Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 42)

VẬT CHẤT TỐI VÀ CÁC DÂY

Trong cùng một cách, lý thuyết dây có thể được chứng minh thông qua một loạt các bài kiểm tra gián tiếp. Vì mỗi dao động của vòng dây kia tương ứng với một hạt, chúng ta có thể, trong các máy gia tốc hạt của chúng ta, tìm kiếm các hạt hoàn toàn mới đại diện cho "quãng tám" cao hơn của vòng dây ấy. Hy vọng là bằng cách đập vỡ các proton với nhau ở hàng nghìn tỷ volts, bạn sẽ tạo ra một hạt mới trong số các mảnh vỡ được dự đoán bởi lý thuyết dây. Điều này, quay trở lại, có thể giúp giải thích một trong những vấn đề lớn chưa được giải quyết trong thiên văn học.

Vào những năm 1960, khi các nhà thiên văn học kiểm tra vòng quay của thiên hà Milky Way, họ đã tìm thấy một thứ gì đó kỳ lạ. Nó quay nhanh đến mức, theo định luật Newton, nó sẽ bay xa nhau, nhưng thiên hà đã ổn định trong khoảng 10 tỉ năm. Trên thực tế, thiên hà quay nhanh hơn khoảng 10 lần so với cơ học Newton truyền thống.

Điều này đặt ra một vấn đề to lớn. Phương trình Newton là sai (gần như không tưởng tượng được) hoặc có một vầng hào quang vô hình xung quanh các thiên hà, tăng khối lượng của chúng đủ cho lực hấp dẫn để giữ chúng lại với nhau. Điều này có nghĩa là có lẽ những hình ảnh chúng ta thấy về các thiên hà tuyệt đẹp với các cánh tay xoắn ốc tuyệt đẹp của chúng là điều không đầy đủ, chúng thực sự được bao quanh bởi một vầng hào quang vô hình khổng lồ gấp 10 lần thiên hà nhìn thấy được. Vì các bức ảnh của các thiên hà chỉ cho thấy khối lượng xoáy sao xinh đẹp, bất cứ thứ gì giữ khối lượng với nhau không được tương tác với ánh sáng - nó phải là vô hình.

Các nhà vật lý học thiên thể gọi thứ còn thiếu này là "vật chất tối". Sự tồn tại của nó buộc họ phải sửa đổi lý thuyết của họ, mà nói rằng vũ trụ được tạo ra chủ yếu là các nguyên tử. Bây giờ chúng ta có bản đồ vật chất tối trong vũ trụ. Mặc dù nó là vô hình, nó uốn cong ánh sáng sao cũng giống như bất cứ thứ gì có khối lượng. Do đó, bằng cách phân tích sự biến dạng của ánh sáng sao xung quanh các thiên hà, chúng ta có thể sử dụng máy tính để tính toán sự hiện diện của vật chất tối và lập bản đồ phân bố của nó băng ngang (từ đầu này đến đầu bên kia) vũ trụ. Đủ chắc chắn, bản đồ này cho thấy rằng hầu hết tổng khối lượng của một thiên hà tồn tại dưới dạng này.

Ngoài việc vô hình, vật chất tối có hấp dẫn/trọng lực, nhưng bạn không thể cầm nó trong tay. Vì nó không tương tác với các nguyên tử (vì nó là trung tính điện) nó sẽ thấm đi qua bàn tay của bạn, sàn nhà, và qua lớp vỏ trái đất. Nó sẽ dao động hay di chuyển tới lui giữa New York và Australia như thể Trái Đất không tồn tại chút nào, ngoại trừ việc nó sẽ bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn của Trái Đất. Vì vậy, mặc dù vật chất tối là vô hình, nó vẫn tương tác thông qua lực hấp dẫn với các hạt khác.

Một giả thuyết là vật chất tối là rung động cao hơn của siêu dây. Ứng cử viên hàng đầu là siêu đối tác của photon, được gọi là "photino" hoặc "photon nhỏ". Nó có tất cả các thuộc tính đúng là vật chất tối: nó là vô hình bởi vì nó không tương tác với ánh sáng, nhưng nó có trọng lượng và ổn định.

Có một số cách để chứng minh giả thuyết này. Đầu tiên là tạo ra vật chất tối trực tiếp với Large Hadron Collider bằng cách đập các proton vào nhau. Trong một thời gian ngắn, một hạt vật chất tối sẽ được hình thành bên trong máy gia tốc. Nếu điều này là khả dĩ, sẽ có thể có một cú đập vỡ nát nền tảng đang có nơi khoa học. Nó sẽ đại diện cho lần đầu tiên trong lịch sử rằng một dạng vật chất mới đã được tìm thấy, thứ ấy không dựa trên các nguyên tử. Nếu LHC không đủ mạnh để tạo ra vật chất tối, thì có lẽ ILC có thể.

