Khám phá quỹ đạo lượng tử – nơi thuyết tương đối và cơ học lượng tử giao nhau. Tìm hiểu cách lý thuyết đột phá này có thể kết nối hai hệ điều hành vật lý hiện đại và mở ra bí mật sâu xa nhất của vũ trụ.
Bạn đã bao giờ tự hỏi liệu vũ trụ mà chúng ta quen thuộc có thực sự đã được hiểu hết chưa?
Lực điện từ, lực mạnh, lực yếu, tất cả đều đã được vật lý lượng tử mô tả một cách chính xác.
Chỉ riêng lực hấp dẫn vẫn như một bí ẩn, đứng ngoài cánh cửa của thế giới lượng tử.
Hiện nay, một lý thuyết hoàn toàn mới đến từ Phần Lan có thể đang âm thầm thay đổi tất cả những điều này.
Nó không chỉ tái định hình cách chúng ta hiểu về lực hấp dẫn, mà còn có thể là bước then chốt dẫn đến lý thuyết về mọi thứ. Hôm nay, hãy cùng nhau bắt đầu một hành trình, băng qua không gian tám chiều, giải mã bí ẩn của kỳ dị điểm, và xem lực hấp dẫn có thể thực sự được lượng tử hóa như thế nào.
Đúng vậy, bạn không nghe nhầm đâu. Một trong những vấn đề nan giải nhất của giới khoa học có lẽ cuối cùng cũng đã lóe lên tia hy vọng đột phá. Đây là một hành trình truy cầu đã kéo dài suốt nửa thế kỷ. Các nhà khoa học đã làm việc ngày đêm, không chỉ để giải đáp những bài toán trong sách giáo khoa, mà còn để xây dựng một bức tranh hoàn chỉnh và thống nhất về các quy luật tự nhiên. Một câu trả lời tối thượng có thể hợp nhất tất cả các lực cơ bản vào cùng một khuôn khổ lý thuyết. không phải là điều viển vông, mà là một giấc mơ được gọi là lý thuyết đại thống nhất. Một công thức toán học đẹp đẽ và súc tích, có thể giải thích rõ ràng từ va chạm vi mô của các hạt cho đến tốc độ giãn nở của vũ trụ, giống như từng mảnh kính trong ống kính vạn hoa đều ghép lại thành một bức tranh hoàn hảo. Ba loại lực tự nhiên này kiểm soát ánh sáng, bên trong hạt nhân nguyên tử cũng như sự phân rã phóng xạ, đã được đưa vào thành công trong đại gia đình vật lý lượng tử. Chúng tuân theo một hệ thống lý thuyết được gọi là Mô hình Chuẩn, và suốt nhiều thập kỷ qua, hệ thống này luôn là quy tắc vàng của vật lý hạt. Thế nhưng, lực hấp dẫn lại giống như một kẻ dị biệt bướng bỉnh, thà đứng một mình ở góc phòng chứ không chịu tham gia vào cuộc hội ngộ của vật lý học này.
Lực hấp dẫn giống như một người họ hàng nói một ngôn ngữ khác, dù bạn có cố gắng dịch thế nào đi nữa, nó vẫn không thể hoàn toàn hiểu được các quy tắc của thế giới lượng tử. Chồng chập xác suất, nguyên lý bất định, lưỡng tính sóng-hạt—tất cả những điều này, nó đều không chấp nhận.
Nhưng giờ đây, một lý thuyết đột phá đến từ Đại học Aalto ở Phần Lan có lẽ đang âm thầm viết lại lịch sử này. Đây không phải là kiểu vá víu hay sửa chữa truyền thống mà là một ý tưởng hoàn toàn mới, xuất phát từ gốc rễ và nhắm thẳng vào cốt lõi.
Bài báo này đưa ra một phương án chặt chẽ về mặt toán học, có cấu trúc nghiêm ngặt, có khả năng kéo lực hấp dẫn cứng đầu vào quỹ đạo của lượng tử. Đây không chỉ là một bước đột phá về lý thuyết, mà còn có thể là một bước nhảy vọt về chất trong việc chúng ta hiểu các quy luật vận hành của vũ trụ.
