mâu thuẫn giữa thuyết tương đối rộng và cơ hoc lượng tử

Mùơc duđ hai caâch tiïịp cíơn ăoâ khöng ặúơc bađn ăïịn trong cuöịn saâch nađy, nhûng ngađy cađng coâ nhûông díịu hiïơu khiïịn ngûúđi ta ngúđ rùìng hai caâch tiïịp cíơn nađy coâ möịi li

MUƠC LUƠC

CHÛÚNG 5 MÍU THUÍÎN GIÛÔA THUÝỊT TÛÚNG ĂÖỊI RÖƠNG VAĐ CÚ HOƠC LÛÚƠNG TÛÊ:

TIÏỊN TÚÂI MÖƠT LYÂ THUÝỊT MÚÂI (TIÏỊP) 2

CHÛÚNG 6: KHÖNG COÂ GÒ KHAÂC NGOAĐI ÍM NHAƠC: NHÛÔNG CÚ SÚÊ CUÊA LYÂ THUÝỊT

SIÏU DÍY 12

CHÛÚNG 7: CAÂI "SIÏU" TRONG SIÏU DÍY 44

CHÛÚNG 8 - CAÂC CHIÏÌU ÍÍN GIÍỊU 64

CHÛÚNG 9 BÙÌNG CHÛÂNG ĂÑCH THÛƠC: NHÛÔNG ĂÙƠC TRÛNG KHÙỈNG ẮNH BÙÌNG

THÛƠC NGHIÏƠM 87

CHÛÚNG 5 MÍU THUÍÎN GIÛÔA THUÝỊT TÛÚNG ĂÖỊI RÖƠNG VAĐ CÚ HOƠC

LÛÚƠNG TÛÊ: TIÏỊN TÚÂI MÖƠT LYÂ THUÝỊT MÚÂI

(Tiïịp)

Nhûông haơt truýìn tûúng taâc

Theo mö hònh chuíín, caâc trûúđng lûơc maơnh vađ ýịu cuông ặúơc

taơo thađnh tûđ nhûông goâi nhoê nhíịt, giöịng nhû trûúđng ăiïơn tûđ ặúơc

taơo búêi caâc photon Nhû ăaô ặúơc thaêo luíơn sú qua trong Chûúng 1,

nhûông goâi nhoê nhíịt cuêa lûơc maơnh ặúơc biïịt lađ caâc gluon vađ cuêa lûơc

ýịu lađ caâc boson ýịu (noâi möơt caâch chñnh xaâc hún ăoâ lađ caâc boson W

vađ Z) Mö hònh chuíín khùỉng ắnh rùìng nhûông haơt lûơc ăoâ khöng coâ

cíịu truâc nöơi taơi vađ do ăoâ chuâng cuông lađ nhûông haơt sú cíịp nhû caâc

haơt thuöơc ba hoơ haơt cuêa víơt chíịt

Photon, gluon vađ caâc boson ýịu taơo ra möơt cú chïị vi mö cuêa

sûơ truýìn caâc haơt Vñ duơ, khi möơt haơt tñch ăiïơn ăííy möơt haơt khaâc

tñch ăiïơn cuđng díịu, thò ăiïìu nađy coâ thïí giaêi thñch möơt caâch khaâ thö

thiïín nhû sau: möîi haơt ăïìu sinh ra xung quanh noâ möơt ăiïơn

trûúđng — tûơa nhû “möơt ăaâm míy” hay möơt “ăaâm sûúng muđ” cuêa

möơt “chíịt - ăiïơn” vađ lûơc ăííy mađ caâc ăiïơn tñch caêm nhíơn ặúơc ăoâ lađ

sûơ ăííy cuêa hai trûúđng tûúng ûâng cuêa chuâng Tuy nhiïn, sûơ mö taê

vi mö chñnh xaâc hún vïì sûơ ăííy nhau cuêa caâc photon vađ sûơ tûúng

taâc giûôa hai haơt tñch ăiïơn lađ do sûơ “bùưn” qua laơi caâc photon giûôa

hai haơt tñch ăiïơn ăoâ Tûúng tûơ nhû hai ngûúđi trûúơt bùng neâm qua

neâm laơi cho nhau nhûông quaê bowling qua möơt búđ rađo vađ ăiïìu ăoâ

lađm aênh hûúêng túâi chuýín ăöơng cuêa caê hai ngûúđi, hai haơt tñch ăiïơn

taâc ăöơng lïn nhau bùìng caâch trao ăöíi caâc photon

Coâ möơt khiïịm khuýịt cùn baên trong sûơ tûúng tûơ cuêa hai

ngûúđi trûúơt bùng, ăoâ lađ sûơ trao ăöíi nhûông quaê bowling luön coâ taâc

duơng “ăííy”, noâ luön lađm cho hai ngûúđi laơng ra xa nhau Traâi laơi,

hai haơt tñch ăiïơn traâi díịu cuông tûúng taâc thöng qua trao ăöíi caâc

photon, tuy nhiïn lûơc ăiïơn tûđ giûôa chuâng laơi lađ lûơc huât Ăiïìu nađy

cho ta caêm giaâc nhû photon thûơc chíịt khöng phaêi lađ haơt truýìn lûơc

mađ lađ haơt truýìn thöng ăiïơp cho haơt nhíơn biïịt phaêi ăaâp ûâng nhû

thïị nađo ăöịi vúâi lûơc hiïơn coâ Ăöịi vúâi caâc haơt tñch ăiïơn cuđng díịu,

photon mang túâi thöng ăiïơp baêo chuâng “ăi ra xa nhau”, trong khi

ăoâ ăöịi vúâi caâc haơt tñch ăiïơn traâi díịu, noâ mang túâi thöng ăiïơp “xñch

laơi gíìn nhau” Vò lyâ do ăoâ ăöi khi photon cođn ặúơc goơi lađ haơt truýìn

tin hay haơt trung gian möi giúâi ăöịi vúâi lûơc ăiïơn tûđ Tûúng tûơ, caâc

gluon vađ caâc boson ýịu lađ caâc haơt truýìn tin ăöịi vúâi caâc lûơc haơt

nhín maơnh vađ ýịu Lûơc maơnh tûâc lûơc giûô caâc haơt quark úê bïn

trong caâc photon vađ nútron, ặúơc thûơc hiïơn bùìng caâch trao ăöíi caâc

gluon Nhû víơy coâ thïí noâi, caâc gluon ăaô cung cíịp möơt “chíịt keo”

(tiïịng Anh lađ “glue”) giûô cho caâc haơt dûúâi nguýn tûê dñnh kïịt vúâi

nhau Cođn lûơc ýịu, chñnh lađ lûơc ăaô gíy ra möơt söị phín raô phoâng

xaơ, laơi ặúơc thûơc hiïơn thöng qua haơt trung gian lađ caâc boson ýịu

Ăöịi xûâng chuíín

Chùưc coâ leô baơn ăaô thíịy möơt nhín víơt cođn chûa ặúơc ăïì cíơp

túâi trong thaêo luíơn cuêa chuâng ta vïì lyâ thuýịt lûúơng tûê cuêa caâc lûơc

trong tûơ nhiïn, ăoâ lađ lûơc híịp díîn Cùn cûâ vađo caâch tiïịp cíơn thađnh

cöng mađ caâc nhađ víơt lyâ ăaô sûê duơng cho ba lûơc khaâc, baơn chùưc cho

rùìng caâc nhađ víơt lyâ seô tòm kiïịm möơt lyâ thuýịt trûúđng lûúơng tûê cho

lûơc híịp díîn, möơt lyâ thuýịt trong ăoâ boâ nhoê nhíịt cuêa trûúđng lûơc

híịp díîn, tûâc graviton, seô lađ haơt truýìn tin cuêa noâ Thoaơt nhòn, nhû

baơn bíy giúđ seô thíịy, gúơi yâ ăoâ cuêa baơn dûúđng nhû hoađn toađn thñch

húơp, búêi leô lyâ thuýịt trûúđng lûúơng tûê cuêa ba lûơc phi híịp díîn heâ múê

cho thíịy rùìng coâ möơt sûơ tûúng tûơ hoađn toađn giûôa chuâng vađ möơt

khña caơnh cuêa lûơc híịp díîn mađ chuâng ta ăaô gùơp trong Chûúng 3

Xin nhùưc laơi rùìng lûơc híịp díîn ăaô cho pheâp chuâng ta tuýn böị

rùìng moơi ngûúđi quan saât, bíịt kïí hoơ chuýín ăöơng nhû thïị nađo, ăïìu

hoađn toađn bònh ăùỉng vúâi nhau Ngay caê nhûông ngûúđi mađ chuâng ta

thûúđng nghô hoơ chuýín ăöơng coâ gia töịc cuông coâ quýìn noâi rùìng hoơ

ặâng ýn, vò hoơ coâ thïí gaân lûơc mađ hoơ caêm thíịy cho möơt trûúđng híịp

díîn mađ hoơ ặúơc ăùơt vađo Theo nghôa ăoâ, lûơc híịp díîn ăaô híơu thuíîn

cho möơt ăöịi xûâng: noâ ăaêm baêo rùìng moơi quan ăiïím, moơi hïơ quy

chiïịu ăïìu thûơc sûơ tûúng ặúng vúâi nhau Sûơ tûúng tûơ cuêa híịp díîn

vúâi caâc lûơc maơnh, ýịu vađ ăiïơn tûđ lađ úê chöî, tíịt caê ba ăïìu híơu thuíîn

cho nhûông löịi ăöịi xûâng, chó coâ ăiïìu nhûông ăöịi xûâng nađy trûđu tûúơng

hún nhiïìu

Ăïí coâ möơt yâ niïơm sú böơ vïì nhûông nguýn lyâ ăöịi xûâng tinh tïị

hún ăoâ, ta haôy xeât möơt vñ duơ quan troơng Nhû ăaô biïịt úê Chûúng 1,

möîi quark ăïìu coâ ba “mađu” (thûúđng goơi lađ ăoê, luơc vađ lam, mùơc duđ

ăíy ăún giaên chó lađ caâc nhaôn chûâ khöng coâ quan hïơ gò vúâi caâc mađu

trong thõ giaâc chuâng ta) Caâc mađu nađy quýịt ắnh quark phaêi phaên

ûâng nhû thïị nađo ăöịi vúâi lûơc maơnh, cuông hïơt nhû ăiïơn tñch cuêa

quark quýịt ắnh noâ phaêi phaên ûâng nhû thïị nađo ăöịi vúâi lûơc ăiïơn

tûđ Tíịt caê nhûông dûô liïơu thu thíơp ặúơc cho thíịy rùìng coâ möơt ăöịi

xûâng giûôa caâc quark theo nghôa tûúng taâc giûôa hai quark cuđng

mađu (ăoê vúâi ăoê, luơc vúâi luơc vađ lam vúâi lam) lađ hoađn toađn nhû nhau

vađ tûúng tûơ, tûúng taâc giûôa caâc quark khaâc mađu (ăoê vúâi luơc, luơc vúâi

lam vađ lam vúâi ăoê) cuông hoađn toađn nhû nhau Thûơc tïị, caâc dûô liïơu

cođn cho thíịy ăiïìu gò ăoâ cođn ăaâng ngaơc nhiïn hún Nïịu ba mađu — ba

tñch khaâc nhau cuêa tûúng taâc maơnh — mađ quark mang tíịt caê ăïìu

ặúơc dõch chuýín theo möơt caâch ăùơc biïơt nađo ăoâ (noâi möơt caâch nöm

na bùìng ngön ngûô mađu sùưc tûúêng tûúơng cuêa chuâng ta, nïịu ăoê, luơc

vađ lam ăïìu bõ dõch chuýín thađnh vađng, chađm vađ tñm, chùỉng haơn)

vađ thíơm chñ nhûông chi tiïịt cuêa sûơ dõch chuýín ăoâ thay ăöíi tûđ thúđi

ăiïím nađy sang thúđi ăiïím khaâc, tûđ núi nađy sang núi khaâc, thò tûúng

taâc giûôa caâc quark víîn hoađn toađn khöng thay ăöíi Vò lyâ do ăoâ,

chuâng ta noâi rùìng Vuô truơ coâ ăöịi xûâng tûúng taâc maơnh: nghôa lađ

tûúng taâc maơnh khöng thay ăöíi bíịt kïí caâc tñch mađu cuêa noâ dõch

chuýín nhû thïị nađo, cuông hïơt nhû chuâng ta noâi hònh cíìu coâ ăöịi

xûâng cíìu vò noâ nhòn nhû nhau bíịt kïí ta quay noâ ra sao vađ nhòn noâ

dûúâi goâc ăöơ nađo Vò lyâ do lõch sûê, caâc nhađ víơt lyâ cođn goơi ăöịi xûâng

nađy cuêa tûúng taâc maơnh lađ ăöịi xûâng chuíín (gauge)

Vađ ăíy múâi lađ ăiïìu cùn baên Cuông nhû sûơ ăöịi xûâng cuêa moơi

ăiïím quan saât khaâc nhau trong thuýịt tûúng ăöịi röơng ăođi hoêi phaêi

coâ lûơc híịp díîn, nhûông cöng trònh cuêa Hermann Weyl vađo nhûông

nùm 20 vađ cuêa Dûúng Chíịn Ninh vađ Robert Mills nhûông nùm 50

ăaô chûâng toê rùìng caâc ăöịi xûâng chuíín cuông ăođi hoêi sûơ töìn taơi cuêa

caâc lûơc khaâc nûôa Tûơa nhû möơt hïơ thöịng kiïím soaât möi trûúđng ríịt

nhaơy giûô cho nhiïơt ăöơ, aâp suíịt khöng khñ vađ ăöơ íím luön luön

khöng thay ăöíi bùìng caâch buđ trûđ chñnh xaâc nhûông aênh hûúêng tûđ

bïn ngoađi, möơt söị loaơi trûúđng lûơc, theo Dûúng vađ Mills, cuông seô taơo

sûơ buđ trûđ chñnh xaâc cho nhûông dõch chuýín trong caâc tñch cuêa

tûúng taâc, bùìng caâch ăoâ giûô cho nhûông tûúng taâc víơt lyâ giûôa caâc

haơt hoađn toađn khöng thay ăöíi Ăöịi vúâi trûúđng húơp ăöịi xûâng chuíín

gùưn liïìn vúâi sûơ dõch chuýín trong caâc tñch mađu cuêa quark, lûơc ăođi

hoêi khöng gò khaâc chñnh lađ lûơc maơnh Ăiïìu nađy coâ nghôa lađ, nïịu

khöng coâ lûơc maơnh, seô khöng coâ ăöịi xûâng chuíín vađ víơt lyâ cuông seô

khaâc sau khi dõch chuýín caâc mađu

Lûơc híịp díîn vađ lûơc haơt nhín maơnh coâ nhûông tñnh chíịt hoađn

toađn khaâc nhau (chùỉng haơn, lûơc híịp díîn ýịu hún lûơc maơnh ríịt

nhiïìu vađ taâc duơng trïn khoaêng caâch ríịt xa) Tuy nhiïn, chuâng coâ

möơt di saên chung búêi vò caê hai ăïìu cíìn phaêi thûơc hiïơn möơt söị ăöịi

xûâng cuêa Vuô truơ Tûúng tûơ nhû víơy, lûơc haơt nhín ýịu vađ lûơc ăiïơn

tûđ cuông gùưn liïìn vúâi nhûông ăöịi xûâng chuíín ăiïơn tûđ Nhû víơy, caê

böịn tûúng taâc ăïìu liïn hïơ trûơc tiïịp vúâi caâc nguýn lyâ ăöịi xûâng

Ăùơc ăiïím chung nađy cuêa böịn lûơc dûúđng nhû lađ möơt ăiïìm töịt

cho sûơ ăïì xuíịt ặúơc nïu ra úê ăíìu chûúng nađy Cuơ thïí lađ trong

tûúng ăöịi röơng, chuâng ta cíìn phaêi tòm kiïịm möơt lyâ thuýịt trûúđng

lûúơng tûê cuêa lûơc híịp díîn, nhû caâc nhađ víơt lyâ ăaô phaât minh ra caâc

lyâ thuýịt trûúđng lûúơng tûê cuêa ba lûơc khaâc Trong nhiïìu nùm, líơp

luíơn nađy ăaô cöí vuô nhiïìu nhađ víơt lyâ xuíịt sùưc ăi theo con ặúđng ăoâ,

nhûng thûơc tïị cho thíịy coâ quaâ nhiïìu chöng gai vađ khöng coâ ai

thađnh cöng ăi ặúơc ăïịn cuđng Dûúâi ăíy chuâng ta seô hiïíu taơi sao laơi

nhû víơy

Thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê

Lônh vûơc aâp duơng thöng thûúđng cuêa thuýịt tûúng ăöịi röơng lađ

úê nhûông thang khoaêng caâch thiïn vùn ÚÊ nhûông khoaêng caâch lúân

nhû thïị, theo lyâ thuýịt cuêa Einstein, khi khöng coâ khöịi lûúơng thò

khöng gian lađ phùỉng, nhû ặúơc minh hoơa trïn Hònh 3.3 Trong

cöng cuöơc tòm kiïịm ăïí húơp nhíịt thuýịt tûúng ăöịi vúâi cú hoơc lûúơng

tûê, giúđ ăíy chuâng ta cíìn tíơp trung gùưt gao vađ xem xeât kyô lûúông

nhûông tñnh chíịt vi mö cuêa khöng gian Chuâng ta minh hoơa ăiïìu ăoâ

trïn Hònh 5.1 bùìng caâch thu laơi gíìn vađ phoâng ăaơi liïn tiïịp nhûông

vuđng ngađy cađng nhoê cuêa cíịu truâc khöng gian Thoaơt ăíìu, khi thu

laơi gíìn, chûa thíịy coâ gò xaêy ra; nhû chuâng ta thíịy trong ba mûâc

phoâng ăaơi ăíìu tiïn trïn Hònh 5.1, cíịu truâc khöng gian víîn cođn coâ

daơng vïì cú baên lađ nhû nhau Nïịu lyâ luíơn theo quan ăiïím thuíìn

tuây cöí ăiïín, thò chuâng ta hùỉn seô nghô rùìng hònh aênh phùỉng vađ ýn

tônh víîn cođn giûô maôi nhû thïị cho túâi tíơn nhûông thang chiïìu dađi

nhoê nhíịt Nhûng cú hoơc lûúơng tûê ăaô lađm thay ăöíi kïịt luíơn ăoâ möơt

caâch cú baên Moơi thûâ, kïí caê trûúđng híịp díîn, ăïìu phaêi chõu nhûông

thùng giaâng lûúơng tûê cöị hûôu do nguýn lyâ bíịt ắnh Mùơc duđ nhûông

lyâ luíơn cöí ăiïín suy ra rùìng khöng gian tröịng röîng coâ trûúđng híịp

díîn bùìng khöng, nhûng cú hoơc lûúơng tûê laơi chûâng toê rùìng vïì trung

bònh thò ăuâng lađ noâ bùìng khöng, nhûng giaâ trõ thûơc cuêa noâ dao

ăöơng lïn xuöịng do caâc thùng giaâng lûúơng tûê Hún thïị nûôa, nguýn

lyâ bíịt ắnh cho chuâng ta biïịt rùìng kñch cúô nhûông thùng giaâng nađy

cuêa trûúđng híịp díîn seô cađng lúân khi chuâng ta tíơp trung chuâ yâ túâi

vuđng khöng gian cađng nhoê Cú hoơc lûúơng tûê cođn chûâng toê rùìng

khöng coâ gò thñch bõ döìn vađo möơt goâc caê: sûơ tíơp trung khöng gian

cađng heơp seô díîn túâi nhûông thùng giaâng cađng lúân

Hònh 5.1 Bùìng caâch phoâng ăaơi liïn tiïịp möơt vuđng nhoê cuêa khöng gian, ta coâ thïí thùm dođ ặúơc nhûông tñnh chíịt siïu vi mö cuêa noâ

Nhûông yâ ắnh húơp nhíịt thuýịt tûúng ăöịi röơng vúâi cú hoơc lûúơng tûê ăïìu víịp phaêi nhûông boơt lûúơng tûê söi suơc xuíịt hiïơn úê tíìng phoâng ăaơi cao nhíịt

Vò trûúđng híịp díîn ặúơc phaên aânh búêi ăöơ cong cuêa khöng-thúđi gian, nïn chñnh nhûông thùng giaâng lûúơng tûê nađy ặúơc thïí hiïơn búêi nhûông biïịn daơng cađng maơnh cuêa khöng gian bao quanh

