Buzz
Vào năm 1995, bài thuyết trình của Edward Witten tại hội nghị Sting đã nâng lý thuyết dây lên một tầm cao mới, đánh dấu sự xuất hiện của lý thuyết M. Đây là lý thuyết toàn diện và sâu sắc hơn những lý thuyết dây trước đây. Lý thuyết M không chỉ kết nối các lý thuyết chuỗi mà còn đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong việc thống nhất các lực cơ bản trong vũ trụ. Hơn nữa, nó cung cấp một khuôn khổ lý thuyết cho phép giải thích mọi hạt và các tương tác tự nhiên.
Đây được coi là cột mốc quan trọng trong sự phát triển của lý thuyết chuỗi, mở ra hy vọng tìm ra lý thuyết về mọi thứ (Theory of Everything). Tuy nhiên, có bao nhiêu người thật sự hiểu được lý thuyết này? Vì sao nó lại nhận được sự tán dương mạnh mẽ từ cộng đồng khoa học? Hãy cùng chúng ta đi sâu phân tích và khám phá từng phần của lý thuyết này.
Chuỗi – cấu trúc cơ bản nhất của tự nhiên
Không có gì đáng ngạc nhiên khi các thí nghiệm hiện tại vẫn chưa thể làm sáng tỏ bản chất thực sự của chuỗi. Chuỗi là một cấu trúc vô cùng nhỏ bé, thậm chí còn nhỏ hơn nhiều so với quy mô hạ nguyên tử. Để có thể quan sát chuỗi một cách trực quan, chúng ta cần chế tạo một cỗ máy va chạm hạt có năng lượng lớn hơn hàng triệu tỷ lần so với các máy gia tốc mạnh nhất hiện nay.
Thực tế cho thấy, việc xác định kích thước chính xác của một hạt cơ bản đã là điều không thể, huống chi là chuỗi. Kích thước của chuỗi được cho là nhỏ hơn ít nhất 10^20 lần so với nguyên tử hydro. Vì vậy, mô tả chuỗi chỉ có thể thực hiện trên lý thuyết hoặc qua trí tưởng tượng của chúng ta.
Điều này đặt ra câu hỏi: Chuỗi được cấu tạo từ chất liệu gì?
Bản chất của chuỗi:
Thứ nhất, chuỗi chính là chuỗi. Theo lý thuyết dây, chuỗi được coi là thành phần nhỏ nhất cấu tạo nên vật chất, giống như những "viên gạch" cơ bản của vạn vật. Vì vậy, chuỗi không phải là sự kết hợp của bất kỳ vật chất hay thành phần nào khác. Trong vật lý và toán học, chuỗi được xem là một đối tượng lý thuyết không có cấu trúc bên trong, tồn tại nhờ các cơ chế dao động cộng hưởng.
Nếu ai đó cho rằng chuỗi cần được cấu thành từ một thứ gì đó, câu hỏi tiếp theo sẽ là: Liệu lý thuyết chuỗi có phải là học thuyết cuối cùng không? Nếu chuỗi không phải là cấu trúc nhỏ nhất, vậy thì nó sẽ được tạo thành từ những thành phần nhỏ hơn. Tuy nhiên, với những giới hạn hiện tại của vật lý, chuỗi vẫn được coi là cấu trúc nhỏ nhất mà chúng ta có thể mô tả.
Sự khác biệt giữa lý thuyết dây và mô hình chuẩn
Mô hình chuẩn hiện tại liệt kê 17 loại hạt cơ bản khác nhau. Mỗi loại hạt có các đặc tính riêng biệt, như điện tích, spin, và khối lượng. Tuy nhiên, mô hình chuẩn chỉ mô tả các đặc tính này mà không giải thích được nguồn gốc của chúng.
Khác với mô hình chuẩn, lý thuyết dây cho rằng mỗi hạt là một chuỗi dao động có tần số và mức độ căng riêng biệt. Ví dụ:
- Một chuỗi đóng, giống như vòng dây khép kín, đại diện cho các hạt không có điện tích, chẳng hạn như hạt graviton (hạt truyền lực hấp dẫn).
- Một chuỗi mở, giống như sợi dây có hai đầu, đại diện cho các hạt có điện tích hoặc không có khối lượng như quark, electron, hoặc photon.
Các dao động cộng hưởng của chuỗi quy định những đặc tính cơ bản của hạt, điều này giải thích tại sao mỗi hạt lại có những đặc điểm và hành vi khác nhau, điều mà mô hình chuẩn không thể giải thích.Khối lượng và dao động của chuỗi
Theo mô hình chuẩn, khối lượng của hạt được tạo ra bởi sự tương tác với trường Higgs, nhưng cơ chế này vẫn còn nhiều điều chưa được làm rõ. Trong khi đó, lý thuyết dây cho rằng khối lượng của hạt bắt nguồn từ tần số dao động của chuỗi. Khi biên độ dao động càng lớn, năng lượng chuỗi càng mạnh và khối lượng của hạt cũng tăng theo.
Lý thuyết dây không hoàn toàn bác bỏ vai trò của trường Higgs, nhưng nó đưa ra một quan điểm khác, cho rằng chuỗi có thể tự tạo ra năng lượng và khối lượng mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào trường Higgs.