Tiếp theo, chúng tôi sẽ đưa bạn băng qua những vùng đất tiên phong của khoa học. Chúng tôi sẽ phân tích vì sao lực hấp dẫn lại khó nhằn đến vậy, và giải thích lý thuyết hoàn toàn mới này thực sự nói về điều gì. Còn nữa, tại sao nó có thể là chiếc chìa khóa mà chúng ta tìm kiếm bấy lâu, có thể mở ra cánh cửa bí ẩn tối thượng của vũ trụ. Cũng giống như trong máy tính có hai hệ điều hành hoàn toàn khác biệt là Windows và Mac, vật lý hiện đại thực ra cũng đang vận hành trên hai hệ điều hành không tương thích với nhau. Một bên là thuyết tương đối mô tả vũ trụ ở quy mô lớn, bên còn lại là cơ học lượng tử thống trị thế giới vi mô của các hạt.
Một bên là thuyết tương đối rộng, lý thuyết mang tính cách mạng do Einstein đề xuất vào năm 1915. Lý thuyết này cho chúng ta biết rằng, lực hấp dẫn không phải là một loại lực theo nghĩa truyền thống, mà là một hiện tượng hình học.
Khi một vật thể có khối lượng, nó sẽ làm không-thời gian xung quanh bị lõm xuống giống như một tấm cao su, các vật thể khác sẽ trượt theo những đường cong đó.
Đó chính là lực hấp dẫn mà chúng ta cảm nhận được.
Có thể nói, đây là một bản thơ hình học trong lịch sử vật lý.
Từ quả táo rơi thời Newton, đến sóng hấp dẫn mà con người phát hiện, rồi đến các hố đen quay quanh trung tâm dải Ngân Hà, tất cả đều được lý thuyết này giải thích một cách hoàn hảo, không hề mâu thuẫn. Còn ở phía bên kia, là cơ học lượng tử kỳ lạ hơn, khó hiểu bằng trực giác hơn, nó là chiếc kính lúp giúp chúng ta quan sát bên trong nguyên tử, khám phá hành vi của các hạt cơ bản, đồng thời cũng là toàn bộ cơ chế vận hành đứng sau công nghệ hiện đại.
Trong thế giới này, một electron có thể xuất hiện đồng thời ở hai nơi, một hạt có thể vừa ở lại vừa không ở một vị trí nào đó trước khi bạn quan sát nó. Mọi thứ đều giống như một canh bạc lượng tử không bao giờ dừng lại. Lý thuyết này dù có vẻ điên rồ, nhưng lại chính xác một cách kỳ diệu. Nó giúp chúng ta hiểu được liên kết hóa học hình thành như thế nào, phóng xạ phân rã ra sao, thậm chí còn giải thích được vì sao các vì sao lại cháy sáng.
Vũ trụ tiến hóa như thế nào? Tuy nhiên, vấn đề lại nằm chính ở đây. Hai lý thuyết này, thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử, giống như hai thiên tài, mỗi người giỏi ở lĩnh vực của mình nhưng lại không thể ngồi xuống đối thoại với nhau. Cấu trúc toán học, giả định cơ bản, thậm chí cả định nghĩa về thực tại của chúng đều hoàn toàn khác nhau.
