Giai điệu dây và bản giao hưởng vũ trụ

Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

1

MC LC

CHÛÚNG 5 MÊU THỴN GIÛÄA THUËT TÛÚNG ÀƯËI RƯÅNG VÂ CÚ HỔC LÛÚÅNG TÛÃ:
TIÏËN TÚÁI MƯÅT L THUËT MÚÁI (TIÏËP) .................................................................................. 2
CHÛÚNG 6: KHƯNG CỐ GỊ KHẤC NGOÂI ÊM NHẨC: NHÛÄNG CÚ SÚÃ CUÃA LYÁ THUYÏËT
SIÏU DÊY..................................................................................................................................... 12
CHÛÚNG 7: CAÁI "SIÏU" TRONG SIÏU DÊY........................................................................... 44
CHÛÚNG 8 - CẤC CHIÏÌU ÊÍN GIÊËU......................................................................................... 64
CHÛÚNG 9 BÙÇNG CHÛÁNG ÀĐCH THÛÅC: NHÛÄNG ÀÙÅC TRÛNG KHÙÈNG ÀÕNH BÙÇNG
THÛÅC NGHIÏÅM........................................................................................................................... 87




Brian Greene

2

CHÛÚNG 5
MÊU THỴN GIÛÄA THUËT TÛÚNG ÀƯËI RƯÅNG VÂ CÚ HỔC
LÛÚÅNG TÛÃ: TIÏËN TÚÁI MƯÅT L THUËT MÚÁI
(Tiïëp)

Nhûäng hẩt truìn tûúng tấc
Theo mư hịnh chín, cấc trûúâng lûåc mẩnh vâ ëu cng àûúåc
tẩo thânh tûâ nhûäng gối nhỗ nhêët, giưëng nhû trûúâng àiïån tûâ àûúåc
tẩo búãi cấc photon. Nhû àậ àûúåc thẫo lån sú qua trong Chûúng 1,

nhûäng gối nhỗ nhêët ca lûåc mẩnh àûúåc biïët lâ cấc gluon vâ ca lûåc
ëu lâ cấc boson ëu (nối mưåt cấch chđnh xấc hún àố lâ cấc boson W
vâ Z). Mư hũnh chuờớn khựống ừnh rựỗng nhỷọng haồt lỷồc oỏ khửng cố
cêëu trc nưåi tẩi vâ do àố chng cng lâ nhûäng hẩt sú cêëp nhû cấc
hẩt thåc ba hổ hẩt ca vêåt chêët.
Photon, gluon vâ cấc boson ëu tẩo ra mưåt cú chïë vi mư ca
sûå truìn cấc hẩt. Vđ d, khi mưåt hẩt tđch àiïån àêíy mưåt hẩt khấc
tđch àiïån cng dêëu, thị àiïìu nây cố thïí giẫi thđch mưåt cấch khấ thư
thiïín nhû sau: mưỵi hẩt àïìu sinh ra xung quanh nố mưåt àiïån
trûúâng — tûåa nhû “mưåt àấm mêy” hay mưåt “àấm sûúng m” ca
mưåt “chêët - àiïån” vâ lûåc àêíy mâ cấc àiïån tđch cẫm nhêån àûúåc àố lâ
sûå àêíy ca hai trûúâng tûúng ûáng ca chng. Tuy nhiïn, sûå mư tẫ
vi mư chđnh xấc hún vïì sûå àêíy nhau ca cấc photon vâ sûå tûúng
tấc giûäa hai hẩt tđch àiïån lâ do sûå “bùỉn” qua lẩi cấc photon giûäa
hai hẩt tđch àiïån àố. Tûúng tûå nhû hai ngûúâi trûúåt bùng nếm qua
nếm lẩi cho nhau nhûäng quẫ bowling qua mưåt búâ râo vâ àiïìu àố
lâm ẫnh hûúãng túái chuín àưång ca cẫ hai ngûúâi, hai haồt tủch iùồn
taỏc ửồng lùn nhau bựỗng caỏch trao ửới cấc photon.
Cố mưåt khiïëm khuët cùn bẫn trong sûå tûúng tûå ca hai
ngûúâi trûúåt bùng, àố lâ sûå trao àưíi nhûäng quẫ bowling ln cố tấc
dng “àêíy”, nố ln lâm cho hai ngûúâi lẩng ra xa nhau. Trấi lẩi,
hai hẩt tđch àiïån trấi dêëu cng tûúng tấc thưng qua trao àưíi cấc
photon, tuy nhiïn lûåc àiïån tûâ giûäa chng lẩi lâ lûåc ht. Àiïìu nây



Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

3

cho ta cẫm giấc nhû photon thûåc chêët khưng phẫi lâ hẩt truìn lûåc
mâ lâ hẩt truìn thưng àiïåp cho hẩt nhêån biïët phẫi àấp ûáng nhû
thïë nâo àưëi vúái lûåc hiïån cố. Àưëi vúái cấc hẩt tđch àiïån cng dêëu,
photon mang túái thưng àiïåp bẫo chng “ài ra xa nhau”, trong khi
àố àưëi vúái cấc hẩt tđch àiïån trấi dêëu, nố mang túái thưng àiïåp “xđch
lẩi gêìn nhau”. Vị l do àố àưi khi photon côn àûúåc gổi lâ hẩt truìn
tin hay hẩt trung gian mưi giúái àưëi vúái lûåc àiïån tûâ. Tûúng tûå, cấc
gluon vâ cấc boson ëu lâ cấc hẩt truìn tin àưëi vúái cấc lûåc hẩt
nhên mẩnh vâ ëu. Lûåc mẩnh tûác lûåc giûä cấc hẩt quark úã bùn
trong caỏc photon vaõ nỳtron, ỷỳồc thỷồc hiùồn bựỗng caỏch trao àưíi cấc
gluon. Nhû vêåy cố thïí nối, cấc gluon àậ cung cêëp mưåt “chêët keo”
(tiïëng Anh lâ “glue”) giûä cho cấc hẩt dûúái ngun tûã dđnh kïët vúái
nhau. Côn lûåc ëu, chđnh lâ lûåc àậ gêy ra mưåt sưë phên rậ phống
xẩ, lẩi àûúåc thûåc hiïån thưng qua hẩt trung gian lâ cấc boson ëu.

Àưëi xûáng chín
Chùỉc cố lệ bẩn àậ thêëy mưåt nhên vêåt côn chûa àûúåc àïì cêåp
túái trong thẫo lån ca chng ta vïì l thuët lûúång tûã ca cấc lûåc
trong tûå nhiïn, àố lâ lûåc hêëp dêỵn. Cùn cûá vâo cấch tiïëp cêån thânh
cưng mâ cấc nhâ vêåt l àậ sûã dng cho ba lûåc khaỏc, baồn chựổc cho
rựỗng caỏc nhaõ vờồt lyỏ seọ tũm kiïëm mưåt l thuët trûúâng lûúång tûã cho
lûåc hêëp dêỵn, mưåt l thuët trong àố bố nhỗ nhêët ca trûúâng lûåc
hêëp dêỵn, tûác graviton, sệ lâ hẩt truìn tin ca nố. Thoẩt nhịn, nhû
bẩn bêy giúâ sệ thêëy, gúåi àố ca bẩn dûúâng nhû hoân toân thđch
húåp, búãi lệ lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã cuãa ba lûåc phi hêëp dờợn heỏ mỳó
cho thờởy rựỗng coỏ mửồt sỷồ tỷỳng tỷồ hoân toân giûäa chng vâ mưåt
khđa cẩnh ca lûåc hêëp dêỵn mâ chng ta àậ gùåp trong Chûúng 3.
Xin nhùỉc laồi rựỗng lỷồc hờởp dờợn aọ cho pheỏp chuỏng ta tuyùn bửở
rựỗng moồi ngỷỳõi quan saỏt, bờởt kùớ hoồ chuyùớn àưång nhû thïë nâo, àïìu
hoân toân bịnh àùèng vúái nhau. Ngay cẫ nhûäng ngûúâi mâ chng ta

thûúâng nghơ hổ chuín ửồng coỏ gia tửởc cuọng coỏ quyùỡn noỏi rựỗng hoồ
ỷỏng n, vị hổ cố thïí gấn lûåc mâ hổ cẫm thêëy cho mưåt trûúâng hêëp
dêỵn mâ hổ àûúåc àùåt vâo. Theo nghơa àố, lûåc hêëp dêỵn àậ hêåu thỵn
cho mưåt ửởi xỷỏng: noỏ aóm baóo rựỗng moồi quan iùớm, moồi hïå quy
chiïëu àïìu thûåc sûå tûúng àûúng vúái nhau. Sûå tûúng tûå ca hêëp dêỵn
vúái cấc lûåc mẩnh, ëu vâ àiïån tûâ lâ úã chưỵ, têët cẫ ba àïìu hêåu thỵn
cho nhûäng lưëi àưëi xûáng, chó cố àiïìu nhûäng àưëi xûáng nây trûâu tûúång
hún nhiïìu.




