Những sợi dây vũ trụ

- Thuyết dây là cái gì vậy, thưa giáo sư?

GS Brian Greene (BG):Theo các thuyết cũ, vật chất được cấu thành từ những hạt cơ bản, đó là những điểm rất nhỏ, không phân chia được. Trong thuyết dây chúng tôi nói rằng ở trong các loại cơ bản ấy còn có sợi dây nhỏ, dao động và mang năng lượng. Và cách dao động của sợi dây xác định tính chất của hạt mà nó tạo ra. Các dây điện tử dao động theo một kiểu, các dây quark dao động theo kiểu khác. Giả thiết mới là như thế này: tất cả đều tạo thành từ dây, các dây dao động theo một cách nhất định, và điều đó cho phép thống nhất tất cả các lực, tạo ra một lý thuyết hợp nhất.

- Từ đó có thể rút ra kết luận gì?

B.G:Rằng, không gian có nhiều chiều hơn chúng ta tưởng; rằng, chúng ta có thể tạo ra lỗ đen trong phòng thí nghiệm; rằng tồn tại nhiều vũ trụ song song. Một ngày nào đó thuyết này có thể cho phép chúng ta hiểu sự khởi đầu của vũ trụ. Nghĩa là hiện thực hoá ý tưởng của Einstein và thuyết thống nhất: Thuyết này có thể mô tả các đối tượng lớn trong vũ trụ - các ngôi sao, các thiên hà, cũng như các đối tượng trong tỷ lệ cực nhỏ, ở bên trong nguyên tử.

- Cần gì phải có thuyết thống nhất cơ cứ? Phải chăng hai thuyết: cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng không đủ?

B.G:Một số người khẳng định rằng chỉ cần 2 thuyết đó là đủ. Chẳng hạn như GS. Freeman Dyson, nhà vật lý nổi tiếng ở Viện nghiên cứu cao cấp Princeton. Ngược lại, tôi thì cho rằng 2 thuyết là không đủ. Có những đối tượng trong vũ trụ, chẳng hạn như lỗ đen hay vụ nổ lớn (Big Bang), nghĩa là sự khởi đầu của vũ trụ, mà chúng ta đã biết về sự tồn tại của chúng, nhưng khi thử miêu tả chúng bằng 2 thuyết trên thì thấy có mâu thuẫn. Nguyên nhân là chúng ta thử miêu tả những đối tượng đặc biệt, vừa rất nhỏ và vừa rất nặng. Những đối tượng nhỏ thì được miêu tả bởi cơ học lượng tử, những đối tượng lớn, thuyết tương đối rộng.

- Phải chăng không thể “hợp nhất” hai thuyết đó và sử dụng chúng để miêu tả lỗ đen hay Vụ nổ lớn?

B.G:Hai ý tưởng này mâu thuẫn với nhau. Mỗi một thuyết tuân theo những quy tắc riêng, dựa trên những giả thiết rất khác nhau. Những giả thiết này triệt tiêu nhau và mâu thuẫn với nhau. Quy luật Einstein ẩn đằng sau thuyết tương đối rộng nói rằng trọng trường là sự cong không - thời gian. Sự cong và gãy của không gian có cấu trúc hình học hài hoà và tinh tế. Thuyết lượng tử thì lại có quy luật hoàn toàn khác. Nó chỉ ra rằng trong phạm vi siêu nhỏ vũ trụ trở nên rất khó dự đoán. Vị trí, vận tốc dao động giữa những giá trị rất khác biệt, bởi vì cơ học lượng tử đưa khái niệm “độ căng” vào thế giới vi mô. Khi chúng ta sử dụng khái niệm “độ căng” trong phạm vi vũ trụ, thì không gian sẽ không còn là kết cấu nhẵn nhụi như Einstein mô tả và bắt đầu “hành xử” như nước đang sôi dữ dội. Tiếp theo, sự tưởng tượng của Einstein vấp phải thất bại khi chúng ta thử chuyển cái kết cấu hình học nhẵn nhụi, hài hoà ấy vào thế giới vi mô vốn được mô tả bởi cơ học lượng tử.

- Vậy thuyết dây có thể giải quyết được vấn đề này?

B.G:Vẻ đẹp của thuyết dây là ở chỗ nó tìm được con đường “hoà giải” hai thuyết trên, khi nó nói rằng với những phương trình hiện có chúng ta đã nhìn cấu trúc vũ trụ trong pham vi quá nhỏ. Thuyết dây cho rằng chúng ta không thể nhìn thấy kích thước nhỏ hơn độ lớn của dây. Do vậy chúng ta biến đổi các hạt vốn là các điểm thành những dây. Nếu như chúng ta giới hạn việc quan sát cấu trúc vũ trụ trong phạm vi lớn hơn kích thước dây một chút, thì khi đó những giá trị dao động lạ kia là có thể chấp nhận được và toán học có thể mô tả chúng. Khi chúng ta đi từ hạt - điểm sang dây, chúng ta có khả năng thống nhất hai thuyết.

- Trên cơ sở nào mà chúng ta khẳng định rằng các dây là những hạt nhỏ nhất và không thể phân chia được?

B.G:Chúng ta không có sự khẳng định đó. Tất nhiên các dây có thể được cấu tạo từ một số phần tử nhỏ hơn nữa. Đã có những nghiên cứu thử tìm cách giải quyết vấn đề này. Trong thuyết dây chúng ta có 10, thậm chí 11 chiều.

- Phải có nhiều chiều như vậy sao?

B.G:Đó chỉ là toán học thuần tuý. Khi chúng ta viết các phương trình toán học mô tả vũ trụ, thuyết trở nên không có liên kết nếu như không có những chiều bổ sung ấy. Hiện tại, điều này hoàn toàn là mang tính lý thuyết và mục đích của chúng ta là kiểm tra bằng thực nghiệm xem các phương trình ấy có mô tả thế giới thực hay không. Những chiều bổ sung ấy nhỏ đến mức chúng ta không có khả năng nhìn thấy và cảm thấy sự hiện diện của chúng.

- Những người phản đối thuyết dây có luận cứ khá chắc chắn, đó là nếu không có các chứng cứ thực nghiệm thì thuyết dây không phải là khoa học…

B.G:Nếu như thuyết dây không thể kiểm nghiệm được sau khi sử dụng tất cả các phương pháp, thì những người phản đối sẽ có lý. Bản thân tôi thì cho rằng việc kiểm chứng tính đúng đắn của thuyết dây chỉ là vấn đề thời gian.