Chuâng ta ăaô lúđ múđ nhíơn thíịy nhûông biïịn daơng nhû víơy ăaô xuíịt hiïơn úê mûâc phoâng ăaơi thûâ tû trïn Hònh 5.1 Bùìng

caâch thùm dođ túâi nhûông thang khoaêng caâch cođn nhoê hún nûôa, nhû

ăaô lađm úê mûâc phoâng ăaơi thûâ nùm trïn Hònh 5.1, chuâng ta thíịy

rùìng nhûông thùng giaâng lûúơng tûê ngíîu nhiïn cuêa trûúđng híịp díîn

tûúng ûâng vúâi nhûông uöịn cong ghï gúâm ăïịn nöîi khöng gian khöng

cođn giöịng möơt chuât nađo vúâi möơt ăöịi tûúơng hònh hoơc vúâi ăöơ cong

mïìm maơi nhû lađ mađng cao su mađ ta ăaô xeât úê Chûúng 3 nûôa Mađ

bíy giúđ noâ coâ daơng suêi boơt, röịi ren vađ vùơn xoùưn kyđ dõ nhû ặúơc

minh hoơa úê tíìng trïn cuđng cuêa Hònh 5.1 John Wheeler ăaô ăùơt ra

thuíơt ngûô boơt lûúơng tûê ăïí mö taê sûơ naâo nhiïơt ặúơc phaât löơ búêi sûơ

thùm dođ úê mûâc siïu vi mö ăoâ cuêa khöng gian (vađ caê thúđi gian nûôa),

trong ăoâ nhûông khaâi niïơm thöng thûúđng nhû traâi phaêi, trûúâc sau,

trïn dûúâi (vađ thíơm chñ caê quaâ khûâ vađ tûúng lai nûôa) ăïìu míịt hïịt yâ

nghôa Chñnh úê nhûông thang khoaêng caâch cûơc ngùưn nhû víơy ăaô xaêy

ra sûơ khöng tûúng thñch giûôa thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc

lûúơng tûê Khaâi niïơm hònh hoơc trún tru - nguýn lyâ trung tím cuêa

thuýịt tûúng ăöịi röơng - ăaô bõ nhûông thùng giaâng dûô döơi cuêa thïị

giúâi lûúơng tûê úê nhûông thang khoaêng caâch cûơc ngùưn phaâ huêy Nhû

víơy, úê nhûông thang khoaêng caâch cûơc ngùưn, ăùơc tñnh trung tím cuêa

cú hoơc lûúơng tûê, tûâc lađ nguýn lyâ bíịt ắnh, ăaô trûơc tiïịp xung ăöơt

vúâi ăùơc tñnh trung tím cuêa thuýịt tûúng ăöịi röơng, ăoâ lađ mö hònh

hònh hoơc trún tru cuêa khöng gian (vađ cuêa caê thúđi gian nûôa)

Thûơc tïị, sûơ xung ăöơt nađy ặúơc thïí hiïơn möơt caâch hïịt sûâc cuơ

thïí Nhûông tñnh toaân nhùìm húơp nhíịt caâc phûúng trònh cuêa thuýịt

tûúng ăöịi röơng vađ cuêa cú hoơc lûúơng tûê thûúđng cho möơt ăaâp söị nhû

nhau vađ hoađn toađn vö nghôa: ăoâ lađ giaâ trõ vö haơn Giöịng nhû cuâ

quíịt roi vađo tay hoơc trođ cuêa caâc thíìy ăöì thúđi xûa, möơt ăaâp söị vö

haơn lađ caâch thûâc cuêa tûơ nhiïn ăïí noâi vúâi chuâng ta rùìng coâ möơt ăiïìu

gò ăoâ ăaô sai líìm [1] Nhûông phûúng trònh cuêa thuýịt tûúng ăöịi

röơng khöng thïí chõu nöíi sûơ söi cuêa caâc boơt lûúơng tûê

Tuy nhiïn, cíìn thíịy rùìng khi chuâng ta quay trúê laơi vúâi

nhûông thang khoaêng caâch thöng thûúđng (tûâc lađ ăi theo daôy caâc

tíìng tûđ trïn xuöịng dûúâi cuêa Hònh 5.1), thò nhûông thùng giaâng

ngíîu nhiïn, dûô döơi úê caâc thang nhoê seô triïơt tiïu nhau khi líịy trung

bònh, theo caâch giöịng hïơt nhû tađi khoaên cuêa anh baơn mùưc núơ kinh

niïn cuêa chuâng ta khöng hïì cho thíịy lađ anh mùưc núơ kinh niïn vađ

khaâi niïơm hònh hoơc trún cuêa cíịu truâc Vuô truơ laơi trúê nïn chñnh xaâc

Ăiïìu nađy cuông tûơa nhû khi xem möơt bûâc tranh thuöơc trûúđng phaâi

hođa quýơn vađo nhau gíy cho ta íịn tûúơng vïì möơt hònh aênh trún tru,

vúâi ăöơ saâng töịi cuêa noâ biïịn thiïn liïn tuơc vađ mïìm maơi tûđ maêng nađy

ăïịn maêng khaâc Nhûng khi tiïịn ăïịn gíìn hún, tûâc lađ úê nhûông thang

khoaêng caâch nhoê hún, baơn seô thíịy rùìng ăoâ chó lađ íịn tûúơng bïì

ngoađi: bûâc tranh bíy giúđ chó cođn lađ möơt tíơp húơp cuêa caâc ăiïím rúđi

raơc, möîi ăiïím taâch rúđi khoêi caâc ăiïím khaâc Cuông xin lûu yâ rùìng,

baơn yâ thûâc ặúơc baên chíịt giaân ăoaơn cuêa bûâc tranh chó khi xem noâ

úê nhûông thang khoaêng caâch nhoê, cođn khi nhòn tûđ xa thò noâ víîn

trún tru nhû thûúđng Tûúng tûơ nhû víơy, cíịu truâc cuêa khöng-thúđi

gian seô dûúđng nhû lađ trún, chó trûđ khi ta thùm dođ noâ vúâi ăöơ chñnh

xaâc siïu vi mö Ăiïìu nađy giaêi thñch taơi sao thuýịt tûúng ăöịi röơng

cho kïịt quaê ríịt töịt úê nhûông thang khoaêng caâch (vađ thúđi gian) ríịt

lúân, tûâc lađ nhûông thang liïn quan túâi nhiïìu ûâng duơng thiïn vùn

thûúđng gùơp, úê ăoâ giaê thuýịt trung tím vïì möơt hònh hoơc vúâi ăöơ cong

trún lađ húơp lyâ Nhûng úê nhûông khoaêng caâch (vađ thúđi gian) nhoê, giaê

thuýịt nađy bõ suơp ăöí vađ thuýịt tûúng ăöịi röơng khöng cođn phuđ húơp

nûôa do víịp phaêi nhûông thùng giaâng lûúơng tûê

Nhûông nguýn lyâ cuêa cú hoơc lûúơng tûê vađ thuýịt tûúng ăöịi

röơng cho pheâp chuâng ta tñnh ặúơc gíìn ăuâng nhûông thang khoaêng

caâch mađ dûúâi ăoâ hiïơn tûúơng suêi boơt lûúơng tûê tai haơi bùưt ăíìu thïí

hiïơn roô neât (vađ phong caênh giöịng nhû tíìng trïn cuđng cuêa Hònh

5.1) Giaâ trõ ríịt nhoê cuêa hùìng söị Planck, hùìng söị chi phöịi cûúđng ăöơ

cuêa caâc hiïơu ûâng lûúơng tûê, vađ cûúđng ăöơ ýịu cöị hûôu cuêa lûơc híịp díîn

göơp laơi ăaô cho ta kïịt quaê goơi lađ chiïìu dađi Planck, coâ giaâ trõ nhoê

ngoađi sûâc tûúêng tûúơng: möơt phíìn triïơu tyê tyê xentimeât (10-33cm)

[2] Nhû víơy, tíìng thûâ nùm trïn Hònh 5.1 lađ hònh aênh khaâi lûúơc

cuêa phong caênh siïu vi mö cuêa Vuô truơ úê thang dûúâi chiïìu dađi

Planck Ăïí coâ möơt yâ niïơm vïì thang nađy, haôy hònh dung möơt

nguýn tûê ặúơc phoâng ăaơi túâi kñch thûúâc cuêa Vuô truơ mađ ta biïịt

hiïơn nay, khi ăoâ chiïìu dađi Planck chó cúô ăöơ cao cuêa möơt cíy bònh

thûúđng

Nhû víơy, chuâng ta thíịy rùìng sûơ khöng tûúng thñch giûôa

thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê chó trúê nïn roô rađng trong

möơt phaơm vi khaâ huýìn bñ cuêa Vuô truơ Vò víơy baơn coâ thïí seô tûơ hoêi,

liïơu noâ coâ ăaâng kïí chuâng ta phaêi bíơn tím hay khöng? Thûơc tïị,

cöơng ăöìng caâc nhađ víơt lyâ nhíơn thûâc ặúơc víịn ăïì ăoâ, nhûng hoơ laơi

thñch thuâ trúê vïì vúâi nhûông nghiïn cûâu cuêa hoơ trong ăoâ nhûông

thang chiïìu dađi lúân hún nhiïìu so vúâi chiïìu dađi Plack vađ viïơc sûê

duơng cú hoơc lûúơng tûê vađ /hoùơc thuýịt tûúng ăöịi röơng seô khöng hïì

gùơp möơt ruêi ro nađo Tuy nhiïn, coâ nhûông nhađ víơt lyâ khaâc, hoơ trùn

trúê síu sùưc trûúâc möơt thûơc tïị lađ, hai cöơt truơ cú baên cuêa víơt lyâ hoơc,

nhû chuâng ta ăaô biïịt, laơi khöng tûúng thñch vúâi nhau úê ngay trong

cöịt loôi cuêa chuâng, bíịt chíịp coâ cíìn phaêi thùm dođ túâi nhûông thang vi

mö ăïí lađm nöíi roô víịn ăïì ăoâ hay khöng Hoơ líơp luíơn: sûơ tûúng thñch

nađy chó ra möơt thiïịu soât cùn baên trong hiïíu biïịt cuêa chuâng ta vïì

vuô truơ víơt lyâ YÂ kiïịn nađy dûơa trïn möơt quan ăiïím khöng thïí chûâng

minh nhûng síu sùưc cho rùìng, Vuô truơ - nïịu chuâng ta hiïíu noâ úê mûâc

síu nhíịt vađ cú baên nhíịt - phaêi ặúơc mö taê búêi möơt lyâ thuýịt nhíịt

quaân vađ lögic trong ăoâ caâc phíìn cuêa noâ phaêi ặúơc thöịng nhíịt möơt

caâch hađi hođa Vađ chùưc chùưn, bíịt chíịp sûơ khöng tûúng thñch ăoâ

quan troơng túâi mûâc nađo ăöịi vúâi nhûông nghiïn cûâu riïng cuêa mònh,

ăa söị caâc nhađ víơt lyâ ăïìu nhíơn thíịy khoâ coâ thïí tin ặúơc rùìng, úê caâi

mûâc síu nhíịt ăoâ, hiïíu biïịt lyâ thuýịt síu xa nhíịt cuêa chuâng ta vïì

Vuô truơ laơi quy vïì sûơ chùưp vaâ khöng phuđ húơp vúâi nhau vïì mùơt toaân

hoơc cuêa hai lyâ thuýịt ríịt coâ sûâc maơnh nhûng laơi xung ăöơt vúâi

nhau

Caâc nhađ víơt lyâ cuông ăaô ríịt nöî lûơc ăïí sûêa ăöíi thuýịt tûúng ăöịi

röơng cuông nhû cú lûúơng tûê ăïí traânh sûơ xung ăöơt ăoâ, song nhûông nöî

lûơc íịy, mùơc duđ ríịt taâo baơo vađ thöng minh, ăïìu gùơp hïịt thíịt baơi nađy

ăïịn thíịt baơi khaâc

Ăiïìu ăoâ thûơc sûơ ăaô diïîn ra cho túâi khi ra ăúđi lyâ thuýịt siïu

díy [3]

[1] Trong sûơ phaât triïín cuêa caâc lyâ thuýịt lûúơng tûê cuêa ba lûơc phi híịp

díîn, caâc nhađ víơt lyâ cuông víịp phaêi nhûông tñnh toaân cho caâc kïịt quaê vö haơn

Tuy nhiïn, vúâi thúđi gian, hoơ díìn díìn nhíơn thíịy rùìng nhûông giaâ trõ vö haơn ăoâ

coâ thïí khûê ặúơc nhúđ möơt cöng cuơ coâ tïn lađ sûơ taâi chuíín hoâa Nhûông giaâ trõ vö

haơn xuíịt hiïơn trong nöî lûơc saâp nhíơp thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê

cođn nghiïm troơng hún ríịt nhiïìu vađ khöng thïí chûôa chaơy ặúơc bùìng “liïơu

phaâp” taâi chuíín hoâa Thíơm chñ múâi ăíy thöi, caâc nhađ víơt lyâ múâi nhíơn ra rùìng

nhûông ăaâp söị vö haơn ăoâ chñnh lađ tñn hiïơu caênh baâo rùìng lyâ thuýịt ăang ặúơc

sûê duơng ăïí phín tñch thûơc taơi ăaô vûúơt ra ngoađi phaơm vi aâp duơng cuêa noâ Vò

muơc ăñch cuêa nhûông nghiïn cûâu hiïơn nay lađ tòm kiïịm möơt lyâ thuýịt coâ phaơm

vi ûâng duơng, vïì nguýn tùưc, lađ khöng coâ giúâi haơn, tûâc lađ möơt lyâ thuýịt “töịi

híơu” hay lyâ thuýịt “cuöịi cuđng”, nïn caâc nhađ víơt lyâ muöịn tòm möơt lyâ thuýịt

trong ăoâ caâc ăaâp söị vö haơn khöng ặúơc xuíịt hiïơn, bíịt kïí hïơ víơt lyâ ặúơc xem

xeât úê nhûông ăiïìu kiïơn cûơc haơn túâi mûâc nađo

[2] Cúô cuêa chiïìu dađi Planck coâ thïí hiïíu ặúơc bùìng caâch dûơa trïn

phûúng phaâp luíơn mađ trong víơt lyâ ặúơc goơi lađ phûúng phaâp phín tñch thûâ

nguýn YÂ tûúêng cuêa phûúng phaâp nađy nhû sau Thûúđng thûúđng möơt lyâ thuýịt

ặúơc xíy dûơng nhû möơt tíơp húơp caâc phûúng trònh, nhûng, nïịu lyâ thuýịt cíìn

phaêi mö taê caâc hiïơn tûúơng tûơ nhiïn thò nhûông kyâ hiïơu trûđu tûúơng coâ mùơt

trong caâc phûúng trònh ăoâ phaêi liïn hïơ chùơt cheô vúâi nhûông ăùơc trûng víơt lyâ

Ăùơc biïơt, möơt ăiïìu quan troơng lađ chuâng ta cíìn phaêi ắnh nghôa möơt hïơ ăún võ

Vñ duơ, möơt kyâ hiïơu biïíu diïîn möơt ăöơ dađi nađo ăoâ Nïịu caâc phûúng trònh chó

rùìng kyâ hiïơu ăoâ líịy giaâ trõ 5, thò cođn cíìn phaêi biïịt chiïìu dađi ăoâ lađ 5cm, 5km

hay 5 nùm aânh saâng v.v• Trong möơt lyâ thuýịt coâ liïn quan túâi thuýịt tûúng

ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê, viïơc choơn hïơ ăún võ xuíịt hiïơn möơt caâch tûơ nhiïn

theo caâch sau Thuýịt tûúng ăöịi röơng dûơa trïn hai hùìng söị tûơ nhiïn lađ víơn töịc

aânh saâng c vađ hùìng söị híịp díîn G cuêa Newton, cođn cú hoơc lûúơng tûê phuơ thuöơc

vađo möơt hùìng söị tûơ nhiïn lađ h Bùìng caâch xem xeât thûâ nguýn cuêa caâc hùìng söị

ăoâ (vñ duơ c lađ víơn töịc nïn bùìng chiïìu dađi chia cho thúđi gian, v.v•) ta coâ thïí

thíịy rùìng töí húơp h thûơc sûơ coâ thûâ nguýn chiïìu dađi Thay giaâ trõ cuêa caâc hùìng

söị vađo, ta nhíơn ặúơc giaâ trõ 1,616, 10-33cm Ăíy chñnh lađ chiïìu dađi Planck

Ăíy chñnh lađ thang ăo hay ăún võ tûơ nhiïn cuêa chiïìu dađi trong bíịt kyđ lyâ

thuýịt nađo coâ yâ ắnh saâp nhíơp thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê

Trong phíìn nöơi dung chñnh cuêa cuöịn saâch chuâng töi chó líịy giaâ trõ gíìn ăuâng

cuêa giaâ trõ vûđa tñnh ặúơc úê trïn

[3] Hiïơn nay ngoađi lyâ thuýịt díy, cođn coâ hai caâch tiïịp cíơn nhùìm saâp

nhíơp thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê ăang ặúơc theo ăuöíi ríịt raâo

riïịt Möơt caâch tiïịp cíơn ặúơc díîn dùưt búêi Roger Penrose úê Ăaơi hoơc Oford vađ

ặúơc biïịt túâi vúâi tïn goơi lađ lyâ thuýịt “twistor” Caâch tiïịp cíơn thûâ hai - ặúơc gúơi

yâ möơt phíìn búêi caâc cöng trònh cuêa Penrose - ặúơc díîn dùưt búêi Abhay Ashtekar

thuöơc Ăaơi hoơc quöịc gia Pennsylvania vađ ặúơc biïịt túâi dûúâi caâi tïn phûúng

phaâp caâc biïịn múâi Mùơc duđ hai caâch tiïịp cíơn ăoâ khöng ặúơc bađn ăïịn trong

cuöịn saâch nađy, nhûng ngađy cađng coâ nhûông díịu hiïơu khiïịn ngûúđi ta ngúđ rùìng

hai caâch tiïịp cíơn nađy coâ möịi liïn hïơ síu xa vúâi lyâ thuýịt díy vađ cuông coâ thïí lađ,

cuđng vúâi lyâ thuýịt díy, ba caâch tiïịp cíơn ăoâ cuöịi cuđng seô díîn túâi möơt giaêi phaâp

ăïí saâp nhíơp thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê

Phêìn III Baãn giao hûúãng vuä truå

CHÛÚNG 6:

KHÖNG COÂ GÒ KHAÂC NGOAĐI ÍM NHAƠC:

NHÛÔNG CÚ SÚÊ CUÊA LYÂ THUÝỊT SIÏU DÍY

Tûđ ríịt líu, ím nhaơc ăaô lađ nguöìn vö tíơn cuêa nhûông íín duơ cho

nhûông ai thûúđng tûơ ăùơt ra nhûông cíu hoêi vïì vuô truơ Tûđ “ím nhaơc

cuêa nhûông hònh cíìu” cuêa trûúđng phaâi Pythagore túâi “nhûông hođa

ím cuêa tûơ nhiïn”, qua nhiïìu thïị kyê, ăaô díîn dùưt chuâng ta cuđng

nhau tòm kiïịm bađi ca cuêa tûơ nhiïn trong nhûông hađnh trònh lang

thang ïm dõu cuêa caâc thiïn thïí vađ sûơ nöíi loaơn quýịt liïơt cuêa caâc

haơt dûúâi nguýn tûê Vúâi sûơ phaât minh ra lyâ thuýịt siïu díy, nhûông

íín duơ ím nhaơc ăaô coâ möơt thûơc tiïîn bíịt ngúđ, vò lyâ thuýịt nađy cho

rùìng phong caênh vi mö trađn ngíơp nhûông súơi díy ăađn nhoê xñu mađ

caâc mode rung ăöơng cuêa chuâng ăaô tíịu lïn sûơ tiïịn hoâa cuêa vuô truơ

Trong mö hònh chuíín, caâc thađnh phíìn sú cíịp cuêa vuô truơ ặúơc

xem lađ caâc haơt ăiïím, khöng coâ cíịu truâc nöơi taơi Mùơc duđ sûâc maơnh

to lúân cuêa mö hònh nađy (nhû chuâng ta ăaô noâi úê trïn, vïì cùn baên tíịt

caê nhûông tiïn ăoaân cuêa noâ vïì thïị giúâi vi mö ăïìu ặúơc thûơc nghiïơm

xaâc nhíơn túâi tíơn thang chiïìu dađi cúô 1 phíìn tyê tyê meât - giúâi haơn cuêa

cöng nghïơ hiïơn nay), nhûng noâ chûa thïí lađ möơt lyâ thuýịt hoađn

chónh hay cuöịi cuđng, búêi vò noâ bao hađm ặúơc lûơc híịp díîn Hún thïị

nûôa, nhûông yâ ăöì göơp lûơc híịp díîn vađo khuön khöí lûúơng tûê cuêa noâ

ăïìu thíịt baơi do nhûông thùng giaâng maơnh vađo cíịu truâc khöng gian

xuíịt hiïơn úê nhûông khoaêng caâch siïu vi mö, tûâc lađ nhûông khoaêng

caâch nhoê hún chiïìu dađi Planck Cuöơc xung ăöơt chûa ặúơc giaêi

quýịt nađy ăaô buöơc chuâng ta phaêi tòm kiïịm sûơ hiïíu biïịt síu sùưc hún

nûôa vïì tûơ nhiïn Nùm 1984, hai nhađ víơt lyâ Micheal Green, höìi ăoâ

lađm viïơc úê trûúđng Queen Mary College, Luín Ăön vađ John

Schwarz thuöơc Hoơc viïơn Cöng nghïơ California (thûúđng viïịt tùưt lađ

Caltech - ND) ăaô ặa ra nhûông mííu bùìng chûâng coâ sûâc thuýịt

phuơc ăíìu tiïn chûâng toê lyâ thuýịt siïu díy (hay goơi tùưt lađ lyâ thuýịt

díy cho goơn) ríịt coâ thïí seô cung cíịp cho chuâng ta sûơ hiïíu biïịt ăoâ

Lyâ thuýịt díy ăaô ăïì xuíịt thay ăöíi möơt caâch múâi meê vađ síu

sùưc sûơ mö taê lyâ thuýịt caâc tñnh chíịt siïu vi mö cuêa vuô truơ, mađ díìn

díìn caâc nhađ víơt lyâ múâi hiïíu ra rùìng, sûơ thay ăöíi ăoâ ăaô sûêa laơi

thuýịt tûúng ăöịi röơng cuêa Einstein ăuâng theo caâch ăïí cho noâ hoađn

toađn tûúng thñch vúâi caâc ắnh luíơt cuêa cú hoơc lûúơng tûê Theo lyâ

thuýịt díy, caâc thađnh phíìn sú cíịp cuêa vuô truơ khöng phaêi lađ haơt

ăiïím Mađ chuâng lađ nhûông súơi díy ríịt nhoê 1 chiïìu, na naâ nhû möơt

súơi díy cao su vö cuđng maênh dao ăöơng liïn höìi Nhûng chúâ nïn ăïí

cho caâi tïn ăoâ lûđa phónh baơn; khöng giöịng nhû súơi díy thöng

thûúđng ặúơc cíịu taơo búêi caâc nguýn tûê vađ phín tûê, caâc díy cuêa lyâ

thuýịt díy ặúơc coi nhû lađ nùìm síu trong tíơn traâi tim cuêa víơt

chíịt Lyâ thuýịt nađy cho rùìng chuâng lađ nhûông thađnh phíìn siïu vi

mö taơo nïn caâc haơt cíịu thađnh cuêa nguýn tûê Caâc díy cuêa lyâ

thuýịt díy lađ nhoê (xeât trung bònh chuâng cúô chiïìu dađi Planck), túâi

mûâc chuâng tûơa nhû lađ möơt ăiïím ngay caê khi chuâng ặúơc khaêo saât

búêi nhûông thiïịt bõ maơnh nhíịt cuêa chuâng ta

Sûơ thay thïị ăún giaên caâc haơt ăiïím bùìng caâc mííu díy nhû lađ

nhûông thađnh phíìn cú baên cuêa vaơn víơt cuông ăaô ặa laơi nhûông hïơ

quaê coâ tíìm khaâ xa Ăíìu tiïn vađ trûúâc hïịt, lyâ thuýịt díy toê ra coâ

khaê nùng giaêi quýịt ặúơc sûơ xung ăöơt giûôa thuýịt tûúng ăöịi röơng

vađ cú hoơc lûúơng tûê Nhû chuâng ta seô thíịy, baên chíịt coâ quaêng tñnh

khöng gian cuêa díy lađ möơt ýịu töị múâi ríịt quan troơng ăïí coâ ặúơc

möơt khuön khöí hađi hođa vađ duy nhíịt bao hađm caê hai lyâ thuýịt Hai

nûôa, lyâ thuýịt díy cho ta möơt lyâ thuýịt thöịng nhíịt ăñch thûơc, vò

toađn böơ víơt chíịt vađ tíịt caê caâc lûơc ăïìu ặúơc coi lađ naêy sinh tûđ möơt

thađnh phíìn cú baên, ăoâ lađ caâc díy dao ăöơng Cuöịi cuđng, nhû seô ặúơc

thaêo luíơn trong caâc chûúng sau, ngoađi nhûông thađnh tûơu tuýơt vúđi

ăoâ, lyâ thuýịt díy laơi möơt líìn nûôa lađm thay ăöíi möơt caâch cùn baên sûơ

hiïíu biïịt cuêa chuâng ta seô vïì khöng - thúđi gian

Lûúơc sûê lyâ thuýịt díy

Nùm 1968, möơt nhađ víơt lyâ lyâ thuýịt treê tïn lađ Gabriele

Veneziano ăaô trùn trúê ríịt nhiïìu nhùìm giaêi thñch nhûông tñnh chíịt

khaâc nhau cuêa lûơc haơt nhín maơnh mađ ngûúđi ta ăaô quan saât ặúơc

bùìng thûơc nghiïơm Höìi ăoâ, Veneziano ăang lađm viïơc úê CERN,

trung tím haơt nhín cuêa chíu Íu, ăùơt taơi Geneva, Thuơy Sô Trong

nhiïìu nùm rođng, öng ăaô nghiïn cûâu víịn ăïì nađy, vađ cho túâi möơt

höm, trong ăíìu öng chúơt loeâ lïn möơt phaât hiïơn laơ luđng Öng vö

cuđng kinh ngaơc nhíơn thíịy rùìng, möơt cöng thûâc vöịn ăaô ặúơc nhađ

toaân hoơc Thuơy Sô nöíi tiïịng Leona Euler xíy dûơng khoaêng hún hai

trùm nùm trûúâc ăoâ cho nhûông muơc ăñch thuíìn tuây toaân hoơc vađ

thûúđng ặúơc goơi lađ hađm bïta Euler, dûúđng nhû laơi mö taê ặúơc

nhiïìu tñnh chíịt cuêa caâc haơt tûúng taâc maơnh Phaât hiïơn cuêa

Veneziano ăaô cho ta sûơ thíu toâm ríịt coâ hiïơu quaê bùìng toaân hoơc

nhiïìu ăùơc trûng cuêa tûúng taâc maơnh meô nhùìm sûê duơng hađm bïta

vađ caâc daơng töíng quaât hoâa cuêa noâ ăïí mö taê möơt chuöîi nhûông dûô

liïơu thûơc nghiïơm mađ caâc nhađ víơt lyâ chuýn "hoađn taân" caâc nguýn

tûê trïn khùưp thïị giúâi ăaô thu lûúơm ặúơc Tuy nhiïn, theo möơt yâ

nghôa nađo ăoâ thò phaât minh cuêa Veneziano cođn chûa ăíìy ăuê Tûơa

nhû möơt cöng thûâc mađ möơt sinh viïn hoơc thuöơc lođng nhûng laơi

khöng hiïíu yâ nghôa cuông nhû nguöìn göịc cuêa noâ, hađm bïta Euler

ăuâng lađ ríịt coâ hiïơu quaê nhûng laơi khöng möơt ai biïịt taơi sao laơi nhû

víơy Ăoâ lađ möơt cöng thûâc cođn cíìn phaêi giaêi thñch Maôi cho túâi tíơn

nùm 1970, nhûông cöng trònh cuêa Yoichiro Nambu úê Ăaơi hoơc

Chicago, Holger Nielsen úê Viïơn Niels Bohr vađ Leonard Susskin úê

Ăaơi hoơc Stanford múâi phaât löơ ặúơc nöơi dung víơt lyâ nùìm íín khuíịt

phña sau cöng thûâc Euler Ba nhađ víơt lyâ nađy ăaô chûâng toê ặúơc rùìng

nïịu möơt haơt sú cíịp ặúơc mö hònh hoâa nhû caâc díy nhoê beâ möơt

chiïìu dao ăöơng, thò tûúng taâc maơnh cuêa chuâng coâ thïí ặúơc mö taê

chñnh xaâc búêi hađm Euler Theo líơp luíơn cuêa hoơ, nïịu nhû caâc díy

nađy ăuê nhoê thò chuâng víîn cođn ặúơc xem nhû caâc haơt ăiïím vađ do ăoâ

phuđ húơp vúâi nhûông quan saât thûơc nghiïơm

Mùơc duđ ăiïìu nađy cho ta möơt lyâ thuýịt thuâ võ vađ ăún giaên vïì

mùơt trûơc giaâc, nhûng khöng líu trûúâc ăoâ, sûơ mö taê tûúng taâc maơnh

theo lyâ thuýịt díy ăaô toê ra thíịt baơi Vađo ăíìu nhûông nùm 1970,

nhûông thñ nghiïơm nùng lûúơng cao coâ khaê nùng thùm dođ síu hún

thïị giúâi dûúâi nguýn tûê ăaô chûâng toê rùìng mö hònh díy ặa ra

nhiïìu tiïn ăoaân míu thuíîn vúâi thûơc nghiïơm Trong khi ăoâ, sùưc

ăöơng lûơc hoơc lûúơng tûê dûơa trïn caâc haơt ăiïím ăaô ặúơc phaât triïín vađ

nhûông thađnh cöng vang döơi cuêa noâ trong viïơc mö taê tûúng taâc

maơnh ăaô díîn túâi sûơ thíịt suêng cuêa lyâ thuýịt díy

Phíìn lúân caâc nhađ víơt lyâ haơt ăïìu nghô rùìng thïị lađ thuýịt díy

ăaô bõ neâm vađo soơt raâc cuêa khoa hoơc, nhûng möơt söị ñt caâc nhađ víơt lyâ

chuýn mön víîn kiïn trò ăeo baâm noâ Chùỉng haơn, Schwarz víîn

caêm thíịy rùìng "cíịu truâc toaân hoơc cuêa lyâ thuýịt díy ăeơp vađ coâ

nhiïìu tñnh chíịt tuýơt diïơu túâi mûâc noâ buöơc phaêi hûúâng díîn túâi möơt

caâi gò ăoâ hïịt sûâc cú baên"[1] Möơt trong söị caâc thiïịu soât cuêa cuêa lyâ

thuýịt díy mađ caâc nhađ víơt lyâ tòm thíịy, ăoâ lađ dûúđng nhû noâ coâ sûâc

bao quaât thûơc sûơ to lúân Do lyâ thuýịt díy chûâa ặơng nhûông cíịu

hònh cuêa díy dao ăöơng coâ nhûông tñnh chíịt liïn quan chùơt cheô vúâi

caâc gluon nïn noâ ăaô tuýn böị quaâ súâm mònh lađ lyâ thuýịt cuêa tûúng

taâc maơnh Nhûng ngoađi ăiïìu ăoâ ra, lyâ thuýịt nađy cođn chûâa ặơng caê

nhûông haơt truýìn tûúng taâc khaâc nûôa, nhûông haơt khöng coâ liïn

quan gò vúâi nhûông quan saât thûơc nghiïơm cuêa tûúng taâc maơnh

Nùm 1974, Schwarz vađ Joel Scherk úê trûúđng Cao ăùỉng sû phaơm

Paris ăaô thûơc hiïơn möơt bûúâc nhaêy taâo baơo biïịn caâi nhûúơc ăiïím bïì

ngoađi ăoâ thađnh ûu ăiïím Hoơ ăaô nghiïn cûâu nhûông ăùơc trûng cuêa

caâc mode dao ăöơng múâi nađy vađ nhíơn thíịy rùìng nhûông tñnh chíịt ăoâ

phuđ húơp tuýơt vúđi vúâi haơt truýìn tûúng taâc giaê ắnh cuêa trûúđng

híịp díîn, tûâc lađ graviton Mùơc duđ nhûông goâi nhoê beâ nhíịt ăoâ cuêa

trûúđng híịp díîn cođn chûa bao giúđ quan saât ặúơc, nhûng caâc nhađ lyâ

thuýịt ăaô tiïn ăoaân möơt caâch vûông tin möơt söị ăùơc tñnh cú baên mađ

noâ cíìn phaêi coâ Ăöìng thúđi, Scherk vađ Schwarz cuông ăaô tòm ra rùìng

nhûông ăùơc tñnh ăoâ cíìn phaêi ặúơc thûơc hiïơn chñnh xaâc búêi möơt söị

mode dao ăöơng Dûơa trïn kïịt quaê ăoâ, hai ngûúđi ăaô cho rùìng lyâ

thuýịt díy súê dô thíịt baơi úê giai ăoaơn ban ăíìu cuêa noâ lađ búêi vò caâc

nhađ víơt lyâ ăaô haơn chïị quaâ ăaâng phaơm vi cuêa noâ Lyâ thuýịt díy

khöng chó lađ thuýịt cuêa tûúng taâc maơnh mađ noâ cođn lađ lyâ thuýịt

lûúơng tûê bao hađm ặúơc caê lûơc híịp díîn nûôa

Cöơng ăöìng caâc nhađ víơt lyâ kiïn quýịt khöng chíịp nhíơn yâ kiïịn

ăoâ Thûơc tïị, Schwarz ăaô phaêi thuâ nhíơn rùìng "cöng trònh cuêa chuâng

töi hoađn toađn khöng ặúơc ăïịm xóa ăïịn" [2] Con ặúđng tiïịn böơ chíịt

ngöín ngang nhûông yâ ăöì thíịt baơi trong viïơc thöịng nhíịt híịp díîn vúâi

cú hoơc lûúơng tûê Lyâ thuýịt díy ăaô thíịt baơi trong nöî lûơc ban ăíìu

cuêa noâ nhùìm mö taê tûúng taâc maơnh vađ ăöịi vúâi nhiïìu ngûúđi dûúđng

nhû seô lađ vö nghôa nïịu coâ yâ ắnh duđng noâ ăïí ăaơt túâi muơc tiïu lúân

hún Thíơm chñ nhûông nghiïn cûâu sau ăoâ cođn gíy sûêng söịt hún nûôa,

vađo cuöịi nhûông nùm 1970 ăíìu nhûông nùm 1980 lyâ thuýịt díy vađ

cú hoơc lûúơng tûê coâ nhûông xung ăöơt tinh tïị riïng vúâi nhau Hoâa ra,

laơi möơt líìn nûôa, lûơc híịp díîn víîn ûúng ngaơnh chöịng laơi sûơ húơp

nhíịt trong möơt lyâ thuýịt lûúơng tûê mö taê vuô truơ

Tònh hònh khöng coâ gò saâng suêa hún cho túâi tíơn nùm 1984

Trong möơt bađi baâo caâo coâ tñnh chíịt cöơt möịc tñch tuơ cuêa hún 12 nùm

nghiïn cûâu cùng thùỉng, phíìn lúân khöng ặúơc ai ngoâ ngađng túâi vađ

thûúđng bõ ăa söị caâc nhađ víơt lyâ baâc boê, Green vađ Schwarz ăaô xaâc líơp

ặúơc rùìng sûơ xung ăöơt lûúơng tûê tinh tïị aênh hûúêng xíịu ăïịn lyâ

thuýịt díy ăaô ặúơc giaêi quýịt Hún thïị nûôa, hoơ cođn chûâng minh

ặúơc rùìng lyâ thuýịt mađ hoơ xíy dûơng ặúơc coâ ăuê tíìm voâc ăïí bao

hađm ặúơc tíịt caê böịn lûơc vađ caê víơt chíịt nûôa Khi tin ăöìn vïì kïịt quêa

nađy ăïịn tai cöơng ăöìng víơt lyâ trïn khùưp thïị giúâi, hađng trùm nhađ víơt

lyâ haơt ăaô boê luön cöng viïơc nghiïn cûâu ăang lađm cuêa hoơ ăïí lao vađo

möơt cuöơc tíịn cöng trïn quy mö lúân mađ hoơ nghô rùìng ăíy lađ tríơn

chiïịn cuöịi cuđng trong cuöơc chinh phuơc nhûông bñ míơt cuêa vuô truơ ăaô

ặúơc khúêi phaât tûđ thúđi cöí ăaơi

Töi bùưt ăíìu lađm nghiïn cûâu sinh taơi Ăaơi hoơc Oxford vađo

thaâng 10 nùm 1984 Mùơc duđ luâc ăoâ töi ríịt hùm húê muöịn lao vađo

hoơc caâc thûâ nhû lyâ thuýịt trûúđng lûúơng tûê, lyâ thuýịt trûúđng chuíín

vađ thuýịt tûúng ăöịi röơng, nhûng baơn beđ töịt nghiïơp trûúâc töi phíìn

lúân laơi nghô rùìng víơt lyâ haơt seô ríịt ñt hoùơc hoađn toađn chùỉng coâ tûúng