Nói một cách đơn giản, thuyết tương đối giống như kể câu chuyện vĩ mô của vũ trụ bằng những câu văn mạch lạc trau chuốt, còn cơ học lượng tử lại mô tả các hiện tượng vi mô bằng ngôn ngữ rời rạc, nhảy vọt. Chúng hoàn toàn không sử dụng cùng một ngữ pháp. Một khi các nhà khoa học cố gắng áp dụng các quy tắc lượng tử lên lực hấp dẫn, đặc biệt là vào khoảnh khắc vũ trụ ra đời hoặc ở những nơi có mật độ cực đoan như lõi hố đen, thì những lập luận toán học vốn rất trật tự sẽ trở nên hỗn loạn như một bức tranh ghép bị đổ tung, các công thức không còn hội tụ và kết luận trở nên vô lý. Trong các phương trình, kết quả vô cực liên tục xuất hiện, gây đau đầu cho các nhà khoa học. Ví dụ như độ cong của không gian trở nên vô hạn, mật độ năng lượng cũng trở nên vô hạn, trong khi chúng ta biết rằng thế giới thực không bao giờ xuất hiện những giá trị vô hạn như vậy. Sự bùng nổ về mặt toán học này có nghĩa là bản thân mô hình đã bị phá vỡ. Einstein đã dùng bề mặt không-thời gian cong mượt để mô tả lực hấp dẫn, trong khi các hạt lượng tử lại giống như những con xúc xắc luôn nhảy loạn xạ, liên tục lật ngửa lật sấp một cách ngẫu nhiên; quỹ đạo chuyển động của chúng thì rời rạc, không liên tục, gần như đang chống lại tính thẩm mỹ của vật lý cổ điển. Trong các lý thuyết lượng tử về những lực khác, các nhà vật lý đã phát triển một kỹ thuật gọi là tái chuẩn hóa, có thể khéo léo biến những giá trị vô hạn đó trở nên có thể kiểm soát và tính toán được. Nhưng khi chúng ta cố gắng áp dụng cách này cho lực hấp dẫn, kỹ thuật đó hoàn toàn không hiệu quả. Giống như cắm nhầm chìa khóa vào ổ, xoay thế nào cũng không mở được. Chính vì vậy, lực hấp dẫn bị loại ra ngoài, mãi mãi không thể gia nhập.
Trong đại gia đình Mô hình Chuẩn mô tả ba lực còn lại, mặc dù mô hình này đã vô cùng thành công khi dự đoán sự tồn tại của các hạt như Higgs và boson, nhưng nó lại hoàn toàn im lặng về lực hấp dẫn, để lại một khoảng trống khổng lồ. Nói cách khác, chúng ta có thể dùng thuyết tương đối để giải thích cách các thiên hà quay, cách hố đen nuốt chửng vật chất, cũng như dùng cơ học lượng tử để giải thích chuyển động và tương tác của các hạt bên trong nguyên tử, nhưng chúng ta lại không thể đồng thời giải thích cả hai trong một hệ thống logic thống nhất.
Giống như vũ trụ có hai phiên bản sách hướng dẫn, nhưng chúng ta lại thiếu cuốn tổng hợp tất cả. Vì vậy, một khi chúng ta muốn tìm hiểu sâu hơn về những câu hỏi căn bản nhất, như vũ trụ bắt nguồn từ đâu? Không gian và thời gian đã được sinh ra từ hư vô như thế nào? Liệu trung tâm của hố đen thực sự chỉ là một điểm duy nhất không? Chúng ta sẽ nhận ra rằng, các lý thuyết vật lý hiện tại giống như một chiếc đèn pin, không thể chiếu sáng đến góc khuất đó, để lại một vùng tối lý thuyết không thể vượt qua.
Và chính trong tình thế tiến thoái lưỡng nan này, hai nhà khoa học Phần Lan Patanen và Turku đã đưa ra một ý tưởng mang tính đột phá; họ không cố gắng vá víu trong hệ thống cũ, mà thay vào đó đã tái cấu trúc hoàn toàn cách đặt vấn đề từ gốc rễ. Họ đã mở ra một con đường toán học hoàn toàn mới cho việc lượng tử hóa lực hấp dẫn. Thay vì nói rằng họ thêm vào một lực hấp dẫn, đúng hơn là họ đã ‘chuyển nhà’, tái nhúng lực hấp dẫn vào trong một khuôn khổ toán học gọi là lý thuyết chuẩn. Đây là ngôn ngữ chung hiện nay để mô tả lực điện từ, lực mạnh và lực yếu.
