Giải thích thực tại vật lý: Các nhà vật lý tự khởi động đánh giá lý thuyết dây
Lý thuyết dây, đã được khái niệm hóa hơn 50 năm trước như một khung giải thích sự hình thành của vật chất, vẫn còn bí ẩn như một hiện tượng “có thể chứng minh”. Một nhóm vật lý giờ đã có một bước tiến đáng kể trong việc đánh giá lý thuyết dây bằng việc sử dụng một phương pháp toán học mới để chỉ ra “tính chắc chắn” của lý thuyết này.
Lý thuyết dây coi các khối cơ bản nhất của tự nhiên không phải là các hạt mà là những dây dao động một chiều chuyển động ở những tần số khác nhau trong việc xác định dạng hạt xuất hiện – có phần giống như những dao động của các nhạc cụ dây tạo ra một chuỗi các nốt nhạc.
Trong công trình của họ, được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters, các nhà nghiên cứu ĐH New York và Caltech đã theo sát câu hỏi “Câu hỏi toán học gì khiến lý thuyết dây trở thành câu trả lời duy nhất?”. Cách tiếp cận cho hiểu biết vật lý là “cú tự thân” có xu hướng giống câu châm ngôn “tự nắm tóc mình lôi lên” – tạo ra những kết quả không cần sự hỗ trợ bên ngoài, hoặc đầu vào, như trong trường hợp này.
Cú thúc tự thân trước đây cho phép các nhà vật lý hiểu tại sao thuyết tương đối và vô số lý thuyết hạt khác – giống như những tương tác của các gluon bên trong các proton – là thứ chắc chắn về mặt toán học: chúng có những cấu trúc toán học chặt chẽ, trong những tiêu chuẩn nhất định.
Tuy nhiên, với lý thuyết dây thì chưa từng có câu hỏi tương tự được trả lời: cái gì là tiêu chuẩn xác quyết bằng việc lựa chọn về mặt toán học từ bộ tập hợp của mọi lý thuyết có thể?
Trong bài báo này, các nhà khoa học khám phá ra một cách tự thúc đẩy những biên độ dây đó – cụ thể, xây dựng chúng thông qua việc sáng tạo các công thức toán học. Bằng việc hoàn thiện các điều kiện toán học cụ thể dựa trên công thức của chúng cho các biên độ tán xạ – miêu tả cách các hạt tương tác và hình thành – nhóm nghiên cứu đã khám phá ra các biên độ tán xạ của lý thuyêt dây xuất hiện như một câu trả lời thích hợp duy nhất.
“Bài báo này đem lại một câu trả lời cho câu hỏi lý thuyết dây lần đầu tiên”, theo Grant Remmen, một nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ nhận học bổng James Arthur Postdoctoral Fellow ở Trung tâm vũ trụ học và vật lý hạt NYU và là một trong những tác giả của bài báo.
“Giờ đây các điều kiện toán học đó đã được phát lộ, nó giúp chúng ta tiến gần hơn đến hiểu biết về việc liệu lý lý thuyết dây có miêu tả được vũ trụ của chúng ta không và nếu có thì tại sao”.
Các tác giả của bài báo, bao gồm Clifford Cheung, giáo sư vật lý lý thuyết ở Caltech, và Aaron Hillman, một postdoct Caltech, cho biết thê rằng đột phá này có thể hữu dụng đối với hiểu biết sâu sắc hơn về hấp dẫn lượng tử – nó có thể xem xét sự hòa hợp với thuyết tương đối của Einstein, lý thuyết giải thích hấp dẫn ở quy mô lớn, với cơ học lượng tử, lý thuyết mô tả hành xử của các hạt ở quy mô nhỏ nhất.
“Cách tiếp cận này mở ra một lĩnh vực mới cho nghiên cứu trong phân tích về sự độc đáo của các biên độ dây”, Remmen giải thích. “Sự phát triển của các công cụ đã được phác thảo trong nghiên cứu của chúng tôi có thể hữu ích trong việc tìm hiểu những biến dạng của lý thuyết dây, cho phép chúng ta lập bản đồ không quan của những khả năng có thể với hấp dẫn lượng tử”.
Thanh Lan dịch từ ew York University