Brian Greene

4

Àïí cố mưåt niïåm sú bưå vïì nhûäng ngun l àưëi xûáng tinh tïë
hún àố, ta hậy xết mưåt vđ d quan trổng. Nhû àậ biïët úã Chûúng 1,
mưỵi quark àïìu cố ba “mâu” (thûúâng gổi lâ àỗ, lc vâ lam, mùåc d
àêy àún giẫn chó lâ cấc nhận chûá khưng cố quan hïå gị vúái cấc mâu
trong thõ giấc chng ta). Cấc mâu nây quët àõnh quark phẫi phẫn
ûáng nhû thïë nâo àưëi vúái lûåc mẩnh, cng hïåt nhû àiïån tđch ca
quark quët àõnh nố phẫi phẫn ûáng nhû thïë nâo àưëi vúái lûåc àiïån
tûâ. Têët cẫ nhỷọng dỷọ liùồu thu thờồp ỷỳồc cho thờởy rựỗng coỏ mưåt àưëi
xûáng giûäa cấc quark theo nghơa tûúng tấc giûäa hai quark cng
mâu (àỗ vúái àỗ, lc vúái lc vâ lam vúái lam) laâ hoaân toaân nhû nhau
vaâ tûúng tûå, tûúng tấc giûäa cấc quark khấc mâu (àỗ vúái lc, lc vúái
lam vâ lam vúái àỗ) cng hoân toân nhû nhau. Thûåc tïë, cấc dûä liïåu
côn cho thêëy àiïìu gị àố côn àấng ngẩc nhiïn hún. Nïëu ba mâu — ba
tđch khấc nhau ca tûúng tấc mẩnh — mâ quark mang têët cẫ àïìu

àûúåc dõch chuín theo mưåt cấch àùåc biùồt naõo oỏ (noỏi mửồt caỏch nửm
na bựỗng ngửn ngỷọ mâu sùỉc tûúãng tûúång ca chng ta, nïëu àỗ, lc
vâ lam àïìu bõ dõch chuín thânh vâng, châm vâ tđm, chùèng hẩn)
vâ thêåm chđ nhûäng chi tiïët ca sûå dõch chuín àố thay àưíi tûâ thúâi
àiïím nây sang thúâi àiïím khấc, tûâ núi nây sang núi khấc, thị tûúng
tấc giûäa cấc quark vêỵn hoân toân khưng thay àưíi. Vị l do oỏ,
chuỏng ta noỏi rựỗng Vuọ truồ coỏ ửởi xỷỏng tûúng tấc mẩnh: nghơa lâ
tûúng tấc mẩnh khưng thay àưíi bêët kïí cấc tđch mâu ca nố dõch
chuín nhû thïë nâo, cng hïåt nhû chng ta nối hịnh cêìu cố àưëi
xûáng cêìu vị nố nhịn nhû nhau bêët kïí ta quay nố ra sao vâ nhịn nố
dûúái gốc àưå nâo. Vị l do lõch sûã, cấc nhâ vêåt l côn gổi àưëi xûáng
nây ca tûúng tấc mẩnh lâ àưëi xûáng chín (gauge).
Vâ àêy múái lâ àiïìu cùn bẫn. Cng nhû sûå àưëi xûáng ca mổi
àiïím quan sất khấc nhau trong thuët tûúng àưëi rưång àôi hỗi phẫi
cố lûåc hêëp dêỵn, nhûäng cưng trịnh ca Hermann Weyl vâo nhûäng
nùm 20 vâ ca Dûúng Chêën Ninh vâ Robert Mills nhûäng nùm 50
àậ chỷỏng toó rựỗng caỏc ửởi xỷỏng chuờớn cuọng oõi hoói sûå tưìn tẩi ca
cấc lûåc khấc nûäa. Tûåa nhû mưåt hïå thưëng kiïím soất mưi trûúâng rêët
nhẩy giûä cho nhiïåt àưå, ấp sët khưng khđ vâ àưå êím ln ln
khưng thay ửới bựỗng caỏch buõ trỷõ chủnh xaỏc nhỷọng aónh hûúãng tûâ
bïn ngoâi, mưåt sưë loẩi trûúâng lûåc, theo Dûúng vâ Mills, cng sệ tẩo
sûå b trûâ chđnh xấc cho nhỷọng dừch chuyùớn trong caỏc tủch cuóa
tỷỳng taỏc, bựỗng caỏch àố giûä cho nhûäng tûúng tấc vêåt l giûäa cấc
hẩt hoân toân khưng thay àưíi. Àưëi vúái trûúâng húåp àưëi xûáng chín
gùỉn liïìn vúái sûå dõch chuín trong cấc tđch mâu ca quark, lûåc àôi
hỗi khưng gị khấc chđnh lâ lûåc mẩnh. Àiïìu nây cố nghơa lâ, nïëu



Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

5

khưng cố lûåc mẩnh, sệ khưng cố àưëi xûáng chín vâ vêåt l cng sệ
khấc sau khi dõch chuín cấc mâu.
Lûåc hêëp dêỵn vâ lûåc hẩt nhên mẩnh cố nhûäng tđnh chêët hoân
toân khấc nhau (chùèng hẩn, lûåc hêëp dêỵn ëu hún lûåc mẩnh rêët
nhiïìu vâ tấc dng trïn khoẫng cấch rêët xa). Tuy nhiïn, chng cố
mưåt di sẫn chung búãi vị cẫ hai àïìu cêìn phẫi thûåc hiïån mưåt sưë àưëi
xûáng cuãa Vuä truå. Tûúng tûå nhû vêåy, lûåc haåt nhên ëu vâ lûåc àiïån
tûâ cng gùỉn liïìn vúái nhûäng àưëi xûáng chín àiïån tûâ. Nhû vêåy, cẫ
bưën tûúng tấc àïìu liïn hïå trûåc tiïëp vúái cấc ngun l àưëi xûáng.
Àùåc àiïím chung nây ca bưën lûåc dûúâng nhû lâ mưåt àiïìm tưët
cho sûå àïì xët àûúåc nïu ra úã àêìu chûúng nây. C thïí lâ trong
tûúng àưëi rưång, chng ta cêìn phẫi tịm kiïëm mưåt l thuët trûúâng
lûúång tûã ca lûåc hêëp dêỵn, nhû cấc nhâ vêåt l àậ phất minh ra caác
lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã cuãa ba lûåc khấc. Trong nhiïìu nùm, lêåp
lån nây àậ cưí v nhiïìu nhâ vêåt l xët sùỉc ài theo con àûúâng àố,
nhûng thûåc tïë cho thêëy cố quấ nhiïìu chưng gai vâ khưng cố ai
thânh cưng ài àûúåc àïën cng. Dûúái àêy chng ta sệ hiïíu tẩi sao lẩi
nhû vêåy.

Thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã
Lơnh vûåc ấp dng thưng thûúâng ca thuët tûúng àưëi rưång lâ
úã nhûäng thang khoẫng cấch thiïn vùn. ÚÃ nhûäng khoẫng cấch lúán
nhû thïë, theo l thuët ca Einstein, khi khưng cố khưëi lûúång thị
khưng gian lâ phùèng, nhû àûúåc minh hổa trïn Hịnh 3.3. Trong
cưng cåc tịm kiïëm àïí húåp nhêët thuët tûúng àưëi vúái cú hổc lûúång
tûã, giúâ àêy chng ta cêìn têåp trung gùỉt gao vâ xem xết k lûúäng
nhûäng tđnh chêët vi mư ca khưng gian. Chng ta minh hổa àiïìu oỏ

trùn Hũnh 5.1 bựỗng caỏch thu laồi gờỡn vaõ phoỏng àẩi liïn tiïëp nhûäng
vng ngây câng nhỗ ca cêëu trc khưng gian. Thoẩt àêìu, khi thu
lẩi gêìn, chûa thêëy cố gị xẫy ra; nhû chng ta thêëy trong ba mûác
phống àẩi àêìu tiïn trïn Hịnh 5.1, cêëu trc khưng gian vêỵn côn cố
dẩng vïì cú bẫn lâ nhû nhau. Nïëu l lån theo quan àiïím thìn
ty cưí àiïín, thị chng ta hựốn seọ nghụ rựỗng hũnh aónh phựống vaõ yùn
tụnh vêỵn côn giûä mậi nhû thïë cho túái têån nhûäng thang chiïìu dâi
nhỗ nhêët. Nhûng cú hổc lûúång tûã àậ lâm thay àưíi kïët lån àố mưåt
cấch cú bẫn. Mổi thûá, kïí cẫ trûúâng hêëp dêỵn, àïìu phẫi chõu nhûäng
thùng giấng lûúång tûã cưë hûäu do ngun l bêët àõnh. Mựồc duõ nhỷọng
lyỏ luờồn cửớ iùớn suy ra rựỗng khửng gian trửởng rửợng coỏ trỷỳõng hờởp
dờợn bựỗng khửng, nhỷng cỳ hoồc lỷỳồng tỷó laồi chỷỏng toó rựỗng vùỡ trung



Brian Greene

6

bũnh thũ uỏng laõ noỏ bựỗng khửng, nhỷng giaỏ trõ thûåc ca nố dao
àưång lïn xëng do cấc thùng giaáng lûúång tûã. Hún thïë nûäa, nguyïn
lyá bêët àõnh cho chuỏng ta biùởt rựỗng kủch cỳọ nhỷọng thựng giaỏng naõy
cuóa trûúâng hêëp dêỵn sệ câng lúán khi chng ta têåp trung ch túái
vng khưng gian câng nhỗ. Cú hổc lỷỳồng tỷó coõn chỷỏng toó rựỗng
khửng coỏ gũ thủch bừ dưìn vâo mưåt gốc cẫ: sûå têåp trung khưng gian
câng hểp sệ dêỵn túái nhûäng thùng giấng câng lúán.
Hịnh 5.1 Bựỗng caỏch phoỏng aồi liùn tiùởp mửồt vuõng nhoó cuóa
khửng gian, ta cố thïí thùm dô àûúåc nhûäng tđnh chêët siïu vi mư ca nố.
Nhûäng àõnh húåp nhêët thuët tûúng àưëi rưång vúái cú hổc lûúång tûã àïìu
vêëp phẫi nhûäng bổt lûúång tûã sưi sc xët hiïån úã têìng phống àẩi cao

nhêët.

