LƯỢC SỬ THỜI GIAN - Lý thuyết thống nhất của vật lý học doc

LƯỢC SỬ THỜI GIAN - Lý thuyết
thống nhất của vật lý học
Chúng ta đều biết xây dựng một lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh của
vạn vật trong vũ trụ là một việc vô cùng khó khăn. Song thay vì, chúng ta đã
đạt nhiều tiến bộ trong việc xây dựng nhiều lý thuyết riêng phần có khả năng
mô tả một tập hợp giới hạn nhiều hiện tượng bằng cách bỏ qua các hiệu ứng
khác hoặc xấp xỉ chúng bằng một số đại lượng. (Ví dụ, hóa học cho phép
chúng ta tính tương tác của các nguyên tử mà không cần biết cấu trúc nội tại
của hạt nhân nguyên tử). Nhưng cuối cùng mà nói, người ta luôn hy vọng tìm
ra một lý thuyết thống nhất hoàn chỉnh đúng đắn bao trùm lên tất cả các lý
thuyết riêng phần như những phép gần đúng và không cần điều chỉnh cho
phù hợp với thực nghiệm bằng cách chọn lựa giá trị của một số đại lượng tùy
tiện trong lý thuyết. Sự tìm kiếm một lý thuyết như thế được gọi là sự tìm
kiếm “lý thuyết thống nhất của vật lý”.
Einsteinđã để phầnlớnnhững nămcuốiđời để tìmmộtlý thuyếtthốngnhất,
nhưng vô vọng vìthời điểmchưa chín mùi: lúcbấy giờ người ta đã có lý thuyết
riêng phần củahấp dẫn, của điệntừ nhưng người ta đã biếtrất ít về lựchạt nhân.
Hơn nữaEinsteinlại phủ nhận thực tạicủa cơ học lượng tử, mặcdầu ông đóngvai
trò quan trọngtrong sự phát triển của cơ học lượng tử. Mà nguyên lý bất định chắc
chắn lại là một đặc thùcơ bản của vũ trụ ta đangsống. Vì vậy mộtlý thuyết thống
nhất thành công phải chứa đựng nguyên lý này.
Như tôi sẽ trìnhbày, hiệnnay triển vọngđể tìm ra mộtlý thuyết như thế rất sáng
sủa bởi vì chúng ta đã biết về vũ trụ khá nhiều.Song cũng phải cảnhgiác về một
niềmquá tự tin - chúngta trướcđây cũng từng có nhiều lần bất chợt những tia
sáng giả tạo như vậy. Ví dụ vào đầu thế kỷ này,chúng ta đã nghĩ rằng mọi việc có
thể giải thích nhờ các tính chất của môi trường liên tục như tínhđàn hồi, tính dẫn
nhiệt. Sự phát hiện cấu trúc nguyên tử vànguyên lý bất định đã kết liễu dòng tư
tưởng này.
Sau đó lại một lầnnữa, năm 1928nhà vật lý đoạt giải Nobel MaxBorn đã phát biểu
với một nhómđến tham quantrườngđại học Gottingen: “Vật lý,như chúng ta đã
quan niệm, sẽ kết thúc trongvòng 6 tháng”.Niềm tin của Max Borndựa trêncơ sở

sự phát hiện bởi Diracphương trìnhmô tả chuyển độngcủa electron.Ngườita
nghĩ rằng một phươngtrình tươngtự cũngsẽ mô tả chuyểnđộng củaproton, vốn
là một hạt khác duy nhấtđược biết vào lúcbấy giờ, và điều đó có nghĩa là vật lý lý
thuyết cáo chung. Nhưng sự phát hiện neutronvà lực hạt nhân đã làm thay đổi tất
cả. Dẫu nói lên điều này, tôi vẫntin rằng đã có nhiềucơ sở cho mộtniềm lạc quan
thận trọng rằngchúng ta hiện nayđangở gần giaiđoạn cuốitrên quá trìnhtìm ra
những định luậtcơ bảncủa thiên nhiên.
