Tài liệu: Siêu thống nhất

Tài liệu

Tóm tắt nội dung

Liệu dinh lũy nói trên ta có thể vượt qua bằng cách đi vòng chăng? Các nhà lý đã suy tưởng đến việc vượt qua lý thuyết Thống nhất lớn
Siêu thống nhất

Nội dung

SIÊU THỐNG NHẤT

Liệu dinh lũy nói trên ta có thể vượt qua bằng cách đi vòng chăng? Các nhà lý đã suy tưởng đến việc vượt qua lý thuyết Thống nhất lớn bằng cách xây dựng một lý thuyết lớn hơn bao gồm cả 4 tương tác, nghĩa là có tương tác hấp dẫn.

Thoạt nhìn có thể nghĩ rằng xây dựng một lý thuyết Thống nhất như thế là điều không thể làm được. Cường độ của 4 tương tác đó khác biệt nhau quá xa. Ví dụ, lực hút hấp dẫn giữa electron và proton trong nguyên tử hyđro yếu hơn lực hút điện trường giữa chúng l039 lần.

Song nếu gia tăng năng lượng của các hạt và làm giảm khoảng cách giữa chúng thì tương tác hấp dẫn vốn yếu lúc ban đầu sẽ trở nên mạnh hơn. Ở năng lượng l0l9 GeV và ở khoảng cách tương tác giữa các hạt cỡ 10 - 33cm thì cường độ của tất cả 4 tương tác có thể so sánh với nhau và có các điều kiện để xảy ra siêu Thống nhất.

Theo các quan điểm hiện đại, ở những điều kiện năng lượng và khoảng cách nói trên (người ta gọi đó là những điều kiện Planck để tưởng nhớ nhà bác học người Đức May Planck) sẽ xảy ra vở kịch hoành tráng cơ bản của Vũ Trụ. Theo cách nói hình tượng của L. B. Okun: ''Ở đây là cái lò luyện đã đúc nên mọi quy luật của thế giới vật lý''.

Thật tiếc là chúng ta không có cơ may vào một lúc nào đó tạo được những điều kiện nói trên trong phòng thí nghiệm, chúng ta sẽ không có được những năng lượng lớn như vậy và cũng không chế tạo được những ''kính hiển vi'' có khả năng quan sát được những quá trình xảy ra ở những khoảng cách tế vi đến như vậy.

Nhà vật lý nổi tiếng người Mỹ D.Shremm đã nhận xét: ''Máy gia tốc kiểu như máy gia tốc tuyến tính Stanford muốn đạt năng lượng l019 GeV phải có độ dài từ Trái Đất đến sao  Centauri, một máy gia tốc như vậy cũng có điều thuận lợi là dễ tạo chân không trong máy, song làm thế nào để phân tích được các dữ liệu, đấy là chưa nói đến việc lấy ở đâu kinh phí khổng lồ để xây dựng nó, cho dù có huy động GDP của toàn thế giới''.

Chỉ còn đặt hy vọng vào phòng thí nghiệm của thiên nhiên, đó chính là vũ Trụ nếu ta nhìn từ bình diện Vũ Trụ học. Vũ Trụ trong quá trình giãn nở chắc chắn đã trải qua những giai đoạn (có điều là rất nhanh đến mức không tưởng tượng nổi) hội tụ được mọi điều kiện cần thiết cho thí nghiệm. Rất có thể từ những giai đoạn đó ta ghi nhận lại được những dấu vết gì chăng? Nếu tồn tại những vết tích đó thì chúng ta có thể phát hiện ra chúng và giải mã những bí mật của Vũ Trụ.

Hiện nay người ta đang tìm tòi một cách tiếp cận khác để giải quyết vấn đề. Nhờ sử dụng những siêu máy tính hiện đại, các nhà bác học kỳ vọng vào phương pháp mô hình hóa quá trình tiến hóa của toàn Vũ Trụ từ lúc sơ khai (tức từ Vụ Nổ Lớn - Big Bang) đến thời điểm hiện tại.


Người ta cài đặt vào máy tính những định luật đã được kiểm nghiệm cũng như các điều kiện ban đầu - các giả định của các nhà bác học về vật chất lúc xảy ra Vụ Nổ Lớn và những quá trình phải xảy ra sau đó. Nếu các nhà bác học đưa ra được những điều kiện ban đầu để máy tính cho lời giải mô tả phù hợp với hiện trạng của Vũ Trụ thì chúng ta có thể hy vọng rằng: các giả định đó là đúng đắn.

Song dẫu cho có được kết quả nào đó thì vẫn còn quá nhiều câu hỏi. Chẳng hạn chúng ta có thể đưa ra một trong các câu hỏi đó - cần phải chứng minh rằng chỉ có những điều kiện ban đầu đã đưa ra là dẫn đến hiện trạng của Vũ Trụ, còn bất cứ những điều kiện nào khác cũng không dẫn đến những gì đã xảy ra trong Vũ Trụ. Lẽ dĩ nhiên việc chứng minh ''định lý về sự duy nhất” đó là không thực hiện được, cho nên phải đưa ra nhiều phương án khác nhau tiệm cận chân lý.

 

CHÂN KHÔNG

Về chân không bạn biết đủ hay chăng.