Họ cho rằng, có lẽ vấn đề không phải là lực hấp dẫn quá khó, mà là phương pháp trước đây của chúng ta hoàn toàn sai lầm. Nghe đã rất tiên phong rồi, phải không? Nhưng điều còn đáng kinh ngạc hơn là, phương án của họ không chỉ giới hạn trong không gian ba chiều quen thuộc cộng với một chiều thời gian, mà còn mở rộng ra một cấu trúc toán học gồm tám chiều.
Không gian tám chiều này không phải là thế giới xuyên không trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, mà là một không gian trừu tượng dưới góc nhìn toán học nghiêm ngặt, dùng để chứa đựng những đối xứng và quy luật vật lý phức tạp hơn. Trong cấu trúc tám chiều này, họ đã đưa vào một đối tượng toán học đặc biệt gọi là spinor( xoắn lượng), những spinor này không trực quan như vector, mà là công cụ để mô tả hành vi spin của hạt, là một trong những đơn vị hình học cơ bản nhất trong thế giới lượng tử. Bằng cách đưa vào tám spinor, họ đã xây dựng nên một cây cầu đối xứng giữa lực hấp dẫn và các lực cơ bản khác.
Nói cách khác, những spinor này không chỉ tồn tại một cách cô lập, mà còn tương tác với nhau trong không gian tám chiều theo những quy tắc phức tạp và chặt chẽ, cuối cùng tạo nên một cấu trúc có tính đối xứng cao và-Cấu trúc hình học tương ứng với Mô hình Chuẩn, điều này vô cùng quan trọng vì đối xứng là một trong những nguyên tắc cơ bản nhất của vật lý hiện đại.
Suy cho cùng, vật lý học hướng tới sự đối xứng, là vẻ đẹp thống nhất ẩn sau các quy luật. Từ bảo toàn điện tích đến bảo toàn năng lượng, đối xứng quyết định nhịp điệu và trật tự vận hành của vũ trụ. Còn trong lý thuyết của Patanin và Tolk, sự đối xứng này không những không bị phá vỡ mà còn được củng cố bởi các cấu trúc toán học ở chiều không gian cao hơn.
Đây chính là điểm thú vị nhất trong đề xuất của họ: họ không lật đổ vật lý hiện tại, mà dựa trên nền tảng đó để mở rộng ra một cách giải thích mới, đưa lực hấp dẫn vào cùng một hệ thống đối xứng lượng tử như lực điện từ. Sự tương thích này cho phép chúng ta thấy được khả năng thực sự hiện thực hóa được lý thuyết tương tự.
Tất nhiên, việc xây dựng một hệ lý thuyết hoàn chỉnh trong không gian tám chiều nghe có vẻ ấn tượng, nhưng để nó thực sự khả thi, cần phải thiết lập mối liên hệ rõ ràng giữa cấu trúc toán học trừu tượng này với thực tại bốn chiều mà chúng ta quen thuộc, tức là ba chiều không gian cộng với một chiều thời gian. Để làm được điều đó, nhóm nghiên cứu đã đưa vào một cơ chế toán học gọi là trường chiều không-thời gian.
Điều này giống như xây dựng một cây cầu dịch thuật giữa hai thế giới. Bạn có thể hình dung nó như một bộ chuyển đổi cao cấp, chuyên dùng để chuyển hóa các spinor và tính đối xứng trong không gian tám chiều thành biểu hiện của lực tổng hợp giữa các hạt trong không-thời gian bốn chiều.
Như vậy, mặc dù nền tảng lý thuyết nằm ở những chiều không gian mà chúng ta không thể trực quan cảm nhận, nó vẫn có thể phù hợp với các định luật vật lý mà chúng ta thu được từ các thí nghiệm trong phòng lab và quan sát thiên văn, không tách rời thực tế.
Và điều khiến người ta phấn khích nhất, cũng có lẽ là phần tiềm năng nhất, đó là lý thuyết này không chỉ đơn thuần là một trò chơi toán học, mà còn có khả năng giải quyết một trong những vấn đề nan giải và đau đầu nhất của vật lý học.
