Lí thuyết dây là một nỗ lực nhằm thống nhất hai trụ cột của vật lí học thế kỉ 20 – cơ học lượng tử và thuyết tương đối của Albert Einstein – với một khuôn khổ chung có thể giải thích mọi thực tại vật chất. Nó thừa nhận rằng các hạt vật chất thật ra là những thực thể một chiều, giống sợi dây, có các dao động xác định các đặc tính của hạt, ví dụ như khối lượng và điện tích của chúng.
Ý tưởng phản trực giác này được phát triển lần đầu tiên vào thập niên 1960 và 1970, khi các dây được dùng để mô phỏng dữ liệu xuất hiện từ các máy va chạm hạ nguyên tử ở châu Âu. Các dây đem lại một phương thức toán học tao nhã để mô tả lực mạnh, một trong bốn lực cơ bản trong vũ trụ, lực liên kết hạt nhân nguyên tử với nhau.
Chủ đề lí thuyết dây vẫn nằm ngoài lề khoa học trong nhiều năm trời, mãi cho đến “cách mạng lí thuyết dây” vào năm 1984, khi các nhà lí thuyết Michael Green và John Schwarz lập ra các phương trình cho thấy làm thế nào các dây tránh được những mâu thuẫn nhất định vốn gây rắc rối cho các mô hình mô tả các hạt là các vật thể dạng chất điểm.
Thế nhưng lần đơm hoa đầu tiên này để lại cho các nhà nghiên cứu đến năm lí thuyết khác nhau giải thích cách các dây một chiều dao động trong một thực tại 10 chiều. Một cuộc cách mạng thứ hai xảy ra vào năm 1995, khi các nhà vật lí chỉ ra được rằng những ý tưởng khác biệt này thật ra đều liên quan với nhau và có thể kết hợp với một lí thuyết khác gọi là siêu hấp dẫn, nó hoạt động trong 11 chiều. Cách tiếp cận đó tạo ra hiện thân hiện nay của lí thuyết dây.
Lí thuyết dây là ý tưởng cấp tiếp cho rằng mọi hạt sơ cấp thật ra các vòng dây tí hon đang dao động. Ảnh: Robert Spriggs
Vén màn các bí ẩn
Lí thuyết dây là một trong các phương pháp được đề xuất nhằm tạo ra một lí thuyết của tất cả, một mô hình mô tả tất cả các hạt và các lực đã biết sẽ thay thế cho Mô hình Chuẩn của vật lí học, mô hình có thể giải thích mọi thứ trừ lực hấp dẫn. Nhiều nhà khoa học tin vào lí thuyết dây do bởi nét đẹp toán học của nó. Các phương trình của lí thuyết dây được mô tả thật đẹp, các các mô tả của nó về thế giới vật chất được xem là hết sức thỏa đáng.
Lí thuyết dây giải thích lực hấp dẫn thông qua một sợi dây dao động đặc biệt có các đặc tính tương ứng với hạt graviton giả định, một hạt cơ lượng tử sẽ mang lực hấp dẫn. Chuyện lí thuyết đòi hỏi 11 chiều để hoạt động – thay vì ba chiều không gian và một chiều thời gian mà chúng ta thường trải nghiệm – không khiến các nhà vật lí thôi ủng hộ nó. Chúng mô tả cách các chiều dư cuộn lại trong một không gian cực kì nhỏ bé, vào bậc 10-33 cm, kích cỡ đủ nhỏ nên chúng ta bình thường không thể phát hiện chúng.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng lí thuyết dây để cố gắng trả lời những câu hỏi cơ bản về vũ trụ, ví dụ cái xảy ra bên trong một lỗ đen, hoặc để mô phỏng các quá trình vũ trụ như Big Bang (Vụ Nổ Lớn). Một số nhà khoa học còn cố gắng sử dụng lí thuyết dây để giải quyết vấn đề năng lượng tối, thế lực bí ẩn làm tăng tốc độ dãn nở của không gian và thời gian.
Một theo đuổi không có hồi kết
Thế nhưng lí thuyết dây gần đây đã được xem xét kĩ lưỡng hơn. Phần lớn dự đoán của nó là không thể kiểm tra được với công nghệ hiện nay, và nhiều nhà nghiên cứu tự hỏi không biết họ có đang đi xuống một hang thỏ vô đáy không. Vào năm 2011, các nhà vật lí đã tụ họp tại Bảo toàn Lịch sử Tự nhiên Hoa Kì dự hội nghị Tranh luận Tưởng niệm Isaac Asimov, để bàn luận xem có nên biến lí thuyết dây thành một mô tả đúng của thực tại không.
“Phải chăng bạn đang đuổi theo một bóng ma, hay nhóm người các bạn đúng là quá ngốc nên không giải quyết được vấn đề?”, lời của Neil deGrasse Tyson, giám đốc Hayden Planetarium thuộc bảo tàng, ông cho biết các tiến bộ về lí thuyết dây đã được chắp vá trong những năm trước đây.
Những thách thức mới đây nhất của lí thuyết dây đến từ bản thân khuôn khổ của nó, nó dự đoán sự tồn tại của một con số khổng lồ, đến 10500 vũ trụ. Diện mạo đa vũ trụ này có vẻ cung ứng đủ khả năng mà, nếu các nhà nghiên cứu khảo sát chúng, họ sẽ bắt gặp một vũ trụ tương ứng phiên bản thực tại của chúng ta. Thế nhưng vào năm 2018, một bài báo có sức ảnh hưởng đề xuất rằng không phải chỉ một trong các vũ trụ giả định bí ẩn này trông giống với vũ trụ của chúng ta; đặc biệt, mỗi vũ trụ đều thiếu một mô tả về năng lượng tối như chúng ta hiểu hiện nay.
“Các nhà lí thuyết dây đề xuất một lượng vô số cấu trúc toán học chẳng có mối liên hệ nào với quan sát được biết cả,” phát biểu của nhà vật lí Sabine Hossenfielder tại Viện Nghiên cứu Cao cấp Frankfurt ở Đức, ông là một nhà phê bình lí thuyết dây.
Các nhà nghiên cứu khác vẫn cho rằng lí thuyết dây một ngày nào đó sẽ mang đến thành tựu. Viết trên tạp chí Physics Today, nhà vật lí Gordon Kane thuộc Đại học Michigan đề xuất rằng với các nâng cấp hiện đang được tiến hành, Máy Va chạm Hadron Lớn có thể mang lại bằng chứng cho lí thuyết dây trong tương lai gần trước mắt. Thế nhưng số phận tối hậu của lí thuyết dây thì, cho đến nay, vẫn còn mờ mịt.
Nguồn: LiveScience
