Lực Entropy-Một xu hướng từ lực hấp dẫn doc

Lực Entropy-Một xu hướng từ
lực hấp dẫn
Lực hấp dẫn chính xác là cái gì? Mọi người đều chịu tác dụng
của nó, nhưng để hiểu tại sao vũ trụ lại có lực hấp dẫn thì chẳng dễ
dàng chút nào.
Mặc dù sự hấp dẫn đã được mô tả thành công với các định luật do Isaac
Newton và sau này là Albert Einstein nghĩ ra, nhưng chúng ta vẫn không biết
những tính chất cơ bản của vũ trụ kết hợp với nhau như thế nào để tạo ra
hiện tượng đó
Naymột nhàvật lí lí thuyết đang đề xuấtmột phương pháp hoàn toàn mới
khảo sát sự hấp dẫn. ErikVerlindethuộctrường Đại họcAmsterdam, Hà Lan, một
nhà lí thuyếtdây xuất sắc
và đượcquốctế trọngvọng, cho rằng lực hút hấp dẫn có thể là kết quả của
cách thức thôngtin về những đốitượng vật chất được tổ chức trong không gian.
Nếu đúng như vậy, nó cóthể mang lạilời giải thích cơ bản mà chúngta đã tìmkiếm
hàng thập kỉ qua.
Verlindeđã đăngtải bài báocủa ông lênmáy chủ bản thảo vật líhồi đầu
thángnày, vàkể từ đó nhiều nhà vật lí đã hoan nghênh đề xuất đó là có triển
vọng Nhà vật lí lí thuyếtđạt giải Nobel Gerald’t Hooft thuộc trường Đại học
Utrecht ở Hà Lannhấnmạnh rằngý tưởngđó cần phát triển, nhưng ông bị ấn
tượng trước cách tiếp cận của Verlinde.“[Không giống]nhiều nhà lí thuyết dây,
Erik đang nhấn mạnh các khái niệm vật lí
thật sự như khối lượngvà lực, khôngchỉ làtoán học hết sức trừutượng”,
ông nói. “Ý tưởng đó được ủnghộ từ quan điểm của tôi với tư cách mộtnhà vật lí”.
Newton là người đầu tiên chỉ ra được sự hấpdẫn hoạt độngnhư thế nào
trên quy mô lớn
bằng cách xem nó là một lực giữa các vật.
Einstein tinh chỉnh ý tưởng của Newtonvới lí thuyếttương đối rộng củaông.
Ông chỉ ra rằngsự hấp dẫn được mô tả tốt hơn bằngcách thức một vật thể làm
cong cơ cấu của vũ trụ. Chúngta đều bị hútvề phía Trái đất vì khối lượng của hành
tinh làm cong không-thời gian xungquanh.