lai gò Mö hònh chuíín ăaô xíy dûơng xong vađ nhûông thađnh cöng

tuýơt vúđi cuêa noâ trong viïơc tiïn ăoaân kïịt cuơc cuêa caâc thûơc nghiïơm

chó ra rùìng viïơc kiïím chûâng noâ ăún giaên chó cođn lađ víịn ăïì thúđi gian

vađ chi tiïịt Vûúơt qua nhûông giúâi haơn cuêa mö hònh chuíín ăïí bao

hađm caê híịp díîn vađ thíơm chñ giaêi thñch ặúơc caê nhûông dûô liïơu thûơc

nghiïơm lađ cú súê cuêa mö hònh ăoâ, mađ cuơ thïí lađ 19 tham söị göìm khöịi

lûúơng vađ diïơn tñch cuêa caâc haơt sú cíịp cuông nhû cûúđng ăöơ tûúng ăöịi

cuêa caâc tûúng taâc ăaô ặúơc xaâc ắnh bùìng thûơc nghiïơm nhûng cođn

chûa hiïíu ặúơc vïì mùơt lyâ thuýịt, ăoâ lađ möơt nhiïơm vuơ khöíng löì

khiïịn cho tíịt caê caâc nhađ víơt lyâ, trûđ nhûông ngûúđi duông caêm nhíịt,

ăïìu chõu boâ tay Nhûng saâu thaâng sau, tím traơng nađy ăaô hoađn

toađn khaâc hùỉn Thađnh cöng cuêa Green vađ Schwarz cuöịi cuđng ăaô loơt

túâi tai thíơm chñ cuêa nhûông nghiïn cûâu sinh nùm thûâ nhíịt vađ tíịt

caê chuâng töi ăïìu caêm thíịy phíịn khñch vò ặúơc söịng giûôa thúđi ăiïím

bûúâc ngoùơt síu sùưc cuêa lõch sûê víơt lyâ Ríịt nhiïìu ngûúđi trong söị

chuâng töi lađm viïơc thíu ăïm vúâi khaât voơng lađm chuê ặúơc nhûông

lônh vûơc röơng lúân cuêa víơt lyâ lyâ thuýịt vađ toaân hoơc trûđu tûúơng cíìn

phaêi coâ ăïí hiïíu ặúơc lyâ thuýịt díy

Thúđi gian tûđ 1984 ăïịn 1986 ặúơc biïịt túâi nhû "cuöơc caâch

maơng siïu díy líìn thûâ nhíịt" Trong ba nùm ăoâ, hún möơt ngađn bađi

baâo nghiïn cûâu vïì lyâ thuýịt díy ăaô ặúơc viïịt búêi caâc nhađ víơt lyâ

trïn khùưp thïị giúâi Nhûông cöng trònh nađy ăaô chûâng toê möơt caâch

dûât khoaât rùìng ríịt nhiïìu phûúng diïơn cuêa mö hònh chuíín phaêi

míịt hađng chuơc nùm nghiïn cûâu cíìn míîn múâi phaât hiïơn ra, thò bíy

giúđ xuíịt hiïơn möơt caâch hoađn toađn tûơ nhiïn vađ ăún giaên tûđ lyâ

thuýịt díy Nhû Micheal Green ăaô noâi: "Chó cíìn lađm quen vúâi lyâ

thuýịt díy vađ thíịy rùìng híìu nhû tíịt caê nhûông thađnh tûơu vô ăaơi

nhíịt cuêa víơt lyâ trong möơt trùm nùm qua ăïìu xuíịt hiïơn, mađ laơi

xuíịt hiïơn vúâi möơt veê ăeơp thanh nhaô ăïịn nhû thïị, laơi tûđ möơt ăiïím

xuíịt phaât khaâ ăún giaên, baơn múâi hiïíu ặúơc rùìng lyâ thuýịt nađy

phaêi coâ möơt chöî ặâng riïng biïơt xûâng ăaâng" [3] Hún thïị nûôa, ăöịi

vúâi nhiïìu phûúng diïơn ăoâ, nhû chuâng ta seô thíịy dûúâi ăíy, lyâ

thuýịt díy daô giaêi thñch möơt caâch ăíìy ăuê hún vađ thoêa ăaâng hún so

vúâi mö hònh chuíín Nhûông tiïịn böơ ăoâ ăaô thuýịt phuơc ặúơc nhiïìu

nhađ víơt lyâ tin rùìng lyâ thuýịt díy ăaô ăi ăuâng hûúâng ăïí thûơc hiïơn lúđi

hûâa cuêa noâ lađ trúê thađnh möơt lyâ thuýịt thöịng nhíịt töịi híơu

Tuy nhiïn, lyâ thuýịt díy laơi víịp phaêi möơt trúê ngaơi to lúân

Trong nghiïn cûâu víơt lyâ lyâ thuýịt ngûúđi ta thûúđng gùơp nhûông

phûúng trònh ríịt khoâ hiïíu vađ khoâ phín tñch Thûúđng thò caâc nhađ

víơt lyâ khöng chõu boâ tay, hoơ tòm caâch giaêi chuâng möơt caâch gíìn

ăuâng Nhûng tònh hònh trong lyâ thuýịt díy cođn cam go hún ríịt

nhiïìu Ngay caê viïơc xaâc ắnh chñnh baên thín caâc phûúng trònh ăaô

lađ ríịt khoâ khùn ăïịn nöîi, cho túâi nay, múâi chó díîn ặúơc ra nhûông

phûúng trònh gíìn ăuâng Do víơy, caâc nhađ lyâ thuýịt díy ăađnh phaêi

tòm nhûông nghiïơm gíìn ăuâng cho nhûông phûúng trònh gíìn ăuâng

Sau möơt ñt nùm tiïịn nhû vuô baôo trong cuöơc caâch maơng siïu díy líìn

thûâ nhíịt, caâc nhađ víơt lyâ nhíơn thíịy rùìng nïịu chó haơn chïị trong

nhûông pheâp gíìn ăuâng ăoâ thò khöng ăuê ăïí traê lúđi cho ríịt nhiïìu víịn

ăïì cùn baên cíìn cho sûơ phaât triïín tiïịp theo Do khöng coâ nhûông ăïì

xuíịt cuơ thïí vûúơt qua caâc phûúng phaâp gíìn ăuâng, nhiïìu nhađ víơt lyâ

ăang nghiïn cûâu lyâ thuýịt díy caêm thíịy thíịt voơng vađ ăađnh quay

vïì nhûông phûúng hûúâng nghiïn cûâu trûúâc kia cuêa hoơ Ăöịi vúâi

nhûông ngûúđi cođn úê laơi thò cuöịi nhûông nùm 1980 vađ ăíìu nhûông nùm

1990 quaê lađ möơt thúđi kyđ khoâ khùn Cuông giöịng nhû möơt kho baâu

ặúơc khoâa chùơt trong keât sùưt vađ chó nhòn thíịy qua möơt löî khoâa beâ

xñu vađ luön luön múđi chađo, veê ăeơp vađ sûơ hûâa heơn cuêa lyâ thuýịt siïu

díy líịp laânh víîy goơi, nhûng khöng möơt ai coâ chòa khoâa ăïí giaêi

phoâng hïịt sûâc maơnh cuêa noâ Nhûông thúđi kyđ khö haơn keâo dađi víîn

ăïìu ăùơn coâ nhûông phaât minh quan troơng, nhûng moơi ngûúđi nghiïn

cûâu lyâ thuýịt díy ăïìu biïịt rùìng ăaô ăïịn luâc bûâc xuâc cíìn phaêi tòm ra

nhûông phûúng phaâp múâi, coâ khaê nùng vûúơt ra ngoađi nhûông pheâp

gíìn ăuâng ăaô coâ

Sau ăoâ, trong bađi giaêng lađm nûâc lođng ngûúđi taơi höơi nghõ Siïu

díy 1995, ặúơc töí chûâc taơi Ăaơi hoơc Nam California, möơt bađi giaêng

khiïịn cho cûê toaơ ñt oêi göìm nhûông chuýn gia hađng ăíìu thïị giúâi vïì

lyâ thuýịt díy phaêi kinh ngaơc, Edward Wittrn ăaô chím ngođi cho

cuöơc caâch maơng siïu díy líìn thûâ hai Tûđ ngađy ăoâ, caâc nhađ lyâ

thuýịt díy ăaô lađm viïơc hïịt sûâc mònh ăïí mađi sùưc nhûông phûúng

phaâp múâi hûâa heơn vûúơt qua ặúơc nhûông trúê ngaơi ăaô gùơp trûúâc ăíy

Nhûông khoâ khùn cođn úê phña trûúâc seô thûê thaâch nghiïm khùưc sûâc

maơnh kyô thuíơt cuêa caâc nhađ lyâ thuýịt díy trïn khùưp thïị giúâi,

nhûng aânh saâng úê cuöịi ặúđng híìm, mùơc duđ cođn lúđ múđ phña xa,

nhûng coâ leô röìi cuöịi cuđng cuông seô thíịy ặúơc

Trong chûúng nađy vađ nhiïìu chûúng tiïịp sau, chuâng töi seô mö

taê nhûông hiïíu biïịt vïì lyâ thuýịt siïu díy xuíịt hiïơn tûđ cuöơc caâch

maơng líìn thûâ nhíịt vađ nhûông cöng trònh sau ăoâ trûúâc khi coâ cuöơc

caâch maơng líìn thûâ hai Mùơc duđ ăöi khi chuâng töi cuông seô chó ra

möơt söị khña caơnh múâi naêy sinh tûđ cuöơc caâch maơng líìn thûâ hai,

nhûng chuâng töi seô chó thûơc sûơ noâi vïì nhûông tiïịn böơ múâi nhíịt ăoâ úê

caâc chûúng 12 vađ 13

[1] Phoêng víịn John Schwarz, ngađy 23 thaâng 12 nùm 1997

[2] Phoêng víịn John Schwarz, ngađy 23 thaâng 12 nùm 1997

[3] Phoêng víịn Micheal Green, ngađy 20 thaâng 12 nùm 1997

Laơi noâi vïì caâc nguýn tûê cuêa ngûúđi Hi Laơp

Nhû chuâng töi ăaô nhùưc túâi úê ăíìu chûúng nađy vađ ặúơc xem

minh hoơa trïn hònh 1.1, lyâ thuýịt díy ăaô khùỉng ắnh rùìng nïịu

nhû caâc haơt ăiïím giaê ắnh cuêa mö hònh chuíín ặúơc xem xeât vúâi ăöơ

chñnh xaâc vûúơt ra ngoađi khaê nùng cuêa chuâng ta hiïơn nay, thò möîi

haơt ăoâ seô ặúơc coi nhû taơo búêi möơt vođng díy dao ăöơng beâ xñu

Vò nhûông lyâ do ặúơc saâng toê dûúâi ăíy, chiïìu dađi ăiïín hònh

cuêa vođng díy nađy vađo cúô chiïìu dađi Planck, tûâc lađ khoaêng möơt trùm

tyê tyê (1020) líìn nhoê hún kñch thûúâc haơt nhín nguýn tûê Vò víơy,

khöng coâ gò laơ lađ taơi sao nhûông thñ nghiïơm hiïơn nay cuêa chuâng ta

khöng coâ khaê nùng phín giaêi ặúơc baên chíịt díy vi mö cuêa víơt

chíịt: caâc díy lađ quaâ nhoê beâ, thíơm chñ ngay ăöịi vúâi caê caâc thang

dûúâi nguýn tûê Ăïí coâ thïí quan saât ặúơc caâc díy, chuâng ta phaêi

cíìn túâi möơt maây gia töịc bùưn phaâ víơt chíịt vađo víơt chíịt vúâi nùng

lûúơng cúô vađi triïơu tyê líìn lúân hún bíịt cûâ möơt maây gia töịc nađo ăaô

tûđng ặúơc xíy dûơng trûúâc ăíy

Chuâng ta seô mö taê ngùưn goơn nhûông hïơ quaê laơ luđng ặúơc suy

ra tûđ viïơc thay thïị caâc haơt ăiïím bùìng caâc díy, nhûng trûúâc hïịt

chuâng ta haôy ăïì cíơp túâi möơt cíu hoêi cú baên hún: díy ặúơc cíịu taơo

tûđ caâi gò?

Coâ hai cíu traê lúđi khaê dô cho cíu hoêi nađy Trûúâc hïịt, caâc díy

thûơc sûơ lađ cú baên, tûâc chuâng lađ caâc "nguýn tûê", nhûông thađnh phíìn

khöng thïí phín chia ặúơc nûôa theo nghôa ăuâng ăùưn nhíịt cuêa

nhûông ngûúđi Hi Laơp cöí ăaơi Vò lađ nhûông thađnh phíìn nhoê nhíịt möơt

caâch tuýơt ăöịi cuêa moơi víơt, chuâng lađ ăiïím tíơn cuđng cuêa möơt daôy

nhiïìu lúâp cíịu truâc con trong thïị giúâi vi mö, giöịng nhû con buâp bï

cuöịi cuđng trong daôy nhûông con buâp bï Matrioshka cuêa nûúâc Nga

Trïn quan ăiïím ăoâ, thíơm chñ mùơc duđ caâc díy coâ quaêng tñnh khöng

gian, nhûng cíu hoêi vïì thađnh phíìn cuêa chuâng lađ hoađn toađn vö

nghôa Nïịu nhû caâc díy laơi ặúơc cíịu taơo tûđ möơt caâi gò ăoâ nhoê hún

thò chuâng ăíu coâ cođn lađ cú baên nûôa Thay vò, bíịt cûâ caâi gò taơo nïn

caâc díy seô ngay líơp tûâc haơ bïơ chuâng vađ ặúđng hoađng tuýn böị

mònh múâi chñnh lađ thađnh phíìn cú baên hún cuêa vuô truơ Tûúng tûơ

nhû ngön ngûô cuêa chuâng ta, caâc ăoaơn ặúơc taơo búêi caâc cíu, caâc cíu

laơi ặúơc taơo búêi caâc tûđ vađ caâc tûđ ặúơc taơo búêi caâc chûô caâi Víơy caâi gò

taơo nïn caâc chûô caâi? Trïn quan ăiïím ngön ngûô hoơc thò ăoâ lađ níịc

tíơn cuđng röìi Caâc chûô caâi chó lađ chûô caâi mađ thöi, chuâng chñnh lađ

nhûông viïn gaơch cú baên cuêa ngön ngûô viïịt vađ khöng cođn cíịu truâc

dûúâi chuâng nûôa Vò víơy hoêi vïì cíịu truâc cuêa noâ lađ vö nghôa Tûúng

tûơ nhû víơy, caâc díy chó lađ díy mađ thöi Vađ vò khöng coâ gò cú baên

hún, nïn noâ khöng thïí ặúơc mö taê nhû lađ taơo búêi möơt chíịt gò khaâc

Ăoâ lađ cíu traê lúđi thûâ nhíịt Cíu traê lúđi thûâ hai dûơa trïn möơt

thûơc tïị ăún giaên lađ, hiïơn chuâng ta cođn chûa biïịt lyâ thuýịt díy coâ lađ

lyâ thuýịt ăuâng ăùưn hay cuöịi cuđng cuêa tûơ nhiïn hay khöng Nïịu lyâ

thuýịt díy thûơc sûơ lađ sai, thò chuâng ta coâ thïí qún chuâng ăi vađ

qún luön caê nhûông cíu hoêi cuêa chuâng ta vïì cíịu truâc cuêa chuâng

nûôa Mùơc duđ ăíy cuông lađ möơt khaê nùng, nhûng tûđ giûôa nhûông nùm

1980, nhiïìu nghiïn cûâu ăaô chó ra möơt caâch thuýịt phuơc rùìng khaê

nùng ăoâ lađ cûơc kyđ nhoê beâ Nhûng lõch sûê ăaô thûơc sûơ daơy chuâng ta

rùìng möîi khi sûơ hiïíu biïịt cuêa chuâng ta vïì tûơ nhiïn síu sùưc hún, lađ

möơt líìn chuâng ta laơi tòm ra nhûông thađnh vi mö cođn nhoê hún nûôa

taơo nïn möơt cíịp ăöơ tinh vi hún cuêa víơt chíịt Vađ ăíy lađ möơt khaê

nùng khaâc: nïịu nhû lyâ thuýịt díy chûa phaêi lađ lyâ thuýịt cuöịi

cuđng, thò caâc díy cođn möơt lúâp dûúâi nûôa trong cuê hađnh vuô truơ, möơt

lúâp seô trúê thađnh thíịy ặúơc úê chiïìu dađi Planck, mùơc duđ coâ thïí ăoâ

víîn chûa phaêi lađ lúâp cuöịi cuđng Trong trûúđng húơp ăoâ, caâc díy coâ

thïí seô ặúơc taơo búêi nhûông cíịu truâc cođn nhoê hún nûôa Caâc nhađ lyâ

thuýịt díy cuông ăaô nïu ra vađ tiïịp tuơc theo ăuöíi khaê nùng ăoâ Hiïơn

nay, möơt söị nghiïn cûâu lyâ thuýịt ăaô phaât hiïơn thíịy nhûông díịu

hiïơu ríịt híịp díîn maâch baêo rùìng caâc díy coâ thïí coâ cíịu truâc dûúâi

nûôa, nhûng víîn cođn chûa coâ nhûông bùìng chûâng quýịt ắnh Chó coâ

thúđi gian vađ nhûông nghiïn cûâu síu sùưc hún múâi coâ thïí ăùơt díịu

chíịm hïịt cho víịn ăïì nađy

Ngoaơi trûđ möơt söị suy xeât trong caâc chûúng 12 vađ 13, cođn thò úê

ăíy chuâng ta seô chó xem xeât caâc díy theo caâch ăaô ặúơc ăïì xuíịt

trong cíu traê lúđi thûâ nhíịt, tûâc lađ xem caâc díy lađ nhûông thađnh

phíìn cú baên nhíịt cuêa tûơ nhiïn

Thöịng nhíịt qua lyâ thuýịt díy

Ngoađi sûơ khöng coâ khaê nùng bao hađm ặúơc lûơc híịp díîn, mö

hònh chuíín cođn coâ möơt ăiïím ýịu nûôa, ăoâ lađ noâ khöng giaêi thñch

ặúơc nhûông chi tiïịt trong cíịu truâc cuêa noâ Chùỉng haơn nhû, taơi sao

tûơ nhiïn laơi choơn chñnh caâc haơt vađ caâc lûơc mađ chuâng ta ăaô giúâi

thiïơu úê caâc chûúng trûúâc vađ ặúơc liïơt kï trong caâc baêng 1.1 vađ 1.2?

Taơi sao 19 tham söị mö taê ắnh lûúơng caâc haơt vađ caâc lûơc ăoâ laơi coâ

ăuâng nhûông giaâ trõ nhû chuâng ăang coâ? Baơn khöng thïí khöng caêm

thíịy rùìng söị lûúơng vađ caâc tñnh chíịt cuêa chuâng coâ veê húi tuđy tiïơn

Liïơu coâ möơt yâ nghôa síu xa hún líín khuíịt phña sau nhûông cíịu

thađnh cú baên ăoâ hay lađ nhûông tñnh chíịt víơt lyâ chi tiïịt cuêa vuô truơ

ăaô ặúơc lûơa choơn möơt caâch tònh cúđ?

Baên thín mö hònh chuíín khöng thïí ặa ra möơt caâch giaêi

thñch nađo búêi vò baên thín noâ ăaô líịy danh saâch caâc haơt vađ nhûông

tñnh chíịt cuêa chuâng ặúơc ăo bùìng thûơc nghiïơm lađm nhûông dûô liïơu

ăíìu vađo Giöịng nhû khöng thïí sûê duơng tònh traơng trïn thõ trûúđng

chûâng khoaân ăïí xaâc ắnh giaâ trõ chûâng khoaân ăíìu tû cuêa baơn nïịu

nhû khöng coâ nhûông dûô liïơu ăíìu vađo vïì ăíìu tû ban ăíìu cuêa baơn,

mö hònh chuíín cuông khöng thïí ặúơc duđng ăïí ặa ra bíịt cûâ tiïn

ăoaân nađo nïịu nhû khöng coâ nhûông dûô liïơu ăíìu vađo lađ nhûông tñnh

chíịt cú baên cuêa caâc haơt [1] Sau khi caâc nhađ víơt lyâ thûơc nghiïơm ăaô

ăo nhûông dûô liïơu ăoâ möơt caâch hïịt sûâc thíơn troơng, caâc nhađ lyâ thuýịt

múâi duđng mö hònh chuíín ăïí ặa ra nhûông tiïn ăoaân coâ thïí kiïím

chûâng ặúơc, chùỉng haơn, ăiïìu gò seô xaêy ra khi caâc haơt cuơ thïí nađo ăoâ

va ăíơp vađo nhau trong maây gia töịc Nhûông mö hònh chuíín khöng

coâ khaê nùng giaêi thñch ặúơc nhûông tñnh chíịt cú baên cuêa caâc haơt

ặúơc liïơt kï trong caâc baêng 1.1 vađ 1.2, giöịng nhû chó söị Dow Jones

ngađy höm nay khöng thïí biïịt gò vïì ăíìu tû chûâng khoaân cuêa baơn 10

nùm trûúâc

Thûơc tïị, nïịu thûơc nghiïơm phaât hiïơn ặúơc möơt thïị giúâi vi mö

chûâa möơt danh saâch caâc haơt húi khaâc vúâi nhûông tûúng taâc húi

khaâc, thò mö hònh chuíín cuông dïî dađng thñch nghi vúâi nhûông thay

ăöíi ăoâ miïîn lađ phaêi cung cíịp cho noâ nhûông tham söị ăíìu vađo khaâc

Theo nghôa ăoâ, cíịu truâc cuêa mö hònh chuíín quaâ û mïìm deêo khiïịn

cho noâ khöng thïí giaêi thñch ặúơc tñnh chíịt cuêa caâc haơt sú cíịp vò noâ

coâ thïí thñch nghi vúâi möơt phaơm vi röơng lúân caâc khaê nùng

Nhûng lyâ thuýịt díy thò khaâc hùỉn Noâ lađ möơt cíịu truâc duy

nhíịt vađ khöng mïìm deêo Noâ khöng ăođi hoêi dûô liïơu ăíìu vađo, trûđ

möơt con söị duy nhíịt seô ặúơc mö taê dûúâi ăíy Ăoâ lađ con söị thiïịt ăùơt

thang qui chiïịu cho caâc pheâp ăo Toađn böơ caâc tñnh chíịt cuêa thïị giúâi

vi mö ăïìu nùìm trong tíìm giaêi thñch cuêa noâ Ăïí hiïíu ăiïìu nađy,

trûúâc hïịt ta haôy xeât caâc díy quen thuöơc hún, ăoâ lađ caâc díy ăađn

violöng Möîi díy ăađn coâ thïí chûâa möơt söị lúân (thûơc tïị lađ vö haơn) caâc

mode dao ăöơng khaâc nhau ặúơc goơi lađ caâc cöơng hûúêng, nhû nhûông

dao ăöơng ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.1

Hònh 6.1 Caâc díy ăađn violöng coâ thïí dao ăöơng theo caâc mode cöơng hûúêng trong ăoâ

möơt söị nguýn caâc ẳnh vađ hoôm soâng ặúơc ăùơt vûđa khñt giûôa hai ăíìu díy

Ăoâ lađ nhûông daơng soâng trong ăoâ caâc ẳnh vađ caâc hoôm soâng

caâch nhau ăïìu ăùơn vađ ặúơc sùưp xïịp vûđa khñt giûôa hai ăíìu cöị ắnh

cuêa díy ăađn Tai chuâng ta caêm nhíơn ặúơc nhûông mode dao ăöơng

cöơng hûúêng khaâc nhau nađy lađ nhûông nöịt nhaơc khaâc nhau Caâc díy

trong lyâ thuýịt díy cuông coâ nhûông tñnh chíịt tûúng tûơ Chuâng cuông

coâ nhûông mode dao ăöơng cöơng hûúêng trong ăoâ caâc ẳnh vađ hoôm

caâch nhau ăïìu ăùơn vađ sùưp xïịp vûđa khñt doơc theo chiïìu dađi cuêa

chuâng Möơt söị vñ duơ ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.2

Hònh 6.2 Caâc vođng díy trong lyâ thuýịt díy cuông coâ thïí dao ăöơng theo caâc mode cöơng

hûúêng, tûúng tûơ nhû caâc díy ăađn violöng, trong ăoâ möơt söị nguýn caâc ẳnh vađ hoôm soâng ặúơc