Trong quá khứ, một bức tường chết chóc từng cản trở mọi nỗ lực về lực hấp dẫn lượng tử chính là các giá trị vô cùng lớn, nhưng cấu trúc tám chiều của Patanin và Tolk đã vượt qua được rào cản đó.
Trong khuôn khổ của họ, vô cực không còn là một kết cục không thể tránh khỏi nữa, mà trở thành một cái bẫy có thể được né tránh một cách tinh tế. Họ đã áp dụng phương pháp tái chuẩn hóa, một kỹ thuật toán học tinh vi đã được chứng minh là hiệu quả trong điện động lực học lượng tử, để loại bỏ các kết quả vô hạn xuất hiện trong lý thuyết.
Trước đây, những nỗ lực tương tự đều thất bại khi đối mặt với lực hấp dẫn.
Nhưng trong khuôn khổ mới này, nó đã lần đầu tiên phát huy tác dụng.
Điều đó có nghĩa là lý thuyết này có khả năng vượt qua được những kiểm nghiệm sâu hơn. Các phép tính sơ bộ hiện tại cho thấy, ở mức xấp xỉ bậc một, tức là ở cấp độ tính toán cơ bản nhất, việc tái chuẩn hóa là khả thi. Thách thức tiếp theo là kiểm tra xem nó có còn ổn định khi đối mặt với độ phức tạp cao hơn hay không. Điều này giống như bạn xây một cây cầu lớn, thanh dầm thép đầu tiên có thể chịu được trọng lượng, bây giờ phải xem liệu cả cây cầu khi hoàn thành có thể chống chọi được với gió bão hay không. Nếu lý thuyết của họ tiếp tục đứng vững qua các thử nghiệm tiếp theo, điều đó sẽ đồng nghĩa với một sự chuyển mình mang tính căn bản.
Lực hấp dẫn, thứ từng là ngoại lệ không thể mô tả bằng ngôn ngữ lượng tử, có lẽ cuối cùng cũng có thể được đưa vào khuôn khổ tính toán quen thuộc của chúng ta, giống như lực điện từ hay lực hạt nhân, để xử lý trên cùng một nền tảng lý thuyết bằng những công cụ và mô hình toán học tương tự.
Không còn phải quét vấn đề xuống dưới tấm thảm nữa, cũng không cần phải né tránh những điểm kỳ dị toán học khó xử lý, lần này, có lẽ chúng ta thực sự đã tìm ra cách lật tấm thảm lên và dọn dẹp mọi thứ một cách gọn gàng.
Lực hấp dẫn không còn là ngoại lệ cần được đối xử đặc biệt, không còn cần một lý thuyết riêng biệt để giải thích hành vi của nó.
Giờ đây, nó có thể ngồi ngang hàng với ba lực còn lại trên bàn hội nghị, cùng tham gia vào cuộc thảo luận thống nhất các quy luật tự nhiên. Và điều then chốt của tất cả những điều này là, bước đột phá này không phải đạt được bằng cách hoàn toàn lật đổ các lý thuyết vật lý mà chúng ta đã có, mà là bằng cách dịch lực hấp dẫn sang ngôn ngữ mà chúng ta đã hiểu và tin tưởng— lý thuyết chuẩn tắc— để nó có thể hòa nhập suôn sẻ vào một hệ thống cấu trúc vốn đã tồn tại từ lâu.
Đây là một sự kế thừa, chứ không phải là một cuộc cách mạng, là một sự thống nhất tự nhiên được mở rộng từ bên trong. Tất nhiên, bản thân toán học phức tạp đã rất đáng ngưỡng mộ, nhưng điều thực sự khiến người ta cảm thấy phấn khích là con đường hiểu biết hoàn toàn mới mà nó mở ra cho phép chúng ta nhìn lại những bí ẩn của vũ trụ vốn dĩ đầy huyền bí, mơ hồ, thậm chí tưởng chừng như không thể giải đáp.