Ngoài ra còn có một cách khác để chứng minh giả thuyết này. Trái đất đang di chuyển trong gió của vật chất tối vô hình này. Hy vọng là một hạt vật chất tối có thể đập vào trong một proton bên trong một máy dò hạt, tạo ra một cơn mưa của các hạt hạ nguyên tử có thể được chụp ảnh. Hiện nay, có các nhà vật lý trên khắp thế giới đang kiên nhẫn chờ đợi để tìm ra chữ ký của một vụ va chạm giữa vật chất và vật chất tối trong máy dò của họ. Có một giải Nobel đang chờ nhà vật lý đầu tiên làm điều ấy.

Nếu vật chất tối được tìm thấy, hoặc với các máy gia tốc hạt hoặc với các cảm biến đặt trên mặt đất, chúng ta sẽ có thể so sánh các tính chất của nó với những tính chất được tiên đoán bởi lý thuyết dây. Bằng cách này, chúng ta sẽ có bằng chứng để đánh giá tính hợp lệ của lý thuyết.

Mặc dù việc tìm kiếm vật chất tối sẽ là một bước tiến lớn trong việc chứng minh lý thuyết dây, các bằng chứng khác là có thể. Ví dụ, định luật hấp dẫn của Newton điều chỉnh chuyển động của vật thể lớn như sao và hành tinh, nhưng ít được biết về lực hấp dẫn tác động lên khoảng cách nhỏ, như một vài inch hoặc vài feet. Vì lý thuyết dây yêu cầu các chiều không gian cao hơn, điều này có nghĩa là định luật nghịch đảo bình phương nổi tiếng của Newton (lực hấp dẫn giảm theo tỷ lệ với bình phương của khoảng cách) nên bị vi phạm ở khoảng cách nhỏ vì định luật Newton được dựa trên ba chiều. (Ví dụ, nếu không gian là bốn chiều, thì lực hấp dẫn sẽ giảm theo tỉ lệ với lập phương nghịch đảo của khoảng cách. Cho đến nay, các thử nghiệm về định luật hấp dẫn của Newton không cho thấy bất kỳ bằng chứng nào về chiều cao hơn, nhưng các nhà vật lý vẫn không từ bỏ.)

Một cách khác có thể là gửi các máy dò sóng hấp dẫn vào không gian. Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế Laser (LIGO - The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) có trụ sở tại Louisiana và Tiểu bang Washington đã thành công trong việc thu thập các sóng hấp dẫn từ va chạm của các lỗ đen vào năm 2016 và va chạm các sao neutron vào năm 2017. Một phiên bản sửa đổi được thiết lập trong không gian là Giao thoa Kế Laser Anten Không Gian (LISA - Laser Interferometer Space Antenna) có thể phát hiện sóng hấp dẫn ngay lập tức từ BigBang. Hy vọng ở đây là người ta có thể "chạy tua băng video ngược về trước" và đưa ra giả thuyết về bản chất của thời đại trước-Bigbang. Điều này sẽ cho phép kiểm tra thô sơ một số dự đoán về lý thuyết dây liên quan đến vũ trụ trước-Bigbang.

LÝ THUYẾT DÂY VÀ CÁC LỖ SÂU

Các thí nghiệm khác về lý thuyết dây có thể liên quan đến việc tìm kiếm các hạt kỳ lạ khác được dự đoán bởi lý thuyết, chẳng hạn như lỗ đen vi mô, giống như các hạt hạ nguyên tử.

Chúng ta đã thấy cách vật lý cho phép chúng ta suy đoán về các nền văn minh trong tương lai, tạo ra các giả thuyết hợp lý dựa trên mức tiêu thụ năng lượng của họ. Nền văn minh có thể được dự kiến sẽ phát triển từ một nền văn minh hành tinh loại I đến nền văn minh cấp sao Loại II và cuối cùng là một nền văn minh cấp thiên hà loại III. Một nền văn minh cấp thiên hà, đến lượt nó, có khả năng khám phá thiên hà qua các đầu dò von Neumann hoặc bằng cổng laser chuyển ý thức của chúng qua các thiên hà. Điểm mấu chốt là nền văn minh loại III có thể tiếp cận được năng lượng Planck, điểm mà không.thời gian trở nên không ổn định và có thể du hành nhanh hơn ánh sáng. Nhưng để tính toán vật lý của du hành nhanh hơn ánh sáng, chúng ta cần một lý thuyết vượt khỏi lý thuyết của Einstein, đó cũng có thể là lý thuyết dây.

