Video

Bản trích

Bản chất của vũ trụ này là gì?

Để trả lời câu hỏi đó, loài người viết những câu chuyện để miêu tả thế giới

Chúng ta xem xét những câu chuyện đó, và học nên giữ gì và bỏ gì

Nhưng ta càng hiểu biết, những câu chuyện của ta càng trở nên phức tạp và kỳ lạ

Một vài trong số đó lạ đến mức rất khó để ta hiếu nó thật sự về cái gì, như Lý Thuyết Dây

Một câu chuyện nổi tiếng, gây tranh cãi và thường xuyên bị hiểu lầm, về bản chất của vạn vật

Tại sao ta lại tạo ra nó, và nó có đúng không, hay chỉ là một ý tưởng ta nên từ bỏ?

Để hiểu bản chất thật sự của thực tại, ta săm soi vạn vật và rất sửng sốt

Những cảnh quan kỳ vĩ trong hạt bụi, một vườn những loài vật quái dị

Những cỗ máy protein phức tạp

Toàn bộ đều từ những cấu trúc phân tử, làm từ hàng vạn thứ nhỏ hơn: Nguyên Tử

Chúng ta đã tưởng chúng là tầng cuối cùng của thực tại, đến khi

ta đập chúng với nhau thật mạnh và khám phá ra những thứ không thể chia nhỏ hơn được nữa:

Những phần tử căn bản

Nhưng giờ ta lại gặp một vấn đề: Chúng nhỏ đến mức ta không thể quan sát nữa

Hãy nghĩ xem: Quan sát là gì?

Để nhìn thấy một vật, ta cần ánh sáng: một sóng điện từ

Sóng này va vào bề mặt của vật và phản chiếu lại từ đó vào mắt của bạn

Sóng này mang thông tin từ vật mà não bạn dùng để tạo nên hình ảnh

Vậy nên bạn không thể quan sát một thứ mà không tương tác ít nhiều với nó

Quan sát là động chạm, một quá trình chủ động, không phải bị động

Điều này không là vấn đề với hầu hết sự vật

Nhưng những phần tử lại rất, rất, rất là nhỏ

Nhỏ đến mức những sóng điện từ ta dùng để quan sát

thì quá lớn để chạm vào chúng

Ánh sáng khả quan đều lướt qua chúng

Chúng ta có thể thử giải quyết điều này bằng cách tạo

sóng điện từ với nhiều bước sóng nhỏ hơn

Nhưng nhiều bước sóng hơn nghĩa là nhiều năng lượng hơn

Vậy nên khi ta chạm một phần tử với một sóng có nhiều năng lượng, nó thay đổi chúng

Khi nhìn một phần tử, ta thay đổi nó. Vậy, ta không thể đo lường phần tử căn bản chính xác được

Điều này quan trọng đến mức nó có cả tên riêng:

Nguyên lý Bất định Heisenburg, nền tảng của toàn bộ vật lý lượng tử

Vậy, một phần tử nhìn ra sao? Bản chất của nó là gì?

Chúng ta không biết.

Nếu ta nhìn thật kỹ, ta sẽ thấy một khối ảnh hưởng mờ ảo, nhưng không phải bản thân các phần tử

Ta chỉ biết là chúng tồn tại thôi

Nhưng nếu vậy, làm sao ta nghiên cứu khoa học với chúng?

Ta làm điều loài người làm và tạo một câu chuyện mới: một truyện toán học viễn tưởng

Câu chuyện về phần tử điểm

Ta quyết định rằng ta sẽ giả định một phần tử là một điểm trong không gian

Các electron là một điểm với điện thế và khối lượng cụ thể, tất cả tương tự như nhau

Bằng cách này, các nhà vật lý học có thể định nghĩa chúng và tính toán tất cả những tương tác của chúng

Điều này được gọi là Giả thuyết Trường Lượng tử, và đã giải quyết được rất nhiều vấn đề

Tất cả mô hình cơ bản của vật lý phần tử đều dựa trên nó và nó tiên đoán rất tốt nhiều thứ

Ví dụ như vài tính chất lượng tử của electron đã được xem xét và đều chính xác trong vòng

0.0000000000002%

Vậy, dù phần tử không hẳn là những điểm, bằng cách coi nó như một điểm ta có một bức tranh khá tốt về vũ trụ

Ý tưởng này không chỉ thúc tiến khoa học, nó còn dẫn đến nhiều công nghệ thực tiễn ta dùng hằng ngày