Ví dụ như hố đen, hiện tượng vừa bí ẩn vừa khiến con người kính nể trong vũ trụ này, có lẽ chính là một trong những phép thử cho lý thuyết mới này. Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, khi một ngôi sao sụp đổ tạo thành hố đen, lõi của nó sẽ co lại thành một điểm kỳ dị có mật độ vô hạn và thể tích cực nhỏ. Tại điểm đó, tất cả các quy luật vật lý đã biết đều không còn áp dụng được nữa, đó là điểm kết thúc của lý thuyết, là vực thẳm đen tối trong nhận thức của chúng ta. Tuy nhiên, nếu chúng ta có thể mô tả lực hấp dẫn thành công bằng ngôn ngữ lượng tử, thì có thể tránh được kết cục vô hạn này. Có lẽ điểm kỳ dị thực ra không tồn tại, mà chỉ là do giới hạn của lý thuyết của chúng ta mà thôi. Điều còn phấn khích hơn là lý thuyết này có thể mang lại tia hy vọng cho việc giải quyết nghịch lý thông tin mà Hawking đã nêu ra.
Theo nguyên lý của cơ học lượng tử, thông tin không bao giờ biến mất. Nhưng sau khi hố đen bốc hơi, thông tin dường như lại biến mất một cách bí ẩn. Mô hình mới này mang đến một khả năng, cho phép chúng ta vừa bảo toàn thông tin, vừa tránh rơi vào cái bẫy vô cực, từ đó xây dựng được một mô hình hoàn chỉnh và lượng tử hóa cho hành vi của hố đen.
Tất nhiên, vẫn còn một câu hỏi tối thượng khác: nguồn gốc của vũ trụ.
Vụ nổ lớn chính là điểm khởi đầu của thực tại mà chúng ta đang sống. Vào khoảnh khắc vũ trụ ra đời, khoảng cách giữa các hạt còn nhỏ hơn cả hạt nhân nguyên tử. Lực hấp dẫn và các hiện tượng lượng tử cùng xuất hiện, và sự tương tác giữa chúng đã quyết định vận mệnh của toàn bộ vũ trụ về sau.
Nhưng khi chưa có một lý thuyết thống nhất, những gì chúng ta có thể làm về khoảnh khắc đó chỉ là suy đoán toán học và diễn giải vật lý. Cơ chế thực sự vẫn còn là một bí ẩn.
Nếu lý thuyết này có thể hợp nhất thành công lực lượng tử với lực hấp dẫn, nó có thể cung cấp một công cụ để nhìn lại quá trình hình thành vũ trụ một cách chi tiết chưa từng có, và thậm chí có thể giải thích tại sao thời gian trôi chảy, tại sao vũ trụ lại giãn nở và không gian mà chúng ta biết đến là không gian hình thành như thế nào.
Để thực sự nhìn nhận vị trí và tiềm năng của lý thuyết mới của Barvinsky, chúng ta cần đặt nó vào bức tranh tổng thể của vật lý hiện đại để so sánh. Một trong những hệ quy chiếu quan trọng nhất là một lý thuyết hấp dẫn lượng tử nổi tiếng khác, đó là Lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng, gọi tắt là LQG.
Ý tưởng cơ bản của LQG rất độc đáo, nó không xem không gian như một phông nền liên tục và mượt mà, mà coi đó là một mạng lưới lượng tử được tạo thành từ các đơn vị nhỏ nhất, giống như một tấm vải vũ trụ được dệt nên từ những sợi chỉ nhỏ.
Thời gian và không gian đều được cấu thành từ những cấu trúc vòng nhỏ nhất này. LQG cũng có nhiều điểm đáng khen ngợi, nó rất tự nhất quán về mặt toán học, đồng thời có thể tránh được vấn đề kỳ dị một cách tự nhiên, ví dụ như khi mô phỏng lỗ đen hoặc Vụ Nổ Lớn sẽ không xuất hiện giá trị vô cùng lớn.