Trướcđây tôi đã mô tả lýthuyết tươngđối rộngvốn là thuyết riêngphần về hấp
dẫn và những lý thuyết riêng phần khác về cáctương tác yếu, mạnh và điện từ. Ba
tương tác saucó thể tổnghợp lại thành lý thuyết thống nhất lớn (GUT), lý thuyết
này không hoàn chỉnh vì nó khôngbao hàm hấp dẫn vàvì nó chứa một số đại
lượng, như khối lượng tươngđối của nhiều hạt khác nhau,mà chúng ta không tiên
đoán được từ lý thuyếtmà phải chọn để có được kết quả phù hợp với thực nghiệm.
Khó khăn chủ yếu trongquá trình tìm kiếm một lýthuyết có khả năng thống nhất
hấp dẫn với các tươngtác khác là lýthuyết tương đối rộng - một lý thuyết “cổ
điển”, có nghĩa là lý thuyết này không chứađựng nguyên lý bất định củacơ học
lương tử. Mặt khác, các lý thuyết riêng phần khác lại phụ thuộc thiết yếu vào cơ
học lượng tử.
Vì vậy bước đầutiên cầnthiết là kết hợp lý thuyết tươngđối rộng với nguyên lý
bất định. Nguyên lý bất định đưa đến kết quả là “chân không” cũng chứa đầy các
cặp ảohạt và phản hạt. Những cặp này có một nănglượng vô cùnglớn và vì vậy
chúng có một khối lượnglớn vô cùngtheo phương trìnhnổi tiếngcủa EinsteinE =
mc2. Lực hút hấp dẫn của chúng sẽ uốn cong vũ trụ vào một kíchthước vô cùng bé.
Tương tự như thế, những đạilượngvô cùng lớn vô nghĩa cũngxuất hiện trongcác
lý thuyết riêngphần khác,song trong tất cả các trường hợp,nhữngđại lượng này
đều có thể loại bỏ nhờ quá trình tái chuẩnhóa. Quátrình này loại bỏ nhữngđại
lượng vô cùnglớn bằngcách đưavào những đại lượngkhác cũnglớn vô cùng. Mặc
dầu kỹ thuậtđáng ngờ về mặt toán họcnhưng tỏ ra hữu hiệuvề mặtthực hànhvà
được sử dụng trongcác lý thuyết đó để đưara các tiênđoán lý thuyết phù hợp với
thực nghiệm với một độ chính xác kỳ diệu.Song phép tái chuẩn hóa chứamột

khiếmkhuyết nghiêm trọng xét từ quan điểm đi tìm một lý thuyết hoàn chỉnh, bởi
vì rằng theo phép này thì giá trị của các khối lượngvà cường độ các tươngtác
khôngthể tiên đoán từ lý thuyếtmà phải được chọn saocho phùhợp với thực
nghiệm.
Để đưa nguyên lý bấtđịnh vào lý thuyết tươngđối rộng,chúng ta chỉ có haiđại
lượng cần hiệuchỉnh: hằngsố hấpdẫn và hằngsố vũ trụ.Song điều chỉnh chúng
cũng chưa đủ để loại trừ tất cả các đạilượng vô cùng lớn.Như vậyngười tađi đến
một lý thuyếttrong đó một số đại lượng,như độ cong của không - thời gian, quả là
lớn vô cùng, songchúng ta phải quansát và đo được chúng như nhữngđại lượng
hữuhạn hoàn toàn!
