Lịch sử lý thuyết dây ppt

Lịch sử lý thuyết dây
Năm 1968, Gabriele Veneziano, một nhà vật lý trẻ người
Ý, đã trăn trở rất nhiều để tìm những lời giải thích phù hợp
với các tính chất khác nhau của lực hạt nhân mạnh. Khi ấy,
ông đang làm việc tại trung tâm hạt nhân của châu Âu, CERN, đặt tại Geneva,
Thụy Sĩ.
Trongnhiều nămròng rã, ôngđã nghiên cứu vấn đề này, và rồi một hôm,
trong đầu ông chợt lóelên một phát hiện lạ lùng. Ôngvô cùngngạc nhiên khinhận
thấyrằng công thức củanhàtoán học người Thụy Sĩ Leonard Eulerxây dựngtrước
đó hơn hai trăm năm với mục đích toán học thuần túy với tên gọi là Hàm Beta
Euler, song lại mô tả được nhiều tính chất của các hạt tham gia trong tương tác
mạnh.Phát hiện của Venezianođã thâu tóm một cách rất hiệu quả bằng toánhọc
nhiều đặctrưng củatương tác mạnh, nhằm sử dụng hàmBeta và các dạngtổng
quát hóacủa nó để mô tả một chuỗi những dữ liệu thuđược từ thực nghiệm. Tuy
nhiên,phát hiệnkhi đó của Veneziano vẫn chưa đầy đủ, nó giống như một công
thức màmột sinh viên học thuộc lòng nhưnglại khônghiểu hết đượcý nghĩasâu
sa củanó. Hàm Beta Euler sauđó được sử dụng rất hiệu quả,nhưng không mộtai
khi ấyhiểu đượctại sao nó lại như vậy. Mãi tới năm 1970, nhữngcôngtrình của
Yoichiro Nambuở Đại họcChicago, Holger NielsenthuộcViện NielsBohr và
LeonardSusskin ở Đại học Stanfordmới chỉ ra được ý nghĩa vậtlý ẩn saucông
thức Euler.Hai nhà vậtlý này đã chứng minhđượcrằng,nếu mộthạt sơ cấp được
mô hình hóa như các dây nhỏ bé một chiều daođộng, thìtương tác mạnh của
chúng có thể được môtả chính xác bởi hàm BetaEuler.Theo lập luận của họ, nếu
các dây này đủ nhỏ thì chúngvẫn đượcxem là các hạt điểm và dovậyphù hợpvới
những quansát thực nghiệm.
Mặcdù lý thuyết mới được khaisinhgiản dị về mặt trựcgiác, và khởi đầuvới
nhiều hào hứng,nhưngsự mô tả tươngtác mạnh củalý thuyết dây banđầu đã bị
thất bại. Những năm đầu của thập niên 1970,các thí nghiệm năng lượngcao với độ
thămdò hạ nguyên tử đã chứng tỏ rằngmô hình dây đưa ranhiều tiên đoán mâu
thuẫn với thực nghiệm. Trongkhi đó sắc động lực họclượng tử dựa trên cáchạt
điểm đã được phát triểnvà những thànhcôngvang dội của nótrong việc mô tả

tương tác mạnh đã làm mờ đi lý thuyết dây.
Nhiều nhà vật lý nghĩ rằng thuyết dây đã bị ném vào sọtrác của khoa học, nhưng
một số ít cácnhà vật lý vẫn kiên trì bámtheo nó. Trongsố đó có Schwarz,người
cảm thấy rằng"cấutrúc toán họccủa lýthuyết dây rấtđẹp vàcó nhiềutính
chất rất tuyệt diệu, nên nó phải hướngtới một cái gì đó hếtsức cơ bản". Mộttrong
số các thiếu sótcủa lý thuyết dây mà các nhàvật lý tìmthấy là sức baoquátcủa lý
thuyết này lớn hơnnhững gì mà họ nghĩ. Dolý thuyết dây chứa đựng những mẫu
hình daođộng của dây, và cónhững tínhchấtquan hệ chặt chẽ với các gluonnên
nó đã được tuyên bố quá sớm như là lý thuyếtcủa tươngtác mạnh.Nhưng không
chỉ có vậy, lýthuyết dây còn chứa đựng cả những hạt truyềntương táckhác,
những hạt nằm ngoài mục tiêuquansát của các thựcnghiệm trong tươngtác
mạnh.
Năm 1974,Schwarz và Joel Scherkở trường Cao đẳng sư phạm Parisđã thực hiện
một bướcnhảy táo bạo, bằng việc cải biến những nhược điểm bề ngoài củathuyết
dây thànhcácưu điểmmang tính đặc trưng. Họ đã nghiên cứuđặc điểm của những
mốt daođộng và nhậnthấy rằngnhững tính chất này phù hợp tuyệtđối với hạt
truyền tươngtác giả định của trườnghấp dẫn,có tênlà graviton.Mặcdù hạt
truyền tươngtác nàychưa từngđượcquan sát,nhưng các nhà lý thuyết tiên đoán
một cách vữngchãi về một số đặc tính cơ bản mà graviton cần phải có. Và họ rút ra
kết luận: lý thuyếtdây nguyên sinh thất bại là do cácnhà vật lý hạnchế phạm vi
ảnh hưởngcủa nó. Lýthuyết dây khôngchỉ dừng lại như là mộtthuyếtcủa tương
tác mạnh, mà nó cònlà một thuyếthấp dẫnlượng tử.
Trongkhi đó, cộng đồng các nhà vậtlý kiên quyết không chấp nhận ý kiến của hai
ông. Schwarz đã bày tỏ "công trìnhcủa chúng tôi hoàn toàn không được đếm
xỉa đến". Con đường thống nhất hấpdẫn với cơ họclượng tử đối diệnvới những
thất bại ngổn ngang. Lý thuyết dây banđầu thất bại trongnỗ lực miêu tả tương tác
mạnh,và thất bại này làm nhiều người hoài nghi hơnkhi nócòn có ýđịnh đạt tới
mục tiêu caohơn làthống nhất thuyếttương đối rộngcủa Einsteinvà cơ học lượng
tử vào làm một.
Đầu nhữngnăm 1980, các kết quả thực nghiệm một lần nữa chỉ ra sự xungđột