Hy vọng là sử dụng lý thuyết dây, chúng ta sẽ có thể tính toán các hiệu chỉnh lượng tử cần thiết để phân tích các hiện tượng kỳ lạ như du hành thời gian, du lịch xuyên các chiều không gian, hố sâu và những gì đã xảy ra trước BigBang. Ví dụ, giả định rằng một nền văn minh loại III có khả năng thao tác các lỗ đen và do đó tạo ra một cổng vào một vũ trụ song song thông qua một wormhole. Nếu không có lý thuyết dây, không thể tính toán điều gì xảy ra khi bạn tiến vào đó. Nó sẽ phát nổ? Bức xạ hấp dẫn sẽ đóng nó ngay khi bạn bước vào nó? Bạn sẽ có thể vượt qua nó và còn sống để kể về nó?

Lý thuyết dây phải có khả năng tính toán lượng bức xạ hấp dẫn mà bạn sẽ gặp phải khi bạn đi qua lỗ sâu và trả lời những câu hỏi này.

Một câu hỏi được tranh luận sôi nổi khác giữa các nhà vật lí là điều gì sẽ xảy ra nếu bạn đi vào hố sâu và đi ngược thời gian. Nếu bạn sau đó làm chết ông nội của bạn trước khi bạn được sinh ra, liền theo đó bạn có một nghịch lý. Làm thế nào bạn có thể tồn tại ở tất cả phương diện nếu bạn chỉ đơn giản là sát hại tổ tiên của bạn? Lý thuyết của Einstein thực sự cho phép du hành thời gian (nếu năng lượng âm tồn tại) nhưng không nói gì về cách giải quyết những nghịch lý này. Lý thuyết dây, bởi vì nó là một lý thuyết hữu hạn trong đó tất cả mọi thứ có thể được tính toán, nên có khả năng giải quyết tất cả những nghịch lý xoắn văn-tâm trí kiểu này.(Ý kiến cá nhân nghiêm khắc của tôi là: con sông thời gian chảy chia vào hai con sông khi bạn tiến vào một cỗ máy thời gian - nói cách khác, dòng thời gian tách ra. Điều này có nghĩa là bạn đã sát hại ông nội của người khác trông giống như ông của chính bạn nhưng tồn tại trong một dòng thời gian khác trong một vũ trụ thay thế. Vì vậy, vũ trụ giải quyết mọi nghịch lý thời gian.)

Tuy nhiên, hiện nay, vì tính phức tạp của toán học của lý thuyết dây, các nhà vật lý đã không thể áp dụng nó vào những câu hỏi này. Đây là một vấn đề toán học, không phải là một thử nghiệm, vì vậy có lẽ một ngày nào đó một nhà vật lý đáng tin cậy sẽ có thể tính toán một cách dứt khoát những tính chất của wormhole và hyperspace. Thay vì suy đoán một cách nhàn rỗi về du hành nhanh hơn ánh sáng, một nhà vật lý sử dụng lý thuyết dây có khả năng xác định xem điều này có thể xảy ra hay không. Nhưng chúng ta sẽ không phải đợi cho đến khi lý thuyết được hiểu đầy đủ để đưa ra quyết định này.

KẾT THÚC NHỮNG CUỘC DI DÂN?

Vì rằng, có khả năng một nền văn minh loại III có thể sử dụng một lý thuyết lượng tử hấp dẫn để đạt được các tàu không gian tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Nhưng những tác động của điều này đối với nhân loại là gì?

Trước đó, chúng ta lưu ý rằng một nền văn minh loại II, bị ràng buộc bởi tốc độ ánh sáng, có thể thiết lập các thuộc địa không gian mà cuối cùng phân nhánh, tạo ra nhiều dòng di truyền riêng biệt mà sau cuối có thể mất tất cả liên lạc với hành tinh mẹ.

Câu hỏi vẫn còn, Điều gì sẽ xảy ra khi một nền văn minh Loại III nắm vững năng lượng Planck và bắt đầu tiếp xúc với các nhánh nhân loại này?

Lịch sử có thể lặp lại chính nó. Ví dụ, the Great Diaspora – cuộc di cư vĩ đại từ những ngàn năm trước nơi châu phi, đã kết thúc với sự xuất hiện của máy bay và công nghệ hiện đại, tạo cho chúng ta một mạng lưới giao thông quốc tế nhanh chóng. Hôm nay, chúng ta có thể thực hiện một chuyến đi ngắn trên các lục địa đã từng lấy của tổ tiên của chúng ta hàng chục ngàn năm để vượt qua.

Tương tự, khi chúng ta chuyển từ nền văn minh loại II sang nền văn minh loại III, theo định nghĩa, chúng ta có đủ sức mạnh để khám phá năng lượng Planck, điểm mà không-thời gian trở nên không ổn định.