Vấn đề kết hợp lý thuyết tươngđối rộngvới nguyên lýbất định đã bị nghi ngờ
trong một thời gian nhưngcuối cùng đượcxác nhận nhờ những tínhtoán chitiết
vào năm 1972. Bốn nămsau, một lời giải, gọi là “siêu hấp dẫn” đượcđưa ra. Ý
tưởng của siêu hấp dẫnlà kết hợphạt spin 2 gọi là graviton, lượngtử truyền lực
hấp dẫn, với những hạt mới khác cóspin 3/2,1, 1/2 và 0. Trong một ý nghĩa nhất
định tấtcả những hạtnày có thể được xem là những trạng thái khác nhaucủa cùng
một “siêu hạt”,như thế ta thống nhấtđược những hạt vật chất cóspin 1/2 và3/2
với nhữnghạt truyền tươngtác có spin0, 1 và 2.Cặp ảo hạt/phản hạt có spin 1/2
và 3/2sẽ cónăng lượng âm, và như thế sẽ triệttiêu năng lượngcủa các cặp ảo hạt
có spin2, 1 và 0.Điều này loại được nhiều đại lượnglớn vô cùng, songmộtsố đại
lượng như thế có thể còn sótlại. Nhưng những phép tính cần thiết để chứng minh
rằng có còn sót lại mộtsố đại lượngnhư thế hay khônglà quá khóvà quá dài đến
nỗi khôngai sẵn sàngthựchiện chúng. Ngay cả với máy tính,người ta ước lượng
cũng phải cần ítnhất 4 năm, và xác suất phạm một phép tínhsai hoặccó thể nhiều
hơn, làrất lớn. Vì vậy người ta dám tin rằngmình đã tínhđúng chỉ khi nào có một
người nào khác lặp lại những phép tínhđó và cũngthu đượcmột kếtquả tươngtự,
và điều này xemchừng khóxảy ra.
Dẫu cónhững khả năng đó và thực tế các hạt trongcác lý thuyết siêu hấp dẫn xem
chừng không tươngthích với các hạtquan sát được, đa số các nhà vật lý tintưởng
rằng siêu hấpdẫn có nhiều xác suất là câu trả lờiđúng đắn cho bài toán lý thuyết

thống nhất của vật lý. Hình như đây là con đường tốtnhất để thống nhất hấp dẫn
với các tương tác khác. Song đến năm 1984thì ý kiếnthay đổinghiêng về cái gọi
là
Hình 10.1
những lýthuyết dây. Tronglý thuyết dây, những đối tượngcơ bản khôngphải là
các hạt,vốn chỉ chiếm mộtđiểm không gian, mà là một thực thể có độ dài và không
có chiều nào khác, giống như một sợi dây vô cùngmảnh. Những sợi dây này có thể
có mút(gọi là dây hở) hoặc chúng có các múttrùng nhauđể tạo thành mộtvòng
(gọi là dây kín)(xem các Hình 10.1 và 10.2).
Hình 10.2
Mỗihạt chiếm mộtđiểm khônggian tại mỗi điểm thời gian.Như thế lịch sử củanó
có thể biểu diễn đượcbởi mộtđường trong không - thời gian (đó là “đường vũ
trụ”). Còn một dây thì chiếm một đường trongkhông giantại mỗi thời điểm. Vì vậy
lịch sử của nó làmột mặthai chiều gọi là mặt vũ trụ (mỗi điểm trên mặt vũ trụ như
thế đượcmô tả bởi hai số: mộtsố xácđịnh thời gian còn số kiaxác định vị trícủa
điểm trên dây). Mặt vũ trụ củamột dây hở là một giải; haiđường biên là mộtquỹ
đạo các mút trong không- thời gian(H. 10.1).Mặt vũ trụ của một dây kínlà một
ống hình trụ (H.10.2) với mặt cắt là một đường cong kín mô tả vị trí của dây tại
một thời điểm.
Hình 10.3
Hai dâycó thể nối với nhauthànhmột dây; trong trườnghợp dây hở chúng nối
nhau tại điểm mút (H.10.3),trongtrường hợp dây kínthì chúng nối nhau như hai
ống may lại với nhau trongmột cái quần (H.10.4).
Tương tự như vậy, một dây có thể phân thành haidây. Tronglý thuyết dây, thực tế
trướcđây được xem như là hạt thì giờ đây đượcbiểu diễn như những sóngchạy
dọc theo dây, giốngnhư nhữngsóng trênmột dây
Hình 10.4
đàn rung.Quátrình bức xạ hoặchấp thụ một hạt bởi mộthạt khácứng với quá
trìnhphân rã hoặctổng hợp của các dây. Vídụ, lực hấpdẫn của mặt trời lên trái
đất được biểu diễn tronglý thuyết hạt như phát sinh trong quátrình bức xạ

graviton bởi một hạt củamặt trời và hấp thụ bởi một hạt của tráiđất (H.10.5). Còn
trong lý thuyếtdây, quá trìnhnày ứngvới một ống có dạng hình chữ H (H.10.6).