Vị trûúâng hêëp dêỵn àûúåc phẫn ấnh búãi àưå
cong ca khưng-thúâi gian, nïn chđnh nhûäng thùng
giấng lûúång tûã nây àûúåc thïí hiïån búãi nhûäng biïën
dẩng câng mẩnh ca khưng gian bao quanh.
Chng ta àậ lúâ múâ nhêån thêëy nhûäng biïën dẩng
nhû vêåy àậ xët hiïån úã mûác phống aồi thỷỏ tỷ trùn Hũnh 5.1. Bựỗng
caỏch thựm doõ tỳỏi nhûäng thang khoẫng cấch côn nhỗ hún nûäa, nhû
àậ lâm úã mûác phống àẩi thûá nùm trïn Hịnh 5.1, chng ta thờởy
rựỗng nhỷọng thựng giaỏng lỷỳồng tỷó ngờợu nhiùn cuóa trûúâng hêëp dêỵn
tûúng ûáng vúái nhûäng ën cong ghï gúám àïën nưỵi khưng gian khưng
côn giưëng mưåt cht nâo vúái mưåt àưëi tûúång hịnh hổc vúái àưå cong
mïìm mẩi nhû lâ mâng cao su mâ ta àậ xết úã Chûúng 3 nûäa. Mâ
bêy giúâ nố cố dẩng si bổt, rưëi ren vâ vùån xóỉn k dõ nhû àûúåc
minh hổa úã têìng trïn cng ca Hịnh 5.1. John Wheeler àậ àùåt ra
thåt ngûä bổt lûúång tûã àïí mư tẫ sûå nấo nhiïåt àûúåc phất lưå búãi sûå
thùm dô úã mûác siïu vi mư àố ca khưng gian (vâ cẫ thúâi gian nûäa),
trong àố nhûäng khấi niïåm thưng thûúâng nhû trấi phẫi, trûúác sau,
trïn dûúái (vâ thêåm chđ cẫ quấ khûá vâ tûúng lai nûäa) àïìu mêët hïët
nghơa. Chđnh úã nhûäng thang khoẫng cấch cûåc ngùỉn nhû vêåy àậ xẫy
ra sûå khưng tûúng thđch giûäa thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc
lûúång tûã. Khấi niïåm hịnh hổc trún tru - ngun l trung têm ca
thuët tûúng àưëi rưång - àậ bõ nhûäng thùng giấng dûä dưåi ca thïë
giúái lûúång tûã úã nhûäng thang khoẫng cấch cûåc ngùỉn phấ hy. Nhû
vêåy, úã nhûäng thang khoẫng cấch cûåc ngùỉn, àùåc tđnh trung têm ca
cú hổc lûúång tûã, tûác lâ ngun l bêët àõnh, àậ trûåc tiïëp xung àưåt
vúái àùåc tđnh trung têm ca thuët tûúng àưëi rưång, àố lâ mư hịnh
hịnh hổc trún tru ca khưng gian (vâ ca cẫ thúâi gian nûäa).

Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

7

Thûåc tïë, sûå xung àưåt nây àûúåc thïí hiïån mưåt cấch hïët sỷỏc cuồ
thùớ. Nhỷọng tủnh toaỏn nhựỗm hỳồp nhờởt caỏc phỷỳng trịnh ca thuët
tûúng àưëi rưång vâ ca cú hổc lûúång tûã thûúâng cho mưåt àấp sưë nhû
nhau vâ hoân toân vư nghơa: àố lâ giấ trõ vư hẩn. Giưëng nhû c
qët roi vâo tay hổc trô ca cấc thêìy àưì thúâi xûa, mưåt àấp sưë vư
hẩn lâ cấch thûác ca tỷồ nhiùn ùớ noỏi vỳỏi chuỏng ta rựỗng coỏ mửồt àiïìu
gị àố àậ sai lêìm [1]. Nhûäng phûúng trịnh ca thuët tûúng àưëi
rưång khưng thïí chõu nưíi sûå sưi ca caỏc boồt lỷỳồng tỷó.
Tuy nhiùn, cờỡn thờởy rựỗng khi chuỏng ta quay trúã lẩi vúái
nhûäng thang khoẫng cấch thưng thûúâng (tûác lâ ài theo dậy cấc
têìng tûâ trïn xëng dûúái ca Hịnh 5.1), thị nhûäng thùng giấng
ngêỵu nhiïn, dûä dưåi úã cấc thang nhỗ sệ triïåt tiïu nhau khi lêëy trung
bịnh, theo cấch giưëng hïåt nhû tâi khoẫn ca anh bẩn mùỉc núå kinh
niïn ca chng ta khưng hïì cho thêëy lâ anh mùỉc núå kinh niïn vâ
khấi niïåm hịnh hổc trún ca cêëu trc V tr lẩi trúã nïn chđnh xấc.
Àiïìu nây cng tûåa nhû khi xem mưåt bûác tranh thåc trûúâng phấi
hôa quån vâo nhau gêy cho ta êën tûúång vïì mưåt hịnh ẫnh trún tru,
vúái àưå sấng tưëi ca nố biïën thiïn liïn tc vâ mïìm mẩi tûâ mẫng nây
àïën mẫng khấc. Nhûng khi tiïën àïën gêìn hún, tûác lâ úã nhûäng thang
khoẫng cấch nhỗ hún, bẩn seọ thờởy rựỗng oỏ chú laõ ờởn tỷỳồng bùỡ
ngoaõi: bỷỏc tranh bêy giúâ chó côn lâ mưåt têåp húåp ca cấc àiïím rúâi
rẩc, mưỵi àiïím tấch rúâi khỗi cấc àiïím khaỏc. Cuọng xin lỷu yỏ rựỗng,
baồn yỏ thỷỏc ỷỳồc baón chêët giấn àoẩn ca bûác tranh chó khi xem nố
úã nhûäng thang khoẫng cấch nhỗ, côn khi nhịn tûâ xa thị nố vêỵn

trún tru nhû thûúâng. Tûúng tûå nhû vêåy, cêëu trc ca khưng-thúâi
gian sệ dûúâng nhû lâ trún, chó trûâ khi ta thùm dô nố vúái àưå chđnh
xấc siïu vi mư. Àiïìu nây giẫi thđch tẩi sao thuët tûúng àưëi rưång
cho kïët quẫ rêët tưët úã nhûäng thang khoẫng cấch (vâ thúâi gian) rêët
lúán, tûác lâ nhûäng thang liïn quan túái nhiïìu ûáng dng thiïn vùn
thûúâng gùåp, úã àố giẫ thuët trung têm vïì mưåt hịnh hổc vúái àưå cong
trún lâ húåp l. Nhûng úã nhûäng khoẫng cấch (vâ thúâi gian) nhỗ, giẫ
thuët nây bõ sp àưí vâ thuët tûúng àưëi rưång khưng côn ph húåp
nûäa do vêëp phẫi nhûäng thùng giấng lûúång tûã.
Nhûäng ngun l ca cú hổc lûúång tûã vâ thuët tûúng àưëi
rưång cho phếp chng ta tđnh àûúåc gêìn àng nhûäng thang khoẫng
cấch mâ dûúái àố hiïån tûúång si bổt lûúång tûã tai hẩi bùỉt àêìu thïí
hiïån rộ nết (vâ phong cẫnh giưëng nhû têìng trïn cuõng cuóa Hũnh
5.1). Giaỏ trừ rờởt nhoó cuóa hựỗng sửở Planck, hựỗng sửở chi phửởi cỷỳõng ửồ
cuóa caỏc hiùồu ỷỏng lûúång tûã, vâ cûúâng àưå ëu cưë hûäu ca lûåc hêëp dêỵn



Brian Greene

8

gưåp lẩi àậ cho ta kïët quẫ gổi lâ chiïìu dâi Planck, cố giấ trõ nhỗ
ngoâi sûác tûúãng tûúång: mưåt phêìn triïåu t t xentimết (10-33cm)
[2]. Nhû vêåy, têìng thûá nùm trïn Hịnh 5.1 lâ hịnh ẫnh khấi lûúåc
ca phong cẫnh siïu vi mư ca V tr úã thang dûúái chiïìu dâi
Planck. Àïí cố mưåt niïåm vïì thang nây, hậy hịnh dung mưåt
ngun tûã àûúåc phống àẩi túái kđch thûúác ca V tr mâ ta biïët
hiïån nay, khi àố chiïìu dâi Planck chó cúä àưå cao ca mưåt cờy bũnh
thỷỳõng.