ăùơt vûđa khñt doơc theo chiïìu dađi cuêa chuâng

Nhûng ăíy múâi lađ ăiïìu quan troơng nhíịt: giöịng nhû caâc díy

ăađn violöng sinh ra caâc nöịt nhaơc khaâc nhau, nhûông mode dao ăöơng

khaâc nhau cuêa möơt díy cú baên cuông sinh ra caâc khöịi lûúơng khaâc

nhau vađ caâc tñch cuêa lûơc Vò ăíy lađ ăiïím then chöịt, nïn ta noâi laơi

möơt líìn nûôa Theo lyâ thuýịt díy, nhûông tñnh chíịt cuêa möơt "haơt" sú

cíịp, tûâc khöịi lûúơng vađ caâc tñch lûơc khaâc nhau cuêa noâ, ặúơc xaâc ắnh

búêi mode dao ăöơng cöơng hûúêng chñnh xaâc mađ díy nöơi taơi cuêa noâ

thûơc hiïơn

Ăöịi vúâi khöịi lûúơng cuêa haơt, möịi liïn hïơ ăoâ khaâ dïî hiïíu Ta

biïịt rùìng, nùng lûúơng cuêa möơt mode dao ăöơng cuơ thïí nađo ăoâ phuơ

thuöơc vađo biïn ăöơ (tûâc lađ ăöơ cao hay ăöơ síu cûơc ăaơi cuêa dao ăöơng)

vađ bûúâc soâng (tûâc khoaêng caâch giûôa hai ẳnh soâng kïị tiïịp) cuêa noâ

Biïn ăöơ cađng lúân vađ bûúâc soâng cađng ngùưn, thò nùng lûúơng cađng lúân

Ăiïìu nađy phaên aânh möơt thûơc tïị mađ ta coâ thïí caêm nhíơn ặúơc bùìng

trûơc giaâc: mode dao ăöơng cađng maônh liïơt thò cađng coâ nùng lûúơng

lúân, cođn caâc mode dao ăöơng cađng thû thaê cađng coâ nùng lûúơng nhoê

Hònh 6.3 Mode dao ăöơng maônh liïơt seô coâ nùng lûúơng lúân hún mode dao ăöơng lúđ ăúđ

Hònh 6.3 lađ hai vñ duơ minh hoơa Ăiïìu nađy quaâ quen thuöơc vúâi

chuâng ta vò cuông tûơa nhû díy ăađn violöng, nïịu ta gaêy cađng maơnh

thò noâ dao ăöơng cađng ăiïn cuöìng, cođn nïịu ta gaêy nheơ thò noâ chó dao

ăöơng ïm dõu mađ thöi Theo thuýịt tûúng ăöịi heơp ta laơi biïịt rùìng,

nùng lûúơng vađ khöịi lûúơng lađ hai mùơt cuêa möơt ăöìng xu: nùng lûúơng

cađng lúân coâ nghôa lađ khöịi lûúơng cađng lúân vađ ngûúơc laơi Nhû víơy,

theo lyâ thuýịt díy, khöịi lûúơng cuêa möơt haơt sú cíịp ặúơc xaâc ắnh

búêi nùng lûúơng cuêa mode dao ăöơng cuêa díy nöơi taơi cuêa noâ Haơt

nùơng hún thò díy nöơi taơi cuêa noâ dao ăöơng maơnh hún, trong khi caâc

haơt nheơ hún coâ díy nöơi taơi dao ăöơng ýịu hún

Vò khöịi lûúơng cuêa haơt laơi xaâc ắnh nhûông tñnh chíịt híịp díîn

cuêa noâ, nïn chuâng ta thíịy rùìng coâ möơt sûơ liïn quan trûơc tiïịp giûôa

mode dao ăöơng cuêa díy vađ phaên ûâng cuêa haơt ăöịi vúâi lûơc híịp díîn

Mùơc duđ nhûông líơp luíơn nghe coâ veê húi trûđu tûúơng nhûng caâc nhađ

víơt lyâ ăaô phaât hiïơn ra rùìng, coâ möơt sûơ tûúng ûâng tûúng tûơ giûôa caâc

ăùơc tñnh khaâc cuêa caâc mode dao ăöơng cuêa díy vađ nhûông tñnh chíịt

cuêa caâc haơt liïn quan vúâi caâc lûơc khaâc Chùỉng haơn, ăiïơn tñch, tñch

ýịu vađ tñch maơnh cuêa möơt díy ăaô cho seô ặúơc xaâc ắnh búêi caâch

dao ăöơng cuơ thïí cuêa noâ Hún thïị nûôa, yâ tûúêng nađy cuông hoađn toađn

ăuâng vúâi caê nhûông haơt truýìn tûúng taâc Nhûông haơt nhû photon,

caâc boson ýịu vađ gluon chùỉng qua cuông chó lađ nhûông mode dao

ăöơng khaâc cuêa díy Vađ möơt ăiïìu ăùơc biïơt quan troơng, ăoâ lađ trong söị

caâc mode dao ăöơng coâ möơt mode hoađn toađn phuđ húơp vúâi caâc tñnh

chíịt cuêa graviton vađ ăiïìu ăoâ ăaêm baêo rùìng lûơc híịp díîn lađ möơt böơ

phíơn cíịu thađnh cuêa lyâ thuýịt díy

Nhû víơy, chuâng ta thíịy rùìng, theo lyâ thuýịt díy, nhûông tñnh

chíịt quan saât ặúơc cuêa möơt haơt sú cíịp xuíịt hiïơn lađ búêi vò díy nöơi

taơi cuêa noâ thûơc hiïơn möơt mode dao ăöơng cöơng hûúêng cuơ thïí nađo ăoâ

Quan ăiïím bađy khaâc hùỉn vúâi quan ăiïím cuêa caâc nhađ víơt lyâ trûúâc

khi phaât minh ra lyâ thuýịt díy; vađo thúđi ăoâ, sûơ khaâc nhau giûôa caâc

haơt sú cíịp, thûơc tïị, ặúơc giaêi thñch bùìng caâch noâi rùìng möîi loaơi haơt

ặúơc "cùưt tûđ möơt loaơi vaêi khaâc nhau" Mùơc duđ möîi haơt ăïìu ặúơc

xem lađ sú cíịp, nhûng loaơi "víơt liïơu" taơo ra chuâng laơi ặúơc xem lađ

khaâc nhau Chùỉng haơn, víơt liïơu electron coâ ăiïơn tñch ím, trong khi

ăoâ víơt liïơu nútrinö laơi khöng mang ăiïơn Lyâ thuýịt díy lađm thay

ăöíi bûâc tranh ăoâ möơt caâch triïơt ăïí bùìng caâch tuýn böị rùìng "víơt

liïơu" cuêa moơi haơt víơt chíịt vađ cuêa tíịt caê caâc lûơc ăïìu nhû nhau Möîi

möơt haơt sú cíịp ặúơc taơo búêi möơt díy, tûâc lađ möîi haơt lađ möơt díy vađ

tíịt caê caâc díy ăïìu hoađn toađn nhû nhau Sûơ khaâc nhau giûôa caâc haơt

xuíịt hiïơn lađ búêi vò caâc díy tûúng ûâng cuêa chuâng thûơc hiïơn caâc

mode dao ăöơng khaâc nhau Caâc haơt cú baên khaâc nhau thûơc sûơ lađ

caâc "nöịt" khaâc nhau trïn möơt díy cú baên Cođn vuô truơ, ặúơc cíịu taơo

búêi möơt söị khaâ lúân caâc díy dao ăöơng ăoâ, thò tûơa nhû möơt baên giao

hûúêng víơy

Caâi nhòn khaâi quaât ăoâ ăaô cho thíịy lyâ thuýịt díy mang ăïịn

cho chuâng ta möơt khuön khöí thöịng nhíịt tuýơt vúđi ăïịn mûâc nađo

Möơt haơt víơt chíịt vađ tíịt caê caâc haơt truýìn tûúng taâc ăïìu göìm möơt

díy mađ mode dao ăöơng cuêa noâ chñnh lađ "díịu vín tay" nhíơn daơng

cuêa chuâng Vò bíịt cûâ möơt sûơ kiïơn hay möơt quaâ trònh víơt lyâ nađo, úê

mûâc cú baên nhíịt cuêa noâ, ăïìu coâ thïí ặúơc mö taê thöng qua nhûông

lûơc taâc duơng giûôa caâc thađnh phíìn víơt chíịt sú cíịp ăoâ, nïn lyâ thuýịt

díy hûâa heơn lađ möơt lyâ thuýịt coâ khaê nùng mö taê möơt caâch thöịng

nhíịt, toađn veơn vađ duy nhíịt vuô truơ víơt lyâ, tûâc lađ möơt lyâ thuýịt vïì

tíịt caê (tiïịng Anh thûúđng viïịt tùưt lađ T.O.E - theory of everything)

[1] Mö hònh chuíín ặa ra möơt cú chïị theo ăoâ caâc haơt coâ ặúơc

khöịi lûúơng - ăoâ lađ cú chïị Higg mang tïn nhađ víơt lyâ Xcötlen Peter

Higg Nhûng theo quan ăiïím giaêi thñch khöịi lûúơng cuêa caâc haơt, thò

ăiïìu ăoâ ăún thuíìn chó lađ chuýín gaânh nùơng sang giaêi thñch tñnh

chíịt cuêa haơt giaê thuýịt "cho khöịi lûúơng" - caâi ặúơc goơi lađ haơt boson

Higg Sûơ tòm kiïịm haơt nađy bùìng thûơc nghiïơm ăang ặúơc raâo riïịt

tiïịn hađnh, nhûng töi xin nhùưc laơi möơt líìn nûôa rùìng, nïịu noâ ặúơc

tòm thíịy vađ ngûúđi ta ăo ặúơc caâc tñnh chíịt cuêa noâ, thò ăoâ chùỉng

qua cuông múâi chó lađ dûô liïơu vađo cho mö hònh chuíín, chûâ lyâ thuýịt

chûa hïì coâ sûơ giaêi thñch nađo cho noâ hïịt

Ím nhaơc cuêa lyâ thuýịt díy

Thíơm chñ mùơc duđ lyâ thuýịt díy ăaô tûđ boê quan niïơm trûúâc kia

vïì caâc haơt sú cíịp khöng coâ cíịu truâc, nhûng ngön ngûô cuô thò víîn

cođn dai dùỉng, nhíịt lađ khi noâ cho möơt mö taê chñnh xaâc cuêa thûơc tiïîn

túâi tíơn nhûông thang khoaêng caâch nhoê beâ nhíịt Do ăoâ, theo thûơc

tiïîn chung cuêa lônh vûơc nghiïn cûâu nađy, chuâng ta cuông víîn seô tiïịp

tuơc noâi vïì caâc "haơt sú cíịp", nhûng cíìn nhúâ rùìng "nhûông caâi dûúđng

nhû lađ caâc haơt sú cíịp ăoâ, thûơc sûơ chó lađ nhûông mííu díy nhoê xñu

dao ăöơng" Trong muơc trûúâc chuâng ta ăaô giaêi thñch rùìng, khöịi

lûúơng vađ tñch lûơc cuêa caâc haơt sú cíịp ăïìu lađ kïịt quaê cuêa caâch mađ caâc

díy tûúng ûâng cuêa chuâng dao ăöơng Ăiïìu nađy díîn chuâng ta túâi

nhíơn ắnh sau: nïịu chuâng ta coâ thïí taơo ra ặúơc möơt caâch chñnh xaâc

nhûông mode dao ăöơng cöơng hûúêng cho pheâp caâc díy cú baên, tûâc lađ

caâc "nöịt", nïịu coâ thïí noâi nhû víơy, do chuâng phaât ra, thò chuâng ta coâ

thïí giaêi thñch ặúơc nhûông tñnh chíịt quan saât ặúơc cuêa caâc haơt sú

cíịp Nhû víơy líìn ăíìu tiïn, lyâ thuýịt díy ăaô xaâc líơp ặúơc möơt

khuön khöí ăïí giaêi thñch tíịt caê nhûông tñnh chíịt cuêa caâc haơt quan

saât ặúơc trong tûơ nhiïn

ÚÊ giai ăoaơn nađy, nhiïơm vuơ cuêa chuâng ta lađ "toâm" líịy möơt díy

vađ "gaêy" noâ theo ăuê moơi caâch ăïí xaâc ắnh tíịt caê nhûông mode dao

ăöơng cöơng hûúêng khaê dô cuêa noâ Nïịu lyâ thuýịt díy lađ ăuâng thò ta

seô tòm thíịy rùìng caâc mode dao ăöơng khaê dô ăoâ seô cho chñnh xaâc

nhûông tñnh chíịt quan saât ặúơc cuêa tíịt caê caâc haơt víơt chíịt vađ caâc

haơt lûơc trong baêng 1.1 vađ 1.2 Tíịt nhiïn, caâc díy lađ quaâ nhoê nïn

khöng thïí thûơc hiïơn ặúơc thñ nghiïơm ăuâng nhû vûđa mö taê Tuy

nhiïn, nhúđ toaân hoơc, chuâng ta víîn coâ thïí gaêy chuâng bùìng lyâ

thuýịt Vađo giûôa nhûông nùm 1980, nhiïìu ngûúđi uêng höơ lyâ thuýịt

díy ăaô tin rùìng, cöng cuơ toaân hoơc cíìn thiïịt ăïí lađm viïơc ăoâ ăaô ăaơt

túâi mûâc coâ thïí giaêi thñch ặúơc moơi tñnh chíịt chi tiïịt cuêa vuô truơ úê

cíịp ăöơ vi mö nhíịt cuêa noâ Möơt söị nhađ víơt lyâ nhiïơt thađnh cođn daâm

tuýn böị rùìng, cuöịi cuđng cuông ăaô xíy dûơng ặúơc lyâ thuýịt vïì tíịt caê

(T.O.E) Tuy nhiïn, sau hún mûúđi nùm nhòn laơi, ngûúđi ta múâi nhíơn

ra rùìng sûơ quaâ laơc quan phaât sinh tûđ niïìm tin ăoâ lađ húi vöơi vađng

Lyâ thuýịt díy ăaô coâ nhûông ýịu töị cuêa T.O.E nhûng víîn cođn nhiïìu

trúê ngaơi ngùn trúê chuâng ta ruât ra phöí caâc dao ăöơng cuêa díy vúâi ăöơ

chñnh xaâc cíìn thiïịt ăïí so saânh ặúơc vúâi thûơc nghiïơm Do ăoâ, hiïơn

nay chuâng ta víîn cođn chûa biïịt liïơu lyâ thuýịt díy coâ giaêi thñch

ặúơc tíịt caê nhûông neât ăùơc trûng cú baên cuêa vuô truơ chuâng ta ặúơc

töíng kïịt trong caâc baêng 1.1 vađ 1.2 hay khöng Nhû chuâng ta seô

thaêo luíơn trong chûúng 9, trong nhûông giaê thiïịt mađ chuâng ta seô

noâi roô sau, lyâ thuýịt díy coâ thïí lađm phaât sinh möơt vuô truơ vúâi

nhûông tñnh chíịt phuđ húơp möơt caâch ắnh tñnh vúâi nhûông dûô liïơu vïì

caâc haơt vađ caâc lûơc, nhûng ăïí ruât ra nhûông tiïn ăoaân chi tiïịt bùìng

söị thò hiïơn cođn nùìm ngoađi khaê nùng cuêa chuâng ta Vađ mùơc duđ

khöng giöịng nhû mö hònh chuíín vúâi nhûông haơt ăiïím, khuön khöí

cuêa lyâ thuýịt díy coâ khaê nùng cho möơt giaêi thñch lađ taơi sao caâc haơt

vađ caâc lûơc coâ nhûông tñnh chíịt nhû chuâng vöịn coâ, nhûng chuâng ta

víîn cođn chûa chiïịm ặúơc noâ Nhûng coâ ăiïìu ăaâng noâi lađ, lyâ thuýịt

díy hïịt sûâc phong phuâ vađ coâ tíìm bao quaât röơng lúân túâi mûâc, mùơc

duđ chuâng ta cođn chûa xaâc ắnh ặúơc nhûông tñnh chíịt chi tiïịt cuêa

noâ, nhûng nhû seô thíịy úê caâc chûúng sau, chuâng ta ăaô coâ thïí hiïíu

ặúơc ríịt nhiïìu hiïơn tûúơng víơt lyâ suy ra tûđ lyâ thuýịt ăoâ

Trong caâc chûúng sau, chuâng ta cuông seô thaêo luíơn vïì nhûông

trúê ngaơi ăoâ möơt caâch chi tiïịt hún, nhûng cuông seô hûôu ñch, nïịu

chuâng ta hiïíu ặúơc chuâng möơt caâch ăaơi thïí Caâc díy trong thïị giúâi

xung quanh chuâng ta xuíịt hiïơn vúâi nhiïìu ăöơ cùng khaâc nhau

Chùỉng haơn caâc díy giíìy thûúđng khöng cùng bùìng nhûông díy ăađn

ặúơc cùng tûđ ăíìu nađy túâi ăíìu kia cuêa cíy ăađn violöng Nhûng ăöơ

cùng cuêa caê hai loaơi díy nađy laơi chùỉng thíịm gò so vúâi nhûông díy

theâp cuêa cíy ăađn pianö Möơt con söị mađ lyâ thuýịt díy ăođi hoêi ăïí

thiïịt ăùơt thang töíng thïí cuêa noâ, ăoâ lađ ăöơ cùng tûúng ûâng trïn caâc

vođng díy Thïị nhûng ăöơ cùng nađy ặúơc xaâc ắnh búêi caâi gò? Thíơt

ra, nïịu nhû chuâng ta coâ thïí gaêy ặúơc möơt súơi díy cú baên, thò chuâng

ta hùỉn ăaô biïịt ặúơc ăöơ cûâng cuêa noâ hïơt nhû ta ăaô lađm ăïí ăo ăöơ

cùng cuêa caâc díy quen thuöơc trong cuöơc söịng hađng ngađy Nhûng vò

nhûông díy cú baên nađy laơi quaâ nhoê beâ, nïn caâch lađm ăoâ khöng thïí

thûơc hiïơn ặúơc vađ phaêi cíìn túâi möơt phûúng phaâp giaân tiïịp

Nùm 1974, khi Scherk vađ Schwarz cho rùìng coâ möơt mode dao

ăöơng ăùơc biïơt cuêa díy lađ haơt graviton, hoơ ăaô tòm ặúơc ra möơt

phûúng phaâp giaân tiïịp nhû víơy vađ bùìng caâch ăoâ hoơ ăaô tiïn ăoaân

ặúơc sûâc cùng cuêa caâc díy trong lyâ thuýịt díy Nhûông tñnh toaân

cuêa hoơ cho thíịy rùìng cûúđng ăöơ cuêa lûơc ặúơc truýìn búêi mode dao

ăöơng graviton giaê thuýịt ăoâ tyê lïơ nghõch vúâi sûâc cùng cuêa díy Vađ

vò graviton ặúơc xem lađ haơt truýìn lûơc híịp díîn - möơt lûơc vöịn ríịt

ýịu - tûđ ăoâ hoơ suy ra rùìng ăöơ cùng cuêa díy coâ giaâ trõ khöíng löì, cúô caê

ngađn tyê tyê tyê tyê (1039) tíịn vađ ặúơc goơi lađ ăöơ cùng Planck Caâc díy

cú baên do ăoâ lađ cûơc kyđ cùng so vúâi caâc díy thöng thûúđng xung

quanh chuâng ta Ăiïìu nađy díîn túâi ba hïơ quaê quan troơng

Ba hïơ quaê cuêa caâc díy coâ ăöơ cùng cûơc lúân

Thûâ nhíịt, trong khi hai ăíìu cuêa caâc díy ăađn violöng hay

piano ăïìu ặúơc xiïịt chùơt ăïí ăaêm baêo cho chuâng coâ möơt chiïìu dađi cöị

ắnh, thò laơi khöng coâ möơt khung haơn chïị nađo ăïí cöị ắnh kñch

thûúâc cuêa möơt díy cú baên caê Thay vò, ăöơ cùng cûơc lúân cuêa díy lađm

cho caâc vođng cuêa lyâ thuýịt díy bõ co laơi túâi kñch thûúâc cûơc kyđ nhoê

Nhûông tñnh toaân chi tiïịt cho thíịy rùìng, úê ăöơ cùng Plack, caâc díy

thûúđng coâ ăöơ dađi Planck, tûâc lađ cúô 10-33 cm, nhû chuâng ta ăaô noâi úê

trïn [1]