Hai ống đứng của chữ H ứng với cáchạt của mặt trời và của trái đất, cònống ngang
ứng với hạt graviton chuyển động giữa cáchạt trên.
Hình 10.5
Lý thuyết dây cómột lược sử lý thú. Đầu tiên cuối những năm 60, lý thuyếtdây
được xây dựng để mô tả tương tác mạnh. Tư tưởngxuất phátlà các hạt như proton
và neutroncó thể xem như sóng của một dây.Lực tương tác giữacác hạt sẽ được
mô tả bởi những đoạnnối giữa các dây như trong một mạng nhện.Để lý thuyếtnày
cho những trị số quansát được của tương tác mạnhgiữa cáchạt, các dâynày phải
giống như những dâycao su với lực kéokhoảng mười tấn.
Hình 10.6
Năm 1974,Joel Scherkở Parisvà John Schwarz ở Viện côngnghệ California công
bố một bài báochỉ rằng lý thuyết dây cóthể mô tả lựchấp dẫn nếu lực căng của
dây lớn hơn nhiều, khoảngnghìn triệu triệu triệu triệu triệu triệu triệu (1 với 39
số không) tấn.Những tiên đoán của lýthuyết dây trùngvới những tiên đoán của
thuyết tương đốirộng ở các độ dài bình thường, song khác nhauở các khoảngcách
cực bé, nhỏ hơn một phần nghìntriệu triệu triệu triệu triệu centimet(1centimet
chia cho1 với 33 số không). Song công trình của hai tácgiả trênkhông nhận được
sự chú ý đặcbiệt, bởi vì vào đúng khoảng thời gianđó đa số từ bỏ lýthuyết dây của
tương tác mạnhđể theo đuổi lý thuyết quark vàgluon vì lý thuyết sau có vẻ phù
hợp với quan sátthực nghiệm. Scherkchết tronghoàn cảnhbi thảm(ông bị bệnh
đái đường rơi vào trạng thái hôn mê khi không có một ai bêncạnh để chích cho
ông một mũi insulin). Như thế chỉ còn lại Schwarz là ngườiduy nhấtbênh vực cho
lý thuyết dây,nhưng bâygiờ vớimột trị số giả định cao hơnnhiều củalực căng.
Năm 1984sự quan tâm đến lý thuyết dâyđột ngột được táisinh, vì hailý do. Lý do
thứ nhất là thực tế người ta khôngthu đượctiến bộ gì nhiều trong việc chứng
minh rằng siêu hấp dẫn là hữu hạn hoặc siêu hấp dẫn có khả năng giải thích các
loại hạt mà chúng ta quansát được. Lý do thứ hailà sự rađời bài báo của John
Schwarzvà Mike Greenở Đại học Nữ hoàng Mary, Londonchứng minhrằng lý

thuyết dây có thể giải thích sự tồn tại các hạt xoắntrái nộitại đã đượcquan sát.
Dẫu lý dothế nào đi nữa, một số đôngđã đổ vào lý thuyết dây, và mộtphương án
mớiđược pháttriển, cái gọi làdây hỗn hợp (heterotic),phương ánnày dườngnhư
giảithích được các loại hạtquan sát.
Lý thuyết dây cũngdẫn đếnnhững vô hạn, songngười ta nghĩ rằng chúngsẽ bị loại
trừ trong những phươngán như dây hỗn hợp (mặc dầu hiện nayđiều đó chưa chắc
chắn). Lý thuyết dây cũng có vấn đề: các lý thuyếtnày chỉ đúng nếukhông - thời
gian có hoặc mườihoặc hai mươi sáu chiều, chứ không phải là bốn. Các chiều
khônggian phụ sẽ là cơ sở cho khoa học viễn tưởng: Thựcvậy, các chiều đó cókhi
là cầnthiết, nếu không có chúng thì chắc chắn phảicó một thời gianrất lớn để đi
đến được các saovà thiên hàvì thuyết tương đốibuộc rằng chúng ta không thể
chuyển động nhanh hơn ánh sáng.
