Hấp dẫn và cơ học lượng tử trong lý thuyết dâyKhuôn khổ thống nhất mà lý thuyết dây đem lại quả thực là rất hấp dẫn. Nhưng sự hấp dẫn đặc biệt của nó lại là khả năng cải thiện được sự xung đột giữa lực hấp dẫn và cơ học lượng tử. Xin nhớ lại rằng, vấn đề nổi lên trong việc hòa nhập thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử là do nền tảng của cái trước, tức không gian và thời gian tạo nên một cấu trúc hình học cong trơn xung đột với nền tảng của cái sau, tức mọi thứ trong vũ trụ, kể cả cấu trúc của không gian và thời gian đều chịu những thăng giáng lượng tử, đồng thời những thăng giáng này ngày càng dữ dội hơn khi ta thăm dò tới những thang khoảng cách ngày càng nhỏ hơn. Ở những khoảng cách dưới chiều dài Planck, những thăng giáng lượng tử mạnh tới mức chúng phá hủy khái niệm sự cong trơn của không gian hình học; điều này có nghĩa là thuyết tương đối rộng không còn dùng được nữa.Lý thuyết dây đã làm cho những thăng giáng lượng tử trở nên mềm mại hơn bằng cách làm cho các tính chất của không gian ở những khoảng cách ngắn trở nên "nhoè" đi. Có một trả lời thô và một trả lời chính xác hơn cho câu hỏi: điều này thực sự nghĩa là gì và làm thế nào nó giải quyết được xung đột đó. Chúng ta sẽ lần lượt xét những câu trả lời ấy.Câu trả lời thôMặc dù nghe có vẻ hơi thô thiển, nhưng cách mà chúng ta thường dùng để tìm hiểu cấu trúc của vật nào đó là dùng các vật khác bắn phá vào nó rồi quan sát một cách chính xác độ lệch khi bay ra của các vật đó. Chẳng hạn, chúng ta có thể thấy các vật là bởi vì mắt chúng ta thu thập còn não chúng ta giải mã thông tin được mang tới bởi các photon phản xạ từ vật. Các máy gia tốc hạt cũng dựa trên những nguyên tắc tương tự. Chúng bắn các mẫu vật chất như các electron và proton vào nhau và vào các bia khác, còn các detector tinh xảo thì phân tích cơn mưa những mảnh vỡ tạo thành, từ đó xác định cấu trúc của các vật được nghiên cứu.Theo quy tắc chung, thì kích thước của hạt thử xác định giới hạn dưới của thang chiều dài mà chúng ta muốn thăm dò. Để có một ý niệm về ý nghĩa của phát biểu quan trọng đó, hãy tưởng tượng Slim và Jim do muốn có một chút văn hóa đã đăng ký vào học một lớp dạy vẽ. Sau một học kỳ, Jim ngày càng hậm hực vì Slim tiến bộ rất nhanh và cậu ta đã thách thức Slim thi tài cao thấp. Cậu ta đề nghị mỗi người lấy nhân của một quả đào, cho kẹp chặt lại và vẽ nó một cách "tả chân" nhất. Một yêu cầu oái oăm trong lời thách thức của Jim là cả hai người đều không được nhìn vào nhân quả đào. Thay vì, mỗi người được phép biết về kích thước, hình dạng và những đặc điểm của nó chỉ bằng cách bắn phá nó bằng các hạt đạn (trừ photon) rồi quan sát độ lệch của các hạt đó, như được minh họa trên hình 6.4. Slim hoàn toàn không biết là Jim đã nhồi vào súng của mình những viên đạn bằng đá (như trong hình 6.4a) còn cậu ta lại nhồi vào súng của mình những viên đạn nhựa, kích thước 5mm, nhỏ hơn nhiều (như hình 6.4b). Cả hai đều đứng sau khẩu súng của mình và cuộc đấu súng bắt đầu.
Hình 6.4. Nhân quả đào được kẹp chặt và được vẽ bằng cách quan sát những hạt thử bắn vào nó bị lệch như thế nào. Bằng cách dùng những hạt thử bé dần: (a) đạn đá, (b). đạn nhựa 5 mm, (c) đạn nhựa 0,5mm, có thể vẽ được hình ảnh chi tiết hơn.Sau một lát, bức tranh tốt nhất mà Slim có thể vẽ được là bức tranh ở bên phải hình 6.4a. Bằng cách quan sát quỹ đạo các viên đạn đá sau khi đập vào nhân quả đào, Slim biết rằng nó có khối lượng nhỏ và bề mặt cứng. Nhưng anh ta chỉ biết được có vậy thôi. Bởi lẽ các viên bi đá có kích thước quá lớn nên không thể "cảm nhận" được cấu trúc nhăn nheo của nó. Khi liếc nhìn bức vẽ của Jim (hình 6.4b), Slim ngạc nhiên thấy rằng Jim vẽ giỏi hơn mình. Tuy nhiên, nhìn thoáng qua khẩu súng của Jim, Slim nhận ra ngay mẹo vặt của cậu ta: những hạt đạn nhựa mà Jim sử dụng đủ nhỏ khiến cho các nếp nhăn lớn nhất trên mặt nhân quả đào cũng có thể ảnh hưởng đến góc lệch của chúng. Do đó, khi bắn nhiều viên đạn nhựa 5mm đó lên nhân quả đào và quan sát các quỹ đạo bị lệch của chúng, Jim đã vẽ được hình ảnh chi tiết hơn của nó. Không chịu thất bại, Slim quay về khẩu súng của mình và nạp cho nó những viên đạn nhỏ hơn nữa, với kích thước chỉ bằng nửa milimét. Với kích thước nhỏ như thế, những vết nhăn nhỏ nhất trên mặt nhân quả đào cũng có thể ảnh hưởng đến góc lệch của chúng. Và bằng cách quan sát quỹ đạo bị lệch của những viên đạn đó, anh đã vẽ được bức tranh trên hình 6.4c và đã chiến thắng.Bài học rút ra từ cuộc thi này đã rõ ràng: Hạt thử tiện ích không thể lớn hơn nhiều so với những đặc điểm vật lý cần xem xét, nếu không, chúng sẽ không "cảm nhận" được những cấu trúc mà ta cần quan tâm.Tất nhiên, lý luận này vẫn còn đúng nếu ta muốn thăm dò nhân quả đào sâu hơn, để xác định cấu trúc nguyên tử và dưới nguyên tử của nó. Những viên đạn nhựa 0,5mm bây giờ không còn cho chúng ta những thông tin hữu ích nữa, vì chúng quá lớn để có thể nhạy cảm được với cấu trúc ở thang nguyên tử. Điều này giải thích tại sao các máy gia tốc hạt lại d3a3q3m3237nnnqn')" onMouseOut="#">Chương 6: Không có gì khác ngoài âm nhạc - những cơ sở của lý thuyết siêu dây(7)
 |