Nếu chúng ta cho rằng điều này làm cho việc di chuyển nhanh hơn ánh sáng có thể xảy ra, điều đó có nghĩa là nền văn minh Loại III có thể hợp nhất các thuộc địa Loại II khác nhau đã trải rộng trên khắp thiên hà. Với di sản nhân loại chung của chúng ta, nó có thể tạo ra một nền văn minh thiên hà mới, như được hình dung bởi Asimov.

Như chúng ta đã thấy trước đây, số lượng phân kỳ di truyền mà nhân loại có thể trải qua hàng chục nghìn năm trong tương lai gần bằng với sự phân kỳ đã xảy ra từ cuộc Đại Di Dân. Điểm mấu chốt là chúng ta đã duy trì nhân loại của chúng ta trong suốt quá trình. Một đứa trẻ, sinh ra trong một nền văn hóa, có thể dễ dàng lớn lên và trưởng thành trong một nền văn hóa hoàn toàn khác, ngay cả khi hai nền văn hóa có thể được tách ra bởi một lỗ hổng văn hóa rộng lớn.

Điều này cũng có nghĩa là các nhà khảo cổ loại III, tò mò về di cư của con người cổ đại, có thể cố gắng tìm lại các tuyến di cư xa xưa của các nhánh khác nhau nơi các nền văn minh loại III trên khắp thiên hà. Các nhà khảo cổ học thiên văn có thể tìm kiếm các dấu hiệu của các nền văn minh loại II cổ đại khác nhau.

Trong phần Foundation saga, các anh hùng của chúng ta đang tìm kiếm hành tinh của tổ tiên đã sinh ra Đế chế Thiên hà, tên và địa điểm đã bị mất trong sự hỗn loạn của thời tiền sử thiên hà. Với số lượng dân số trong hàng nghìn tỷ, với hàng triệu hành tinh có người ở, điều này có vẻ như là một nhiệm vụ vô vọng. Nhưng bằng cách khám phá những hành tinh cổ xưa nhất trong thiên hà, họ tìm thấy tàn tích của các thuộc địa hành tinh sớm nhất. Họ thấy cách các hành tinh bị bỏ rơi vì chiến tranh, bệnh tật và các thiên tai khác.

Tương tự như vậy, một nền văn minh loại III có thể xuất hiện từ một nền văn minh loại II và cố gắng hồi tưởng lại các nhánh khác nhau đã được khám phá nhiều thế kỷ trước đó bởi các phi thuyền không gian tốc độ dưới tốc độ ánh sáng. Cũng giống như nền văn minh hiện tại của chúng ta được ra phong phú là bởi sự hiện diện của rất nhiều loại nền văn hóa khác nhau, mỗi cái đều có lịch sử và quan điểm khác nhau, một nền văn minh loại III có thể được làm giàu bằng cách tương tác với nhiều nền văn minh phân tách khác nhau vốn đã xuất hiện trong nền văn minh loại II.

Vì vậy, việc tạo ra các phi thuyền không gian nhanh hơn tốc độ ánh sáng, có thể làm cho giấc mơ của Asimov trở thành hiện thực, thống nhất nhân loại thành một nền văn minh thiên hà.

Như Sir Martin Rees đã nói, "Nếu con người tránh tự hủy diệt, thời đại hậu con người vẫy gọi. Cuộc sống từ trái đất có thể lan truyền qua toàn bộ thiên hà, phát triển thành một sự phức tạp đầy trẫy vượt xa những gì chúng ta có thể khao khát hay tưởng tượng. Nếu vậy, hành tinh nhỏ bé của chúng ta - chấm xanh nhạt trôi nổi trong không gian này - có thể là nơi quan trọng nhất trong toàn bộ Galaxy. Những người du hành giữa các vì sao bước đi đầu tiên từ Trái đất sẽ có nhiệm vụ cộng hưởng qua toàn bộ Thiên hà và xa xa hơn nữa. "

Nhưng cuối cùng bất kỳ nền văn minh tiên tiến nào cũng sẽ phải đối mặt với thử thách cuối cùng đối với sự tồn tại của họ, đó là sự kết thúc của chính vũ trụ. Chúng ta phải đặt câu hỏi, Có thể một nền văn minh tiên tiến, với tất cả công nghệ rộng lớn của nó tránh được cái chết của mọi thứ có ở đấy? Có lẽ hy vọng duy nhất cho cuộc sống thông minh là phát triển thành một nền văn minh loại IV.

TƯƠNG LAI NHÂN LOẠI - MICHIO KAKU
Bản dịch của ĐỖ BÁ HUY
Phần tiếp theo >>