Hình 10.7
Ý tưởng khoahọc viễn tưởng là hy vọng chúngta có thể tìm được mộtquỹ đạo tắt
theo một chiềuphụ. Ta có thể hình dung được điều này như sau.Hãy tưởng tượng
rằng không - thời gian chúng ta sốngchỉ cóhai chiều và congnhư mộtmặt hình
xuyến(H.10.7). Nếu bạn ở điểm A và muốn điđến điểm Bthì bạn phảiđi theo
đườngAMB (đườngđậm nét) trên mặt xuyến.Song nếu có chiềuthứ ba thì bạn có
thể duhành theo chiều đó dọcđường AEB(đường gạch) nhiều lần ngắnhơnAMB.
Tại sao chúng ta không cảm nhận được cácchiều phụ đó, nếuquả thật chúng tồn
tại? Tại sao chúng ta chỉ thấy được ba chiều không gian và một chiều thờigian?
Một gợi ý giảithích điều đó là các chiều phụ bị uốn cong thànhmột khônggian có
kíchthước rất nhỏ,cỡ một phần triệu triệu triệutriệu triệu inch.Khônggian này
quá nhỏ nên chúng ta khôngthấy được: chúng ta chỉ thấy thời gian mộtchiều và
khônggian ba chiều, trongđó không - thời gian gầnnhư phẳng. Điều này giống
như mặt một quả cam: nếu như bạn nhìn gần sát bạnsẽ thấy những chỗ cong và
nhănnheo, song nếu bạnnhìn từ khoảngcách xa, bạnsẽ không thấynhững chỗ lồi
lõm và mặt quả cam gần như trơn tru.
Đối với không thời gian cũng vậy:ở mộtkích thướcrất bé ta cómột không gian
mười chiều, có độ cong lớn, song ở nhữngkích thước lớn hơn bạn sẽ thấy độ cong

hoặc cácchiều phụ.Nếu bức tranh đó là đúng thì có khó khăn chonhững người
muốn du hànhvào vũ trụ: các chiều phụ quá bé để con tàu vũ trụ có thể lọt qua. Tại
sao chỉ có một số chiều, chứ không phải tất cả, bị uốn congtrong một quả cầu nhỏ?
Có thể đoán chừng rằng trong những giai đoạnsớm của vũ trụ, tất cả cácchiều đều
bị uốn congrất nhiều. Tại saochỉ mộtchiều thời gianvà ba chiều khônggian mở
phẳng ra,còn các chiều khácthì vẫn ở trong trạng thái bị uốn cong?
Hình 10.8.
Một câu trả lời lànguyên lý vị nhân. Mộtkhông gian haichiều không đủ để cho
phép hình thành nhữngsinh vật phức tạp như con người.Ví dụ, nhữngsinh vật hai
chiềusống trênmột khônggian một chiều phải trèo qua nhau để vượt nhau. Nếu
một sinhvật hai chiều ănmột vật gì thì vật đó không thể tiêu hóa hoàn toàn được,
sinh vật đó phải đưa phần không tiêu hóa được ra đằng mồmbởi vì nếu có một
đườngtiêu hóa xuyên quacơ thể thì đườngnày sẽ phân cơ thể sinh vật thànhhai
nửa riêngbiệt: và sinhvật haichiều sẽ phải rã thành hai mảnh (H.10.8).Tươngtự
như vậy thật khómà hình dungđượcbất kỳ một hệ tuần hoàn máu nào trong cơ
thể sinhvậthai chiều.
Nhiều vấn đề sẽ nảy sinhvới mộtkhông gian có nhiều chiều hơnba chiều. Lực hấp
dẫn giữa hai vật sẽ giảm nhanh với khoảng cáchhơn là trong khônggian ba chiều.
(Trong không gianba chiều lực hấpdẫn giảm1/4 lầnnếu khoảng cách tăng lên
gấpđôi. Trong khônggian bốn chiều,nó giảm 1/8lần, trongkhông gian năm chiều,
1/16 lần và cứ như vậy).Sự giảm nhanhđó dẫn đến quỹ đạo củacác hànhtinh,
như quả đất,xung quanhmặt trời sẽ không ổnđịnh: một nhiễu loạn nhỏ khỏi quỹ
đạo tròn (nhiễu loạn gây ra bởi lựchút hấp dẫn của các hành tinhkhác) sẽ làm cho
quả đất chuyển độngxoắn vàrơi vào hoặc xa dần mặt trời.Chúng ta sẽ bị thiêu
cháyhoặc chết cóng.