giữalý thuyết dây và cơ học lượng tử, mànguyên do chính là do lực hấp dẫn vẫn
chống lại sự hợp nhấtvào trong mô hình lý thuyết lượng tử mô tả vũ trụ.
Theo science.com
Mọichuyện không có gì khả quan hơn hơn,cho tới năm 1984, trong một bàibáo có
tính chất hộitụ nỗ lực của 12 năm nghiên cứucăng thẳng, mà phần lớn không cóai
ngó ngàng, MichaelGreen và JohnSchwarz đã xác địnhđồng thờigiải quyết những
xungđột ảnhhưởng xấu đến lý thuyếtdây. Hơn vậy, họ còn chứng minhđượcrằng
lý thuyết dâymà họ xây dựng cóđủ tầm vóc để bao quáttất cả các lực cơ bảncủa
tự nhiênvà vậtchất. Khi tin đồnvề kết quả thành công này đến tai cộng đồngvật lý
trên thế giới, hàng trăm nhàvật lý hạt đã bỏ công việc nghiên cứu đanglàm của họ
để lao vào mộtcuộc tấncôngvới quy mô lớn hơn, và họ nghĩ rằng đây sẽ là trận
chiến cuối cùngtrong cuộc chinh phụcnhững bí mậtcủa vũ trụ.
Từ năm 1984 đến năm1986 được biết đến như "cuộc cáchmạng lý thuyết
dây lầnthứ nhất". Trong 3năm,hơn mộtngàn bài báonghiên cứu về thuyết dâyđã
được viết bởi các nhàvật lý trênkhắp thế giới. Những công trình này đã giải quyết
một cách dứt điểm nhiều phầncòn tồn tại trongmôhình chuẩn, mà nếu không có
sự ra đời của thuyết dây thì phải hàngchục năm người ta mới làm được như vậy.
Theo lời của Micheal Green, chỉ cần làmquenvới lý thuyết dây, thì mọingườisẽ
thấyrằng hầu như tất cả các thành tựu vĩ đại nhất của vật lý trong mộtthế kỷ qua
đều đượcxuất hiện, cùng với vẻ đẹp thanhnhã đến tự nhiên. Lýthuyết dây đã giải
thích mộtcáchđầy đủ và thỏa đánghơn so với mô hình chuẩn. Những tiến bộ này
đã thuyết phụcđược nhiều nhà vật lýtin tưởngrằng lýthuyết dây đã đi đúng
hướng,với mục tiêu là trở thành mộtlý thuyết thống nhất saucùng.
Tuy nhiên, lý thuyết dây lại vấp phải một trở ngại to lớn.Trong quá trìnhnghiên
cứu vật lý lý thuyết, người ta thườnggặp những phươngtrình rất khó hiểuvà khó
phân tích.Thườngcác nhà vậtlý không chịu bó tay, họ tìm cách giải quyếtchúng
bằngphươngpháp tínhxấp xỉ.Nhưng tìnhhìnhtrong lý thuyếtdây còncam go
hơnrất nhiều. Ngay cả việc xác định chính bản thâncác phương trình đã rất khó
khăn,mà công việc này chỉ dẫn đến những phương trìnhgần đúng. Dovậy, các nhà
lý thuyết dâyđành phải tìmnhững nghiệmgần đúng cho phương trìnhgần đúng

đó. Sau mộtvài năm tiến như vũ bão trong cuộccách mạnh lýthuyết dây lần thứ
nhất,các nhàvật lý nhận thầy rằng nếu hạn chế trong nhữngphép gần đúngđó thì
khôngđủ để trả lời cho rấtnhiềuvấn đề căn bản,rất cần thiết cho các bướcphát
triển mới.Do không có nhữngđề xuất cụ thể để vượt qua các phương phápgần
đúng,nhiều nhà vật lý cảm thấy thất vọngvà đành quay về nhữnghướng nghiên
cứu trước kiacủa họ. Đối với nhữngngười còn lại thì cuối những năm 1980 và đầu
những năm 1990là mộtthời kỳ khó khăn. Nhữngthời kỳ khôhạn kéodài vẫn có
những phát minhquan trọng và đều đặn, nhưngmọi ngườinghiên cứu đều biết
rằng đã đến lúc cần phải tìm ranhững phương pháp mới, cókhả năng vượt ra
ngoài những phép gần đúng.
Năm 1995,trong bài giảnglàmnức lòngngười tại Hội nghị Siêu dây được tổ chức
tại Đạihọc NamCalifornia, một bài giảngkhiến cho cử tọa ítỏi gồm những chuyền
gia hàng đầu thế giới về lý thuyết dây phải kinh ngạc,EdwardWittenđã châm ngòi
cho cuộc cách mạng siêu dây lần thứ hai. Từ ngày đó,các nhàlý thuyết dây đã làm
việc hếtsức mình để để tìm kiếm những phương pháp mới hứahẹn, vượtqua
được nhữngtrở ngại trước đây.
Những khó khăn cònở phía trước sẽ thử thách nghiêmkhắc sức mạnh mạnhkỹ
thuật của các nhà vậtlý dây trên khắp thế giới, nhưngánh sángở cuối đường hầm,
mặc dùcòn mờ xa, nhưng rồi cuối cùng cũngsẽ nhìn thấy được.