J. W Goethe. “Faust”

Hai mươi ba thế kỷ trước, Anstotle đã nói: ''Công việc của nhà vật lý là xem xét vấn đề chân không, xem nó có tồn tại hay không và tồn tại trong dạng thức nào, và chân không là gì?''. Từ đó đến nay vấn đề này luôn chiếm lĩnh suy tư của các nhà khoa học ham muốn hiểu biết cấu tạo của Vũ Trụ. Nhiều lời giải cho bài toán trên đã được đưa ra trên cơ sở những ý tưởng lớn của Galilei, Descartes, Newton, Einstein.

Những người Hi Lạp cổ đại từng gọi chân không là cenon. Song thuật ngữ này bị thay thế bởi từ latinh vacuum (khoảng rỗng không). Từ vacuum tuy vẫn được dịch là ''chân không'', song hiện nay ''chân không vật lý'' là một đối tượng có ý nghĩa hoàn toàn khác với quan niệm của các nhà bác học thời cổ.

Theo quan điểm của vật lý hiện đại, chân không là trạng thái cơ bản (không bị kích thích) của trường. Một trạng thái như vậy được đặc trưng bởi mức năng lượng thấp nhất và ở đây không có một hạt thực nào cả. Song điều này không có nghĩa là chân không là ''rỗng không''.

Một trong những nguyên lý quan trọng của cơ học lượng tử là hệ thức bất định giữa độ chính xác năng lượng đo được của hạt và thời gian đo: , với = 1,05.10.-34J.s là hằng số Planck. Theo hệ thức này, dường như định luật bảo toàn năng lượng bị vi phạm: từ chân không xuất hiện một hạt với năng lượng e, song chỉ trong thời gian không dài quá . Thời gian ''tồn tại'' của những hạt như thế (những hạt này được gọi là những hạt ảo) là vô cùng ngắn ngủi. Các hạt này không thể trực tiếp ghi nhận bằng bất cứ thiết bị nào. Song các hạt biến rồi hại hiện này choán đầy ''chân không'', và khi đưa một hạt thực vào thì các hạt ảo này lại hiển hiện ra một cách gián tiếp.

Ví dụ, trong vùng chân không bao quanh electron tồn tại một đám mây các hạt electron và positron ảo (hiện tượng này gọi là sự phân cực của chân không). Trong hiện tượng này, các positron ảo bị electron hút còn các electron ảo thì bị đẩy. Do đó điện tích của electron, nếu quan sát từ xa, chịu tác động của hiệu ứng (màn) che chắn một phần, sẽ bị giảm so với giá trị thực của mình là càng nhỏ đi nếu khoảng cách quan sát càng xa hơn. Ngược lại, nếu đi sâu xuyên qua đám mây các hạt ảo thì hiệu ứng che chắn yếu đi và điện tích electron sẽ lớn lên.

Như vậy điện tích lại là một đại lượng thay đổi, hay như cách nói của các nhà vật lý, thì đó là một hằng số chạy. Tương tự như thế các hằng số tương tác yếu và tương tác mạnh cũng là những ''hằng số chạy'', chỉ có điều khác là khi khoảng cách quan sát tăng lên thì chúng không giảm đi (như trong trường hợp điện tích) mà lại tăng lên. Mặt khác cũng theo nguyên lý bất định (song dưới một dạng khác), khi hai hạt tương tác càng gần nhau thì xung lượng chúng trao đổi càng lớn:

                       

Như vậy, các hằng số, đặc trưng cho các tương tác cơ bản, phụ thuộc không những vào khoảng cách mà còn vào xung lượng trao đổi. Điện tích tăng với xung lượng, song tích tương ứng của tương tác mạnh và tương tác yếu thì lại giảm. Với một trị số xác định của xung lượng ứng với năng lượng 1015 GeV, các hằng số chạy sẽ bằng nhau và cả ba tương tác thống nhất lại thành một.

Ở mức sâu hơn, ở khoảng cách vô cùng nhỏ cỡ 10-35m, thì tính chất của chính không thời gian bắt đầu thay đổi. Những hạt ảo biến và hiện hỗn độn có năng lượng cao sẽ làm cong vùng không – thời gian lân cận. Và xuất hiện một cấu trúc tựa như những bọt vì sự thăng giáng của các khoảng cách và của các thời đoạn, những sự thăng giáng này hiển hiện thành những ''hốc con'''và những ''cầu nối'' vụt hiện ra, vụt biến mất trong không - thời gian. Kích thước của những hình tôpô này nhỏ hơn bán kính proton một số lần bằng cỡ số lần proton nhỏ hơn Mặt Trời.

Chính ở bức tranh này mà ranh giới giữa tương tác hấp dẫn và ba tương tác còn lại biến mất dần và vì thế người ta bắt đầu hiểu rằng cái điều cơ bản nhất của thế giới chúng ta, làm nền móng cho mọi cấu trúc thượng tầng, lại chính là chân không - đối tượng vật lý quan trọng nhất của mọi nghiên cứu.




Nguồn: bachkhoatrithuc.vn/encyclopedia/1144-02-633397195272031250/Bai-tho-tu-tuyet-cua-tu-nhien/Sieu-thong-...


Chưa có phản hồi
Bạn vui lòng Đăng nhập để bình luận