Nhỷ vờồy, chuỏng ta thờởy rựỗng sỷồ khửng tỷỳng thđch giûäa
thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã chó trúã nïn rộ râng trong
mưåt phẩm vi khấ huìn bđ ca V tr. Vị vêåy bẩn cố thïí sệ tûå hỗi,
liïåu nố cố àấng kïí chng ta phẫi bêån têm hay khưng? Thûåc tïë,
cưång àưìng cấc nhâ vêåt l nhêån thûác àûúåc vêën àïì àố, nhûng hổ lẩi
thđch th trúã vïì vúái nhûäng nghiïn cûáu ca hổ trong àố nhûäng
thang chiïìu dâi lúán hún nhiïìu so vúái chiïìu dâi Plack vâ viïåc sûã
dng cú hổc lûúång tûã vâ /hóåc thuët tûúng àưëi rưång sệ khưng hïì
gùåp mưåt ri ro nâo. Tuy nhiïn, cố nhûäng nhâ vêåt l khấc, hổ trùn
trúã sêu sùỉc trûúác mưåt thûåc tïë lâ, hai cưåt tr cú bẫn ca vêåt l hổc,
nhû chng ta àậ biïët, lẩi khưng tûúng thđch vúái nhau úã ngay trong
cưët lội ca chng, bêët chêëp cố cêìn phẫi thùm dô túái nhûäng thang vi
mư àïí lâm nưíi rộ vêën àïì àố hay khưng. Hổ lêåp lån: sûå tûúng thđch
nây chó ra mưåt thiïëu sốt cùn bẫn trong hiïíu biïët ca chng ta vïì
v tr vêåt l. kiïën nây dûåa trïn mưåt quan àiïím khưng thïí chûáng
minh nhûng sêu sùỉc cho rựỗng, Vuọ truồ - nùởu chuỏng ta hiùớu noỏ úã mûác
sêu nhêët vâ cú bẫn nhêët - phẫi àûúåc mư tẫ búãi mưåt l thuët nhêët
quấn vâ lưgic trong àố cấc phêìn ca nố phẫi àûúåc thưëng nhêët mưåt
cấch hâi hôa. Vâ chùỉc chùỉn, bêët chêëp sûå khưng tûúng thđch àố
quan trổng túái mûác nâo àưëi vúái nhûäng nghiïn cûáu riïng ca mịnh,
àa sưë cấc nhâ vêåt l àïìu nhờồn thờởy khoỏ coỏ thùớ tin ỷỳồc rựỗng, ỳó caỏi
mỷỏc sêu nhêët àố, hiïíu biïët l thuët sêu xa nhêët ca chng ta vïì
V tr lẩi quy vïì sûå chùỉp vấ khưng ph húåp vúái nhau vïì mùåt toấn
hổc ca hai l thuët rêët cố sûác mẩnh nhûng lẩi xung àưåt vúái
nhau.
Cấc nhâ vêåt l cng àậ rêët nưỵ lûåc àïí sûãa àưíi thuët tûúng àưëi
rưång cng nhû cú lûúång tûã àïí trấnh sûå xung àưåt àố, song nhûäng nưỵ
lûåc êëy, mùåc d rêët tấo bẩo vâ thưng minh, àïìu gùåp hïët thêët bẩi nây
àïën thêët bẩi khấc.
Àiïìu àố thûåc sûå àậ diïỵn ra cho túái khi ra àúâi l thuyïët siïu

dêy [3].



Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

9

[1] Trong sûå phất triïín ca cấc l thuët lûúång tûã ca ba lûåc phi hêëp
dêỵn, cấc nhâ vêåt l cng vêëp phẫi nhûäng tđnh toấn cho cấc kïët quẫ vư hẩn.
Tuy nhiùn, vỳỏi thỳõi gian, hoồ dờỡn dờỡn nhờồn thờởy rựỗng nhûäng giấ trõ vư hẩn àố
cố thïí khûã àûúåc nhúâ mưåt cưng c cố tïn lâ sûå tấi chín hốa. Nhûäng giấ trõ vư
hẩn xët hiïån trong nưỵ lûåc sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã
côn nghiïm trổng hún rêët nhiïìu vâ khưng thïí chûäa chẩy ỷỳồc bựỗng liùồu
phaỏp taỏi chuờớn hoỏa. Thờồm chủ mỳỏi ờy thửi, caỏc nhaõ vờồt lyỏ mỳỏi nhờồn ra rựỗng
nhỷọng aỏp sưë vư hẩn àố chđnh lâ tđn hiïåu cẫnh bấo rựỗng lyỏ thuyùởt ang ỷỳồc
sỷó duồng ùớ phờn tủch thỷồc tẩi àậ vûúåt ra ngoâi phẩm vi ấp dng ca nố. Vị
mc àđch ca nhûäng nghiïn cûáu hiïån nay lâ tịm kiïëm mưåt l thuët cố phẩm
vi ûáng dng, vïì ngun tùỉc, lâ khưng cố giúái hẩn, tûác lâ mưåt l thuët “tưëi
hêåu” hay l thuët “cëi cng”, nïn cấc nhâ vêåt l mën tịm mưåt l thuët
trong àố cấc àấp sưë vư hẩn khưng àûúåc xët hiïån, bêët kïí hïå vêåt l àûúåc xem
xết úã nhûäng àiïìu kiïån cûåc hẩn túái mûác nâo.
[2] Cúä ca chiïìu dâi Planck cố thùớ hiùớu ỷỳồc bựỗng caỏch dỷồa trùn
phỷỳng phaỏp luờồn maõ trong vêåt l àûúåc gổi lâ phûúng phấp phên tđch thûá
ngun. tûúãng ca phûúng phấp nây nhû sau. Thûúâng thûúâng möåt lyá thuyïët
àûúåc xêy dûång nhû möåt têåp húåp cấc phûúng trịnh, nhûng, nïëu l thuët cêìn
phẫi mư tẫ cấc hiïån tûúång tûå nhiïn thị nhûäng k hiïåu trûâu tûúång cố mùåt
trong cấc phûúng trịnh àố phẫi liïn hïå chùåt chệ vúái nhûäng àùåc trûng vêåt l.
Àùåc biïåt, mưåt àiïìu quan trổng lâ chng ta cêìn phẫi àõnh nghơa mưåt hïå àún võ.
Vđ d, mưåt k hiïåu biïíu diïỵn mửồt ửồ daõi naõo oỏ. Nùởu caỏc phỷỳng trũnh chú

rựỗng k hiïåu àố lêëy giấ trõ 5, thị côn cêìn phẫi biïët chiïìu dâi àố lâ 5cm, 5km
hay 5 nùm ấnh sấng v.v• Trong mưåt l thuët cố liïn quan túái thuët tûúng
àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã, viïåc chổn hïå àún võ xët hiïån mưåt cấch tûå nhiïn
theo caỏch sau. Thuyùởt tỷỳng ửởi rửồng dỷồa trùn hai hựỗng sửở tỷồ nhiùn laõ vờồn tửởc
aỏnh saỏng c vaõ hựỗng sưë hêëp dêỵn G ca Newton, côn cú hổc lûúång tỷó phuồ thuửồc
vaõo mửồt hựỗng sửở tỷồ nhiùn laõ h. Bựỗng caỏch xem xeỏt thỷỏ nguyùn cuóa caỏc hựỗng sửở
oỏ (vủ duồ c laõ vờồn tửởc nùn bựỗng chiùỡu daõi chia cho thỳõi gian, v.vã) ta coỏ thùớ
thờởy rựỗng tửớ húåp h thûåc sûå cố thûá ngun chiïìu dâi. Thay giaỏ trừ cuóa caỏc hựỗng
sửở vaõo, ta nhờồn ỷỳồc giaỏ trõ 1,616, 10-33cm. Àêy chđnh lâ chiïìu dâi Planck.
Àêy chđnh lâ thang ào hay àún võ tûå nhiïn ca chiïìu dâi trong bêët k l
thuët nâo cố àõnh sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã.
Trong phêìn nưåi dung chđnh ca cën sấch chng tưi chó lêëy giấ trõ gêìn àng
ca giấ trõ vûâa tđnh àûúåc úã trïn.
[3] Hiïån nay ngoâi l thuët dêy, côn cố hai caỏch tiùởp cờồn nhựỗm saỏp
nhờồp thuyùởt tỷỳng ửởi rửồng vâ cú hổc lûúång tûã àang àûúåc theo àíi rêët rấo
riïët. Mưåt cấch tiïëp cêån àûúåc dêỵn dùỉt búãi Roger Penrose úã Àẩi hổc Oford vâ
àûúåc biïët túái vúái tïn gổi lâ l thuët “twistor”. Cấch tiïëp cêån thûá hai - àûúåc gúåi




Brian Greene

10

mưåt phêìn búãi cấc cưng trịnh ca Penrose - àûúåc dêỵn dùỉt búãi Abhay Ashtekar
thåc Àẩi hổc qëc gia Pennsylvania vâ àûúåc biïët túái dûúái cấi tïn phûúng
phấp cấc biïën múái. Mùåc d hai cấch tiïëp cêån àố khưng àûúåc bân àïën trong
cën sấch nây, nhûng ngây câng coỏ nhỷọng dờởu hiùồu khiùởn ngỷỳõi ta ngỳõ rựỗng
hai caỏch tiïëp cêån nây cố mưëi liïn hïå sêu xa vúái l thuët dêy vâ cng cố thïí lâ,

cng vúái l thuët dêy, ba cấch tiïëp cêån àố cëi cng sệ dêỵn túái mưåt giẫi phấp
àïí sấp nhêåp thuët tûúng àưëi rưång vâ cú hổc lûúång tûã.




Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

Phêìn III
Bẫn giao hûúãng vuä truå



11


Brian Greene

12

CHÛÚNG 6:
KHƯNG CỐ GỊ KHẤC NGOÂI ÊM NHẨC:
NHÛÄNG CÚ SÚÃ CUÃA LYÁ THUYÏËT SIÏU DÊY

Tûâ rêët lêu, êm nhaåc àậ lâ ngìn vư têån ca nhûäng êín d cho
nhûäng ai thûúâng tûå àùåt ra nhûäng cêu hỗi vïì v tr. Tûâ “êm nhẩc
ca nhûäng hịnh cêìu” ca trûúâng phấi Pythagore túái “nhûäng hôa
êm ca tûå nhiïn”, qua nhiïìu thïë k, àậ dêỵn dùỉt chng ta cng
nhau tịm kiïëm bâi ca ca tûå nhiïn trong nhûäng hânh trịnh lang
thang ïm dõu ca cấc thiïn thïí vâ sûå nưíi loẩn quët liïåt ca cấc

