Trong hành trình tìm hiểu bản chất của vũ trụ, con người luôn đặt ra câu hỏi: “Vũ trụ được cấu tạo từ gì?” và “Liệu có một lý thuyết thống nhất giải thích tất cả các hiện tượng vật lý hay không?” Từ những hạt cơ bản trong mô hình chuẩn (Standard Model) cho đến các hố đen và sự giãn nở của vũ trụ, các nhà khoa học vật lý đã cố gắng xây dựng một lý thuyết tổng quát có thể dung hòa giữa các mối liên hệ của Cơ học lượng tử (Quantum Mechanics) và Thuyết tương đối rộng (General Relativity).
Kết quả của nỗ lực đó chính là Lý thuyết Dây (String Theory) — và phiên bản mở rộng của nó, Lý thuyết M (M-Theory).
Lý thuyết Dây – String Theory
#. Khái niệm cơ bản
Theo Cơ học lượng tử, vật chất được tạo nên từ các hạt cơ bản như electron, quark, photon… Những hạt này được xem như điểm không có kích thước. Tuy nhiên, Lý thuyết Dây đưa ra một quan điểm táo bạo:
Các hạt cơ bản thực ra không phải là điểm, mà là những “dây” cực nhỏ dao động trong không gian nhiều chiều.
Mỗi dạng dao động khác nhau của dây tương ứng với một loại hạt khác nhau. Ví dụ: một kiểu dao động có thể thể hiện như photon (hạt ánh sáng), kiểu khác có thể tương ứng với graviton (hạt mang lực hấp dẫn).
#. Số chiều của vũ trụ
Cụ thể, Lý thuyết Dây siêu đối xứng (Superstring Theory) nêu ra quan điểm có đến 10 chiều (9 không gian + 1 thời gian).
Các chiều “ẩn” này cuộn lại ở kích thước cực nhỏ (theo mô hình Calabi–Yau manifolds), nên con người không thể nhận ra trong đời sống thường ngày.
#. Năm phiên bản của Lý thuyết Dây
Trong quá trình phát triển, các nhà vật lý nhận thấy có 5 phiên bản khác nhau của Lý thuyết Dây:
- Type I
- Type IIA
- Type IIB
- Heterotic SO(32)
- Heterotic E8×E8
Mặc dù khác nhau về chi tiết kỹ thuật, nhưng tất cả đều có điểm chung là mô tả thế giới bằng các dây dao động nhỏ bé.
Lý thuyết M – M-Theory
#. Nguồn gốc ra đời
Đến thập niên 1990, các nhà vật lý như Edward Witten và nhiều người khác phát hiện rằng 5 lý thuyết dây trên thực chất chỉ là 5 khía cạnh khác nhau của một lý thuyết sâu hơn.
Lý thuyết này được gọi là M-Theory, ra đời trong giai đoạn được mệnh danh là “Cuộc cách mạng dây lần thứ hai” (Second Superstring Revolution).
#. Đặc điểm chính
- Thay vì chỉ có “dây” một chiều, vũ trụ còn chứa các vật thể nhiều chiều hơn gọi là “branes” (màng).
- Các “dây” chỉ là trường hợp đặc biệt của những “màng” này (ví dụ: 1-brane, 2-brane, 3-brane...).
- M-Theory tồn tại trong 11 chiều (10 không gian + 1 thời gian).
Điều này giúp M-Theory thống nhất 5 lý thuyết dây trước đó trong một khuôn khổ duy nhất.
#. Ý nghĩa của “M”
Chữ “M” trong M-Theory được hiểu theo nhiều cách:
- “Membrane” (màng),
- “Mother” (mẹ, tức lý thuyết mẹ của mọi lý thuyết),
- Hoặc “Mystery” (bí ẩn) – vì cho đến nay, bản chất đầy đủ của nó vẫn chưa được hiểu rõ.
Vai trò và thách thức
#. Vai trò
Lý thuyết Dây String Theory và phần mở rộng M-Theory được coi là ứng viên hàng đầu cho “Lý thuyết của mọi lý thuyết” (Theory of Everything – TOE), vì chúng có thể kết hợp được thuyết tương đối rộng (mô tả hấp dẫn) và phần cơ học lượng tử (mô tả thế giới vi mô).
Chúng cũng đưa ra những khái niệm mới về:
- Sự hình thành vũ trụ (Big Bang có thể là va chạm giữa các “brane”),
- Bản chất của hố đen,
- Và khả năng tồn tại đa vũ trụ (multiverse).
#. Thách thức
Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có bằng chứng thực nghiệm nào xác nhận trực tiếp Lý thuyết Dây hoặc M-Theory.
Các hiện tượng mà lý thuyết này mô tả xảy ra ở thang năng lượng cực cao (xấp xỉ 10³⁹ lần lớn hơn năng lượng trong máy gia tốc hiện nay), khiến việc kiểm chứng trở nên gần như bất khả thi.
Mối liên hệ giữa lý thuyết và thực tại
Dù còn nhiều ẩn số và chưa được chứng minh bằng thực nghiệm, chúng đã mở ra một cách nhìn hoàn toàn mới về vũ trụ – nơi mọi thứ không còn chỉ là điểm, mà là những sợi dây và màng dao động trong không gian nhiều chiều.
Như nhà vật lý Brian Greene từng nói:
“Nếu Lý thuyết Dây là đúng, thì nó sẽ không chỉ là một bước tiến trong vật lý – mà còn là một bước nhảy lượng tử trong cách con người hiểu về chính thực tại.”
Đăng nhận xét