Thuyết tương đối rộng chỉ là một trong những cột trụ của vật lí học hiện đại. Cột trụ kia là cơ học lượng tử, lí thuyết mô tả cái xảy ra ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử. Hiện thân hiện đại của nó, lí thuyết trường lượng tử, đã đặc biệt thành công ở việc mô tả và tiên đoán hành trạng của các hạt và các lực cơ bản.
Thách thức chính hiện nay là kết hợp hai quan điểm đó thành một lí thuyết thống nhất, gọi là lí thuyết hấp dẫn lượng tử. Một lí thuyết như vậy sẽ cần thiết cho việc giải thích những thời khắc đầu tiên của Big Bang, khi vũ trụ đậm đặc, nóng và nhỏ bé, hoặc cái xảy ra ở gần kì dị tại nhân của các lỗ đen, nơi các hiệu ứng vật lí lượng tử có thể cạnh tranh với các hiệu ứng của thuyết tương đối rộng.
Một lời giải cho sự hấp dẫn lượng tử là các dây ở xung quanh chúng ta? (Ảnh: Michael Banks/Getty)
Mặc dù cho đến nay vẫn chưa có lí thuyết cuối cùng của sự hấp dẫn lượng tử, nhưng đã có một vài lí thuyết ứng cử viên đang được khảo sát sôi nổi. Một là lí thuyết dây, mô tả các thành phần cơ bản của vật chất không phải dạng những hạt kiểu chất điểm mà là các dây vi mô đang dao động. Tùy thuộc vào chúng dao động như thế nào, các dây đó sẽ được cảm nhận là những hạt khác nhau – bao gồm cả graviton, hạt được cho là mang lực hấp dẫn.
Một khả năng nữa là không-thời gian không trơn mà cấu thành từ những viên gạch cấu trúc rời rạc tương tác lẫn nhau. Hệ quả là nếu chúng ta có thể khảo sát kĩ lưỡng cấu trúc tinh vi của nó, thì nó có thể trông giống như một cái bọt không-thời gian rỗng. Trong những lí thuyết như vậy, cái chúng ta cảm nhận là không-thời gian uốn cong và cuộn nhẵn lại trong sự có mặt của vật chất chỉ là một hiện tượng nổi lên che giấy hành trạng cơ bản hơn ở cấp độ nhỏ.
Việc đi tìm lí thuyết hấp dẫn lượng tử được người ta cho là thách thức lớn nhất mà vật lí học hiện đại đang đối mặt. Một trong các khó khăn là nó chỉ thật sự tự hiển hiện ở những mức năng lượng cao cực độ, nằm ngoài tầm với thực nghiệm của chúng ta. Các nhà vật lí hiện đang đối mặt trước nhiệm vụ nghĩ ra các thí nghiệm và các quan sát thiên văn có thể kiểm tra các lí thuyết ứng cử viên của sự hấp dẫn lượng tử trong thế giới thực.
- Xuân Nguyễn dịch (Theo New Scientist)
