃ giai àoaån naây, nhiïåm vuå cuãa chuáng ta laâ "toám" lêëy möåt dêy vaâ "gaãy" noá theo àuã moåi caách àïí xaác àõnh têët caã nhûäng mode dao àöång cöång hûúãng khaã dô cuãa noá. Nïëu lyá thuyïët dêy laâ àuáng thò ta seä tòm thêëy rùçng caác mode dao àöång khaã dô àoá seä cho chñnh xaác nhûäng tñnh chêët quan saát àûúåc cuãa têët caã caác haåt vêåt chêët vaâ caác haåt lûåc trong baãng 1.1 vaâ 1.2. Têët nhiïn, caác dêy laâ quaá nho ã nïn khöng thïí thûåc hiïån àûúåc thñ nghiïåm àuáng nhû vûâa mö taã. Tuy nhiïn, nhúâ toaán hoåc, chuáng ta vêîn coá thïí gaãy chuáng bùçng lyá thuyïët. Vaâo giûäa nhûäng nùm 1980, nhiïìu ngûúâi uãng höå lyá thuyïët dêy àaä tin rùçng, cöng cuå toaán hoåc cêìn thiïët àïí laâm viïåc àoá àaä àaåt túái mûác coá thïí giaãi thñch àûúåc moåi tñnh chêët chi tiïët cuãa vuä truå úã cêëp àöå vi mö nhêët cuãa noá. Möåt söë nhaâ vêåt lyá nhiïåt thaânh coân daám tuyïn böë rùçng, cuöëi cuâng cuäng àaä xêy dûång àûúåc lyá thuyïët vïì têët caã (T.O.E). Tuy nhiïn, sau hún mûúâi nùm nhòn laåi, ngûúâi ta múái nhêån ra rùçng sûå quaá laåc quan phaát sinh tûâ niïìm tin àoá laâ húi vöåi vaâng. Lyá thuyïët dêy àaä coá nhûäng yïëu töë cuãa T.O.E nhûng vêîn coân nhiïìu trúã ngaåi ngùn trúã chuáng ta ruát ra phöí caác dao àöång cuãa dêy vúái àöå chñnh xaác cêìn thiïët àïí so saánh àûúåc vúái thûåc nghiïåm. Do àoá, hiïån nay chuáng ta vêîn coân chûa biïët liïåu lyá thuyïët dêy coá giaãi thñch àûúåc têët caã nhûäng neát àùåc trûng cú baãn cuãa vuä truå chuáng ta àûúåc töíng kïët trong caác baãng 1.1 vaâ 1.2 hay khöng. Nhû chuáng ta seä thaão luêån trong chûúng 9, trong nhûäng giaã thiïët maâ chuáng ta seä noái roä sau, lyá thuyïët dêy coá thïí laâm phaát sinh möåt vuä truå vúái nhûäng tñnh chêët phuâ húåp möåt caách àõnh tñnh vúái nhûäng dûä liïåu vïì caác haåt vaâ caác lûåc, nhûng àïí ruát ra nhûäng tiïn àoaán chi tiïët bùçng söë thò hiïån coân nùçm ngoaâi khaã nùng cuãa chuáng ta. Vaâ mùåc duâ khöng giöëng nhû mö hònh chuêín vúái nhûäng haåt àiïím, khuön khöí cuãa lyá thuyïët dêy coá khaã nùng cho möåt giaãi thñch laâ taåi sao caác haåt vaâ caác lûåc coá nhûäng tñnh chêët nhû chuáng vöën coá, nhûng chuáng ta vêîn coân chûa chiïëm àûúåc noá. Nhûng coá àiïìu àaáng noái laâ, lyá thuyïët dêy hïët sûác phong phuá vaâ coá têìm bao quaát röång lúán túái mûác, mùåc duâ chuáng ta coân chûa xaác àõnh àûúåc nhûäng tñnh chêët chi tiïët cuãa noá, nhûng nhû seä thêëy úã caác chûúng sau, chuáng ta àaä coá thïí hiïíu àûúåc rêët nhiïìu hiïån tûúång vêåt lyá suy ra tûâ lyá thuyïët àoá. Trong caác chûúng sau, chuáng ta cuäng seä thaão luêån vïì nhûäng trúã ngaåi àoá möåt caách chi tiïët hún, nhûng cuäng seä hûäu ñch, nïëu
26. Brian Greene 26 chuáng ta hiïíu àûúåc chuáng möåt caách àaåi thïí. Caác dêy trong thïë giúái xung quanh chuáng ta xuêët hiïån vúái nhiïìu àöå cùng khaác nhau. Chùèng haån caác dêy giêìy thûúâng khöng cùng bùçng nhûäng dêy àaân àûúåc cùng tûâ àêìu naây túái àêìu kia cuãa cêy àaân violöng. Nhûng àöå cùng cuãa caã hai loaåi dêy naây laåi chùèng thêëm gò so vúái nhûäng dêy theáp cuãa cêy àaân pianö. Möåt con söë maâ lyá thuyïët dêy àoâi hoãi àïí thiïët àùåt thang töíng thïí cuãa noá, àoá laâ àöå cùng tûúng ûáng trïn caác voâng dêy. Thïë nhûng àöå cùng naây àûúåc xaác àõnh búãi caái gò? Thêåt ra, nïëu nhû chuáng ta coá thïí gaãy àûúåc möåt súåi dêy cú baãn, thò chuáng ta hùèn àaä biïët àûúåc àöå cûáng cuãa noá hïåt nhû ta àaä laâm àïí ào àöå cùng cuãa caác dêy quen thuöåc trong cuöåc söëng haâng ngaây. Nhûng vò nhûäng dêy cú baãn naây laåi quaá nhoã beá, nïn caách laâm àoá khöng thïí thûåc hiïån àûúåc vaâ phaãi cêìn túái möåt phûúng phaáp giaán tiïëp. Nùm 1974, khi Scherk vaâ Schwarz cho rùçng coá möåt mode dao àöång àùåc biïåt cuãa dêy laâ haåt graviton, hoå àaä tòm àûúåc ra möåt phûúng phaáp giaán tiïëp nhû vêåy vaâ bùçng caách àoá hoå àaä tiïn àoaán àûúåc sûác cùng cuãa caác dêy trong lyá thuyïët dêy. Nhûäng tñnh toaán cuãa ho å cho thêëy rùçng cûúâng àöå cuãa lûåc àûúåc truyïìn búãi mode dao àöång graviton giaã thuyïët àoá tyã lïå nghõch vúái sûác cùng cuãa dêy. Vaâ vò graviton àûúåc xem laâ haåt truyïìn lûåc hêëp dêîn - möåt lûåc vöën rêët yïëu - tûâ àoá hoå suy ra rùçng àöå cùng cuãa dêy coá giaá trõ khöíng löì, cúä caã ngaân tyã tyã tyã tyã (1039) têën vaâ àûúåc goåi laâ àöå cùng Planck. Caác dêy cú baãn do àoá laâ cûåc kyâ cùng so vúái caác dêy thöng thûúâng xung quanh chuáng ta. Àiïìu naây dêîn túái ba hïå quaã quan troång. Ba hïå quaã cuãa caác dêy coá àöå cùng cûåc lúán. Thûá nhêët, trong khi hai àêìu cuãa caác dêy àaân violöng hay piano àïìu àûúåc xiïët chùåt àïí àaãm baão cho chuáng coá möåt chiïìu daâi cöë àõnh, thò laåi khöng coá möåt khung haån chïë naâo àïí cöë àõnh kñch thûúác cuãa möåt dêy cú baãn caã. Thay vò, àöå cùng cûåc lúán cuãa dêy laâm cho caác voâng cuãa lyá thuyïët dêy bõ co laåi túái kñch thûúác cûåc kyâ nhoã. Nhûäng tñnh toaán chi tiïët cho thêëy rùçng, úã àöå cùng Plack, caác dêy thûúâng coá àöå daâi Planck, tûác laâ cúä 10-33 cm, nhû chuáng ta àaä noái úã trïn [1]. Thûá hai, do coá àöå cùng lúán, nùng lûúång àiïín hònh cuãa möåt voâng dêy dao àöång trong lyá thuyïët dêy cuäng cûåc kyâ cao. Àïí hiïíu àiïìu naây, chuáng ta lûu yá rùçng, àöå cùng cuãa dêy caâng lúán thò caâng khoá laâm cho noá dao àöång. Vñ duå, gaãy möåt dêy àaân violöng àïí laâm cho noá dao àöång dïî daâng hún nhiïìu so vúái gaãy dêy àaân pianö. Do
27. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 27 àoá, hai dêy coá àöå cùng khaác nhau, nhûng dao àöång theo caách hoaân toaân nhû nhau, thò seä khöng coá cuâng möåt nùng lûúång. Dêy coá àöå cùng lúán seä coá nùng lûúång cao hún dêy coá àöå cùng nhoã hún, vò àïí laâm cho noá chuyïín àöång cêìn phaãi töën nhiïìu nùng lûúång hún. Àiïìu naây chûáng toã rùçng nùng lûúång cuãa dêy dao àöång àûúåc xaác àõnh búãi hai yïëu töë: caách dao àöång chñnh xaác cuãa noá (dêy caâng dao àöång maånh thò coá nùng lûúång caâng lúán) vaâ àöå cùng cuãa dêy (àöå cùng caâng lúán tûúng ûáng vúái nùng lûúång caâng cao). Thoaåt àêìu, sûå mö taã àoá coá thïí dêîn baån túái yá nghô rùçng, bùçng caách laâm cho dêy dao àöång ïm dõu hún, tûcá laâ coá biïn àöå nhoã hún àöìng thúâi coá ñt àónh vaâ hoäm hún, thò dêy seä coá nùng lûúång caâng nhoã hún. Nhûng, nhû chuáng ta àaä thêëy trong chûúng 4, cú hoåc lûúång tûã cho chuáng ta biïët rùçng lyá luêån àoá khöng àuáng. Giöëng nhû têët caã caác dao àöång hay nhûäng nhiïîu àöång coá daång soáng, cú hoåc lûúång tûã quy àõnh rùçng chuáng chó töìn taåi dûúái daång nhûäng goái giaán àoaån. Noái möåt caách nöm na, cuäng nhû tiïìn maâ nhûäng ngûúâi khaách troå úã nhaâ kho àûúåc giao giûä àïìu laâ böåi söë nguyïn cuãa möåt loaåi tiïìn coá mïånh giaá nhêët àõnh, nùng lûúång cuãa möåt mode dao àöång naâo ào á cuãa dêy cuäng laâ böåi söë nguyïn cuãa möåt mïånh giaá nùng lûúång töëi thiïíu. Àùåc biïåt, mïånh giaá nùng lûúång töëi thiïíu naây tyã lïå vúái àöå cùng cuãa dêy (vaâ noá cuäng phuå thuöåc vaâo söë àónh vaâ hoäm trong möåt mode dao àöång cuå thïí), trong khi àoá böåi söë nguyïn àûúåc xaác àõnh búãi biïn àöå cuãa mode dao àöång. Vaâ àêy múái laâ àiïím then chöët trong thaão luêån bêy giúâ cuãa chuáng ta: vò nhûäng mïånh giaá nùng lûúång töëi thiïíu tyã lïå vúái àöå cùng cuãa dêy vaâ cuäng vò àöå cùng naây rêët lúán, nïn nhûäng nùng lûúång töëi thiïíu cú baãn, xeát úã nhûäng thang thöng thûúâng cuaã vêåt lyá caác haåt sú cêëp, laâ rêët lúán. Chuáng laâ böåi söë cuãa caái àûúåc goåi laâ nùng lûúång Planck. Àïí coá möåt yá niïåm vïì thang, nïëu chuáng ta chuyïín nùng lûúång Planck thaânh khöëi lûúång theo cöng thûác nöíi tiïëng cuãa einstein E = mc2, thò noá tûúng ûáng vúái khöëi lûúång lúán gêëp mûúâi tyã tyã (1019) lêìn khöëi lûúång cuãa proton. Khöëi lûúång lúán khuãng khiïëp àoá (so vúái nhûäng tiïu chuêín cuãa caác haåt sú cêëp) cuäng àûúåc goåi laâ khöëi lûúång Plack, noá coá giaá trõ cúä khöëi lûúång cuãa möåt haåt buåi hoùåc cuãa möåt têåp húåp haâng triïåu con vi khuêín. Vaâ nhû vêåy, àûúng lûúång khöëi lûúång àiïín hònh cuãa nùng lûúång dao àöång cuãa möåt voâng trong lyá thuyïët dêy noái chung seä laâ möåt söë nguyïn (1, 2, 3 ) lêìn khöëi lûúång Plack. Caác nhaâ vêåt lyá thûúâng diïîn àaåt àiïìu naây bùçng
28. Brian Greene 28 caách noái rùçng thang nùng lûúång “tûå nhiïn” hay “àiïín hònh” (vaâ do àoá caã thang khöëi lûúång nûäa) cuãa lyá thuyïët dêy laâ thang Planck. Àiïìu naây laâm naãy sinh möåt cêu hoãi quan troång coá liïn quan trûåc tiïëp vúái muåc tiïu taái taåo laåi nhûäng tñnh chêët cuãa caác haåt àûúåc liïåt kï trong caác baãng 1.1 vaâ 1.2: Nïëu nhû thang nùng lûúång “tûå nhiïn” cuãa lyá thuyïët dêy vaâo cúä mûúâi tyã tyã lêìn thang nùng lûúång cuãa proton, thò laâm thïë naâo coá thïí giaãi thñch àûúåc khöëi lûúång cuãa caác haåt coân nheå hún rêët nhiïìu, thuöåc söë nhûäng thaânh phêìn taåo nïn thïë giúái xung quanh chuáng ta, nhû caác electron, quark, photon, chùèng haån? Cêu traã lúâi, laåi möåt lêìn nûäa, túái tûâ cú hoåc lûúång tûã. Nguyïn lyá bêët àõnh àaãm baão rùçng khöng coá gò laâ hoaân toaân àûáng yïn caã. Moåi vêåt àïìu chõu nhûäng thùng giaáng lûúång tûã, búãi vò nïëu khöng, chuáng ta seä biïët hoaân toaân chñnh xaác chuáng úã àêu vaâ chuyïín àöång nhanh chêåm ra sao, maâ nhû vêåy thò laåi vi phaåm nguyïn lyá cuãa Heisenberg. Àiïìu naây cuäng àuáng àöëi vúái caác voâng dêy trong lyá thuyïët dêy; bêët kïí voâng dêy phùèng lùång thïë naâo ài nûäa, noá vêîn luön luön caãm thêëy möåt dao àöång lûúång tûã naâo àoá. Möåt àiïìu àaáng lûu yá àaä àûúåc phaát minh tûâ nhûäng nùm 1970, àoá laâ coá thïí coá nhûäng triïåt tiïu nùng lûúång giûäa nhûäng thùng giaáng lûúång tûã vaâ caác dao àöång cuãa dêy maâ ta àaä thaão luêån úã trïn vaâ àûúåc minh hoaå trïn caác hònh 6.2 vaâ 6.3. Thûåc tïë, thöng qua nhûäng àùåc àiïím kyâ laå cuãa cú hoåc lûúång tûã, nùng lûúång gùæn vúái nhûäng thùng giaáng lûúång tûã cuãa dêy laâ êm vaâ do àoá noá laâm giaãm thiïíu nùng lûúång toaân phêìn cuãa dêy dao àöång möåt lûúång xêëp xó bùçng nùng lûúång Planck. Àiïìu naây coá nghôa laâ caác mode dao àöång coá nùng lûúång thêëp nhêët cuãa dêy vúái nùng lûúång ma â ta truâ liïåu rùçng coá giaá trõ bùçng 1 nùng lûúång Planck seä bõ triïåt tiïu phêìn lúán, vaâ do àoá coá nùng lûúång thûåc sûå tûúng àöëi thêëp. Nhûäng nùng lûúång naây ûáng vúái khöëi lûúång xêëp xó khöëi lûúång cuãa caác haåt àûúåc liïåt kï trong caác baãng 1.1 vaâ 1.2. Àoá laâ caác mode dao àöång coá nùng lûúång thêëp nhêët, do àoá coá khaã nùng taåo ra möåt cêìu nöëi giûäa mö taã lyá thuyïët cuãa caác dêy vaâ thïë giúái vêåt kyá cuãa caác haåt coá thïí tiïëp cêån àûúåc bùçng thûåc nghiïåm. Vaâ àêy laâ möåt vñ duå quan troång: Scherk vaâ Achwarz àaä phaát hiïån ra rùngç àöëi vúái mode dao àöång tûúng ûáng vúái haåt graviton giaã àõnh, sûå triïåt tiïu naây laâ hoaân haão, kïët quaã laâ ta thu àûúåc haåt truyïìn tûúng taác hêëp dêîn, tûác graviton, coá khöëi lûúång bùçng khöng. Àoá cuäng chñnh laâ àiïìu ta àaä chúâ àúåi àöëi vúái graviton, búãi vò lûåc hêëp dêîn àûúåc truyïìn vúái vêån töëc aánh saáng, maâ chó nhûäng haåt coá khöëi
29. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 29 lûúång bùçng khöng múái coá thïí chuyïín àöång vúái töëc àöå cûåc àaåi àoá. Nhûng nhûäng mode dao àöång vúái nùng lûúång thêëp laåi thûúâng laâ ngoaåi lïå chûá khöng phaãi laâ quy tùæc. Dêy cú baãn dao àöång thûúâng gùåp hún tûúng ûáng vúái haåt coá khöëi lûúång lúán gêëp caã tyã tyã lêìn khöëi lûúång cuãa proton. Àiïìu naây noái vúái chuáng ta rùçng, nhûäng haåt cú baãn tûúng àöëi nheå trong caác baãng 1.1 vaâ 1.2, theo möåt nghôa naâo àoá, xuêët hiïån tûâ maân sûúng muâ moãng trïn bïì mùåt àaåi dûúng bao la söi suåc cuãa caác dêy dao àöång maänh liïåt hún. Ngay caã haåt nùång nhû quark t, vúái khöëi lûúång lúán gêëp 189 lêìn khöëi lûúång cuãa proton, cuäng xuêët hiïån tûâ möåt dêy dao àöång chó nïëu nhû thang nùng lûúång àùåc trûng rêët lúán cuãa caác dêy, tûác nùng lûúång Planck, bõ triïåt tiïu búãi nhûäng thùng giaáng lûúång tûã sao cho phêìn coân laåi chó bùçng cúä möåt phêìn trùm triïåu tyã. Cuäng giöëng nhû khi baån chúi troâ àuáng giaá, ngûúâi dêîn chûúng trònh trao cho baån 10 tyã tyã àö la vaâ thaách thûác baån mua haâng sao cho baån phaãi tiïu hïët — hay coá thïí laâ bõ triïåt tiïu hïët — nhûng phaãi coân laåi àuáng 189 àö la khöng hún khöng keám. Viïåc tiïu möåt söë tiïìn khöíng löì nhû vêåy nhûng laåi hoaân toaân khöng biïët giaá chñnh xaác cuãa tûngâ mùåt haâng laâ möåt baâi toaán naát oác àöëi vúái ngay caã nhûäng ngûúâi saânh soãi sùæm àöì nhêët thïë giúái. Trong lyá thuyïët dêy, núi maâ tiïìn tïå laâ nùng lûúång, nhûäng tñnh toaán gêìn àuáng àaä chûáng toã möåt caách coá sûác thuyïët phuåc rùçng nhûäng triïåt tiïu nùng lûúång tûúng tûå chùæc chùæn coá thïí xaãy ra, nhûng vò nhûäng nguyïn nhên seä àûúåc thêëy roä hún úã caác chûúng sau, viïåc kiïím tra nhûäng triïåt tiïu àoá túái möåt àöå chñnh xaác cao, noái chung, hiïån nay vêîn coân nùçm ngoaâi khaã nùng lyá thuyïët cuãa chuáng ta. Ngay duâ nhû thïë ài nûäa, nhû àaä chó ra úã trïn, ngûúâi ta vêîn coá thïí ruát ra vaâ hiïíu àûúåc möåt caách chùæc chùæn nhiïìu tñnh chêët cuãa lyá thuyïët dêy ñt nhaåy caãm vúái nhûäng chi tiïët tinh tïë nhêët àoá. Àiïìu naây dêîn chuáng ta túái hïå quaã thûá ba cuãa giaá trõ cûåc lúán cuãa sûác cùng caác dêy. Caác dêy coá thïí thûåc hiïån möåt söë vö haån caác mode dao àöång khaác nhau. Vñ duå, trong hònh 6.2 chuáng ta àaä minh hoaå nhûäng mode àêìu tiïn cuãa möåt daäy vö têån caác khaã nùng vúái söë àónh vaâ hoäm tùng dêìn. Vêåy phaãi chùng àiïìu àoá cuäng coá nghôa laâ seä cêìn phaãi co á möåt daäy vö têån tûúng ûáng caác haåt sú cêëp, maâ àiïìu naây thò laåi mêu thuêîn vúái tònh hònh thûåc nghiïåm àûúåc töíng kïët trong caác baãng 1.1 vaâ 1.2? Cêu traã lúâi úã àêy laâ coá. Nïëu nhû lyá thuyïët dêy laâ àuáng, thò möîi mêîu mode dao àöång cöång hûúãng cuãa dêy seä tûúng ûáng vúái möåt
30. Brian Greene 30 haåt sú cêëp. Tuy nhiïn, àiïím quan troång cêìn lûu yá laâ, do àöå cùng lúán cuãa dêy nïn chó trûâ möåt söë ñt mode dao àöång àoá, coân thò têët caã àïìu tûúng ûáng vúái caác haåt cûåc kyâ nùång (möåt ñt mode vûâa noái laâ nhûäng dao àöång coá nùng lûúång thêëp nhêët do bõ triïåt tiïu gêìn nhû hoaân toaân búãi caác thùng giaáng lûúång tûã). Vaâ laåi möåt lêìn nûäa, chûä "nùång" duâng úã àêy laâ theo nghôa so vúái khöëi lûúång Planck. Vò caác maáy gia töëc haåt maånh nhêët hiïån nay cuãa chuáng ta múái chó àaåt túái nùng lûúång lúán gêëp khoaãng möåt ngaân lêìn khöëi lûúång cuãa proton, tûác laâ nhoã hún möåt phêìn triïåu tyã nùng lûúång Planck, nïn chuáng ta coân xa múái coá thïí tòm thêëy trong phoâng thñ nghiïåm nhûäng haåt múái àoá do lyá thuyïët dêy tiïn àoaán. Tuy nhiïn, vêîn coá nhûäng phûúng phaáp giaán tiïëp àïí tòm kiïëm caác haåt àoá. Chùèng haån, nhûäng nùng lûúång taåi luác khúãi àêìu cuãa vuä truå coá leä laâ àuã cao àïí taåo ra möåt caách döìi daâo caác haåt êëy. Noái chung, ngûúâi ta khöng chúâ àúåi chuáng seä coân söëng soát cho túái têån höm nay, vò nhûäng haåt siïu nùång nhû thïë thûúâng laâ khöng bïìn, chuáng phung phñ khöëi lûúång cuãa mònh bùçng caách phên raä liïn tiïëp thaânh caác haåt ngaây caâng nheå hún vaâ chêëm dûát quaá trònh úã nhûäng haåt tûúng àöëi nheå vöën quen thuöåc trong thïë giúái xung quanh chuáng ta. Tuy nhiïn, vêîn coá khaã nùng möåt trong nhûäng traång thaái dao àöång siïu nùång nhû thïë cuãa dêy - taân dû tûâ Big Bang - vêîn coá thïí coân söëng soát túái ngaây nay. Viïåc tòm ra nhûäng haåt àoá (seä thaão luêån àêìy àuã hún trong chûúng 9), seä laâ möåt phaát minh vang döåi, ñt nhêët cuäng coá thïí noái nhû vêåy. [1] Dûåa trïn nhûäng phaát triïín thu lûúåm àûúåc tûâ cuöåc caách maång siïu dêy lêìn thûá hai (àaä àûúåc thaão luêån úã chûúng 12) Witten vaâ chuã yïëu laâ Joa Lykken úã Fermilab àaä phaát hiïån ra möåt löî höíng tinh tïë cuãa kïët luêån naây. Tûâ àoá Lykken àaä àûa ra giaã thuyïët rùçng caác dêy coá thïí coá sûác cùng nhoã hún nhiïìu vaâ do àoá coá thïí coá kñch thûúác lúán hún nhiïìu so vúái ban àêìu ngûúâi ta tûúãng. Thûåc tïë, lúán túái mûác coá thïí quan saát àûúåc trong caác maáy gia töëc haåt thuöåc caác thïë hïå tiïëp sau. Nïëu khaã nùng àoá laâ àuáng, thò coá möåt triïín voång rêët hêëp dêîn laâ: nhiïìu hïå quaã cuãa lyá thuyïët dêy àûúåc thaão luêån trong chûúng naây vaâ caác chûúng sau seä coá thïí kiïím chûáng àûúåc bùçng thûåc nghiïåm trong voâng thêåp kyã túái. Nhûng ngay caã trong möåt kõch baãn “thöng thûúâng” hún àûúåc chêëp nhêån búãi nhiïìu nhaâ lyá thuyïët dêy, trong àoá caác dêy thûúâng coá chiïìu daâi cúä 10- 33cm, thò cuäng seä coá nhûäng caách giaán tiïëp àïí phaát hiïån ra chuáng bùçng thûåc nghiïåm nhû seä àûúåc thaão luêån trong chûúng 9.
31. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 31 Hêëp dêîn vaâ cú hoåc lûúång tûã trong lyá thuyïët dêy Khuön khöí thöëng nhêët maâ lyá thuyïët dêy àem laåi quaã thûåc laâ rêët hêëp dêîn. Nhûng sûå hêëp dêîn àùåc biïåt cuãa noá laåi laâ khaã nùng caãi thiïån àûúåc sûå xung àöåt giûäa lûåc hêëp dêîn vaâ cú hoåc lûúång tûã. Xin nhúá laåi rùçng, vêën àïì nöíi lïn trong viïåc hoâa nhêåp thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã laâ do nïìn taãng cuãa caái trûúác, tûác khöng gian vaâ thúâi gian taåo nïn möåt cêëu truác hònh hoåc cong trún xung àöåt vúái nïìn taãng cuãa caái sau, tûác moåi thûá trong vuä truå, kïí caã cêëu truác cuãa khöng gian vaâ thúâi gian àïìu chõu nhûäng thùng giaáng lûúång tûã, àöìng thúâi nhûäng thùng giaáng naây ngaây caâng dûä döåi hún khi ta thùm doâ túái nhûäng thang khoaãng caách ngaây caâng nhoã hún. ÚÃ nhûäng khoaãng caách dûúái chiïìu daâi Planck, nhûäng thùng giaáng lûúång tûã maånh túái mûác chuáng phaá huãy khaái niïåm sûå cong trún cuãa khöng gian hònh hoåc; àiïìu naây coá nghôa laâ thuyïët tûúng àöëi röång khöng coân duâng àûúåc nûäa. Lyá thuyïët dêy àaä laâm cho nhûäng thùng giaáng lûúång tûã trúã nïn mïìm maåi hún bùçng caách laâm cho caác tñnh chêët cuãa khöng gian úã nhûäng khoaãng caách ngùæn trúã nïn "nhoeâ" ài. Coá möåt traã lúâi thö vaâ möåt traã lúâi chñnh xaác hún cho cêu hoãi: àiïìu naây thûåc sûå nghôa laâ gò vaâ laâm thïë naâo noá giaãi quyïët àûúåc xung àöåt àoá. Chuáng ta seä lêìn lûúåt xeát nhûäng cêu traã lúâi êëy. Cêu traã lúâi thö Mùåc duâ nghe coá veã húi thö thiïín, nhûng caách maâ chuáng ta thûúâng duâng àïí tòm hiïíu cêëu truác cuãa vêåt naâo àoá laâ duâng caác vêåt khaác bùæn phaá vaâo noá röìi quan saát möåt caách chñnh xaác àöå lïåch khi bay ra cuãa caác vêåt àoá. Chùèng haån, chuáng ta coá thïí thêëy caác vêåt laâ búãi vò mùæt chuáng ta thu thêåp coân naäo chuáng ta giaãi maä thöng tin àûúåc mang túái búãi caác photon phaãn xaå tûâ vêåt. Caác maáy gia töëc haåt cuäng dûåa trïn nhûäng nguyïn tùæc tûúng tûå. Chuáng bùæn caác mêîu vêåt chêët nhû caác electron vaâ proton vaâo nhau vaâ vaâo cacá bia khaác, coân caác detector tinh xaão thò phên tñch cún mûa nhûäng maãnh vúä taåo thaânh, tûâ àoá xaác àõnh cêëu truác cuãa caác vêåt àûúåc nghiïn cûáu. Theo quy tùæc chung, thò kñch thûúác cuãa haåt thûã xaác àõnh giúái haån dûúái cuãa thang chiïìu daâi maâ chuáng ta muöën thùm doâ. Àïí coá möåt yá niïåm vïì yá nghôa cuãa phaát biïíu quan troång àoá, haäy tûúãng tûúång Slim vaâ Jim do muöën coá möåt chuát vùn hoáa àaä àùng kyá vaâo hoåc möåt lúáp daåy veä. Sau möåt hoåc kyâ, Jim ngaây caâng hêåm hûåc vò
32. Brian Greene 32 Slim tiïën böå rêët nhanh vaâ cêåu ta àaä thaách thûác Slim thi taâi cao thêëp. Cêåu ta àïì nghõ möîi ngûúâi lêëy nhên cuãa möåt quaã àaâo, cho keåp chùåt laåi vaâ veä noá möåt caách "taã chên" nhêët. Möåt yïu cêìu oaái oùm trong lúâi thaách thûác cuãa Jim laâ caã hai ngûúâi àïìu khöng àûúåc nhòn vaâo nhên quaã àaâo. Thay vò, möîi ngûúâi àûúåc pheáp biïët vïì kñch thûúác, hònh daång vaâ nhûäng àùåc àiïím cuãa noá chó bùçng caách bùæn phaá noá bùçng caác haåt àaån (trûâ photon) röìi quan saát àöå lïåch cuãa caác haåt àoá, nhû àûúåc minh hoåa trïn hònh 6.4. Slim hoaân toaân khöng biïët laâ Jim àaä nhöìi vaoâ suáng cuãa mònh nhûäng viïn àaån bùçng àaá (nhû trong hònh 6.4a) coân cêåu ta laåi nhöìi vaâo suáng cuãa mònh nhûäng viïn àaån nhûåa, kñch thûúác 5mm, nhoã hún nhiïìu (nhû hònh 6.4b). Caã hai àïìu àûáng sau khêíu suáng cuãa mònh vaâ cuöåc àêëu suáng bùæt àêìu. Hònh 6.4. Nhên quaã àaâo àûúåc keåp chùåt vaâ àûúåc veä bùçng caách quan saát nhûäng haåt thûã bùæn vaâo noá bõ lïåch nhû thïë naâo. Bùçng caách duâng nhûäng haåt thûã beá dêìn: (a) àaån àaá, (b). àaån nhûåa 5 mm, (c) àaån nhûåa 0,5mm, coá thïí veä àûúåc hònh aãnh chi tiïët hún. Sau möåt laát, bûác tranh töët nhêët maâ Slim coá thïí veä àûúåc laâ bûác tranh úã bïn phaãi hònh 6.4a. Bùçng caách quan saát quyä àaåo caác viïn àaån àaá sau khi àêåp vaâo nhên quaã àaâo, Slim biïët rùçng noá coá khöëi lûúång nhoã vaâ bïì mùåt cûáng. Nhûng anh ta chó biïët àûúåc coá vêåy thöi. Búãi leä caác viïn bi àaá coá kñch thûúác quaá lúán nïn khöng thïí "caãm nhêån" àûúåc cêëu truác nhùn nheo cuãa noá. Khi liïëc nhòn bûác veä cuãa Jim (hònh 6.4b), Slim ngaåc nhiïn thêëy rùçng Jim veä gioãi hún mònh. Tuy nhiïn, nhòn thoaáng qua khêíu suáng cuãa Jim, Slim nhêån ra ngay meåo vùåt cuãa cêåu ta: nhûäng haåt àaån nhûåa maâ Jim sû ã duång àuã nhoã khiïën cho caác nïëp nhùn lúán nhêët trïn mùåt nhên quaã àaâo cuäng coá thïí aãnh hûúãng àïën goác lïåch cuãa chuáng. Do àoá, khi bùæn nhiïìu viïn àaån nhûåa 5mm àoá lïn nhên quaã àaâo vaâ quan saát caác quyä àaåo bõ lïåch cuãa chuáng, Jim àaä veä àûúåc hònh aãnh chi tiïët hún cuãa noá. Khöng chõu thêët baåi, Slim quay vïì khêíu suáng cuãa mònh vaâ naåp cho noá nhûäng viïn àaån nhoã hún nûäa, vúái kñch thûúác chó bùçng nûãa milimeát. Vúái kñch thûúác nhoã nhû thïë, nhûäng vïët nhùn nhoã nhêët trïn mùåt nhên quaã àaâo cuäng coá thïí aãnh hûúãng àïën goác lïåch cuaã
33. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 33 chuáng. Vaâ bùçng caách quan saát quyä àaåo bõ lïåch cuãa nhûäng viïn àaån àoá, anh àaä veä àûúåc bûác tranh trïn hònh 6.4c vaâ àaä chiïën thùæng. Baâi hoåc ruát ra tûâ cuöåc thi naây àaä roä raâng: Haåt thûã tiïån ñch khöng thïí lúán hún nhiïìu so vúái nhûäng àùåc àiïím vêåt lyá cêìn xem xeát, nïëu khöng, chuáng seä khöng "caãm nhêån" àûúåc nhûäng cêëu truác maâ ta cêìn quan têm. Têët nhiïn, lyá luêån naây vêîn coân àuáng nïëu ta muöën thùm doâ nhên quaã àaâo sêu hún, àïí xaác àõnh cêëu truác nguyïn tûã vaâ dûúái nguyïn tûã cuãa noá. Nhûäng viïn àaån nhûåa 0,5mm bêy giúâ khöng coân cho chuáng ta nhûäng thöng tin hûäu ñch nûäa, vò chuáng quaá lúán àïí coá thïí nhaåy caãm àûúåc vúái cêëu truác úã thang nguyïn tûã. Àiïìu naây giaãi thñch taåi sao caác maáy gia töëc haåt laåi duâng caác haåt thûã laâ electron hoùåc proton. ÚÃ thang dûúái nguyïn tûã, núi maâ nhûäng khaái niïåm lûúång tûã thay thïë cho nhûäng khaái niïåm cöí àiïín, thûúác ào thñch húåp nhêët cho àöå nhaåy cuãa haåt thûã laâ bûúác soáng lûúång tûã cuãa noá - àaåi lûúång cho biïët àöå bêët àõnh vïì võ trñ cuãa haåt àoá. Àiïìu naây phaãn aánh nhûäng thaão luêån cuãa chuáng ta vïì nguyïn lyá bêët àõnh Heisenberg úã chûúng 4, trong àoá ta àaä thêëy rùçng phaåm vi sai söë khöng caách naâo traánh khoãi khi duâng möåt haåt laâm haåt thûã (úã àoá ta chó têåp trung xeát caác haåt thûã laâ photon, nhûng thûåc ra coá thïí aáp duång cho têët caã caác haåt khaác) laâ cúä bûúác soáng lûúång tûã cuãa noá. Noái möåt caách khöng chñnh xaác lùæm thò àöå nhaåy thûã cuãa möåt haåt àiïím àaä bõ nhûäng thùng giaáng lûúång tûã laâm cho nhoeâ ài, tûåa nhû sûå run tay laâm töín haåi àïën àöå chñnh xaác àûúâng dao cuãa nhaâ phêîu thuêåt. Chùæc baån coân nhúá trong chûúng 4 chuáng ta cuäng àaä lûu yá túái möåt thûåc tïë quan troång laâ, bûúác soáng lûúång tûã cuãa haåt tyã lïå nghõch vúái àöång lûúång cuãa noá, nghôa laâ vïì àaåi thïí, tyã lïå nghõch vúái nùng lûúång cuãa noá. Vaâ nhû vêåy, khi tùng nùng lûúång cuãa möåt haåt àiïím, bûúác soáng lûúång tûã cuãa noá seä trúã nïn ngùæn hún, tûác laâ sûå nhoeâ lûúång tûã giaãm, do àoá ta coá thïí duâng noá àïí thùm doâ nhûäng cêëu truác vêåt lyá tinh vi hún. Vïì mùåt trûåc giaác ta cuäng thêëy rùçng haåt coá nùng lûúång caâng cao seä coá khaã nùng àêm xuyïn caâng lúán vaâ do àoá coá thïí thùm doâ àûúåc nhûäng àùåc tñnh coân nhoã beá hún nûäa. Vïì phûúng diïån naây, sûå khaác biïåt giûäa caác haåt àiïím vaâ caác dêy trúã nïn roä neát. Cuäng nhû trûúâng húåp caác viïn àaån nhûåa thùm doâ bïì mùåt cuãa nhên quaã àaâo, quaãng tñnh khöng gian cöë hûäu cuãa dêy khöng cho pheáp noá thùm doâ cêëu truác cuãa bêët cûá vêåt gò nhoã hún kñch thûúác cuãa dêy möåt caách àaáng kïí vaâ trong trûúâng húåp naây, thò àoá laâ nhûäng cêëu truác úã nhûäng thang chiïìu daâi nhoã hún chiïìu daâi
34. Brian Greene 34 Planck. Noái möåt caách chñnh xaác hún möåt chuát, vaâo nùm 1988, David Gross, khi àoá laâm viïåc úã àaåi hoåc Princeton, vaâ möåt sinh viïn cuãa öng tïn laâ Paul Mende àaä chûáng minh àûúåc rùçng khi tñnh àïën cú hoåc lûúång tûã, thò sûå tùng liïn tuåc nùng lûúång cuãa dêy khöng laâm tùng liïn tuåc khaã nùng thùm doâ caác cêëu truác tinh tïë hún cuãa noá, àiïìu naây hoaân toaân traái ngûúåc hùèn vúái caác haåt àiïím. Hoå àaä phaát hiïån ra rùçng, khi nùng lûúång cuãa dêy tùng, thò ban àêìu noá coá khaã nùng thùm doâ nhûäng cêëu truác úã thang ngùæn hún, giöëng nhû caác haåt coá nùng lûúång cao. Nhûng khi nùng lûúång cuãa noá vûúåt quaá giaá trõ àoâi hoãi phaiã coá àïí thùm doâ úã thang chiïìu daâi Planck, thò coá tùng thïm nùng lûúång nûäa cuäng khöng laâm tùng khaã nùng thùm doâ cuãa dêy. Khi àoá nùng lûúång chó laâm tùng kñch thûúác cuãa dêy vaâ do àoá laâm giaãm àöå nhaåy thùm doâ úã khoaãng caách ngùæn cuãa noá. Thûåc tïë, mùåc duâ kñch thûúác àiïín hònh cuãa caác dêy laâ chiïìu daâi Planck, nhûng nïëu chuáng ta búm àuã nùng lûúång cho dêy - möåt nùng lûúång vûúåt quaá moåi tûúãng tûúång àiïn röì nhêët cuãa chuáng ta, nhûng coá thïí àaä tûâng coá úã Big Bang - thò chuáng ta coá thïí laâm cho noá to lïn túái kñch thûúác vô mö, möåt haåt thûã quaã laâ thö vuång àöëi vúái thïë giúái vi mö! Nhû vêåy, khöng giöëng nhû caác haåt àiïím, caác dêy dûúâng nhû coá hai nguöìn laâm nhoeâ: thûá nhêët laâ nhûäng thùng giaáng lûúång tûã vaâ thûá hai laâ quaãng tñnh khöng gian cöë hûäu cuãa noá. Sûå tùng nùng lûúång cuãa dêy seä laâm giaãm àöå nhoeâ do nguöìn thûá nhêët gêy ra nhûng röët cuöåc laåi laâm tùng àöå nhoeâ gêy búãi nguöìn thûá hai. Toám laåi, duâ baån coá nöî lûåc thïë naâo ài nûäa, thò baãn chêët coá quaãng tñnh khöng gian cuãa dêy seä ngùn trúã baån duâng noá àïí thùm doâ caác hiïån tûúång úã nhûäng khoaãng caách dûúái chiïìu daâi Planck. Nhûng toaân böå sûå xung àöåt giûäa thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã laåi xuêët hiïån tûâ nhûäng tñnh chêët cuãa cêëu truác khöng gian úã dûúái chiïìu daâi Planck. Vaâ nïëu thaânh phêìn cú baãn cuãa vuä truå khöng thïí thùm doâ àûúåc nhûäng khoaãng caách úã dûúái chiïìu daâi Planck, thò caã noá lêîn nhûäng thûá taåo búãi noá seä khöng hïì bõ aãnh hûúãng búãi nhûäng thùng giaáng lûúång tûã coá taác duång phaá phaách ghï gúám úã nhûäng khoaãng caách cûåc beá àoá. Àiïìu naây cuäng tûúng tûå nhû khi tay ta súâ lïn möåt bïì mùåt àaá hoa cûúng coá àöå nhùén cao. Mùåc duâ xeát trïn cêëp àö å vi mö thò bïì mùåt àoá laâ giaán àoaån, lúãm chúãm nhûäng haåt riïng reä, nhûng nhûäng ngoán tay cuãa chuáng ta khöng coá khaã nùng phaát hiïån nhûäng biïën thiïn úã caác khoaãng caách beá nhû vêåy, nïn ta caãm thêëy noá hoaân toaân trún nhùén. Àiïìu naây coá nghôa laâ nhûäng ngoán tay thö vuång cuãa chuáng ta laâm nhoeâ ài tñnh giaán àoaån vi mö. Tûúng tûå, vò dêy coá quaãng tñnh khöng gian, nïn noá cuäng coá
35. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 35 nhûäng giúái haån vïì àöå nhaåy úã nhûäng khoaãng caách ngùæn. Noá khöng thïí phaát hiïån àûúåc nhûäng biïën thiïn úã caác thang khoaãng caách dûúái chiïìu daâi Planck. Giöëng nhû caác ngoán tay chuáng ta súâ lïn bïì mùåt àaá hoa cûúng, dêy cuäng laâm nhoeâ nhûäng thùng giaáng lûúång tûã söi àöång úã nhûäng thang siïu vi mö cuãa trûúâng hêëp dêîn. Mùåc duâ nhûäng thùng giaáng kïët cuåc vêîn coân àaáng kïí, nhûng sûå laâm nhoâe naây àaä laâm trún chuáng àuã àïí cûáu vaän sûå khöng tûúng thñch giûäa thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã. Vaâ àùåc biïåt, nhûäng vö haån tai haåi (àaä dûúåc thaão luêån úã chûúng trûúác) xuêët hiïån trong lyá thuyïët lûúång tûã cuãa hêëp dêîn, xêy dûång trïn cú súã caác haåt àiïím àaä bõ loaåi boã trong lyá thuyïët dêy. Möåt àiïím khaác biïåt cú baãn giûäa hònh aãnh tûúng tûå cuãa mùåt àaá hoa cûúng vaâ cêëu truác thûåc cuãa khöng gian, àoá laâ luön luön coá nhûäng caách àïí phaát hiïån tñnh giaán àoaån cuãa mùåt àaá, chùèng haån, duâng caác haåt thûã nhoã hún, chñnh xaác hún caác ngoán tay cuãa chuáng ta. Möåt kñnh hiïín vi àiïån tûã coá khaã nùng phên giaãi nhûäng àùåc tñnh bïì mùåt túái nhoã hún möåt phênì triïåu xentimeát, àiïìu naây àuã àïí phaát hiïån nhiïìu khuyïët têåt úã bïì mùåt. Traái laåi, trong lyá thuyïët dêy, khöng coá möåt phûúng caách naâo àïí phaát hiïån nhûäng khuyïët têåt cuãa cêëu truác khöng gian úã dûúái thang chiïìu daâi Planck. Trong vuä truå bõ chi phöëi búãi nhûäng àõnh luêåt cuãa lyá thuyïët dêy, quan niïåm thöng thûúâng cho rùçng chuáng ta luön luön coá thïí möí xeã tûå nhiïn túái nhûäng khoaãng caách nhoã bao nhiïu cuäng àûúåc, khöng coá möåt giúái haån naâo laâ khöng coân àuáng nûäa. Thûåc tïë, coá möåt giúái haån maâ khi vûúåt qua giúái haån àoá chuáng ta seä gùåp nhûäng boåt lûúång tûã taân phaá ghï gúám maâ ta àaä thêëy trïn hònh 5.1. Do àoá, theo möåt yá nghôa maâ chuáng ta seä noái chñnh xaác hún úã caác chûúng sau, thêåm chñ ta coá thïí noái rùçng nhûäng thùng giaáng dûä döåi úã dûúái thang Planck khöng töìn taåi. Möåt nhaâ thûåc chûáng luêån noái rùçng coá möåt caái gò àoá goåi laâ töìn taåi chó nïëu, ñt nhêët laâ vïì nguyïn tùæc, noá coá thïí thùm doâ vaâ ào àaåc àûúåc. Vò caác dêy àûúåc coi laâ nhûäng àöëi tûúång cú baãn nhêët cuãa vuä truå vaâ vò noá quaá lúán àïí bõ aãnh hûúãng búãi nhûäng thùng giaáng dûä döåi úã nhûäng khoaãng caách dûúái thang Planck cuãa cêëu truác khöng gian, nïn nhûäng thùng giaáng naây khöng thïí ào àûúåc vaâ do àoá theo lyá thuyïët dêy thò chuáng khöng xuêët hiïån. Möåt troâ aão thuêåt Cuöåc thaão luêån úã trïn coá thïí khiïën baån khöng haâi loâng. Thay vò cho thêëy lyá thuyïët dêy chïë ngûå àûúåc nhûäng thùng giaáng lûúång
36. Brian Greene 36 tûã cuãa khöng gian úã dûúái thang Planck, chuáng ta laåi duâng kñch thûúác hûäu haån cuãa caác dêy àïí che àêåy hoaân toaân vêën àïì. Vêåy coá thûåc laâ chuáng ta àaä giaãi quyïët àûúåc möåt àiïìu gò àoá hay khöng? Xin traã lúâi laâ coá. Hai àiïím nïu ra dûúái àêy chùæc laâ seä thuyïët phuåc àûúåc baån. Thûá nhêët, tûâ nhûäng lêåp luêån trònh baây úã muåc trûúác chuáng ta ruát ra rùçng nhûäng thùng giaáng lûúång tûã gêy rùæc röëi úã dûúái thang Planck thûåc ra laâ thûá nhên taåo, noá xuêët hiïån laâ do chuáng ta xêy dûngå thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú lûúång tûã trong khuön khöí caác haåt àiïím. Do àoá, theo möåt nghôa naâo àêëy, xung àöåt chuã yïëu cuãa vêåt lyá lyá thuyïët hiïån àaåi chñnh laâ vêën àïì do chuáng ta tûå taåo ra. Búãi vò trûúác kia chuáng ta xem têët caã caác haåt vêåt chêët vaâ têët caã caác haåt lûåc àïìu laâ nhûäng haåt àiïím hoaân toaân khöng coá quaãng tñnh khöng gian, cho nïn chuáng ta buöåc phaãi xem xeát vuä truå úã nhûäng thang beá tuây yá. Vaâ chñnh úã nhûäng khoaãng caách beá nhoã nhêët chuáng ta àaä vêëp phaãi nhûäng vêën àïì khöng sao vûútå qua nöíi. Tuy nhiïn, lyá thuyïët dêy noái vúái chuáng ta rùçng, súã dô vêëp phaãi nhûäng vêën àïì àoá laâ do chuáng ta chûa thûåc sûå hiïíu roä luêåt chúi; nhûäng luêåt múái noái vúái chuáng ta rùçng, coá möåt giúái haån cho pheáp chuáng ta chó àûúåc thùm doâ vuä truå sêu túái mûác naâo vaâ theo yá nghôa thûåc, tûác laâ coá möåt giúái haån cho biïët khaái niïåm thöng thûúâng vïì khoaãng caách coân duâng àûúåc cho caác cêëu truác siïu vi mö cuãa vuä truå túái àêu. Nhûäng thùng giaáng khöng gian gêy taác haåi giaã àõnh giúâ àêy àûúåc thêëy xuêët hiïån trong lyá thuyïët cuãa chuáng ta laâ búãi vò chuáng ta chûa yá thûác àûúåc nhûäng giúái haån àoá vaâ àaä bõ quan àiïím haåt àiïím dêîn dùæt nhaãy möåt bûúác quaá lúán, vûúåt caã ra ngoaâi thûåc taåi vêåt lyá. Cùn cûá vaâo veã àún giaãn bïì ngoaâi cuãa giaãi phaáp noái trïn àöëi vúái viïåc khùæc phuåc sûå xung àöåt giûäa thuyïët tûúng àöëi röång vaâ cú hoåc lûúång tûã, baån coá thïí bùn khoùn tûå hoãi taåi sao laåi phaãi mêët möåt thúâi gian lêu nhû thïë múái coá ngûúâi cho rùçng sûå mö taã dûåa trïn caác haåt àiïím àún giaãn chó laâ sûå lyá tûúãng hoáa, coân trong thïë giúái thûåc caác haåt sú cêëp phaãi coá möåt quaãng tñnh khöng gian. Àiïìu naây dêîn chuáng ta túái àiïím thûá hai. Rêët lêu vïì trûúác, caác böå oác vô àaåi trong vêåt lyá lyá thuyïët nhû Pauli, Heisenberg, Dirac vaâ Feynman cuäng àaä cho rùçng caác thaânh phêìn cuãa tûå nhiïn khöng thïí thûåc sûå laâ caác àiïím àûúåc maâ laâ nhûäng “gioåt” nhoã hay caác cuåc nhoã dao àöång. Tuy nhiïn, hoå vaâ nhûäng ngûúâi khaác àïìu thêëy rùçng, rêët khoá xêy dûång möåt lyá thuyïët maâ nhûäng thaânh phêìn cuãa noá khöng phaãi laâ nhûäng haåt àiïím, nhûng laåi phaãi phuâ húåp vúái nhûäng nguyïn lyá cú baãn
37. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 37 nhêët cuãa vêåt lyá nhû àõnh luêåt baão toaân xaác suêët cuãa cú hoåc lûúång tûã (sao cho caác àöëi tûúång vêåt lyá khöng biïën mêët möåt caách bêët ngúâ maâ khöng àïí laåi dêëu vïët) vaâ nguyïn lyá khöng thïí truyïìn thöng tin vúái vêån töëc nhanh hún aánh saáng. Nhûäng nghiïn cûáu cuãa hoå àaä chûáng toã rùçng möåt hoùåc caã hai nguyïn lyá àoá àïìu seä bõ vi phaåm nïëu nhû khöng vûát boã khuön mêîu vïì caác haåt àiïím. Do àoá, trong möåt thúâi gian khaá lêu, dûúâng nhû khöng thïí tòm àûúåc möåt cú hoåc lûúång tûã coá yá nghôa dûåa trïn möåt caái gò àoá khöng phaãi laâ caác haåt àiïím. Möåt àùåc àiïím thûåc sûå coá êën tûúång cuãa lyá thuyïët dêy, àoá laâ hún hai mûúi nùm nghiïn cûáu khöng ngûng nghó àaä chûáng toã àûúåc rùçng, mùåc duâ coá nhûäng khña caånh xa laå vúái trûåc giaác chuáng ta, nhûng lyá thuyïët dêy àaä tön troång moåi tñnh chêët thiïët yïëu vaâ cöë hûäu cuãa möåt lyá thuyïët vêåt lyá. Vaâ hún thïë nûäa, thöng qua mode dao àöång graviton, lyá thuyïët dêy chñnh laâ lyá thuyïët lûúång tûã chûáa àûång àûúåc caã lûåc hêëp dêîn. Cêu traã lúâi chñnh xaác hún Cêu traã lúâi thö àaä thêu toám àûúåc caái cöët yïëu cuãa cêu hoãi taåi sao lyá thuyïët dêy laåi thùæng thïë ngay taåi chöî caác lyá thuyïët dûåa trïn caác haåt àiïím thêët baåi. Vaâ nhû vêåy, nïëu muöën, baån coá thïí àoåc thùèng sang muåc tiïëp theo maâ khöng hïì aãnh hûúãng àïën maåch lögñc cuãa cêu chuyïån. Nhûng möåt khi àaä phaát triïín àûúåc nhûäng yá tûúãng cùn baãn trong chûúng 2, chuáng ta àaä coá àuã nhûäng cöng cuå cêìn thiïët àïí mö taã chñnh xaác hún caách thûác maâ lyá thuyïët dêy àaä laâm dõu ài nhûäng thùng giaáng lûúång tûã maänh liïåt. Trong cêu traã lúâi chñnh xaác hún naây, chuáng ta dûåa trïn cuâng möåt yá tûúãng cöët loäi nhû trong cêu traã lúâi thö, nhûng chuáng ta seä diïîn àaåt noá trûåc tiïëp úã cêëp àöå caác dêy bùçng caách so saánh khaá chi tiïët nhûäng haåt thûã laâ caác haåt àiïím vaâ laâ caác dêy. Chuáng ta seä thêëy rùçng baãn chêët coá quaãng tñnh cuãa caác dêy àaä laâm nhoeâ thöng tin maâ ta coá thïí nhêån àûúåc bùçng haåt thûã laâ nhûäng haåt àiïím vaâ do àoá laåi möåt lêìn nûäa noá xoáa boã àûúåc vêën àïì úã nhûäng khoaãng caách ngùæn, thuã phaåm cuãa sûå xung àöåt chuã yïëu trong vêåt lyá hiïån àaåi. Trûúác hïët chuáng ta haäy xeát sûå tûúng taác cuãa caác haåt àiïím, nïëu nhû chuáng thûåc sûå töìn taåi, vaâ tûâ àoá chuáng ta coá thïí duâng noá nhû nhûäng haåt thûã nhû thïë naâo. Tûúng taác cú baãn nhêët laâ tûúng taác cuãa hai haåt àiïím chuyïín àöång túái va chaåm vúái nhau sao cho quyä àaåo cuãa chuáng cùæt nhau nhû àûúåc minh hoåa trïn hònh 6.5. Nïëu nhû nhûäng haåt naây laâ caác viïn bi a, chuáng seä va chaåm vaâ möîi
38. Brian Greene 38 haåt seä bõ lïåch ài theo nhûäng quyä àaåo múái. Lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã dûåa trïn nhûäng haåt àiïím chûáng toã rùçng vïì cú baãn nhûäng àiïìu noái trïn cuäng xaãy ra khi caác haåt sú cêëp va chaåm - chuáng taán xaå ra nhau vaâ tiïëp tuåc ài theo caác quyä àaåo bõ lïåch, nhûng vïì chi tiïët thò coá húi khaác. Hònh 6.5. Hai haåt tûúng taác - chuáng "àêåp vaâo nhau" - vaâ laâm cho quyä àaåo cuãa chuáng bõ lïåch ài Àïí cho cuå thïí vaâ àún giaãn, haäy hònh dung möåt trong hai haåt laâ electron vaâ haåt kia laâ phaãn haåt cuãa noá, tûác laâ haåt positron. Khi vêåt chêët vaâ phaãn vêåt chêët va chaåm vúái nhau, chuáng seä huãy nhau taåo thaânh möåt chúáp saáng cuãa nùng lûúång thuêìn tuáy, tûác laâ taåo ra möåt photon, chùèng haån. Àïí phên biïåt quyä àaåo ài ra cuãa photon naây vúái nhûäng quyä àaåo trûúác àoá cuãa electron vaâ positron, ta seä theo quy ûúác truyïìn thöëng trong vêåt lyá vaâ biïíu diïîn noá bùçng möåt àûúâng lûúån soáng. Photon thûúâng seä di chuyïín möåt chuát röìi giaãi phoáng nùng lûúång vöën coá tû â cùåp electron - positron trûúác àoá, bùçng caách taåo ra möåt cùåp electron - positron khaác vúái nhûäng quyä àaåo nhû àûúåc chó ra úã phêìn bïn phaãi cuãa hònh 6.6. Toám laåi, hai haåt àûúåc bùæn vaâo nhau, chuáng tûúng taác vúái nhau thöng qua lûåc àiïån tûâ röìi loá ra theo nhûäng quyä àaåo bõ lïåch, möåt daäy nhûäng sûå kiïån khaá giöëng vúái mö taã úã trïn vïì sûå va chaåm cuãa caác viïn bi-a. Hònh 6.6. Trong lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã, möåt haåt vaâ phaãn haåt cuãa noá coá thïí tûác thúâi huãy nhau vaâ taåo ra möåt photon. Sau àoá, photon naây coá thïí sinh ra möåt haåt khaác vaâ möåt phaãn haåt ài theo nhûäng quyä àaåo khaác. Àoá laâ nhûäng chi tiïët cuãa tûúng taác maâ chuáng ta quan têm, àùåc biïåt laâ àiïím taåi àoá eletron vaâ positron ban àêìu huãy nhau vaâ taåo ra photon. Möåt sûå kiïån then chöët, nhû ta seä thêëy, àoá laâ àiïìu naây xaãy ra taåi möåt thúâi àiïím vaâ möåt võ trñ hoaân toaân xaác àõnh, nhû àaä àûúåc chó ra trïn hònh 6.6. Nhûng mö taã naây seä thay àöíi nhû thïë naâo, nïëu ta thay nhûäng àöëi tûúång maâ ta xem laâ nhûäng àiïím khöng