Trongmột khônggian có số chiều lớn hơn ba, dáng điệu của hấp dẫn theokhoảng
cách không chophép mặttrời tồn tại trong mộttrạngthái ổn định với áp suất cân
bằnghấp dẫn. Mặt trời hoặc sẽ rãra hoặc co lại thànhmột lỗ đen. Trong tất cả các
trường hợp trên, mặt trời sẽ không còn lànguồn nhiệt và ánh sáng vốncần thiết
cho sự sống trên trái đất.Ở một kích thước nhỏ hơn, các lựcđiện buộcrằng các

electronphải quayquanh hạt nhân nguyêntử theo cách quả đấtquay quanhmặt
trời. Như vậy hoặc cácelectroncũng thoátkhỏi nguyên tử hoặc rơi xoắn vào hạt
nhân. Dođó chúngta khôngthể có các nguyêntử màchúng ta đã quan sátđược.
Vậy rõràng cuộc sống, như chúng ta nhận thức, chỉ có thể tồn tại trong những
vùng của không- thời gianở đó một chiều thời gianvà ba chiều không giankhông
bị uốn congnhỏ lại. Điều này có nghĩa là chúng ta cần phải cầu cứuđến nguyên lý
vị nhân yếu, miễn làchúng ta chứngminh được rằnglý thuyết dây ítnhất cho phép
sự tồn tạicủa những vùng như thế trong vũ trụ - và hìnhnhư lýthuyết dây cho
phép. Cóthể tồn tại những vùng khác củavũ trụ, hoặc nhữngvũ trụ khác (theo bất
cứ ýnghĩa nào), trong đó tất cả các chiều đều bị uốn cong nhỏ lại hoặc trongđó có
nhiều hơn bốn chiều gầnnhư phẳng, songtiếc thayở đây khôngthể tồn tại một
sinh vật có trí tụê nào để quansát những điều có thậtđó.
Ngoài vấn đề số chiều củakhônggian, lý thuyết dây còn đặt ra nhiều vấn đề khác
cần giải quyếttrước khi lý thuyết này đượccông nhậnlà lý thuyết tối hậu của vật
lý học.Chúng ta còn chưa biết rằngcó phải mọiđại lượng vô hạnsẽ triệt tiêu nhau
và cũng chưa biết làm thế nào để nối liền mộtcách chính xác các sóngtrên dây với
các hạtquan sát được. Tuy nhiên, có lẽ những câu trả lời cho các câu hỏiđó sẽ
được tìm ratrongvài năm tới và đến cuối thế kỷ này chúng ta sẽ rõ liệu lý thuyết
dây cóquả thựclà lý thuyết thống nhất của vật lýtừ lâumong đợi chăng.
Mặtkhác, có thựctồn tại một lý thuyết như thế hay không?Hay là chúngta chỉ
đang săn đuổimột ảo ảnh?Có thể cóba khả năng:
1. Quả thực tồntại một lý thuyết thống nhấthoàn chỉnh, mà chúngta mộtngày nào
đó sẽ phát minhra nếu chúng ta cóđủ tài năng.
2. Khôngtồn tại một lý thuyết tối hậu của vũ trụ, chỉ tồn tại một chuỗi vô cùng các
lý thuyết mô tả vũ trụ ngàycàng chínhxác.
3. Khôngtồn tại một lý thuyết nào về vũ trụ; các sự cố khôngthể tiên đoán vượt
quá một giớihạn nào đó, chúng xảy ra một cách ngẫu nhiên vàtùy tiện.
Với sự rađời của cơ học lượngtử, chúng ta phải thừa nhậnrằng các sự cố không
thể đượctiên đoán vớiđộ chínhxác hoàn toàn mà luôntồn tại một độ bất định.