Thûâ hai, do coâ ăöơ cùng lúân, nùng lûúơng ăiïín hònh cuêa möơt

vođng díy dao ăöơng trong lyâ thuýịt díy cuông cûơc kyđ cao Ăïí hiïíu

ăiïìu nađy, chuâng ta lûu yâ rùìng, ăöơ cùng cuêa díy cađng lúân thò cađng

khoâ lađm cho noâ dao ăöơng Vñ duơ, gaêy möơt díy ăađn violöng ăïí lađm

cho noâ dao ăöơng dïî dađng hún nhiïìu so vúâi gaêy díy ăađn pianö Do

ăoâ, hai díy coâ ăöơ cùng khaâc nhau, nhûng dao ăöơng theo caâch hoađn

toađn nhû nhau, thò seô khöng coâ cuđng möơt nùng lûúơng Díy coâ ăöơ

cùng lúân seô coâ nùng lûúơng cao hún díy coâ ăöơ cùng nhoê hún, vò ăïí

lađm cho noâ chuýín ăöơng cíìn phaêi töịn nhiïìu nùng lûúơng hún

Ăiïìu nađy chûâng toê rùìng nùng lûúơng cuêa díy dao ăöơng ặúơc

xaâc ắnh búêi hai ýịu töị: caâch dao ăöơng chñnh xaâc cuêa noâ (díy cađng

dao ăöơng maơnh thò coâ nùng lûúơng cađng lúân) vađ ăöơ cùng cuêa díy (ăöơ

cùng cađng lúân tûúng ûâng vúâi nùng lûúơng cađng cao) Thoaơt ăíìu, sûơ

mö taê ăoâ coâ thïí díîn baơn túâi yâ nghô rùìng, bùìng caâch lađm cho díy

dao ăöơng ïm dõu hún, tûâc lađ coâ biïn ăöơ nhoê hún ăöìng thúđi coâ ñt ẳnh

vađ hoôm hún, thò díy seô coâ nùng lûúơng cađng nhoê hún Nhûng, nhû

chuâng ta ăaô thíịy trong chûúng 4, cú hoơc lûúơng tûê cho chuâng ta biïịt

rùìng lyâ luíơn ăoâ khöng ăuâng Giöịng nhû tíịt caê caâc dao ăöơng hay

nhûông nhiïîu ăöơng coâ daơng soâng, cú hoơc lûúơng tûê quy ắnh rùìng

chuâng chó töìn taơi dûúâi daơng nhûông goâi giaân ăoaơn Noâi möơt caâch

nöm na, cuông nhû tiïìn mađ nhûông ngûúđi khaâch troơ úê nhađ kho ặúơc

giao giûô ăïìu lađ böơi söị nguýn cuêa möơt loaơi tiïìn coâ mïơnh giaâ nhíịt

ắnh, nùng lûúơng cuêa möơt mode dao ăöơng nađo ăoâ cuêa díy cuông lađ

böơi söị nguýn cuêa möơt mïơnh giaâ nùng lûúơng töịi thiïíu Ăùơc biïơt,

mïơnh giaâ nùng lûúơng töịi thiïíu nađy tyê lïơ vúâi ăöơ cùng cuêa díy (vađ noâ

cuông phuơ thuöơc vađo söị ẳnh vađ hoôm trong möơt mode dao ăöơng cuơ

thïí), trong khi ăoâ böơi söị nguýn ặúơc xaâc ắnh búêi biïn ăöơ cuêa

mode dao ăöơng

Vađ ăíy múâi lađ ăiïím then chöịt trong thaêo luíơn bíy giúđ cuêa

chuâng ta: vò nhûông mïơnh giaâ nùng lûúơng töịi thiïíu tyê lïơ vúâi ăöơ cùng

cuêa díy vađ cuông vò ăöơ cùng nađy ríịt lúân, nïn nhûông nùng lûúơng töịi

thiïíu cú baên, xeât úê nhûông thang thöng thûúđng cuêa víơt lyâ caâc haơt sú

cíịp, lađ ríịt lúân Chuâng lađ böơi söị cuêa caâi ặúơc goơi lađ nùng lûúơng

Planck Ăïí coâ möơt yâ niïơm vïì thang, nïịu chuâng ta chuýín nùng

lûúơng Planck thađnh khöịi lûúơng theo cöng thûâc nöíi tiïịng cuêa

einstein E = mc2, thò noâ tûúng ûâng vúâi khöịi lûúơng lúân gíịp mûúđi tyê

tyê (1019) líìn khöịi lûúơng cuêa proton Khöịi lûúơng lúân khuêng khiïịp

ăoâ (so vúâi nhûông tiïu chuíín cuêa caâc haơt sú cíịp) cuông ặúơc goơi lađ

khöịi lûúơng Plack, noâ coâ giaâ trõ cúô khöịi lûúơng cuêa möơt haơt buơi hoùơc

cuêa möơt tíơp húơp hađng triïơu con vi khuíín Vađ nhû víơy, ặúng

lûúơng khöịi lûúơng ăiïín hònh cuêa nùng lûúơng dao ăöơng cuêa möơt vođng

trong lyâ thuýịt díy noâi chung seô lađ möơt söị nguýn (1, 2, 3 ) líìn

khöịi lûúơng Plack Caâc nhađ víơt lyâ thûúđng diïîn ăaơt ăiïìu nađy bùìng

caâch noâi rùìng thang nùng lûúơng “tûơ nhiïn” hay “ăiïín hònh” (vađ do

ăoâ caê thang khöịi lûúơng nûôa) cuêa lyâ thuýịt díy lađ thang Planck

Ăiïìu nađy lađm naêy sinh möơt cíu hoêi quan troơng coâ liïn quan

trûơc tiïịp vúâi muơc tiïu taâi taơo laơi nhûông tñnh chíịt cuêa caâc haơt ặúơc

liïơt kï trong caâc baêng 1.1 vađ 1.2: Nïịu nhû thang nùng lûúơng “tûơ

nhiïn” cuêa lyâ thuýịt díy vađo cúô mûúđi tyê tyê líìn thang nùng lûúơng

cuêa proton, thò lađm thïị nađo coâ thïí giaêi thñch ặúơc khöịi lûúơng cuêa

caâc haơt cođn nheơ hún ríịt nhiïìu, thuöơc söị nhûông thađnh phíìn taơo nïn

thïị giúâi xung quanh chuâng ta, nhû caâc electron, quark, photon,

chùỉng haơn?

Cíu traê lúđi, laơi möơt líìn nûôa, túâi tûđ cú hoơc lûúơng tûê Nguýn lyâ

bíịt ắnh ăaêm baêo rùìng khöng coâ gò lađ hoađn toađn ặâng ýn caê Moơi

víơt ăïìu chõu nhûông thùng giaâng lûúơng tûê, búêi vò nïịu khöng, chuâng

ta seô biïịt hoađn toađn chñnh xaâc chuâng úê ăíu vađ chuýín ăöơng nhanh

chíơm ra sao, mađ nhû víơy thò laơi vi phaơm nguýn lyâ cuêa

Heisenberg Ăiïìu nađy cuông ăuâng ăöịi vúâi caâc vođng díy trong lyâ

thuýịt díy; bíịt kïí vođng díy phùỉng lùơng thïị nađo ăi nûôa, noâ víîn

luön luön caêm thíịy möơt dao ăöơng lûúơng tûê nađo ăoâ Möơt ăiïìu ăaâng

lûu yâ ăaô ặúơc phaât minh tûđ nhûông nùm 1970, ăoâ lađ coâ thïí coâ

nhûông triïơt tiïu nùng lûúơng giûôa nhûông thùng giaâng lûúơng tûê vađ

caâc dao ăöơng cuêa díy mađ ta ăaô thaêo luíơn úê trïn vađ ặúơc minh hoaơ

trïn caâc hònh 6.2 vađ 6.3 Thûơc tïị, thöng qua nhûông ăùơc ăiïím kyđ laơ

cuêa cú hoơc lûúơng tûê, nùng lûúơng gùưn vúâi nhûông thùng giaâng lûúơng

tûê cuêa díy lađ ím vađ do ăoâ noâ lađm giaêm thiïíu nùng lûúơng toađn

phíìn cuêa díy dao ăöơng möơt lûúơng xíịp xó bùìng nùng lûúơng Planck

Ăiïìu nađy coâ nghôa lađ caâc mode dao ăöơng coâ nùng lûúơng thíịp nhíịt

cuêa díy vúâi nùng lûúơng mađ ta truđ liïơu rùìng coâ giaâ trõ bùìng 1 nùng

lûúơng Planck seô bõ triïơt tiïu phíìn lúân, vađ do ăoâ coâ nùng lûúơng thûơc

sûơ tûúng ăöịi thíịp Nhûông nùng lûúơng nađy ûâng vúâi khöịi lûúơng xíịp

xó khöịi lûúơng cuêa caâc haơt ặúơc liïơt kï trong caâc baêng 1.1 vađ 1.2 Ăoâ

lađ caâc mode dao ăöơng coâ nùng lûúơng thíịp nhíịt, do ăoâ coâ khaê nùng

taơo ra möơt cíìu nöịi giûôa mö taê lyâ thuýịt cuêa caâc díy vađ thïị giúâi víơt

kyâ cuêa caâc haơt coâ thïí tiïịp cíơn ặúơc bùìng thûơc nghiïơm

Vađ ăíy lađ möơt vñ duơ quan troơng: Scherk vađ Achwarz ăaô phaât

hiïơn ra rùìng ăöịi vúâi mode dao ăöơng tûúng ûâng vúâi haơt graviton giaê

ắnh, sûơ triïơt tiïu nađy lađ hoađn haêo, kïịt quaê lađ ta thu ặúơc haơt

truýìn tûúng taâc híịp díîn, tûâc graviton, coâ khöịi lûúơng bùìng khöng

Ăoâ cuông chñnh lađ ăiïìu ta ăaô chúđ ăúơi ăöịi vúâi graviton, búêi vò lûơc híịp

díîn ặúơc truýìn vúâi víơn töịc aânh saâng, mađ chó nhûông haơt coâ khöịi

lûúơng bùìng khöng múâi coâ thïí chuýín ăöơng vúâi töịc ăöơ cûơc ăaơi ăoâ

Nhûng nhûông mode dao ăöơng vúâi nùng lûúơng thíịp laơi thûúđng lađ

ngoaơi lïơ chûâ khöng phaêi lađ quy tùưc Díy cú baên dao ăöơng thûúđng

gùơp hún tûúng ûâng vúâi haơt coâ khöịi lûúơng lúân gíịp caê tyê tyê líìn khöịi

lûúơng cuêa proton

Ăiïìu nađy noâi vúâi chuâng ta rùìng, nhûông haơt cú baên tûúng ăöịi

nheơ trong caâc baêng 1.1 vađ 1.2, theo möơt nghôa nađo ăoâ, xuíịt hiïơn tûđ

mađn sûúng muđ moêng trïn bïì mùơt ăaơi dûúng bao la söi suơc cuêa caâc

díy dao ăöơng maônh liïơt hún Ngay caê haơt nùơng nhû quark t, vúâi

khöịi lûúơng lúân gíịp 189 líìn khöịi lûúơng cuêa proton, cuông xuíịt hiïơn

tûđ möơt díy dao ăöơng chó nïịu nhû thang nùng lûúơng ăùơc trûng ríịt

lúân cuêa caâc díy, tûâc nùng lûúơng Planck, bõ triïơt tiïu búêi nhûông

thùng giaâng lûúơng tûê sao cho phíìn cođn laơi chó bùìng cúô möơt phíìn

trùm triïơu tyê Cuông giöịng nhû khi baơn chúi trođ ăuâng giaâ, ngûúđi

díîn chûúng trònh trao cho baơn 10 tyê tyê ăö la vađ thaâch thûâc baơn

mua hađng sao cho baơn phaêi tiïu hïịt — hay coâ thïí lađ bõ triïơt tiïu hïịt

— nhûng phaêi cođn laơi ăuâng 189 ăö la khöng hún khöng keâm Viïơc

tiïu möơt söị tiïìn khöíng löì nhû víơy nhûng laơi hoađn toađn khöng biïịt

giaâ chñnh xaâc cuêa tûđng mùơt hađng lađ möơt bađi toaân naât oâc ăöịi vúâi

ngay caê nhûông ngûúđi sađnh soêi sùưm ăöì nhíịt thïị giúâi Trong lyâ

thuýịt díy, núi mađ tiïìn tïơ lađ nùng lûúơng, nhûông tñnh toaân gíìn

ăuâng ăaô chûâng toê möơt caâch coâ sûâc thuýịt phuơc rùìng nhûông triïơt

tiïu nùng lûúơng tûúng tûơ chùưc chùưn coâ thïí xaêy ra, nhûng vò nhûông

nguýn nhín seô ặúơc thíịy roô hún úê caâc chûúng sau, viïơc kiïím tra

nhûông triïơt tiïu ăoâ túâi möơt ăöơ chñnh xaâc cao, noâi chung, hiïơn nay

víîn cođn nùìm ngoađi khaê nùng lyâ thuýịt cuêa chuâng ta Ngay duđ nhû

thïị ăi nûôa, nhû ăaô chó ra úê trïn, ngûúđi ta víîn coâ thïí ruât ra vađ hiïíu

ặúơc möơt caâch chùưc chùưn nhiïìu tñnh chíịt cuêa lyâ thuýịt díy ñt nhaơy

caêm vúâi nhûông chi tiïịt tinh tïị nhíịt ăoâ

Ăiïìu nađy díîn chuâng ta túâi hïơ quaê thûâ ba cuêa giaâ trõ cûơc lúân

cuêa sûâc cùng caâc díy Caâc díy coâ thïí thûơc hiïơn möơt söị vö haơn caâc

mode dao ăöơng khaâc nhau Vñ duơ, trong hònh 6.2 chuâng ta ăaô minh

hoaơ nhûông mode ăíìu tiïn cuêa möơt daôy vö tíơn caâc khaê nùng vúâi söị

ẳnh vađ hoôm tùng díìn Víơy phaêi chùng ăiïìu ăoâ cuông coâ nghôa lađ seô

cíìn phaêi coâ möơt daôy vö tíơn tûúng ûâng caâc haơt sú cíịp, mađ ăiïìu nađy

thò laơi míu thuíîn vúâi tònh hònh thûơc nghiïơm ặúơc töíng kïịt trong

caâc baêng 1.1 vađ 1.2?

Cíu traê lúđi úê ăíy lađ coâ Nïịu nhû lyâ thuýịt díy lađ ăuâng, thò

möîi míîu mode dao ăöơng cöơng hûúêng cuêa díy seô tûúng ûâng vúâi möơt

haơt sú cíịp Tuy nhiïn, ăiïím quan troơng cíìn lûu yâ lađ, do ăöơ cùng

lúân cuêa díy nïn chó trûđ möơt söị ñt mode dao ăöơng ăoâ, cođn thò tíịt caê

ăïìu tûúng ûâng vúâi caâc haơt cûơc kyđ nùơng (möơt ñt mode vûđa noâi lađ

nhûông dao ăöơng coâ nùng lûúơng thíịp nhíịt do bõ triïơt tiïu gíìn nhû

hoađn toađn búêi caâc thùng giaâng lûúơng tûê) Vađ laơi möơt líìn nûôa, chûô

"nùơng" duđng úê ăíy lađ theo nghôa so vúâi khöịi lûúơng Planck Vò caâc

maây gia töịc haơt maơnh nhíịt hiïơn nay cuêa chuâng ta múâi chó ăaơt túâi

nùng lûúơng lúân gíịp khoaêng möơt ngađn líìn khöịi lûúơng cuêa proton,

tûâc lađ nhoê hún möơt phíìn triïơu tyê nùng lûúơng Planck, nïn chuâng ta

cođn xa múâi coâ thïí tòm thíịy trong phođng thñ nghiïơm nhûông haơt múâi

ăoâ do lyâ thuýịt díy tiïn ăoaân

Tuy nhiïn, víîn coâ nhûông phûúng phaâp giaân tiïịp ăïí tòm kiïịm

caâc haơt ăoâ Chùỉng haơn, nhûông nùng lûúơng taơi luâc khúêi ăíìu cuêa vuô

truơ coâ leô lađ ăuê cao ăïí taơo ra möơt caâch döìi dađo caâc haơt íịy Noâi

chung, ngûúđi ta khöng chúđ ăúơi chuâng seô cođn söịng soât cho túâi tíơn

höm nay, vò nhûông haơt siïu nùơng nhû thïị thûúđng lađ khöng bïìn,

chuâng phung phñ khöịi lûúơng cuêa mònh bùìng caâch phín raô liïn tiïịp

thađnh caâc haơt ngađy cađng nheơ hún vađ chíịm dûât quaâ trònh úê nhûông

haơt tûúng ăöịi nheơ vöịn quen thuöơc trong thïị giúâi xung quanh chuâng

ta Tuy nhiïn, víîn coâ khaê nùng möơt trong nhûông traơng thaâi dao

ăöơng siïu nùơng nhû thïị cuêa díy - tađn dû tûđ Big Bang - víîn coâ thïí

cođn söịng soât túâi ngađy nay Viïơc tòm ra nhûông haơt ăoâ (seô thaêo luíơn

ăíìy ăuê hún trong chûúng 9), seô lađ möơt phaât minh vang döơi, ñt nhíịt

cuông coâ thïí noâi nhû víơy

[1] Dûơa trïn nhûông phaât triïín thu lûúơm ặúơc tûđ cuöơc caâch maơng siïu

díy líìn thûâ hai (ăaô ặúơc thaêo luíơn úê chûúng 12) Witten vađ chuê ýịu lađ Joa

Lykken úê Fermilab ăaô phaât hiïơn ra möơt löî höíng tinh tïị cuêa kïịt luíơn nađy Tûđ

ăoâ Lykken ăaô ặa ra giaê thuýịt rùìng caâc díy coâ thïí coâ sûâc cùng nhoê hún

nhiïìu vađ do ăoâ coâ thïí coâ kñch thûúâc lúân hún nhiïìu so vúâi ban ăíìu ngûúđi ta

tûúêng Thûơc tïị, lúân túâi mûâc coâ thïí quan saât ặúơc trong caâc maây gia töịc haơt

thuöơc caâc thïị hïơ tiïịp sau Nïịu khaê nùng ăoâ lađ ăuâng, thò coâ möơt triïín voơng ríịt

híịp díîn lađ: nhiïìu hïơ quaê cuêa lyâ thuýịt díy ặúơc thaêo luíơn trong chûúng nađy

vađ caâc chûúng sau seô coâ thïí kiïím chûâng ặúơc bùìng thûơc nghiïơm trong vođng

thíơp kyê túâi Nhûng ngay caê trong möơt kõch baên “thöng thûúđng” hún ặúơc chíịp

nhíơn búêi nhiïìu nhađ lyâ thuýịt díy, trong ăoâ caâc díy thûúđng coâ chiïìu dađi cúô