39. Giai àiïåu dêy vaâ baãn giao hûúãng vuä truå 39 coá kñch thûúác bùçng caác dêy möåt chiïìu? Quaá trònh cú baãn cuãa tûúng taác thò vêîn thïë, nhûng bêy giúâ hai àöëi tûúång va chaåm laâ caác voâng dêy dao àöång, nhû minh hoåa trïn hònh 6.7. Nïëu nhû caác voâng dêy dao àöång theo caác mode cöång hûúãng àuáng, thò chuáng seä tûúng ûáng vúái möåt electron vaâ möåt positron va chaåm, nhû minh hoåa trïn hònh 6.6. Chó khi xem xeát úã nhûäng thang khoaãng caách nhoã nhêët, nhoã hún nhiïìu so vúái khaã nùng cuãa cöng nghïå hiïån nay, thò àùåc tñnh giöëng nhû dêy cuãa chuáng múái thïí hiïån roä neát. Cuäng nhû trong trûúâng húåp caác haåt àiïím, hai dêy huãy nhau thaânh möåt chúáp saáng. Chúáp saáng naây, tûác photon, cuäng chñnh laâ möåt dêy trong möåt mode dao àöång cuå thïí naâo àoá. Nhû vêåy, hai dêy túái tûúng taác vúái nhau, hoâa nhêåp vúái nhau taåo ra dêy thûá ba nhû àûúåc thêëy trïn hònh 6.7. Giöëng nhû trong mö taã dûåa trïn caác haåt àiïím, dêy thûá ba naây cuäng di chuyïín möåt chuát röìi laåi giaãi phoáng nùng lûúång àaä nhêån àûúåc tûâ hai dêy ban àêìu bùçng caách taách ra thaânh hai dêy tiïëp tuåc chuyïín àöång. Vaâ laåi möåt lêìn nûäa, tûâ bêët cûá quan àiïím naâo, trûâ quan àiïím siïu vi mö, quaá trònh naây nhòn cuäng giöëng vúái tûúng taác haåt àiïím minh hoåa trïn hònh 6.6. Hònh 6.7 (a) Hai dêy va chaåm coá thïí hoâa thaânh dêy thûá ba, sau àoá dêy naây laåi taách thaânh hai dêy ài theo nhûäng quyä àaåo àaä bõ lïåch. (b) Vêîn quaá trònh àûúåc minh hoåa trïn hònh 6.6, nhûng coá nhêën maånh chuyïín àöång cuãa dêy. (c) "Bûác aãnh chuåp chêåm" cuãa hai dêy tûúng taác queát thaânh möåt "mùåt vuä truå". Tuy nhiïn, coá möåt khaác biïåt quan troång giûäa hai caách mö taã. Cêìn nhêën maånh rùçng, tûúng taác haåt àiïím xaãy ra taåi möåt àiïím xaác àõnh trong khöng gian vaâ thúâi gian, möåt àiïím maâ têët caã nhûäng ngûúâi quan saát àïìu nhêët trñ. Nhû chuáng ta seä thêëy ngay bêy giúâ, àiïìu naây khöng coân àuáng àöëi vúái tûúng taác giûäa caác dêy. Chuáng ta seä chûáng toã àiïìu naây bùçng caách so saánh quan saát cuãa George vaâ Gracie - hai ngûúâi quan saát chuyïín àöång àöëi vúái nhau maâ chuáng ta àaä laâm quen trong chûúng 2 - àöëi vúái tûúng taác àoá. Chuáng ta seä thêëy rùçng hoå khöng nhêët trñ vúái nhau vï ì võ trñ vaâ thúâi àiïím taåi àoá hai dêy va chaåm vaâo nhau lêìn àêìu tiïn. Àïí laâm àiïìu àoá, haäy tûúãng tûúång ta quan saát tûúng taác cuãa hai dêy bùçng möåt maáy aãnh vúái cûãa chêåp àûúåc múã liïn tuåc àïí cho toaân böå "lõch sûã" cuãa tûúng taác àûúåc ghi laåi trïn cuâng möåt àoaån phim [1]. Kïët quaã àûúåc minh hoåa trïn hònh 6.7 c vaâ thûúâng àûúåc goåi laâ "mùåt vuä truå" cuãa dêy. Bùçng caách "cùæt" mùåt vuä truå cuãa dêy
40. Brian Greene 40 thaânh caác laát song song, giöëng nhû khi ta cùæt caác laát baánh mò, ta coá thïí phuåc höìi laåi lõch sûã tûúng taác cuãa caác dêy. Möåt vñ duå vïì sûå cùæt àoá àûúåc minh hoåa trïn hònh 6.8. Àùåc biïåt, trïn hònh 6.8 a chuáng ta cho thêëy George, chuã têm quan saát hai dêy ài túái cuâng vúái mùåt phùèng gùæn vúái chuáng biïíu diïîn laát cùæt ài qua têët caã caác sûå kiïån trong khöng gian xaãy ra úã cuâng möåt thúâi àiïím, theo quan àiïím cuãa anh ta. Nhû thûúâng laâm úã caác chûúng trûúác, úã àêy, trong sú àöì, chuáng ta cuäng boã ài möåt chiïìu cuãa khöng gian àïí dïî hònh dung. Têët nhiïn, trïn thûåc tïë, àöëi vúái ngûúâi quan saát bêët kyâ àïìu coá möåt maãng ba chiïìu caác sûå kiïån xaãy ra úã cuâng möåt thúâi àiïím. Hònh 6.8 b vaâ 6.8. c cho thêëy hai bûác aãnh chuåp nhanh úã hai thúâi àiïím tiïëp theo nhau, tûác laâ hai laát cùæt tiïëp theo nhau cuãa mùåt vuä truå cho biïët George nhòn thêëy hai dêy tiïën gêìn vúái nhau nhû thïë naâo. Möåt àiïím coá têìm quan troång then chöët trïn hònh 6.8 c, àoá laâ thúâi àiïím maâ theo George hai dêy lêìn àêìu tiïn chaåm vaâo nhau vaâ hoâa nhêåp vúái nhau taåo thaânh dêy thûá ba. Hònh 6.8 Hai dêy chuyïín àöång túái gùåp nhau úã ba thúâi àiïím theo quan àiïím cuãa George. Trong (a) vaâ (b) caác dêy àang tiïën laåi gêìn nhau vaâ úã (c) chuáng lêìn àêìu tiïn chaåm vaâo nhau, theo quan àiïím cuãa George. Bêy giúâ chuáng ta seä laâm hïåt nhû thïë vúái Gracie. Nhû àaä thaão luêån úã chûúng 2, chuyïín àöång tûúng àöëi cuãa hai ngûúâi dêîn túái hïå quaã laâ hoå khöng nhêët trñ vúái nhau vïì nhûäng sûå kiïån xaãy ra àöìng thúâi. Theo quan àiïím cuãa Gracie, nhûäng sûå kiïån trong khöng gian xaãy ra àöìng thúâi nùçm trong möåt mùåt phùèng khaác nhû àûúåc biïíu diïîn trïn hònh 6.9. Tûác laâ, theo Gracie, mùåt vuä truå trïn hònh 6.7 c àûúåc cùæt thaânh caác laát dûúái möåt goác khaác àïí thêëy roä diïîn tiïën tûâng thúâi àiïím möåt cuãa tûúng taác. Caác hònh 6.9 b vaâ 6.9 c cho thêëy nhûäng thúâi àiïím tiïëp theo nhau, theo Gracie, kïí ca ã thúâi àiïím khi cö ta thêëy hai dêy túái chaåm vaâo nhau vaâ taåo ra dêy thûá ba. Bùçng caách so saánh caác hònh 6.8 c vaâ 6.9 c, nhû àaä laâm trong hònh 6.10, chuáng ta thêëy rùçng George vaâ Gracie khöng nhêët trñ vúái nhau vïì thúâi gian vaâ àõa àiïím khi hai dêy chaåm vaâo nhau. Do dêy laâ möåt àöëi tûúång coá quaãng tñnh khöng gian, nïn noá àaãm baão rùçng