Tuy nhiên, nó cũng có một điểm yếu không thể bỏ qua, đó là rất khó tương thích với Mô hình Chuẩn, nghĩa là giữa nó và lý thuyết chủ đạo mô tả các lực giữa các hạt đã biết vẫn còn một khoảng cách lớn.
Mặc dù LQG làm khá tốt trong việc xây dựng không-thời gian, nhưng khi cố gắng đưa các lực như lực điện từ, lực yếu, lực mạnh vào cùng một khuôn khổ thì lại gặp rất nhiều khó khăn. Sự rời rạc này khiến nó khó có thể trở thành một lý thuyết trường thống nhất thực sự. Và chính ở vấn đề này, phương án của nhóm nghiên cứu tại Đại học Aalto lại thể hiện được ưu thế độc đáo.
Họ không thiết kế một hệ thống hoàn toàn mới từ đầu, mà dựa trên những nền tảng vật lý đã được chúng ta kiểm chứng để mở rộng ra một hướng hiểu biết mới.
Nói một cách đơn giản, đây không phải là một cuộc cách mạng hoàn toàn, mà là một sự nâng cấp mang tính tương thích. Họ không cố gắng phá bỏ tòa nhà cũ để xây lại từ đầu, mà lấy cấu trúc vật lý hạt hiện có, bao gồm tính đối xứng và nhóm chuẩn của Mô hình Chuẩn làm nền móng, rồi xây thêm một tầng mới có thể chứa được lực hấp dẫn.
Điểm hấp dẫn nhất chính là ở chỗ này: phương án này không phụ thuộc vào các hạt giả định mới, cũng không cố gắng tái cấu trúc toàn bộ vũ trụ, mà mở rộng ngôn ngữ đã có để đưa lực hấp dẫn vào trong phương trình thống nhất lớn.
Đây là một sự đổi mới trong sự bảo thủ, là một bước đột phá dựa trên sự tôn trọng thực tế. Quan trọng hơn, vì lý thuyết này được xây dựng trên nền tảng các lý thuyết có thể kiểm chứng hiện tại, nên bản thân nó cũng sở hữu đặc tính quý giá nhất của một lý thuyết khoa học: tính có thể bác bỏ.
Đây không phải là một mô hình chỉ để tự giải trí trong toán học, mà nó có khả năng tham gia vào các kiểm nghiệm thực nghiệm thực sự. Ví dụ, trong các máy gia tốc hạt lớn trong tương lai, chúng ta có thể sẽ quan sát được một số hành vi của các hạt mà —Những sai lệch nhỏ. Nếu những sai lệch đó phù hợp với dự đoán của lý thuyết này, thì đó sẽ là sự ủng hộ mạnh mẽ cho nó.
Tương tự, một số đặc điểm nhỏ trong các tín hiệu vũ trụ thời kỳ cực kỳ sơ khai được quan sát qua thiên văn học cũng có thể trở thành bằng chứng trực tiếp cho việc lý thuyết này đúng hay sai.
Tiềm năng của lý thuyết này thậm chí còn có thể mở rộng đến một bí ẩn chưa có lời giải khác: Tại sao vũ trụ của chúng ta lại tràn ngập vật chất, trong khi gần như không thấy phản vật chất?
Đây là một trong những câu hỏi lớn vẫn chưa có lời giải trong vật lý học, liên quan trực tiếp đến lý do tại sao chúng ta tồn tại.
Theo lý thuyết vật lý, khi vũ trụ mới hình thành, vật chất và phản vật chất lẽ ra phải được tạo ra với số lượng ngang nhau. Tuy nhiên, ngày nay những gì chúng ta quan sát được hầu như chỉ là vật chất, còn dấu vết của phản vật chất thì cực kỳ hiếm hoi. Hiện tại, vẫn chưa có một cơ chế vật lý nào thực sự thuyết phục để giải thích sự bất đối xứng này.