10-33cm, thò cuông seô coâ nhûông caâch giaân tiïịp ăïí phaât hiïơn ra chuâng bùìng thûơc

nghiïơm nhû seô ặúơc thaêo luíơn trong chûúng 9

Híịp díîn vađ cú hoơc lûúơng tûê trong lyâ thuýịt díy

Khuön khöí thöịng nhíịt mađ lyâ thuýịt díy ăem laơi quaê thûơc lađ

ríịt híịp díîn Nhûng sûơ híịp díîn ăùơc biïơt cuêa noâ laơi lađ khaê nùng caêi

thiïơn ặúơc sûơ xung ăöơt giûôa lûơc híịp díîn vađ cú hoơc lûúơng tûê Xin

nhúâ laơi rùìng, víịn ăïì nöíi lïn trong viïơc hođa nhíơp thuýịt tûúng ăöịi

röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê lađ do nïìn taêng cuêa caâi trûúâc, tûâc khöng

gian vađ thúđi gian taơo nïn möơt cíịu truâc hònh hoơc cong trún xung ăöơt

vúâi nïìn taêng cuêa caâi sau, tûâc moơi thûâ trong vuô truơ, kïí caê cíịu truâc

cuêa khöng gian vađ thúđi gian ăïìu chõu nhûông thùng giaâng lûúơng tûê,

ăöìng thúđi nhûông thùng giaâng nađy ngađy cađng dûô döơi hún khi ta

thùm dođ túâi nhûông thang khoaêng caâch ngađy cađng nhoê hún ÚÊ

nhûông khoaêng caâch dûúâi chiïìu dađi Planck, nhûông thùng giaâng

lûúơng tûê maơnh túâi mûâc chuâng phaâ huêy khaâi niïơm sûơ cong trún cuêa

khöng gian hònh hoơc; ăiïìu nađy coâ nghôa lađ thuýịt tûúng ăöịi röơng

khöng cođn duđng ặúơc nûôa

Lyâ thuýịt díy ăaô lađm cho nhûông thùng giaâng lûúơng tûê trúê

nïn mïìm maơi hún bùìng caâch lađm cho caâc tñnh chíịt cuêa khöng gian

úê nhûông khoaêng caâch ngùưn trúê nïn "nhoeđ" ăi Coâ möơt traê lúđi thö vađ

möơt traê lúđi chñnh xaâc hún cho cíu hoêi: ăiïìu nađy thûơc sûơ nghôa lađ gò

vađ lađm thïị nađo noâ giaêi quýịt ặúơc xung ăöơt ăoâ Chuâng ta seô líìn

lûúơt xeât nhûông cíu traê lúđi íịy

Cíu traê lúđi thö

Mùơc duđ nghe coâ veê húi thö thiïín, nhûng caâch mađ chuâng ta

thûúđng duđng ăïí tòm hiïíu cíịu truâc cuêa víơt nađo ăoâ lađ duđng caâc víơt

khaâc bùưn phaâ vađo noâ röìi quan saât möơt caâch chñnh xaâc ăöơ lïơch khi

bay ra cuêa caâc víơt ăoâ Chùỉng haơn, chuâng ta coâ thïí thíịy caâc víơt lađ

búêi vò mùưt chuâng ta thu thíơp cođn naôo chuâng ta giaêi maô thöng tin

ặúơc mang túâi búêi caâc photon phaên xaơ tûđ víơt Caâc maây gia töịc haơt

cuông dûơa trïn nhûông nguýn tùưc tûúng tûơ Chuâng bùưn caâc míîu víơt

chíịt nhû caâc electron vađ proton vađo nhau vađ vađo caâc bia khaâc, cođn

caâc detector tinh xaêo thò phín tñch cún mûa nhûông maênh vúô taơo

thađnh, tûđ ăoâ xaâc ắnh cíịu truâc cuêa caâc víơt ặúơc nghiïn cûâu

Theo quy tùưc chung, thò kñch thûúâc cuêa haơt thûê xaâc ắnh giúâi

haơn dûúâi cuêa thang chiïìu dađi mađ chuâng ta muöịn thùm dođ Ăïí coâ

möơt yâ niïơm vïì yâ nghôa cuêa phaât biïíu quan troơng ăoâ, haôy tûúêng

tûúơng Slim vađ Jim do muöịn coâ möơt chuât vùn hoâa ăaô ăùng kyâ vađo

hoơc möơt lúâp daơy veô Sau möơt hoơc kyđ, Jim ngađy cađng híơm hûơc vò

Slim tiïịn böơ ríịt nhanh vađ cíơu ta ăaô thaâch thûâc Slim thi tađi cao

thíịp Cíơu ta ăïì nghõ möîi ngûúđi líịy nhín cuêa möơt quaê ăađo, cho keơp

chùơt laơi vađ veô noâ möơt caâch "taê chín" nhíịt Möơt ýu cíìu oaâi oùm

trong lúđi thaâch thûâc cuêa Jim lađ caê hai ngûúđi ăïìu khöng ặúơc nhòn

vađo nhín quaê ăađo Thay vò, möîi ngûúđi ặúơc pheâp biïịt vïì kñch

thûúâc, hònh daơng vađ nhûông ăùơc ăiïím cuêa noâ chó bùìng caâch bùưn phaâ

noâ bùìng caâc haơt ăaơn (trûđ photon) röìi quan saât ăöơ lïơch cuêa caâc haơt

ăoâ, nhû ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.4 Slim hoađn toađn khöng biïịt lađ

Jim ăaô nhöìi vađo suâng cuêa mònh nhûông viïn ăaơn bùìng ăaâ (nhû

trong hònh 6.4a) cođn cíơu ta laơi nhöìi vađo suâng cuêa mònh nhûông viïn

ăaơn nhûơa, kñch thûúâc 5mm, nhoê hún nhiïìu (nhû hònh 6.4b) Caê hai

ăïìu ặâng sau khííu suâng cuêa mònh vađ cuöơc ăíịu suâng bùưt ăíìu

Hònh 6.4 Nhín quaê ăađo ặúơc keơp chùơt vađ ặúơc veô bùìng caâch quan saât nhûông haơt thûê bùưn vađo noâ bõ lïơch nhû thïị nađo Bùìng caâch duđng nhûông haơt thûê beâ díìn: (a) ăaơn ăaâ, (b) ăaơn nhûơa 5 mm, (c) ăaơn nhûơa 0,5mm, coâ thïí veô ặúơc hònh aênh chi tiïịt hún

Sau möơt laât, bûâc tranh töịt nhíịt mađ Slim coâ thïí veô ặúơc lađ bûâc tranh úê bïn phaêi hònh 6.4a Bùìng caâch quan saât quyô ăaơo caâc viïn ăaơn ăaâ sau khi ăíơp vađo nhín quaê ăađo, Slim biïịt rùìng noâ coâ khöịi lûúơng nhoê vađ bïì mùơt cûâng Nhûng anh ta chó biïịt ặúơc coâ víơy thöi Búêi leô

caâc viïn bi ăaâ coâ kñch thûúâc quaâ lúân nïn khöng thïí "caêm nhíơn"

ặúơc cíịu truâc nhùn nheo cuêa noâ Khi liïịc nhòn bûâc veô cuêa Jim

(hònh 6.4b), Slim ngaơc nhiïn thíịy rùìng Jim veô gioêi hún mònh Tuy

nhiïn, nhòn thoaâng qua khííu suâng cuêa Jim, Slim nhíơn ra ngay

meơo vùơt cuêa cíơu ta: nhûông haơt ăaơn nhûơa mađ Jim sûê duơng ăuê nhoê

khiïịn cho caâc nïịp nhùn lúân nhíịt trïn mùơt nhín quaê ăađo cuông coâ

thïí aênh hûúêng ăïịn goâc lïơch cuêa chuâng Do ăoâ, khi bùưn nhiïìu viïn

ăaơn nhûơa 5mm ăoâ lïn nhín quaê ăađo vađ quan saât caâc quyô ăaơo bõ

lïơch cuêa chuâng, Jim ăaô veô ặúơc hònh aênh chi tiïịt hún cuêa noâ

Khöng chõu thíịt baơi, Slim quay vïì khííu suâng cuêa mònh vađ naơp cho

noâ nhûông viïn ăaơn nhoê hún nûôa, vúâi kñch thûúâc chó bùìng nûêa

milimeât Vúâi kñch thûúâc nhoê nhû thïị, nhûông vïịt nhùn nhoê nhíịt

trïn mùơt nhín quaê ăađo cuông coâ thïí aênh hûúêng ăïịn goâc lïơch cuêa

chuâng Vađ bùìng caâch quan saât quyô ăaơo bõ lïơch cuêa nhûông viïn ăaơn

ăoâ, anh ăaô veô ặúơc bûâc tranh trïn hònh 6.4c vađ ăaô chiïịn thùưng

Bađi hoơc ruât ra tûđ cuöơc thi nađy ăaô roô rađng: Haơt thûê tiïơn ñch

khöng thïí lúân hún nhiïìu so vúâi nhûông ăùơc ăiïím víơt lyâ cíìn xem xeât,

nïịu khöng, chuâng seô khöng "caêm nhíơn" ặúơc nhûông cíịu truâc mađ

ta cíìn quan tím

Tíịt nhiïn, lyâ luíơn nađy víîn cođn ăuâng nïịu ta muöịn thùm dođ

nhín quaê ăađo síu hún, ăïí xaâc ắnh cíịu truâc nguýn tûê vađ dûúâi

nguýn tûê cuêa noâ Nhûông viïn ăaơn nhûơa 0,5mm bíy giúđ khöng cođn

cho chuâng ta nhûông thöng tin hûôu ñch nûôa, vò chuâng quaâ lúân ăïí coâ

thïí nhaơy caêm ặúơc vúâi cíịu truâc úê thang nguýn tûê Ăiïìu nađy giaêi

thñch taơi sao caâc maây gia töịc haơt laơi duđng caâc haơt thûê lađ electron

hoùơc proton ÚÊ thang dûúâi nguýn tûê, núi mađ nhûông khaâi niïơm

lûúơng tûê thay thïị cho nhûông khaâi niïơm cöí ăiïín, thûúâc ăo thñch húơp

nhíịt cho ăöơ nhaơy cuêa haơt thûê lađ bûúâc soâng lûúơng tûê cuêa noâ - ăaơi

lûúơng cho biïịt ăöơ bíịt ắnh vïì võ trñ cuêa haơt ăoâ Ăiïìu nađy phaên aânh

nhûông thaêo luíơn cuêa chuâng ta vïì nguýn lyâ bíịt ắnh Heisenberg úê

chûúng 4, trong ăoâ ta ăaô thíịy rùìng phaơm vi sai söị khöng caâch nađo

traânh khoêi khi duđng möơt haơt lađm haơt thûê (úê ăoâ ta chó tíơp trung xeât

caâc haơt thûê lađ photon, nhûng thûơc ra coâ thïí aâp duơng cho tíịt caê caâc

haơt khaâc) lađ cúô bûúâc soâng lûúơng tûê cuêa noâ Noâi möơt caâch khöng

chñnh xaâc lùưm thò ăöơ nhaơy thûê cuêa möơt haơt ăiïím ăaô bõ nhûông

thùng giaâng lûúơng tûê lađm cho nhoeđ ăi, tûơa nhû sûơ run tay lađm töín

haơi ăïịn ăöơ chñnh xaâc ặúđng dao cuêa nhađ phíîu thuíơt Chùưc baơn cođn

nhúâ trong chûúng 4 chuâng ta cuông ăaô lûu yâ túâi möơt thûơc tïị quan

troơng lađ, bûúâc soâng lûúơng tûê cuêa haơt tyê lïơ nghõch vúâi ăöơng lûúơng

cuêa noâ, nghôa lađ vïì ăaơi thïí, tyê lïơ nghõch vúâi nùng lûúơng cuêa noâ Vađ

nhû víơy, khi tùng nùng lûúơng cuêa möơt haơt ăiïím, bûúâc soâng lûúơng

tûê cuêa noâ seô trúê nïn ngùưn hún, tûâc lađ sûơ nhoeđ lûúơng tûê giaêm, do ăoâ

ta coâ thïí duđng noâ ăïí thùm dođ nhûông cíịu truâc víơt lyâ tinh vi hún Vïì

mùơt trûơc giaâc ta cuông thíịy rùìng haơt coâ nùng lûúơng cađng cao seô coâ

khaê nùng ăím xuýn cađng lúân vađ do ăoâ coâ thïí thùm dođ ặúơc nhûông

ăùơc tñnh cođn nhoê beâ hún nûôa

Vïì phûúng diïơn nađy, sûơ khaâc biïơt giûôa caâc haơt ăiïím vađ caâc

díy trúê nïn roô neât Cuông nhû trûúđng húơp caâc viïn ăaơn nhûơa thùm

dođ bïì mùơt cuêa nhín quaê ăađo, quaêng tñnh khöng gian cöị hûôu cuêa

díy khöng cho pheâp noâ thùm dođ cíịu truâc cuêa bíịt cûâ víơt gò nhoê hún

kñch thûúâc cuêa díy möơt caâch ăaâng kïí vađ trong trûúđng húơp nađy, thò

ăoâ lađ nhûông cíịu truâc úê nhûông thang chiïìu dađi nhoê hún chiïìu dađi

Planck Noâi möơt caâch chñnh xaâc hún möơt chuât, vađo nùm 1988,

David Gross, khi ăoâ lađm viïơc úê ăaơi hoơc Princeton, vađ möơt sinh viïn

cuêa öng tïn lađ Paul Mende ăaô chûâng minh ặúơc rùìng khi tñnh ăïịn

cú hoơc lûúơng tûê, thò sûơ tùng liïn tuơc nùng lûúơng cuêa díy khöng lađm

tùng liïn tuơc khaê nùng thùm dođ caâc cíịu truâc tinh tïị hún cuêa noâ,

ăiïìu nađy hoađn toađn traâi ngûúơc hùỉn vúâi caâc haơt ăiïím Hoơ ăaô phaât

hiïơn ra rùìng, khi nùng lûúơng cuêa díy tùng, thò ban ăíìu noâ coâ khaê

nùng thùm dođ nhûông cíịu truâc úê thang ngùưn hún, giöịng nhû caâc haơt

coâ nùng lûúơng cao Nhûng khi nùng lûúơng cuêa noâ vûúơt quaâ giaâ trõ

ăođi hoêi phaêi coâ ăïí thùm dođ úê thang chiïìu dađi Planck, thò coâ tùng

thïm nùng lûúơng nûôa cuông khöng lađm tùng khaê nùng thùm dođ cuêa

díy Khi ăoâ nùng lûúơng chó lađm tùng kñch thûúâc cuêa díy vađ do ăoâ

lađm giaêm ăöơ nhaơy thùm dođ úê khoaêng caâch ngùưn cuêa noâ Thûơc tïị,

mùơc duđ kñch thûúâc ăiïín hònh cuêa caâc díy lađ chiïìu dađi Planck,

nhûng nïịu chuâng ta búm ăuê nùng lûúơng cho díy - möơt nùng lûúơng

vûúơt quaâ moơi tûúêng tûúơng ăiïn röì nhíịt cuêa chuâng ta, nhûng coâ thïí

ăaô tûđng coâ úê Big Bang - thò chuâng ta coâ thïí lađm cho noâ to lïn túâi

kñch thûúâc vô mö, möơt haơt thûê quaê lađ thö vuơng ăöịi vúâi thïị giúâi vi

mö! Nhû víơy, khöng giöịng nhû caâc haơt ăiïím, caâc díy dûúđng nhû coâ

hai nguöìn lađm nhoeđ: thûâ nhíịt lađ nhûông thùng giaâng lûúơng tûê vađ

thûâ hai lađ quaêng tñnh khöng gian cöị hûôu cuêa noâ Sûơ tùng nùng

lûúơng cuêa díy seô lađm giaêm ăöơ nhoeđ do nguöìn thûâ nhíịt gíy ra

nhûng röịt cuöơc laơi lađm tùng ăöơ nhoeđ gíy búêi nguöìn thûâ hai Toâm

laơi, duđ baơn coâ nöî lûơc thïị nađo ăi nûôa, thò baên chíịt coâ quaêng tñnh

khöng gian cuêa díy seô ngùn trúê baơn duđng noâ ăïí thùm dođ caâc hiïơn

tûúơng úê nhûông khoaêng caâch dûúâi chiïìu dađi Planck

Nhûng toađn böơ sûơ xung ăöơt giûôa thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú

hoơc lûúơng tûê laơi xuíịt hiïơn tûđ nhûông tñnh chíịt cuêa cíịu truâc khöng

gian úê dûúâi chiïìu dađi Planck Vađ nïịu thađnh phíìn cú baên cuêa vuô truơ

khöng thïí thùm dođ ặúơc nhûông khoaêng caâch úê dûúâi chiïìu dađi

Planck, thò caê noâ líîn nhûông thûâ taơo búêi noâ seô khöng hïì bõ aênh

hûúêng búêi nhûông thùng giaâng lûúơng tûê coâ taâc duơng phaâ phaâch ghï

gúâm úê nhûông khoaêng caâch cûơc beâ ăoâ Ăiïìu nađy cuông tûúng tûơ nhû

khi tay ta súđ lïn möơt bïì mùơt ăaâ hoa cûúng coâ ăöơ nhùĩn cao Mùơc duđ

xeât trïn cíịp ăöơ vi mö thò bïì mùơt ăoâ lađ giaân ăoaơn, lúêm chúêm nhûông

haơt riïng reô, nhûng nhûông ngoân tay cuêa chuâng ta khöng coâ khaê

nùng phaât hiïơn nhûông biïịn thiïn úê caâc khoaêng caâch beâ nhû víơy,

nïn ta caêm thíịy noâ hoađn toađn trún nhùĩn Ăiïìu nađy coâ nghôa lađ

nhûông ngoân tay thö vuơng cuêa chuâng ta lađm nhoeđ ăi tñnh giaân ăoaơn

vi mö Tûúng tûơ, vò díy coâ quaêng tñnh khöng gian, nïn noâ cuông coâ

nhûông giúâi haơn vïì ăöơ nhaơy úê nhûông khoaêng caâch ngùưn Noâ khöng

thïí phaât hiïơn ặúơc nhûông biïịn thiïn úê caâc thang khoaêng caâch dûúâi

chiïìu dađi Planck Giöịng nhû caâc ngoân tay chuâng ta súđ lïn bïì mùơt

ăaâ hoa cûúng, díy cuông lađm nhoeđ nhûông thùng giaâng lûúơng tûê söi

ăöơng úê nhûông thang siïu vi mö cuêa trûúđng híịp díîn Mùơc duđ nhûông

thùng giaâng kïịt cuơc víîn cođn ăaâng kïí, nhûng sûơ lađm nhođe nađy ăaô

lađm trún chuâng ăuê ăïí cûâu vaôn sûơ khöng tûúng thñch giûôa thuýịt

tûúng ăöịi röơng vađ cú hoơc lûúơng tûê Vađ ăùơc biïơt, nhûông vö haơn tai

haơi (ăaô dûúơc thaêo luíơn úê chûúng trûúâc) xuíịt hiïơn trong lyâ thuýịt

lûúơng tûê cuêa híịp díîn, xíy dûơng trïn cú súê caâc haơt ăiïím ăaô bõ loaơi

boê trong lyâ thuýịt díy

Möơt ăiïím khaâc biïơt cú baên giûôa hònh aênh tûúng tûơ cuêa mùơt

ăaâ hoa cûúng vađ cíịu truâc thûơc cuêa khöng gian, ăoâ lađ luön luön coâ

nhûông caâch ăïí phaât hiïơn tñnh giaân ăoaơn cuêa mùơt ăaâ, chùỉng haơn,

duđng caâc haơt thûê nhoê hún, chñnh xaâc hún caâc ngoân tay cuêa chuâng

ta Möơt kñnh hiïín vi ăiïơn tûê coâ khaê nùng phín giaêi nhûông ăùơc tñnh

bïì mùơt túâi nhoê hún möơt phíìn triïơu xentimeât, ăiïìu nađy ăuê ăïí phaât

hiïơn nhiïìu khuýịt tíơt úê bïì mùơt Traâi laơi, trong lyâ thuýịt díy,

khöng coâ möơt phûúng caâch nađo ăïí phaât hiïơn nhûông khuýịt tíơt cuêa

cíịu truâc khöng gian úê dûúâi thang chiïìu dađi Planck Trong vuô truơ bõ

chi phöịi búêi nhûông ắnh luíơt cuêa lyâ thuýịt díy, quan niïơm thöng

thûúđng cho rùìng chuâng ta luön luön coâ thïí möí xeê tûơ nhiïn túâi

nhûông khoaêng caâch nhoê bao nhiïu cuông ặúơc, khöng coâ möơt giúâi

haơn nađo lađ khöng cođn ăuâng nûôa Thûơc tïị, coâ möơt giúâi haơn mađ khi

vûúơt qua giúâi haơn ăoâ chuâng ta seô gùơp nhûông boơt lûúơng tûê tađn phaâ

ghï gúâm mađ ta ăaô thíịy trïn hònh 5.1 Do ăoâ, theo möơt yâ nghôa mađ

chuâng ta seô noâi chñnh xaâc hún úê caâc chûúng sau, thíơm chñ ta coâ thïí

noâi rùìng nhûông thùng giaâng dûô döơi úê dûúâi thang Planck khöng töìn

taơi Möơt nhađ thûơc chûâng luíơn noâi rùìng coâ möơt caâi gò ăoâ goơi lađ töìn

taơi chó nïịu, ñt nhíịt lađ vïì nguýn tùưc, noâ coâ thïí thùm dođ vađ ăo ăaơc

ặúơc Vò caâc díy ặúơc coi lađ nhûông ăöịi tûúơng cú baên nhíịt cuêa vuô

truơ vađ vò noâ quaâ lúân ăïí bõ aênh hûúêng búêi nhûông thùng giaâng dûô döơi

úê nhûông khoaêng caâch dûúâi thang Planck cuêa cíịu truâc khöng gian,

nïn nhûông thùng giaâng nađy khöng thïí ăo ặúơc vađ do ăoâ theo lyâ

thuýịt díy thò chuâng khöng xuíịt hiïơn

Möơt trođ aêo thuíơt

Cuöơc thaêo luíơn úê trïn coâ thïí khiïịn baơn khöng hađi lođng Thay

vò cho thíịy lyâ thuýịt díy chïị ngûơ ặúơc nhûông thùng giaâng lûúơng

tûê cuêa khöng gian úê dûúâi thang Planck, chuâng ta laơi duđng kñch

thûúâc hûôu haơn cuêa caâc díy ăïí che ăíơy hoađn toađn víịn ăïì Víơy coâ

thûơc lađ chuâng ta ăaô giaêi quýịt ặúơc möơt ăiïìu gò ăoâ hay khöng? Xin

traê lúđi lađ coâ Hai ăiïím nïu ra dûúâi ăíy chùưc lađ seô thuýịt phuơc ặúơc

baơn

Thûâ nhíịt, tûđ nhûông líơp luíơn trònh bađy úê muơc trûúâc chuâng ta

ruât ra rùìng nhûông thùng giaâng lûúơng tûê gíy rùưc röịi úê dûúâi thang

Planck thûơc ra lađ thûâ nhín taơo, noâ xuíịt hiïơn lađ do chuâng ta xíy

dûơng thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú lûúơng tûê trong khuön khöí caâc haơt