Nhưng câu chuyện không kết thúc ở đó. Dẫu choNewtonvà Einstein đã cung
cấp nhữngcái nhìn xuấtsắc, nhưngcác định luật củahọ chỉ lànhững mô tả toán
học. “Họ giải thích lực hấp dẫnhoạt độngnhư thế nào, nhưngkhông giải thích nó
có nguồn gốc từ đâu”, Verlindenói. Nềnvật lí lí thuyết đã có mộtthời giandai dẳng
kết nối lực hấp dẫn với những lựccơ bản khácđã biết trong vũ trụ. Mô hình chuẩn,
lâu naylà khuôn khổ tốt nhất của chúngta nhằm mô tả thế giới hạ nguyên tử, bao
gộp lựcđiện từ và lựchạt nhânmạnh vàyếu – nhưng khôngbao gộp được lực hấp
dẫn.
Nhiều nhà vật lí nghingờ nó sẽ không bao gộp được.Sự hấp dẫn hóa ra có lẽ
được phân phát thông quatác dụng của cáchạt giả thiết gọi là graviton,nhưngcho
đến nay không cóbằngchứng nàocho sự tồn tại củachúng.Tính rắc rốicủa sự hấp
dẫn là một trong những nguyênnhân chínhlí giải tại sao cáclí thuyết như lí thuyết
dây vàlí thuyết hấp dẫn lượng tử vòng đã được đề xuất trong những thập niên gần
đây.
Công trình của Verlindemang lại một cách thức khác nhìn vào vấn
đề trên. “Hiện tôi bị thuyết phụcrằng sự hấp dẫn là một hiện tượngphát sinh từ
các tính chất cơ bản của không gian và thờigian”, ông nói.
Để tìm hiểu cáiVerlindeđang đề xuất, hãyxét khái niệm tính lỏng ở nước.
Mỗiphân tử riêng lẻ không cótính lỏng,nhưng tập thể phân tử thì có. Tươngtự,
lực của sự hấp dẫnkhông phải là cái vốnhữu trong bản thân vậtchất. Nó là một
tác dụngvật lí ngoài,phát sinh từ sự tác độngqua lạicủa khốilượng, thời gian và
khônggian, Verlinde nói. Quanđiểm của ôngvề sự hấp dẫn làmột “lực entropy”
dựa trên nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học– nhưng hoạt động bên trong
một mô tả kì lạ củakhông-thời giangọi là holography [phươngpháp ảnh giao thoa
nổi].
Holography trongvật lí lí thuyết tuân theo cùng những nguyên línhư ảnh
nổi trên tờ giấy bạc[tiền],chúng là ảnhba chiềuchìm trong mộtbề mặt haichiều.
Khái niệm ấy trong vlđược phát triển vào những năm1970 bởi StephenHawking
tại trườngĐại học Cambridge và Jacob Bekensteintại trường Đại học Hebrew
Jerusalemở Israel, để mô tả các tínhchất của lỗ đen. Công trình của họ đã dẫn đến

sự hiểu biết sâusắc rằngmột quả cầu giả thiết có thể lưu trữ mọi
“bit” thông tin cần thiếtvề khối lượng bên trong. Trong thập niên 1990, 't
Hooft và LeonardSusskindtại trườngĐại học Stanfordở California đã đề xuất
rằng khuôn khổ này cóthể áp dụng cho toànbộ vũ trụ. “Nguyên lí ảnh nổi” của
họ tỏ rahữu dụngtrong nhiều lí thuyết cơ bản.
Verlindesử dụng nguyên lí ảnh nổi này để xét cái đangxảy ra với mộtkhối
lượng nhỏ nằm cách một khoảng cách nhất định vớimột khối lượng lớn hơn, thí
dụ một ngôi sao hay một hànhtinh. Dichuyển khối lượng nhỏ một chút, ôngtrình
bày,có nghĩa là thay đổi nội dungthông tin, hay entropy, của một bề mặt ảnh nổi
giả thiết giữa hai khối lượng.Sự thay đổi thông tin này liên hệ với một sự thay
đổi nănglượngcủa hệ.
Sau đó, sử dụngthống kê để xét mọi chuyển độngcó thể có của khối lượng
nhỏ và sự thayđổinăng lượng có liên quan,Verlindenhận thấy các chuyển động
về phía khối lượng lớn hơnlà có xác suất nhiệt động lực học lớn hơn những
chuyển động khác. Hiệu ứng này cóthể xemlà một hợp lực hút hai khối lượng lại
với nhau.Các nhà vật lí gọi đây là lực entropy,vì nó phát sinhtrong những biến đổi
có khả năng nhất ở nội dung thông tin.
Điều nàyvẫn chưa nhắm thẳng tớisự hấp dẫn. Nhưng hãy nhìn vào những
biểuthức cơ bản cho nộidung thông tin của bề mặt ảnh nổi, thành phần
năng lượng củanó vàmối liên hệ Einsteincủa khối lượng với năng lượng trực
tiếp đưađến địnhluật hấp dẫn củaNewton.Một phiên bảntương đối tính chỉ là vài
bướcnữa thôi,nhưng một lần nữa dễ dàng nhậnđược. Và nó dường như áp dụng
cho cả quả táovà hành tinh.“Việc tìm racác địnhluật Newton một lần nữa có thể
là một sự trùnghợp may mắn”, Verlindenói. “Một sự khái quát hóa tươngđối tính
cho thấy điều nàysâu sắc hơn nhiều sovới một vài phương trình hóa rađúng vừa
vặn”.
Bài báo của Verlinde đã nhận được sự tán dương từ mộtsố nhà vật lí.
RobbertDijkgraaf, mộtnhà vật lí toán xuất sắc cũng ở tại Đại học Amsterdam, nói
ông khâm phục tính tao nhã của những ý tưởng của Verlinde. “Thật ngạc nhiên là
khôngai từngđi đến ýtưởng này sớm hơn, trông nó quá đơngiản nhưng có sức