Chính vì lý thuyết của Patanin và Turk được xây dựng dựa trên cấu trúc đối xứng và nhóm chuẩn, nên có lẽ nó có thể hé lộ một cơ chế đối xứng sâu xa nào đó, tức là một cách nào đó khiến vũ trụ trong giai đoạn sơ khai đã lựa chọn hướng đi mà vật chất nhiều hơn phản vật chất, từ đó mới tạo nên vũ trụ ngày nay với vô số thiên hà và sự sinh sôi của sự sống.
Tuy nhiên, tất cả những điều này đều dựa trên tiền đề là lý thuyết phải đúng, toán học phải tự nhất quán, và các dự đoán phải phù hợp với thực nghiệm. Hiện tại, chúng ta mới chỉ bước những bước đầu tiên, lý thuyết đã được đề xuất nhưng con đường kiểm chứng mới chỉ vừa bắt đầu. Các nhà nghiên cứu cũng rất tỉnh táo nhận ra rằng mô hình này vẫn đang trong quá trình phát triển, chưa hoàn thiện, còn rất nhiều vấn đề cần được kiểm chứng và nhiều chi tiết cần được bổ sung.
Đặc biệt là trong các phép toán tái chuẩn hóa bậc cao hơn, họ phải đảm bảo rằng cấu trúc toán học này sẽ không bất ngờ sụp đổ hoặc xuất hiện những mâu thuẫn logic ngoài dự kiến. Bên cạnh đó, họ còn cần hợp tác chặt chẽ với các nhà vật lý thực nghiệm để đề xuất những đặc điểm quan sát cụ thể, có thể đo lường được, nhằm kiểm chứng bằng thực nghiệm trong tương lai.
Việc đề xuất lý thuyết này không chỉ là lời giải cho một vấn đề, mà còn là lời mời gửi đến toàn bộ giới khoa học, mời mọi người cùng xem xét, chất vấn, cải tiến nó và có lẽ cuối cùng sẽ chứng kiến sự thăng hoa của một lý thuyết.
Lịch sử cho chúng ta thấy rằng, mỗi lần vật lý học thay đổi mô hình, từ Newton đến Einstein, từ Bohr đến Feynman, gần như đều bắt đầu từ một lý thuyết chưa hoàn chỉnh. Họ từng bị nghi ngờ, bị thách thức, nhưng cũng nhờ đó mà vượt qua thử thách, cuối cùng đã thay đổi thế giới.
Hiện nay, lý thuyết của Patanin và Turku cũng vẽ ra cho chúng ta một viễn cảnh như vậy: trong vũ trụ này, tất cả các lực cơ bản đều tuân theo những quy luật thống nhất. Lực hấp dẫn không còn là một ngoại lệ bị cô lập, mà cùng với các lực khác, tham gia vào bản hòa tấu vĩ đại vận hành vũ trụ. Trên sân khấu lượng tử hóa đó, lực hấp dẫn cuối cùng cũng xuất hiện.
Đằng sau tấm màn của vũ trụ bao la, chúng ta vẫn luôn tìm kiếm một kịch bản thống nhất, một ngôn ngữ có thể đồng thời giải thích cả câu chuyện của lực hấp dẫn lẫn thế giới lượng tử. Hàng chục năm khám phá giống như những lần cố gắng ghép lại một bức tranh ghép đã vỡ vụn. Cuối cùng, trong lý thuyết của Patanin và Turku, chúng ta đã nhìn thấy một cách ghép nối khả thi. Đây không chỉ là câu chuyện về lực hấp dẫn, mà còn là về việc mở rộng ranh giới hiểu biết của con người.
Một lực tự nhiên từng được cho là không thể thống nhất giờ đây đã được viết lại trong bản trường ca toán học. Tất nhiên, chúng ta vẫn còn một chặng đường dài để đi đến bằng chứng thực sự. Nhưng điều vĩ đại của khoa học chính là nó cho phép chúng ta mơ về một vũ trụ toàn vẹn hơn, một thực tại không còn chia cắt.
Có lẽ một ngày nào đó, chúng ta sẽ không chỉ ngước nhìn bầu trời đầy sao, mà còn hoàn toàn hiểu được ngôn ngữ của nó.
Nguồn: YouTube