ăiïím Do ăoâ, theo möơt nghôa nađo ăíịy, xung ăöơt chuê ýịu cuêa víơt lyâ

lyâ thuýịt hiïơn ăaơi chñnh lađ víịn ăïì do chuâng ta tûơ taơo ra Búêi vò

trûúâc kia chuâng ta xem tíịt caê caâc haơt víơt chíịt vađ tíịt caê caâc haơt lûơc

ăïìu lađ nhûông haơt ăiïím hoađn toađn khöng coâ quaêng tñnh khöng gian,

cho nïn chuâng ta buöơc phaêi xem xeât vuô truơ úê nhûông thang beâ tuđy

yâ Vađ chñnh úê nhûông khoaêng caâch beâ nhoê nhíịt chuâng ta ăaô víịp

phaêi nhûông víịn ăïì khöng sao vûúơt qua nöíi Tuy nhiïn, lyâ thuýịt

díy noâi vúâi chuâng ta rùìng, súê dô víịp phaêi nhûông víịn ăïì ăoâ lađ do

chuâng ta chûa thûơc sûơ hiïíu roô luíơt chúi; nhûông luíơt múâi noâi vúâi

chuâng ta rùìng, coâ möơt giúâi haơn cho pheâp chuâng ta chó ặúơc thùm dođ

vuô truơ síu túâi mûâc nađo vađ theo yâ nghôa thûơc, tûâc lađ coâ möơt giúâi haơn

cho biïịt khaâi niïơm thöng thûúđng vïì khoaêng caâch cođn duđng ặúơc

cho caâc cíịu truâc siïu vi mö cuêa vuô truơ túâi ăíu Nhûông thùng giaâng

khöng gian gíy taâc haơi giaê ắnh giúđ ăíy ặúơc thíịy xuíịt hiïơn trong

lyâ thuýịt cuêa chuâng ta lađ búêi vò chuâng ta chûa yâ thûâc ặúơc nhûông

giúâi haơn ăoâ vađ ăaô bõ quan ăiïím haơt ăiïím díîn dùưt nhaêy möơt bûúâc

quaâ lúân, vûúơt caê ra ngoađi thûơc taơi víơt lyâ

Cùn cûâ vađo veê ăún giaên bïì ngoađi cuêa giaêi phaâp noâi trïn ăöịi

vúâi viïơc khùưc phuơc sûơ xung ăöơt giûôa thuýịt tûúng ăöịi röơng vađ cú

hoơc lûúơng tûê, baơn coâ thïí bùn khoùn tûơ hoêi taơi sao laơi phaêi míịt möơt

thúđi gian líu nhû thïị múâi coâ ngûúđi cho rùìng sûơ mö taê dûơa trïn caâc

haơt ăiïím ăún giaên chó lađ sûơ lyâ tûúêng hoâa, cođn trong thïị giúâi thûơc

caâc haơt sú cíịp phaêi coâ möơt quaêng tñnh khöng gian Ăiïìu nađy díîn

chuâng ta túâi ăiïím thûâ hai Ríịt líu vïì trûúâc, caâc böơ oâc vô ăaơi trong

víơt lyâ lyâ thuýịt nhû Pauli, Heisenberg, Dirac vađ Feynman cuông ăaô

cho rùìng caâc thađnh phíìn cuêa tûơ nhiïn khöng thïí thûơc sûơ lađ caâc

ăiïím ặúơc mađ lađ nhûông “gioơt” nhoê hay caâc cuơc nhoê dao ăöơng Tuy

nhiïn, hoơ vađ nhûông ngûúđi khaâc ăïìu thíịy rùìng, ríịt khoâ xíy dûơng

möơt lyâ thuýịt mađ nhûông thađnh phíìn cuêa noâ khöng phaêi lađ nhûông

haơt ăiïím, nhûng laơi phaêi phuđ húơp vúâi nhûông nguýn lyâ cú baên

nhíịt cuêa víơt lyâ nhû ắnh luíơt baêo toađn xaâc suíịt cuêa cú hoơc lûúơng

tûê (sao cho caâc ăöịi tûúơng víơt lyâ khöng biïịn míịt möơt caâch bíịt ngúđ

mađ khöng ăïí laơi díịu vïịt) vađ nguýn lyâ khöng thïí truýìn thöng tin

vúâi víơn töịc nhanh hún aânh saâng Nhûông nghiïn cûâu cuêa hoơ ăaô

chûâng toê rùìng möơt hoùơc caê hai nguýn lyâ ăoâ ăïìu seô bõ vi phaơm nïịu

nhû khöng vûât boê khuön míîu vïì caâc haơt ăiïím Do ăoâ, trong möơt

thúđi gian khaâ líu, dûúđng nhû khöng thïí tòm ặúơc möơt cú hoơc lûúơng

tûê coâ yâ nghôa dûơa trïn möơt caâi gò ăoâ khöng phaêi lađ caâc haơt ăiïím

Möơt ăùơc ăiïím thûơc sûơ coâ íịn tûúơng cuêa lyâ thuýịt díy, ăoâ lađ hún hai

mûúi nùm nghiïn cûâu khöng ngûng nghó ăaô chûâng toê ặúơc rùìng,

mùơc duđ coâ nhûông khña caơnh xa laơ vúâi trûơc giaâc chuâng ta, nhûng lyâ

thuýịt díy ăaô tön troơng moơi tñnh chíịt thiïịt ýịu vađ cöị hûôu cuêa möơt

lyâ thuýịt víơt lyâ Vađ hún thïị nûôa, thöng qua mode dao ăöơng

graviton, lyâ thuýịt díy chñnh lađ lyâ thuýịt lûúơng tûê chûâa ặơng ặúơc

caê lûơc híịp díîn

Cíu traê lúđi chñnh xaâc hún

Cíu traê lúđi thö ăaô thíu toâm ặúơc caâi cöịt ýịu cuêa cíu hoêi taơi

sao lyâ thuýịt díy laơi thùưng thïị ngay taơi chöî caâc lyâ thuýịt dûơa trïn

caâc haơt ăiïím thíịt baơi Vađ nhû víơy, nïịu muöịn, baơn coâ thïí ăoơc thùỉng

sang muơc tiïịp theo mađ khöng hïì aênh hûúêng ăïịn maơch lögñc cuêa

cíu chuýơn Nhûng möơt khi ăaô phaât triïín ặúơc nhûông yâ tûúêng cùn

baên trong chûúng 2, chuâng ta ăaô coâ ăuê nhûông cöng cuơ cíìn thiïịt ăïí

mö taê chñnh xaâc hún caâch thûâc mađ lyâ thuýịt díy ăaô lađm dõu ăi

nhûông thùng giaâng lûúơng tûê maônh liïơt

Trong cíu traê lúđi chñnh xaâc hún nađy, chuâng ta dûơa trïn cuđng

möơt yâ tûúêng cöịt loôi nhû trong cíu traê lúđi thö, nhûng chuâng ta seô

diïîn ăaơt noâ trûơc tiïịp úê cíịp ăöơ caâc díy bùìng caâch so saânh khaâ chi

tiïịt nhûông haơt thûê lađ caâc haơt ăiïím vađ lađ caâc díy Chuâng ta seô thíịy

rùìng baên chíịt coâ quaêng tñnh cuêa caâc díy ăaô lađm nhoeđ thöng tin mađ

ta coâ thïí nhíơn ặúơc bùìng haơt thûê lađ nhûông haơt ăiïím vađ do ăoâ laơi

möơt líìn nûôa noâ xoâa boê ặúơc víịn ăïì úê nhûông khoaêng caâch ngùưn, thuê

phaơm cuêa sûơ xung ăöơt chuê ýịu trong víơt lyâ hiïơn ăaơi

Trûúâc hïịt chuâng ta haôy xeât sûơ tûúng taâc cuêa caâc haơt ăiïím,

nïịu nhû chuâng thûơc sûơ töìn taơi, vađ tûđ ăoâ chuâng ta coâ thïí duđng noâ

nhû nhûông haơt thûê nhû thïị nađo Tûúng taâc cú baên nhíịt lađ tûúng

taâc cuêa hai haơt ăiïím chuýín ăöơng túâi va chaơm vúâi nhau sao cho

quyô ăaơo cuêa chuâng cùưt nhau nhû ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.5

Nïịu nhû nhûông haơt nađy lađ caâc viïn bi a, chuâng seô va chaơm vađ möîi

haơt seô bõ lïơch ăi theo nhûông quyô ăaơo múâi Lyâ thuýịt trûúđng lûúơng

tûê dûơa trïn nhûông haơt ăiïím chûâng toê rùìng vïì cú baên nhûông ăiïìu

noâi trïn cuông xaêy ra khi caâc haơt sú cíịp va chaơm - chuâng taân xaơ ra

nhau vađ tiïịp tuơc ăi theo caâc quyô ăaơo bõ lïơch, nhûng vïì chi tiïịt thò

coâ húi khaâc

Hònh 6.5 Hai haơt tûúng taâc - chuâng "ăíơp vađo nhau" - vađ lađm cho quyô ăaơo cuêa chuâng

bõ lïơch ăi

Ăïí cho cuơ thïí vađ ăún giaên, haôy hònh dung möơt trong hai haơt

lađ electron vađ haơt kia lađ phaên haơt cuêa noâ, tûâc lađ haơt positron Khi

víơt chíịt vađ phaên víơt chíịt va chaơm vúâi nhau, chuâng seô huêy nhau

taơo thađnh möơt chúâp saâng cuêa nùng lûúơng thuíìn tuây, tûâc lađ taơo ra

möơt photon, chùỉng haơn Ăïí phín biïơt quyô ăaơo ăi ra cuêa photon nađy

vúâi nhûông quyô ăaơo trûúâc ăoâ cuêa electron vađ positron, ta seô theo quy

ûúâc truýìn thöịng trong víơt lyâ vađ biïíu diïîn noâ bùìng möơt ặúđng lûúơn

soâng Photon thûúđng seô di chuýín möơt chuât röìi giaêi phoâng nùng

lûúơng vöịn coâ tûđ cùơp electron - positron trûúâc ăoâ, bùìng caâch taơo ra

möơt cùơp electron - positron khaâc vúâi nhûông quyô ăaơo nhû ặúơc chó

ra úê phíìn bïn phaêi cuêa hònh 6.6 Toâm laơi, hai haơt ặúơc bùưn vađo

nhau, chuâng tûúng taâc vúâi nhau thöng qua lûơc ăiïơn tûđ röìi loâ ra

theo nhûông quyô ăaơo bõ lïơch, möơt daôy nhûông sûơ kiïơn khaâ giöịng vúâi

mö taê úê trïn vïì sûơ va chaơm cuêa caâc viïn bi-a

Hònh 6.6 Trong lyâ thuýịt trûúđng lûúơng tûê, möơt haơt vađ phaên haơt cuêa noâ coâ thïí tûâc thúđi

huêy nhau vađ taơo ra möơt photon Sau ăoâ, photon nađy coâ thïí sinh ra möơt haơt khaâc vađ möơt phaên

haơt ăi theo nhûông quyô ăaơo khaâc

Ăoâ lađ nhûông chi tiïịt cuêa tûúng taâc mađ chuâng ta quan tím,

ăùơc biïơt lađ ăiïím taơi ăoâ eletron vađ positron ban ăíìu huêy nhau vađ

taơo ra photon Möơt sûơ kiïơn then chöịt, nhû ta seô thíịy, ăoâ lađ ăiïìu

nađy xaêy ra taơi möơt thúđi ăiïím vađ möơt võ trñ hoađn toađn xaâc ắnh, nhû

ăaô ặúơc chó ra trïn hònh 6.6 Nhûng mö taê nađy seô thay ăöíi nhû thïị

nađo, nïịu ta thay nhûông ăöịi tûúơng mađ ta xem lađ nhûông ăiïím khöng

coâ kñch thûúâc bùìng caâc díy möơt chiïìu? Quaâ trònh cú baên cuêa tûúng

taâc thò víîn thïị, nhûng bíy giúđ hai ăöịi tûúơng va chaơm lađ caâc vođng

díy dao ăöơng, nhû minh hoơa trïn hònh 6.7 Nïịu nhû caâc vođng díy

dao ăöơng theo caâc mode cöơng hûúêng ăuâng, thò chuâng seô tûúng ûâng

vúâi möơt electron vađ möơt positron va chaơm, nhû minh hoơa trïn hònh

6.6 Chó khi xem xeât úê nhûông thang khoaêng caâch nhoê nhíịt, nhoê

hún nhiïìu so vúâi khaê nùng cuêa cöng nghïơ hiïơn nay, thò ăùơc tñnh

giöịng nhû díy cuêa chuâng múâi thïí hiïơn roô neât Cuông nhû trong

trûúđng húơp caâc haơt ăiïím, hai díy huêy nhau thađnh möơt chúâp saâng

Chúâp saâng nađy, tûâc photon, cuông chñnh lađ möơt díy trong möơt mode

dao ăöơng cuơ thïí nađo ăoâ Nhû víơy, hai díy túâi tûúng taâc vúâi nhau,

hođa nhíơp vúâi nhau taơo ra díy thûâ ba nhû ặúơc thíịy trïn hònh 6.7

Giöịng nhû trong mö taê dûơa trïn caâc haơt ăiïím, díy thûâ ba nađy cuông

di chuýín möơt chuât röìi laơi giaêi phoâng nùng lûúơng ăaô nhíơn ặúơc tûđ

hai díy ban ăíìu bùìng caâch taâch ra thađnh hai díy tiïịp tuơc chuýín

ăöơng Vađ laơi möơt líìn nûôa, tûđ bíịt cûâ quan ăiïím nađo, trûđ quan ăiïím

siïu vi mö, quaâ trònh nađy nhòn cuông giöịng vúâi tûúng taâc haơt ăiïím

minh hoơa trïn hònh 6.6

Hònh 6.7 (a) Hai díy va chaơm coâ thïí hođa thađnh díy thûâ ba, sau ăoâ díy nađy laơi taâch thađnh hai díy ăi theo nhûông quyô ăaơo ăaô bõ lïơch (b) Víîn quaâ trònh ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.6, nhûng coâ nhíịn maơnh chuýín ăöơng cuêa díy (c) "Bûâc aênh chuơp chíơm" cuêa hai díy tûúng taâc queât thađnh möơt "mùơt vuô truơ"

Tuy nhiïn, coâ möơt khaâc biïơt quan troơng giûôa hai caâch mö taê

Cíìn nhíịn maơnh rùìng, tûúng taâc haơt ăiïím xaêy ra taơi möơt ăiïím xaâc

ắnh trong khöng gian vađ thúđi gian, möơt ăiïím mađ tíịt caê nhûông

ngûúđi quan saât ăïìu nhíịt trñ Nhû chuâng ta seô thíịy ngay bíy giúđ,

ăiïìu nađy khöng cođn ăuâng ăöịi vúâi tûúng taâc giûôa caâc díy Chuâng ta

seô chûâng toê ăiïìu nađy bùìng caâch so saânh quan saât cuêa George vađ

Gracie - hai ngûúđi quan saât chuýín ăöơng ăöịi vúâi nhau mađ chuâng ta

ăaô lađm quen trong chûúng 2 - ăöịi vúâi tûúng taâc ăoâ Chuâng ta seô

thíịy rùìng hoơ khöng nhíịt trñ vúâi nhau vïì võ trñ vađ thúđi ăiïím taơi ăoâ

hai díy va chaơm vađo nhau líìn ăíìu tiïn

Ăïí lađm ăiïìu ăoâ, haôy tûúêng tûúơng ta quan saât tûúng taâc cuêa

hai díy bùìng möơt maây aênh vúâi cûêa chíơp ặúơc múê liïn tuơc ăïí cho

toađn böơ "lõch sûê" cuêa tûúng taâc ặúơc ghi laơi trïn cuđng möơt ăoaơn

phim [1] Kïịt quaê ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.7 c vađ thûúđng ặúơc

goơi lađ "mùơt vuô truơ" cuêa díy Bùìng caâch "cùưt" mùơt vuô truơ cuêa díy

thađnh caâc laât song song, giöịng nhû khi ta cùưt caâc laât baânh mò, ta coâ

thïí phuơc höìi laơi lõch sûê tûúng taâc cuêa caâc díy Möơt vñ duơ vïì sûơ cùưt

ăoâ ặúơc minh hoơa trïn hònh 6.8 Ăùơc biïơt, trïn hònh 6.8 a chuâng ta

cho thíịy George, chuê tím quan saât hai díy ăi túâi cuđng vúâi mùơt

phùỉng gùưn vúâi chuâng biïíu diïîn laât cùưt ăi qua tíịt caê caâc sûơ kiïơn

trong khöng gian xaêy ra úê cuđng möơt thúđi ăiïím, theo quan ăiïím cuêa

anh ta Nhû thûúđng lađm úê caâc chûúng trûúâc, úê ăíy, trong sú ăöì,

chuâng ta cuông boê ăi möơt chiïìu cuêa khöng gian ăïí dïî hònh dung

Tíịt nhiïn, trïn thûơc tïị, ăöịi vúâi ngûúđi quan saât bíịt kyđ ăïìu coâ möơt

maêng ba chiïìu caâc sûơ kiïơn xaêy ra úê cuđng möơt thúđi ăiïím Hònh 6.8 b

vađ 6.8 c cho thíịy hai bûâc aênh chuơp nhanh úê hai thúđi ăiïím tiïịp

theo nhau, tûâc lađ hai laât cùưt tiïịp theo nhau cuêa mùơt vuô truơ cho biïịt

George nhòn thíịy hai díy tiïịn gíìn vúâi nhau nhû thïị nađo Möơt

ăiïím coâ tíìm quan troơng then chöịt trïn hònh 6.8 c, ăoâ lađ thúđi ăiïím

mađ theo George hai díy líìn ăíìu tiïn chaơm vađo nhau vađ hođa nhíơp

vúâi nhau taơo thađnh díy thûâ ba

Hònh 6.8 Hai díy chuýín ăöơng túâi gùơp nhau úê ba thúđi ăiïím theo quan ăiïím cuêa George Trong (a) vađ (b) caâc díy ăang tiïịn laơi gíìn nhau vađ úê (c) chuâng líìn ăíìu tiïn chaơm vađo nhau, theo quan ăiïím cuêa George

Bíy giúđ chuâng ta seô lađm hïơt nhû thïị vúâi Gracie Nhû ăaô thaêo luíơn úê chûúng 2, chuýín ăöơng tûúng ăöịi cuêa hai ngûúđi díîn túâi hïơ quaê lađ hoơ khöng nhíịt trñ vúâi nhau vïì nhûông sûơ kiïơn xaêy ra ăöìng thúđi Theo quan ăiïím cuêa Gracie, nhûông sûơ kiïơn trong khöng gian xaêy ra ăöìng thúđi nùìm trong möơt mùơt phùỉng khaâc nhû ặúơc biïíu diïîn trïn hònh

6.9 Tûâc lađ, theo Gracie, mùơt vuô truơ trïn hònh 6.7 c ặúơc cùưt thađnh

caâc laât dûúâi möơt goâc khaâc ăïí thíịy roô diïîn tiïịn tûđng thúđi ăiïím möơt

cuêa tûúng taâc

Caâc hònh 6.9 b vađ 6.9 c cho thíịy nhûông thúđi ăiïím tiïịp theo

nhau, theo Gracie, kïí caê thúđi ăiïím khi cö ta thíịy hai díy túâi chaơm

vađo nhau vađ taơo ra díy thûâ ba

Bùìng caâch so saânh caâc hònh 6.8 c vađ 6.9 c, nhû ăaô lađm trong

hònh 6.10, chuâng ta thíịy rùìng George vađ Gracie khöng nhíịt trñ vúâi

nhau vïì thúđi gian vađ ắa ăiïím khi hai díy chaơm vađo nhau Do díy

lađ möơt ăöịi tûúơng coâ quaêng tñnh khöng gian, nïn noâ ăaêm baêo rùìng