Hấp dẫn từ entropy: Cách tiếp cận mới thống nhất cơ học lượng tử và hấp dẫn
Trong một nghiên cứu mới được xuất bản trên Physical Review D, Ginestra Bianconi, giáo sư toán ứng dụng tại ĐH London Queen Mary, đề xuất một khung khổ mới có thể làm cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về hấp dẫn và mối quan hệ của nó với cơ học lượng tử.
Nghiên cứu có tên “Hấp dẫn từ entropy”, giới thiệu một cách tiếp cận mới rút hấp dẫn từ lượng tử liên quan với entropy, bắc cầu qua khoảng trống giữa hai lý thuyết cơ bản nhất của vật lý: cơ học lượng tử và thuyết tương đối của Einstein.
Thách thức của hấp dẫn lượng tử
Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý đã vật lộn để hòa hợp các nguyên tắc của cơ học lượng tử với với nguyên tắc của thuyết tương đối. Trong khi cơ học lượng tử chi phối hành xử của các hạt ở những quy mô nhỏ nhất, thuyết tương đối miêu tả lực hấp dẫn ở quy mô vũ trụ. Việc thống nhất hai khung lý thuyết đó là một trong những mục tiêu khó bậc nhất của khoa học hiện đại.
Công trình của giáo sư Bianconi đưa ra một tầm nhìn mới bằng việc xử lý metric của không thời gian, một khái niệm chủ chốt của thuyết tương đối, như một toán tử lượng tử. Cách tiếp cận đổi mới đó sử dụng entropy tương đối lượng tử, một khái niệm của lý thuyết thông tin lượng tử, để miêu tả sự tác động lẫn nhau giữa hình học của không thời gian và vật chẩt.
Vai trò của entropy và trường G
Nghiên cứu mới giới thiệu một hành động entropy mới mà trong đó định lượng sự khác nhau giữa metric của không thời gian và metric cảm sinh bởi các trường vật chất.
Cách tiếp cận đó dẫn đến việc biến đổi các phương trình của Einstein mà ở cơ chế kểt cặp thấp, ví dụ các mức năng lượng thấp và độ cong nhỏ, rút gọn về các phương trình cổ điển của tương đối tổng quát. Tuy nhiên, lý thuyết này có thể đi xa hơn nữa, dự đoán sự đột sinh của hằng số vũ trụ dương nhỏ – một giá trị phù hợp với các quan sát thực nghiệm của sự giãn nở gia tốc của vũ trụ tôt hơn các lý thuyết trước đây.
Một đặc điểm quan trọng của lý thuyết này là giới thiệu trường G, một trường bổ trợ như một Phương pháp nhân tử Lagrange, một phương pháp tìm cực tiểu hoặc cực đại địa phương của một hàm chịu các điều kiện giới hạn. Trường G G không chỉ đóng vai trò quan trọng trong các phương trình biến đổi của hấp dẫn mà còn mở ra cánh cửa đến những cách diễn giải mới về vật chất tối – một thành phần bí ẩn chiếm một phần đáng kể khối lượng của vũ trụ này nhưng lại không thể quan sát trực tiếp.
Những gợi ý rộng hơn và những hướng tương lai
Những gợi ý của nghiên cứu này rất sâu sắc. Bằng việc gắn kết hấp dẫn với lý thuyết thông tin lượng tử, nghiên cứu này đem lại một con đường mới cho một lý thuyết thống nhất hấp dẫn lượng tử. Bên cạnh đó, trường G có thể mở ra những cái nhìn mới vào bản chất của vật chất tối, một câu đố tồn tại đã lâu của vũ trụ học.
“Công trình này đề xuẩt hấp dẫn lượng tử có một nguồn gốc entropy và đề xuất trường G có thể là một ứng viên cho vật chất tối”, giáo sư Bianconi giải thích. “Thêm vào đó, hằng số vũ trụ đột sinh do mô hình của chúng tôi dự đoán có thể giúp giải quyết được sự không thống nhất giữa các dự đoán lý thuyết và các quan sát thực nghiệm của sự giãn nở vũ trụ”.
Trong khi cần nghiên cứu sâu thêm để khám phá một cách đầy đủ gợi ý của lý thuyết này, nghiên cứu tái hiện một bước quan trọng để hiểu được bản chất cơ bản của vũ trụ này.
Công trình của giáo sư Bianconi thách thức hiểu biết thông thường và mở ra các con đường mới mẻ đầy hấp dẫn cho khám phá. Bằng việc xử lý không thời gian như một thực thể lượng tử và lấy entrophy liên kết với metric của không thời gian làm đòn bẩy, nghiên cứu này có thể tiến bước trên con đường hiểu sâu sắc hơn hấp dẫn, cơ học lượng tử và cả vũ trụ.
Thanh Phương dịch từ Queen Mary, University of London