thuyết phục”, ông nói.
Tuy nhiên, nhiều người khác vẫn còn xét đoán. Một số người tin rằng
Verlindeđang sử dụng cách lí giải vòng tròn trong các phương trìnhcủa ông,bắt
đầu “khởi hành”với sự hấp dẫn.Những người khác thìthể hiện sự lo ngại về
những cơ sở toán họchầunhư ítquan trọng có liên quan,để lại đa phần lí thuyết
xây dựng trên nhữngkhái niệmrất tổngquát của không gian, thời gian và thông
tin.
Stanley Deser thuộc trường Đại họcBrandeis ở Waltham,Massachusetts,
người có công trìnhnghiên cứu mở rộng phạm vi của thuyết tương đối rộng, nói
công trình của Verlinde dường như là một lộ trình hứa hẹn nhưng ôngbổ sung
thêmrằng nó là “một quả tạc đạn sẽ nhận rất nhiều sự lĩnh hội, tháchthức toàn bộ
những niềm tin của chúngta từ Newton và Hookecho đếnEinstein."
Verlindenhấnmạnhbài báo củaôngkhôngphải là bàiđầutiênvề đề tàitrên.
“Thậm chínó còn chưa làmột líthuyết, mà là một đề xuất chomột mẫu hình hoặc
khuôn khổ mới”, ông nói.“Mọicông việc khó khăn giờ đã tới”.
Lần đầu tìm thấy vết tích các
hạt vật chất tối
Vật chất tối thần bí luôn là câu hỏi không lời giải đáp đối
với các nhà khoa học. Loại vật chất không nhìn thấy được này
chiếm 3/4 trong vũ trụ.
Tuy nhiên, cácnhà khoahọc thuộc Đại học Florida(Mỹ) vừa qua tuyên bố,
lần đầu tiênhọ đã thăm dò được hạt vật chất tối.
Các nhà khoa họccho biết, họ đã tìmthấy được tung tích của hai “hạt vật chất tối
Wimp”tại mộtkhu mỏ sắt ở phía Bắc bang Minnesota của Mỹ ở độ sâu khoảng
610m bằng thiết bị thăm dò có độ nhạy cao.
Các nhà khoahọc chorằng,vật chất thăm dò được có đến 3/4 khả nănglà
hạt vật chất tối. Tuynhiên,họ cũng thừanhận rằng,để xác định phát hiện này có
chính xác làhạt vật chất tối haykhông cần phải tiếp tụcphát hiệnthêmcác hạt
tương tự.
Vật chấttối là mộttrong những sự vật thầnbí nhất trongvật lý học, sự phát hiện ra

nó có thể trở thành một đột phá khoahọclớn nhấttrong vòng100 năm trở lại
đây.
Vào những năm 30 của thế kỷ 20, các nhà thiên văn họclần đầu tiên đã ý thức
được rằngcác chùmsao, khí thể và bụi chỉ chiếm mộtphần nhỏ trong vũ trụ.
Vì thế, họ đã đưara kếtluận bản thân dải ngân hà phải là xoaychung quanh vũ trụ
và cuối cùngbị sụp đổ, trừ phi chúngbị hút bởi mộtlực hấpdẫn của một vậtchất
cực lớn và không nhìn thấy vàbị cố định ở một vítrí nhất định.
Tiến sỹ thuộc Đại học Florida cho biết: “Nhiều người tin rằng chúng tôi phát hiện
được vật chất gần với vật chất tối nhất, tuy nhiên trên thực tế không chỉ là chúng
tôi, các thí nghiệm khác cũng như vậy. Vì thế có thể dự báo rằng, trong vòng 5 năm
tới sẽ có người nhìn thấy được dấu hiệu rõ nét hơn về vật chất tối.”/.