Nếu muốn, người ta cóthể gánsự ngẫu nhiên đó cho sự can thiệp của Chúa, song

đấy quả là một loại can thiệp kỳ lạ: không có một chứng cứ gì cho thấy canthiệp đó
được định hướngđến bất kỳ một mục đích nào.Thực vậy, nếu có một mục đích, thì
khôngcòn là ngẫu nhiên nữa. Trongthời đại hiện nay, chúng ta đã loại bỏ hữu hiệu
khả năng thứ ba bằng cách định nghĩalại mục đích của khoahọc: mục tiêu của
khoa họclà xây dựng mộtbộ địnhluật có khả năng cho phép chúng ta tiên đoán
các sự cố chỉ tronggiới hạn xácđịnh bởi nguyên lý bất định.
Khả năngthứ hai, khả năngtồn tại một chuỗi vô cùngnhững lý thuyếtngày càng
tinh tế, rất phù hợp với kinhnghiệm củachúng ta. Nhiều lần chúngta đã tăng độ
nhạy các phépđo và thực hiện nhiềuloại thí nghiệm mới chỉ với mục đích phát
hiện những hiệntượng mới khôngtiên đoánđược bởi lý thuyết hiện có vàđể mô
tả những hiện tươngđó chúng ta phải phát triển một lý thuyết tiên tiếnhơn. Vì vậy
khôngcó gì đángngạc nhiêu nếu thế hệ hiện tại các lýthuyết thống nhất phạm sai
lầm khikhẳng định rằng không có điều gì căn bản mới xảy ragiữa nănglượng cỡ
100 GeVcủa lý thuyết thống nhấtyếuđiện từ và năng lượng cỡ ngàn triệu triệu
GeV của lý thuyết thống nhất lớn. Đánglý chúng ta phải hy vọngtìm ra nhiều tầng
cấu trúcmới cơ bản hơn quarkvà electronhiện nay đượcxem như lànhững hạt
“cơ bản”.
Song dường như hấp dẫn cóthể cung cấp mộtgiới hạn cho chuỗi các “hộptrong
hộp” đó. Nếu ta có một hạt với năng lượnglớn hơn cáigọi là năng lượng Planck,
mười triệu triệu triệu GeV(1 theo saulà 19 số không),thì khối lượng của nó có
mậtđộ tập trung đếnmức mà nó tự côlập táchkhỏi phần vũ trụ còn lại và biến
thành một lỗ đennhỏ. Như vậy dườngnhư chuỗi các lý thuyết ngày càngtinh tế đó
phải cómột giớihạn khi chúng ta tiếp cận với những năng lượng ngày càng cao, và
ắt phải có mộtlý thuyết tối hậu về vũ trụ. Lẽ dĩ nhiên, năng lượng Planck làmột
quãngđường dài kể từ những năng lượng cỡ nghìn GeV mà hiện naylà nănglượng
lớn nhất chúng ta có khả năng tạo ratrong phòngthí nghiệm.Chúngta chưa vượt
qua được hố ngăn cách đó trong một tương laigần nhờ những máygia tốc! Nhưng
những giai đoạn sơ sinhcủa vũ trụ đã từng chứng kiếnnhững năng lượng như vậy.
Tôi nghĩ rằng cónhiều xác suất may mắn làsự nghiên cứu những giai đoạn sớm
của vũ trụ kết hợp với những đòi hỏi chặtchẽ của toán họcsẽ dẫn chúngta đến

một lý thuyếtthống nhấthoàn chỉnh tronggiới hạn cuộcđời của nhiều người
chúng ta.
Nếu chúngta thực sự tìm rađược mộtlý thuyết tốihậu về vũ trụ, thì điều đó có ý
nghĩa như thế nào?Chúng ta không bao giờ có thể chắc chắn hoàn toàn rằng quả
chúng ta đã tìm rađược một lý thuyết hoàn chỉnh. Songnếu lý thuyết chặt chẽ về
mặttoán học vàluôn đưa rađược những tiên đoán phùhợp với quan sát,thì chúng
ta có thể tin một cách hợp lýrằng đó là mộtlý thuyết đúng đắn.Nó sẽ kết thúcmột
chương dài và vinh quangtrong lịchsử đấutranh trí tuệ của con người để tìm hiểu
vũ trụ.Đồng thời nócũngcách mạnghóa sự hiểu biết cácđịnh luậtvũ trụ của con
người bình thường.