Nhưng có một vấn đề nghiêm trọng: Trọng lực

Trong cơ học lượng tử, toàn bộ lực vật lý đều từ các phần tử nhất định

Nhưng theo thuyết tương đối tổng quát của Einstein,

trọng lực không như những lực khác trong vũ trụ

Nếu vũ trụ là một vở kịch,

các phần tử sẽ là diễn viên, còn trọng lực sẽ là sân khấu

Nói đơn giản, trọng lực là một lý thuyết về hình học

Hình học của không-thời gian, của những khoảng cách mà ta phải miêu tả chính xác tuyệt đối

Nhưng vì không có cách nào để đo lường chính xác trong thế giới lượng tử,

câu chuyện về trọng lực của ta không hợp với câu chuyện của lượng tử lắm

Khi các nhà vật lý cố thêm trọng lực vào cầu chuyện bằng cách chế ra

phần tử mới, các tính toán đều sai lệch hết, và đây là một vấn đề lớn

Nếu ta có thể kết hợp trọng lực với vật lý lượng tử và mô hình chuẩn, ta sẽ có lý thuyết của vạn vật

Vậy, những người rất thông minh nghĩ ra một câu chuyện mới

Họ tự hỏi, cái gì phức tạp hơn một điểm?

Một đường. Hay một sợi dây

Lý thuyết Dây ra đời

Điều khiến Lý thuyết Dây cực kỳ tinh tế là

nó miêu tả những phần tử căn bản khác nhau như những chế độ rung khác nhau của sợi dây

Như một dây violin rung cách khác sẽ phát ra những nốt khác nhau,

một sợi dây có thể cho bạn những phần tử khác nhau

Quan trọng hơn, nó còn bao gồm cả trọng lực

Lý thuyết Dây hứa hẹn sẽ hợp nhất toàn bộ lực cơ bản trong vũ trụ

Điều này gây phấn khởi và nhiều tiên đoán lạc quan. Lý thuyết Dây nhanh chóng thành lý thuyết khả thi về vạn vật

Không may, Lý thuyết Dây đi cùng với một mớ.. dây nhợ

Nhiều tính toán đều bao gồm Lý thuyết Dây ổn định,

không tương thích với vũ trụ của chúng ta chỉ có 3 chiều không gian và 1 chiều thời gian

Lý thuyết Dây cần 10 chiều để có tác dụng. Vì vậy các chuyên gia tính toán trong các vũ trụ mô hình

và sau đó cố gắng tinh giản 6 chiều thừa và miêu tả vũ trụ của chúng ta

Nhưng cho đến giờ chưa có ai thành công cả, và chưa tiên đoán nào trong Lý thuyết Dây được thử nghiệm cả

Vậy Lý thuyết Dây đã không vẽ ra bản chất vũ trụ của chúng ta

Bạn có thể cho rằng trong trường hợp này Lý thuyết Dây hoàn toàn vô dụng

Khoa học là về thí nghiệm và dự đoán. Nếu ta không làm được vậy,

thì ta quan tâm tới dây làm gì?

Cách ta áp dụng mới là cái chính

Vật lý thì dựa trên toán. 2 cộng 2 thì bằng 4

Điều này đúng bất kể bạn nghĩ thế nào. Và bài toán trong Lý thuyết dây vẫn đúng

Đó là lý do Lý thuyết Dây vẫn hữu dụng

Hãy tưởng tượng bạn muốn đóng một chiếc du thuyền,

nhưng bạn chỉ có bản vẽ cho thuyền gỗ thôi

Có rất nhiều khác biệt: động cơ, nguyên liệu, kích cỡ,…

Song cả hai về cơ bản vẫn như nhau: đều là vật nổi được

Vậy, bằng cách học từ bản vẽ thuyền gỗ, bạn vẫn có thể học gì đó để đóng chiếc du thuyền trong tương lai

Với Lý thuyết Dây, ta có thể thử trả lời vài vấn đề về trọng lực lượng tử

đã và đang thách thức các nhà vật lý học hằng thập kỷ

như lỗ đen hoạt động như thế nào, hay Nghịch lý Thông tin

Lý thuyết Dây có thể chỉ ta hướng đi đúng đắn

Khi áp dụng theo tinh thần này, Lý thuyết Dây trở thành công cụ quý giá cho

các nhà vật lý lý thuyết, và giúp họ khám phá những mặt mới của thế giới lượng tử

và những bài toán tuyệt mỹ

Vậy nên câu chuyện về Lý thuyết Dây không hẳn là lý thuyết của vạn vật

Nhưng cũng như câu chuyện về điểm phần tử,

nó có thể là một câu chuyện cực kỳ hữu dụng

Ta vẫn chưa biết bản chất của thực tại là gì

nhưng ta vẫn sẽ viết ra những câu chuyện để tìm kiếm nó cho đến khi, hy vọng là, một ngày nào đó

ta sẽ biết

Video này được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa Học Quốc Tế Thụy Điển và cố vấn khoa học của Alessandro Swan Drainie