Thời Newton một người có giáo dục rất cóthể nắm đượctoàn bộ kiến thức của
nhânloại, ít nhất làtrong những nét cơ bản. Song sauđó nhịp độ phát triển của
khoa họclàm cho khả năng trên không còn nữa. Vì rằng các lý thuyếtluôn thayđổi
để phù hợp với những quan sát mới,chúng khôngthể đơn giản hóađược để một
người bình thường có thể hiểu thấu. Bạnphải là một chuyên gia,và dẫu là một
chuyên gia bạncũngchỉ hy vọngnắm bắt được một phần các lý thuyết khoa học.
Ngoài ra, khoahọc tiến nhanhtới mức mà những kiếnthức thu nhận được ở học
đườngcũng luôn luôn bấtcập với thời đại.Chỉ mộtsố ít người theo kịp đượcranh
giới tiềntiêu củakiến thức và số người đó cũng phải dùngtoàn bộ số thời gian để
làm việc và chuyên sâu vào một lĩnh vựcnhỏ. Số đôngcòn lạiít có kháiniệm về
những thành tựu tiên tiến của khoahọc vànhững vấn đề lý thú nảy sinh từ đó.
Bảy mươi nămvề trước,nếu tinlời Eddington, thì chỉ có hai người hiểu được lý
tuyết tương đốirộng. Ngày nayhàngvạn sinh viên đại họchiểu đượclý thuyếtđó
và hàngtriệu người ít nhất đã làm quen với lý thuyết tương đối rộng. Nếu một lý
thuyết thống nhất hoàn chỉnh được phát minh,thì chỉ còn là vấnđề thời gianđể
cho lý thuyết đó được thấu triệt rồi đơn giản hóa và giảng dạy trong nhà trườngít
nhất là những nét cơ bản. Vàmọi người chúng ta sẽ đủ khả năngcó được một kiến
thức nhất địnhvề nhữngđịnh luậttrị vì vũ trụ và điều hànhcuộc sốngcủa chúng
ta.
Ngay nếu chúng ta tìm được ra mộtlý thuyết thốngnhất hoàn chỉnh,điều đó cũng

khôngcó nghĩarằng chúngta có khả năng tiên đoánmọi sự cố nói chung,vì hai lẽ.
Thứ nhấtdo giới hạn mà nguyên lý bất định của cơ học lượng tử áp đặtlên mọi
quyền lựctiên đoán của chúngta. Chúng ta không thể làm gìđược để vượt giới hạn
đó.Song trongthựctiễn giới hạnthứ nhấtđó cònít ràngbuộc hơn giới hạnsau đây.
Vấn đề là ở chỗ chúngta không thể giải đượccác phươngtrình củalý thuyết một
cách tuyệt đốichính xác,trừ vài trườnghợp rấtđơn giản. (Chúng ta không thể giải
chínhxác ngay cả chuyển động ba vật trong lý thuyết hấp dẫn của Newton, và khó
khănsẽ tănglên với số vật thamgia chuyển động vàmức độ phức tạp củalý
thuyết).
Chúng tađã biết nhiềuđịnhluật điều hànhvật chất dướimọi điều kiện cực đoan
nhất.Nói riêng, chúng ta đã biết những định luật cơ bản điều khiển mọi đốitượng
của hóahọc và sinhhọc. Nhưng chắc chắn ta không quy các đối tượngđó về thực
trạngcủa những bài toán giải được; đến naychúng ta đã đạt đượcquá ít tiến bộ
trong việc tiênđoán cáchxử sự của conngười từ nhữngphươngtrình toán học! Vì
vậy ngaylúc chúngta tìmra được một bộ hoàn chỉnhcác địnhluật cơ bản, cũng
cần nhiều nămtrong tương lai để thách đố trí tuệ con người tìm ranhững phương
pháp xấp xỉ hữu hiệu hơnđể có thể đưa ra những tiên đoáncó ích về những hệ quả
khả dĩ trong những tình huống thựctiễn và phứctạp. Một lý thuyết thống nhất
chặt chẽ và hoàn chỉnh,chỉ mới là bước đầu: mục tiêu của chúngta là mộtsự hiểu
biết hoàn chỉnhvề mọi sự cố chung quanhvà về bản thân sự tồn tại của chúng ta.