hẩt dûúái ngun tûã. Vúái sûå phất minh ra l thuët siïu dêy, nhûäng
êín d êm nhẩc àậ cố mưåt thûåc tiïỵn bêët ngúâ, vị l thuët nây cho
rựỗng phong caónh vi mử traõn ngờồp nhỷọng sỳồi dờy àân nhỗ xđu mâ
cấc mode rung àưång ca chng àậ têëu lïn sûå tiïën hốa ca v tr.
Trong mư hịnh chín, cấc thânh phêìn sú cêëp ca v tr àûúåc
xem lâ cấc hẩt àiïím, khưng cố cêëu trc nưåi tẩi. Mùåc d sûác mẩnh
to lúán ca mư hịnh nây (nhû chng ta àậ nối úã trïn, vïì cùn bẫn têët
cẫ nhûäng tiïn àoấn ca nố vïì thïë giúái vi mư àïìu àûúåc thûåc nghiïåm
xấc nhêån túái têån thang chiïìu dâi cúä 1 phêìn t t mết - giúái hẩn ca
cưng nghïå hiïån nay), nhûng nố chûa thïí lâ mưåt l thuët hoân
chónh hay cëi cng, búãi vị nố bao hâm àûúåc lûåc hêëp dêỵn. Hún thïë
nûäa, nhûäng àưì gưåp lûåc hêëp dêỵn vâo khn khưí lûúång tûã ca nố
àïìu thêët bẩi do nhûäng thùng giấng mẩnh vâo cêëu trc khưng gian
xët hiïån úã nhûäng khoẫng cấch siïu vi mư, tûác lâ nhûäng khoẫng
cấch nhỗ hún chiïìu dâi Planck. Cåc xung àưåt chûa àûúåc giẫi
quët nây àậ båc chng ta phẫi tịm kiïëm sûå hiïíu biïët sêu sùỉc hún
nûäa vïì tûå nhiïn. Nùm 1984, hai nhaâ vêåt lyá Micheal Green, hưìi àố
lâm viïåc úã trûúâng Queen Mary College, Ln Àưn vâ John
Schwarz thåc Hổc viïån Cưng nghïå California (thûúâng viïët tựổt laõ
Caltech - ND) aọ ỷa ra nhỷọng mờớu bựỗng chûáng cố sûác thuët
phc àêìu tiïn chûáng tỗ l thuët siïu dêy (hay gổi tùỉt lâ l thuët
dêy cho gổn) rêët cố thïí sệ cung cêëp cho chng ta sûå hiïíu biïët àố.
L thuët dêy àậ àïì xët thay àưíi mưåt cấch múái mễ vâ sêu
sùỉc sûå mư tẫ l thuët cấc tđnh chêët siïu vi mư ca v tr, mâ dêìn



Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

13

dêìn cấc nhaõ vờồt lyỏ mỳỏi hiùớu ra rựỗng, sỷồ thay ửới àố àậ sûãa lẩi
thuët tûúng àưëi rưång ca Einstein àng theo cấch àïí cho nố hoân
toân tûúng thđch vúái cấc àõnh luêåt cuãa cú hoåc lûúång tûã. Theo lyá
thuyïët dêy, cấc thânh phêìn sú cêëp ca v tr khưng phẫi lâ hẩt
àiïím. Mâ chng lâ nhûäng súåi dêy rêët nhỗ 1 chiïìu, na nấ nhû mưåt
súåi dêy cao su vư cng mẫnh dao àưång liïn hưìi. Nhûng chúá nïn àïí
cho cấi tïn àố lûâa phónh bẩn; khưng giưëng nhû súåi dêy thưng
thûúâng àûúåc cêëu tẩo búãi cấc ngun tûã vâ phên tûã, caác dêy cuãa lyá
thuyïët dêy àûúåc coi nhû laõ nựỗm sờu trong tờồn traỏi tim cuóa vờồt
chờởt. Lyỏ thuyùởt naõy cho rựỗng chuỏng laõ nhỷọng thaõnh phờỡn siùu vi
mư tẩo nïn cấc hẩt cêëu thânh ca ngun tûã. Cấc dêy ca l
thuët dêy lâ nhỗ (xết trung bịnh chng cúä chiïìu dâi Planck), túái
mûác chng tûåa nhû lâ mưåt àiïím ngay cẫ khi chng àûúåc khẫo sất
búãi nhûäng thiïët bõ maånh nhêët cuãa chuáng ta.
Sûå thay thïë àún giaón caỏc haồt iùớm bựỗng caỏc mờớu dờy nhỷ laõ
nhỷọng thânh phêìn cú bẫn ca vẩn vêåt cng àậ àûa lẩi nhûäng hïå
quẫ cố têìm khấ xa. Àêìu tiïn vâ trûúác hïët, l thuët dêy tỗ ra cố
khẫ nùng giẫi quët àûúåc sûå xung àưåt giûäa thuët tûúng àưëi rưång
vâ cú hổc lûúång tûã. Nhû chng ta sệ thêëy, bẫn chêët cố quẫng tđnh
khưng gian ca dêy lâ mưåt ëu tưë múái rêët quan trổng àïí cố àûúåc
mưåt khn khưí hâi hôa vâ duy nhêët bao hâm cẫ hai l thuyïët. Hai
nûäa, lyá thuyïët dêy cho ta möåt lyá thuyïët thưëng nhêët àđch thûåc, vị
toân bưå vêåt chêët vâ têët cẫ cấc lûåc àïìu àûúåc coi lâ nẫy sinh tûâ mưåt
thânh phêìn cú bẫn, àố lâ cấc dêy dao àưång. Cëi cng, nhû sệ àûúåc
thẫo lån trong cấc chûúng sau, ngoâi nhûäng thânh tûåu tuåt vúâi
àố, l thuët dêy lẩi mưåt lêìn nûäa lâm thay àưíi mưåt cấch cùn bẫn sûå
hiïíu biïët ca chng ta sệ vïì khưng - thúâi gian.

Lûúåc sûã l thuët dêy

Nùm 1968, mưåt nhâ vêåt l l thuët trễ tïn lâ Gabriele
Veneziano àậ trùn trúã rêët nhiùỡu nhựỗm giaói thủch nhỷọng tủnh chờởt
khaỏc nhau cuóa lỷồc haồt nhờn maồnh maõ ngỷỳõi ta aọ quan saỏt ỷỳồc
bựỗng thûåc nghiïåm. Hưìi àố, Veneziano àang lâm viïåc úã CERN,
trung têm haåt nhên cuãa chêu Êu, àùåt taåi Geneva, Thuåy Sơ. Trong
nhiïìu nùm rông, ưng àậ nghiïn cûáu vêën àïì nây, vâ cho túái mưåt
hưm, trong àêìu ưng chúåt loế lïn mưåt phất hiïån lẩ lng. Ưng vư
cng kinh ngẩc nhờồn thờởy rựỗng, mửồt cửng thỷỏc vửởn aọ ỷỳồc nhaõ
toaỏn hổc Thy Sơ nưíi tiïëng Leona Euler xêy dûång khoẫng hún hai
trùm nùm trûúác àố cho nhûäng mc àđch thìn ty toấn hổc vâ



Brian Greene

14

thûúâng àûúåc gổi lâ hâm bïta Euler, dûúâng nhû lẩi mư tẫ àûúåc
nhiïìu tđnh chêët ca cấc hẩt tûúng tấc mẩnh. Phất hiïån ca
Veneziano àậ cho ta sûå thêu toỏm rờởt coỏ hiùồu quaó bựỗng toaỏn hoồc
nhiùỡu ựồc trỷng cuóa tỷỳng taỏc maồnh meọ nhựỗm sỷó duồng haõm bùta
vaõ cấc dẩng tưíng quất hốa ca nố àïí mư tẫ mưåt chỵi nhûäng dûä
liïåu thûåc nghiïåm mâ cấc nhâ vêåt l chun "hoân tấn" cấc ngun
tûã trïn khùỉp thïë giúái àậ thu lûúåm àûúåc. Tuy nhiïn, theo mưåt
nghơa nâo àố thị phất minh ca Veneziano côn chûa àêìy à. Tûåa
nhû mưåt cưng thûác mâ mưåt sinh viïn hổc thåc lông nhûng lẩi
khưng hiïíu nghơa cng nhû ngìn gưëc ca nố, hâm bïta Euler
àng lâ rêët cố hiïåu quẫ nhûng lẩi khưng mưåt ai biïët tẩi sao lẩi nhû
vêåy. Àố lâ mưåt cưng thûác côn cêìn phẫi giẫi thđch. Mậi cho túái têån
nùm 1970, nhûäng cưng trịnh ca Yoichiro Nambu úã Àẩi hổc

Chicago, Holger Nielsen úã Viïån Niels Bohr vâ Leonard Susskin úã
Àẩi hổc Stanford múái phất lưå àûúåc nửồi dung vờồt lyỏ nựỗm ờớn khuờởt
phủa sau cửng thỷỏc Euler. Ba nhâ vêåt l nây àậ chûáng tỗ àûúåc rựỗng
nùởu mửồt haồt sỳ cờởp ỷỳồc mử hũnh hoỏa nhỷ cấc dêy nhỗ bế mưåt
chiïìu dao àưång, thị tûúng tấc mẩnh ca chng cố thïí àûúåc mư tẫ
chđnh xấc búãi hâm Euler. Theo lêåp lån ca hổ, nïëu nhû cấc dêy
nây à nhỗ thị chng vêỵn côn àûúåc xem nhû cấc hẩt àiïím vâ do àố
ph húåp vúái nhûäng quan sất thûåc nghiïåm.
Mùåc d àiïìu nây cho ta mưåt l thuët th võ vâ àún giẫn vïì
mùåt trûåc giấc, nhûng khưng lêu trûúác àố, sûå mư tẫ tûúng tấc mẩnh
theo l thuët dêy àậ tỗ ra thêët bẩi. Vâo àêìu nhûäng nùm 1970,
nhûäng thđ nghiïåm nùng lûúång cao cố khẫ nùng thùm dô sêu hún
thïë giúái dûúái ngun tûã àậ chỷỏng toó rựỗng mử hũnh dờy ỷa ra
nhiùỡu tiùn oaỏn mêu thỵn vúái thûåc nghiïåm. Trong khi àố, sùỉc
àưång lûåc hổc lûúång tûã dûåa trïn cấc hẩt àiïím àậ àûúåc phất triïín vâ
nhûäng thânh cưng vang dưåi ca nố trong viïåc mư tẫ tûúng tấc
mẩnh àậ dêỵn túái sûå thêët sng ca l thuët dêy.
Phêìn lúán cấc nhâ vêåt l haồt ùỡu nghụ rựỗng thùở laõ thuyùởt dờy
aọ bừ neỏm vâo sổt rấc ca khoa hổc, nhûng mưåt sưë đt cấc nhâ vêåt l
chun mưn vêỵn kiïn trị àeo bấm noỏ. Chựống haồn, Schwarz vờợn
caóm thờởy rựỗng "cờởu truỏc toaỏn hổc ca l thuët dêy àểp vâ cố
nhiïìu tđnh chêët tuåt diïåu túái mûác nố båc phẫi hûúáng dêỵn túái mưåt
cấi gị àố hïët sûác cú bẫn"[1]. Mưåt trong sưë cấc thiïëu sốt ca ca l
thuët dêy mâ cấc nhâ vêåt l tịm thêëy, àố lâ dûúâng nhû nố cố sûác
bao quaát thûåc sûå to lúán. Do lyá thuyïët dêy chûáa àûång nhûäng cêëu
hịnh ca dêy dao àưång cố nhûäng tđnh chêët liïn quan chùåt chệ vúái



Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

15

cấc gluon nïn nố àậ tun bưë quấ súám mịnh lâ l thuët ca tûúng
tấc mẩnh. Nhûng ngoâi àiïìu àố ra, l thuët nây côn chûáa àûång cẫ
nhûäng hẩt truìn tûúng tấc khấc nûäa, nhûäng hẩt khưng cố liïn
quan gị vúái nhûäng quan sất thûåc nghiïåm ca tûúng tấc mẩnh.
Nùm 1974, Schwarz vâ Joel Scherk úã trûúâng Cao àùèng sû phẩm
Paris àậ thûåc hiïån mưåt bûúác nhẫy tấo bẩo biïën cấi nhûúåc àiïím bïì
ngoâi àố thânh ûu àiïím. Hổ àậ nghiïn cûáu nhûäng àùåc trûng ca
cấc mode dao àưång múái nây vâ nhờồn thờởy rựỗng nhỷọng tủnh chờởt oỏ
phuõ hỳồp tuyùồt vỳõi vúái hẩt truìn tûúng tấc giẫ àõnh ca trûúâng
hêëp dêỵn, tûác lâ graviton. Mùåc d nhûäng gối nhỗ bế nhêët àố ca
trûúâng hêëp dêỵn côn chûa bao giúâ quan sất àûúåc, nhûng cấc nhâ l
thuët àậ tiïn àoấn mưåt cấch vûäng tin mưåt sưë àùåc tđnh cú bẫn mâ
nố cêìn phẫi cố. Àưìng thúâi, Scherk vâ Schwarz cng àậ tịm ra rựỗng
nhỷọng ựồc tủnh oỏ cờỡn phaói ỷỳồc thỷồc hiùồn chđnh xấc búãi mưåt sưë
mode dao àưång. Dûåa trïn kïët quaó oỏ, hai ngỷỳõi aọ cho rựỗng lyỏ
thuyùởt dờy sỳó dơ thêët bẩi úã giai àoẩn ban àêìu ca nố lâ búãi vị cấc
nhâ vêåt l àậ hẩn chïë quấ àấng phẩm vi ca nố. L thuët dêy
khưng chó lâ thuët ca tûúng tấc mẩnh mâ nố côn lâ l thuët
lûúång tûã bao hâm àûúåc cẫ lûåc hêëp dêỵn nûäa.
Cưång àưìng cấc nhâ vêåt l kiïn quët khưng chêëp nhêån yỏ kiùởn
oỏ. Thỷồc tùở, Schwarz aọ phaói thuỏ nhờồn rựỗng "cưng trịnh ca chng
tưi hoân toân khưng àûúåc àïëm xóa àïën" [2]. Con àûúâng tiïën bưå chêët
ngưín ngang nhûäng àưì thêët bẩi trong viïåc thưëng nhêët hêëp dêỵn vúái
cú hổc lûúång tûã. L thuët dêy àậ thêët bẩi trong nửợ lỷồc ban ờỡu
cuóa noỏ nhựỗm mử taó tỷỳng taỏc mẩnh vâ àưëi vúái nhiïìu ngûúâi dûúâng
nhû sệ lâ vư nghơa nïëu cố àõnh dng nố àïí àẩt túái mc tiïu lúán
hún. Thêåm chđ nhûäng nghiïn cûáu sau àố côn gêy sûãng sưët hún nûäa,

vâo cëi nhûäng nùm 1970 àêìu nhûäng nùm 1980 l thuët dêy vâ
cú hổc lûúång tûã cố nhûäng xung àưåt tinh tïë riïng vúái nhau. Hốa ra,
lẩi mưåt lêìn nûäa, lûåc hêëp dêỵn vêỵn ûúng ngẩnh chưëng lẩi sûå húåp
nhêët trong mưåt l thuët lûúång tûã mư tẫ v tr.
Tịnh hịnh khưng cố gị sấng sa hún cho túái têån nùm 1984.
Trong mưåt bâi bấo cấo cố tđnh chêët cưåt mưëc tđch t ca hún 12 nùm
nghiïn cûáu cùng thùèng, phêìn lúán khưng àûúåc ai ngố ngâng túái vâ
thûúâng bõ àa sưë cấc nhâ vêåt lyỏ baỏc boó, Green vaõ Schwarz aọ xaỏc lờồp
ỷỳồc rựỗng sûå xung àưåt lûúång tûã tinh tïë ẫnh hûúãng xêëu àïën l
thuët dêy àậ àûúåc giẫi quët. Hún thïë nûäa, hoồ coõn chỷỏng minh
ỷỳồc rựỗng lyỏ thuyùởt maõ hoồ xờy dûång àûúåc cố à têìm vốc àïí bao
hâm àûúåc têët cẫ bưën lûåc vâ cẫ vêåt chêët nûäa. Khi tin àưìn vïì kïët qa



Brian Greene

16

nây àïën tai cưång àưìng vêåt l trïn khùỉp thïë giúái, hâng trùm nhâ vêåt
l hẩt àậ bỗ ln cưng viïåc nghiïn cûáu àang lâm ca hổ àïí lao vâo
mưåt cåc têën cưng trïn quy mư lúán mâ hổ nghụ rựỗng ờy laõ trờồn
chiùởn cuửởi cuõng trong cuửồc chinh phc nhûäng bđ mêåt ca v tr àậ
àûúåc khúãi phất tûâ thúâi cưí àẩi.
Tưi bùỉt àêìu lâm nghiïn cûáu sinh tẩi Àẩi hổc Oxford vâo
thấng 10 nùm 1984. Mùåc d lc àố tưi rêët hùm húã mën lao vâo
hổc cấc thûá nhû lyá thuyïët trûúâng lûúång tûã, lyá thuyïët trûúâng chín
vâ thuët tûúng àưëi rưång, nhûng bẩn bê tưët nghiïåp trỷỳỏc tửi phờỡn
lỳỏn laồi nghụ rựỗng vờồt lyỏ haồt seọ rêët đt hóåc hoân toân chùèng cố tûúng
lai gị. Mư hịnh chín àậ xêy dûång xong vâ nhûäng thânh cưng

tuåt vúâi ca nố trong viïåc tiïn àoấn kïët cc ca caỏc thỷồc nghiùồm
chú ra rựỗng viùồc kiùớm chỷỏng noỏ ỳn giẫn chó côn lâ vêën àïì thúâi gian
vâ chi tiïët. Vûúåt qua nhûäng giúái hẩn ca mư hịnh chín àïí bao
hâm cẫ hêëp dêỵn vâ thêåm chđ giẫi thđch àûúåc cẫ nhûäng dûä liïåu thûåc
nghiïåm lâ cú súã ca mư hịnh àố, mâ c thïí lâ 19 tham sưë gưìm khưëi
lûúång vâ diïån tđch ca cấc hẩt sú cêëp cng nhû cûúâng àưå tûúng àưëi
ca cấc tûúng tấc àậ àûúåc xaỏc ừnh bựỗng thỷồc nghiùồm nhỷng coõn
chỷa hiùớu ỷỳồc vùỡ mùåt l thuët, àố lâ mưåt nhiïåm v khưíng lưì
khiïën cho têët cẫ cấc nhâ vêåt l, trûâ nhûäng ngûúâi dng cẫm nhêët,
àïìu chõu bố tay. Nhûng sấu thấng sau, têm trẩng nây àậ hoân
toân khấc hùèn. Thânh cưng ca Green vâ Schwarz cëi cng àậ lổt
túái tai thêåm chđ ca nhûäng nghiïn cûáu sinh nùm thûá nhêët vâ têët
cẫ chng tưi àïìu cẫm thêëy phêën khđch vị àûúåc sưëng giûäa thúâi àiïím
bûúác ngóåt sêu sùỉc ca lõch sûã vêåt l. Rêët nhiïìu ngûúâi trong sưë
chng tưi lâm viïåc thêu àïm vúái khất vổng lâm ch àûúåc nhûäng
lơnh vûåc rưång lúán ca vêåt l l thuët vâ toấn hổc trûâu tûúång cêìn
phẫi cố àïí hiïíu àûúåc l thuët dêy.
Thúâi gian tûâ 1984 àïën 1986 àûúåc biïët túái nhû "cåc cấch
mẩng siïu dêy lêìn thûá nhêët". Trong ba nùm àố, hún mưåt ngân bâi
bấo nghiïn cûáu vïì l thuët dêy àậ àûúåc viïët búãi cấc nhâ vêåt l
trïn khùỉp thïë giúái. Nhûäng cưng trịnh nây àậ chûáng tỗ mưåt cấch
dûát khoất rựỗng rờởt nhiùỡu phỷỳng diùồn cuóa mử hũnh chuờớn phaói
mờởt hâng chc nùm nghiïn cûáu cêìn mêỵn múái phất hiïån ra, thị bêy
giúâ xët hiïån mưåt cấch hoân toân tûå nhiïn vâ àún giẫn tûâ l
thuët dêy. Nhû Micheal Green àậ nối: "Chó cêìn lâm quen vúái l
thuët dêy vâ thờởy rựỗng hờỡu nhỷ tờởt caó nhỷọng thaõnh tỷồu vụ àẩi
nhêët ca vêåt l trong mưåt trùm nùm qua àïìu xët hiïån, mâ lẩi
xët hiïån vúái mưåt vễ àểp thanh nhậ àïën nhû thïë, lẩi tûâ mưåt àiïím

Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

17

xët phất khaỏ ỳn giaón, baồn mỳỏi hiùớu ỷỳồc rựỗng lyỏ thuyùởt nây
phẫi cố mưåt chưỵ àûáng riïng biïåt xûáng àấng" [3]. Hún thïë nûäa, àưëi
vúái nhiïìu phûúng diïån àố, nhû chng ta sệ thêëy dûúái àêy, l
thuët dêy dậ giẫi thđch mưåt cấch àêìy à hún vâ thỗa àấng hún so
vúái mư hịnh chín. Nhûäng tiïën bưå àố àậ thuët phc ỷỳồc nhiùỡu
nhaõ vờồt lyỏ tin rựỗng lyỏ thuyùởt dờy aọ ài àng hûúáng àïí thûåc hiïån lúâi
hûáa ca nố lâ trúã thânh mưåt l thuët thưëng nhêët tưëi hêåu.
Tuy nhiïn, l thuët dêy lẩi vêëp phẫi mưåt trúã ngẩi to lúán.
Trong nghiïn cûáu vêåt lyá lyá thuyïët ngûúâi ta thûúâng gùåp nhûäng
phûúng trịnh rêët khố hiïíu vâ khố phên tđch. Thûúâng thị cấc nhâ
vêåt l khưng chõu bố tay, hổ tịm cấch giẫi chng mưåt cấch gêìn
àng. Nhûng tịnh hịnh trong l thuët dêy côn cam go hún rêët
nhiïìu. Ngay cẫ viïåc xấc àõnh chđnh bẫn thên cấc phûúng trịnh àậ
lâ rêët khố khùn àïën nưỵi, cho túái nay, múái chó dêỵn àûúåc ra nhûäng
phûúng trịnh gêìn àng. Do vêåy, cấc nhâ l thuët dêy àânh phẫi
tịm nhûäng nghiïåm gêìn àng cho nhûäng phûúng trịnh gêìn àng.
Sau mưåt đt nùm tiïën nhû v bậo trong cåc cấch mẩng siïu dêy lờỡn
thỷỏ nhờởt, caỏc nhaõ vờồt lyỏ nhờồn thờởy rựỗng nùởu chó hẩn chïë trong
nhûäng phếp gêìn àng àố thị khưng à àïí trẫ lúâi cho rêët nhiïìu vêën
àïì cùn bẫn cêìn cho sûå phất triïín tiïëp theo. Do khưng cố nhûäng àïì
xët c thïí vûúåt qua cấc phûúng phấp gêìn àng, nhiïìu nhâ vêåt l
àang nghiïn cûáu l thuët dêy cẫm thêëy thêët vổng vâ àânh quay
vïì nhûäng phûúng hûúáng nghiïn cûáu trûúác kia ca hổ. Àưëi vúái
nhûäng ngûúâi côn úã lẩi thị cëi nhûäng nùm 1980 vâ àêìu nhûäng nùm
1990 quẫ lâ mưåt thúâi k khố khùn. Cng giưëng nhû mưåt kho bấu

àûúåc khốa chùåt trong kết sùỉt vâ chó nhịn thêëy qua mưåt lưỵ khốa bế
xđu vâ ln ln múâi châo, vễ àểp vâ sûå hûáa hển ca l thuët siïu
dêy lêëp lấnh vêỵy gổi, nhûng khưng mưåt ai cố chịa khốa àïí giẫi
phống hïët sûác mẩnh ca nố. Nhûäng thúâi k khư hẩn kếo dâi vêỵn
àïìu àùån cố nhûäng phất minh quan trổng, nhûng mổi ngûúâi nghiïn
cûáu lyỏ thuyùởt dờy ùỡu biùởt rựỗng aọ ùởn luỏc bỷỏc xc cêìn phẫi tịm ra
nhûäng phûúng phấp múái, cố khẫ nùng vûúåt ra ngoâi nhûäng phếp
gêìn àng àậ cố.
Sau àố, trong bâi giẫng lâm nûác lông ngûúâi tẩi hưåi nghõ Siïu
dêy 1995, àûúåc tưí chûác tẩi Àẩi hổc Nam California, mưåt bâi giẫng
khiïën cho cûã toẩ đt ỗi gưìm nhûäng chun gia hâng àêìu thïë giúái vïì
l thuët dêy phẫi kinh ngẩc, Edward Wittrn àậ chêm ngôi cho
cåc cấch mẩng siïu dêy lêìn thûá hai. Tûâ ngây àố, cấc nhâ l
thuët dêy àậ lâm viïåc hïët sûác mịnh àïí mâi sùæc nhûäng phûúng



Brian Greene

18

phấp múái hûáa hển vûúåt qua àûúåc nhûäng trúã ngẩi àậ gùåp trûúác àêy.
Nhûäng khố khùn côn úã phđa trûúác sệ thûã thấch nghiïm khùỉc sûác
mẩnh k thåt ca cấc nhâ l thuët dêy trïn khùỉp thïë giúái,
nhûng ấnh sấng úã cëi àûúâng hêìm, mùåc d côn lúâ múâ phđa xa,
nhûng cố lệ rưìi cëi cng cng sệ thêëy àûúåc.
Trong chûúng nây vâ nhiïìu chûúng tiïëp sau, chng tưi sệ mư
tẫ nhûäng hiïíu biïët vïì l thuët siïu dêy xët hiïån tûâ cåc cấch
mẩng lêìn thûá nhêët vâ nhûäng cưng trịnh sau àố trûúác khi cố cåc
cấch mẩng lêìn thûá hai. Mùåc d àưi khi chng tưi cng sệ chó ra

mưåt sưë khđa cẩnh múái nẫy sinh tûâ cåc cấch mẩng lêìn thûá hai,
nhûng chng tưi sệ chó thûåc sûå nối vïì nhûäng tiïën bưå múái nhêët àố úã
cấc chûúng 12 vâ 13.
[1] Phỗng vêën John Schwarz, ngây 23 thấng 12 nùm 1997.
[2] Phỗng vêën John Schwarz, ngây 23 thấng 12 nùm 1997.
[3] Phỗng vêën Micheal Green, ngây 20 thấng 12 nùm 1997.

Lẩi nối vïì cấc ngun tûã... ca ngûúâi Hi Lẩp
Nhû chng tưi àậ nhùỉc túái úã àêìu chûúng nây vâ àûúåc xem
minh hổa trïn hịnh 1.1, l thuyùởt dờy aọ khựống ừnh rựỗng nùởu
nhỷ caỏc haồt iùớm giẫ àõnh ca mư hịnh chín àûúåc xem xết vúái àưå
chđnh xấc vûúåt ra ngoâi khẫ nùng ca chng ta hiïån nay, thị mưỵi
hẩt àố sệ àûúåc coi nhû tẩo búãi mưåt vông dêy dao àưång bế xđu.
Vị nhûäng l do àûúåc sấng tỗ dûúái àêy, chiïìu dâi àiïín hịnh
ca vông dêy nây vâo cúä chiïìu dâi Planck, tûác lâ khoẫng mưåt trùm
t t (1020) lêìn nhỗ hún kđch thûúác hẩt nhên ngun tûã. Vị vêåy,
khưng cố gị lẩ lâ tẩi sao nhûäng thđ nghiïåm hiïån nay ca chng ta
khưng cố khẫ nùng phên giẫi àûúåc bẫn chêët dêy vi mư ca vêåt
chêët: cấc dêy lâ quấ nhỗ bế, thêåm chđ ngay àưëi vúái cẫ cấc thang
dûúái ngun tûã. Àïí cố thïí quan sất àûúåc cấc dêy, chng ta phẫi
cêìn túái mưåt mấy gia tưëc bùỉn phấ vêåt chêët vâo vêåt chêët vúái nùng
lûúång cúä vâi triïåu t lêìn lúán hún bêët cûá mưåt mấy gia tưëc nâo àậ
tûâng àûúåc xêy dûång trûúác àêy.
Chng ta sệ mư tẫ ngùỉn gổn nhûäng hïå quẫ lẩ lng àûúåc suy
ra tûâ viïåc thay thùở caỏc haồt iùớm bựỗng caỏc dờy, nhỷng trỷỳỏc hùởt
chuỏng ta hậy àïì cêåp túái mưåt cêu hỗi cú bẫn hún: dêy àûúåc cêëu tẩo
tûâ cấi gị?

Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

19

Cố hai cêu trẫ lúâi khẫ dơ cho cêu hỗi nây. Trûúác hïët, cấc dêy
thûåc sûå lâ cú bẫn, tûác chng lâ cấc "ngun tûã", nhûäng thânh phêìn
khưng thïí phên chia àûúåc nûäa theo nghơa àng àùỉn nhêët ca
nhûäng ngûúâi Hi Lẩp cưí àẩi. Vị lâ nhûäng thânh phêìn nhỗ nhêët mưåt
cấch tuåt àưëi ca mổi vêåt, chng lâ àiïím têån cng ca mưåt dậy
nhiïìu lúáp cêëu trc con trong thïë giúái vi mư, giưëng nhû con bp bï
cëi cng trong dậy nhûäng con buáp bï Matrioshka cuãa nûúác Nga.
Trïn quan àiïím àố, thêåm chđ mùåc d cấc dêy cố quẫng tđnh khưng
gian, nhûng cêu hỗi vïì thânh phêìn ca chng lâ hoân toân vư
nghơa. Nïëu nhû cấc dêy lẩi àûúåc cêëu tẩo tûâ mưåt cấi gị àố nhỗ hún
thị chng àêu cố côn lâ cú bẫn nûäa. Thay vị, bêët cûá cấi gị tẩo nïn
cấc dêy sệ ngay lêåp tûác hẩ bïå chng vâ àûúâng hoâng tun bưë
mịnh múái chđnh lâ thânh phêìn cú bẫn hún ca v tr. Tûúng tûå
nhû ngưn ngûä ca chng ta, cấc àoẩn àûúåc tẩo búãi cấc cêu, cấc cêu
lẩi àûúåc tẩo búãi cấc tûâ vâ cấc tûâ àûúåc tẩo búãi cấc chûä cấi. Vêåy cấi gị
tẩo nïn cấc chûä cấi? Trïn quan àiïím ngưn ngûä hổc thị àố lâ nêëc
têån cng rưìi. Cấc chûä cấi chó lâ chûä cấi mâ thưi, chng chđnh lâ
nhûäng viïn gẩch cú bẫn ca ngưn ngûä viïët vâ khưng côn cêëu trc
dûúái chng nûäa. Vị vêåy hỗi vïì cêëu trc ca nố lâ vư nghơa. Tûúng
tûå nhû vêåy, cấc dêy chó lâ dêy mâ thưi. Vâ vị khưng cố gị cú bẫn
hún, nïn nố khưng thïí àûúåc mư tẫ nhû lâ tẩo búãi mưåt chêët gị khấc.
Àố lâ cêu trẫ lúâi thûá nhêët. Cêu traã lúâi thûá hai dûåa trïn mưåt
thûåc tïë àún giẫn lâ, hiïån chng ta côn chûa biïët l thuët dêy cố lâ
l thuët àng àùỉn hay cuöëi cuâng cuãa tûå nhiïn hay khöng. Nïëu lyá
thuyïët dêy thûåc sûå lâ sai, thị chng ta cố thïí qụn chng ài vâ

qụn ln cẫ nhûäng cêu hỗi ca chng ta vïì cêëu truác cuãa chuáng
nûäa. Mùåc duâ àêy cuäng lâ mưåt khẫ nùng, nhûng tûâ giûäa nhûäng nùm
1980, nhiïìu nghiùn cỷỏu aọ chú ra mửồt caỏch thuyùởt phuồc rựỗng khẫ
nùng àố lâ cûåc k nhỗ bế. Nhûng lõch sûã aọ thỷồc sỷồ daồy chuỏng ta
rựỗng mửợi khi sỷồ hiùớu biïët ca chng ta vïì tûå nhiïn sêu sùỉc hún, lâ
mưåt lêìn chng ta lẩi tịm ra nhûäng thânh vi mư côn nhỗ hún nûäa
tẩo nïn mưåt cêëp àưå tinh vi hún ca vêåt chêët. Vâ àêy lâ mưåt khẫ
nùng khấc: nïëu nhû l thuët dêy chûa phẫi lâ l thuët cëi
cng, thị cấc dêy côn mưåt lúáp dûúái nûäa trong c hânh v tr, mưåt
lúáp sệ trúã thânh thêëy àûúåc úã chiïìu dâi Planck, mùåc d cố thïí àố
vêỵn chûa phẫi lâ lúáp cëi cng. Trong trûúâng húåp àố, cấc dêy cố
thïí sệ àûúåc tẩo búãi nhûäng cêëu trc côn nhỗ hún nûäa. Cấc nhâ l
thuët dêy cng àậ nïu ra vâ tiïëp tc theo àíi khẫ nùng àố. Hiïån
nay, mưåt sưë nghiïn cûáu l thuët àậ phất hiïån thờởy nhỷọng dờởu
hiùồu rờởt hờởp dờợn maỏch baóo rựỗng caỏc dêy cố thïí cố cêëu trc dûúái



Brian Greene

20

nỷọa, nhỷng vờợn coõn chỷa coỏ nhỷọng bựỗng chỷỏng quët àõnh. Chó cố
thúâi gian vâ nhûäng nghiïn cûáu sêu sùỉc hún múái cố thïí àùåt dêëu
chêëm hïët cho vêën àïì nây.
Ngoẩi trûâ mưåt sưë suy xết trong cấc chûúng 12 vâ 13, côn thị úã
àêy chng ta sệ chó xem xết cấc dêy theo cấch àậ àûúåc àïì xët
trong cêu trẫ lúâi thûá nhêët, tûác lâ xem cấc dêy lâ nhûäng thânh
phêìn cú bẫn nhêët ca tûå nhiïn.

Thưëng nhêët qua l thuët dêy
Ngoâi sûå khưng cố khẫ nùng bao hâm àûúåc lûåc hêëp dêỵn, mư
hịnh chín côn cố mưåt àiïím ëu nûäa, àố lâ nố khưng giẫi thđch
àûúåc nhûäng chi tiïët trong cêëu trc ca nố. Chùèng hẩn nhû, tẩi sao
tûå nhiïn lẩi chổn chđnh cấc hẩt vâ cấc lûåc mâ chng ta àậ giúái
thiïåu úã cấc chûúng trûúác vâ àûúåc liïåt kï trong cấc bẫng 1.1 vâ 1.2?
Tẩi sao 19 tham sưë mư tẫ àõnh lûúång cấc hẩt vâ cấc lûåc àố lẩi cố
àng nhûäng giấ trõ nhû chuỏng ang coỏ? Baồn khửng thùớ khửng caóm
thờởy rựỗng sửở lûúång vâ cấc tđnh chêët ca chng cố vễ húi ty tiïån.
Liïåu cố mưåt nghơa sêu xa hún lêín khët phđa sau nhûäng cêëu
thânh cú bẫn àố hay lâ nhûäng tđnh chêët vêåt l chi tiïët ca v tr
àậ àûúåc lûåa chổn mưåt cấch tịnh cúâ?
Bẫn thên mư hịnh chín khưng thïí àûa ra mưåt cấch giẫi
thđch nâo búãi vị bẫn thên nố àậ lêëy danh sấch cấc hẩt vaõ nhỷọng
tủnh chờởt cuóa chuỏng ỷỳồc o bựỗng thỷồc nghiùồm lâm nhûäng dûä liïåu
àêìu vâo. Giưëng nhû khưng thïí sûã dng tịnh trẩng trïn thõ trûúâng
chûáng khoấn àïí xấc àõnh giấ trõ chûáng khoấn àêìu tû ca bẩn nïëu
nhû khưng cố nhûäng dûä liïåu àêìu vâo vïì àêìu tû ban àêìu ca bẩn,
mư hịnh chín cng khưng thïí àûúåc dng àïí àûa ra bêët cûá tiïn
àoấn nâo nïëu nhû khưng cố nhûäng dûä liïåu àêìu vâo lâ nhûäng tđnh
chêët cú bẫn ca cấc hẩt [1]. Sau khi cấc nhâ vêåt l thûåc nghiïåm àậ
ào nhûäng dûä liïåu àố mưåt cấch hïët sûác thêån trổng, cấc nhâ l thuët
múái dng mư hịnh chín àïí àûa ra nhûäng tiïn àoấn cố thïí kiïím
chûáng àûúåc, chùèng hẩn, àiïìu gị sệ xẫy ra khi cấc hẩt c thïí nâo àố
va àêåp vâo nhau trong mấy gia tưëc. Nhûäng mư hịnh chín khưng
cố khẫ nùng giẫi thđch àûúåc nhûäng tđnh chêët cú bẫn ca cấc hẩt
àûúåc liïåt kï trong cấc bẫng 1.1 vâ 1.2, giưëng nhû chó sưë Dow Jones
ngây hưm nay khưng thïí biïët gị vïì àêìu tû chûáng khoấn ca bẩn 10
nùm trûúác.

Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

21

Thûåc tïë, nïëu thûåc nghiïåm phất hiïån àûúåc mưåt thïë giúái vi mư
chûáa mưåt danh sấch cấc hẩt húi khấc vúái nhûäng tûúng tấc húi
khấc, thị mư hịnh chín cng dïỵ dâng thđch nghi vúái nhûäng thay
àưíi àố miïỵn lâ phẫi cung cêëp cho nố nhûäng tham sưë àêìu vâo khấc.
Theo nghơa àố, cêëu trc ca mư hịnh chín quấ û mïìm dễo khiïën
cho nố khưng thïí giẫi thđch àûúåc tđnh chêët ca cấc hẩt sú cêëp vị nố
cố thïí thđch nghi vúái mưåt phẩm vi rưång lúán cấc khẫ nùng.
Nhûng l thuët dêy thị khấc hùèn. Nố lâ mưåt cêëu trc duy
nhêët vâ khưng mïìm dễo. Nố khưng àôi hỗi dûä liïåu àêìu vâo, trûâ
mưåt con sưë duy nhêët sệ àûúåc mư tẫ dûúái àêy. Àố lâ con sưë thiïët àùåt
thang qui chiïëu cho cấc phếp ào. Toân bưå cấc tđnh chờởt cuóa thùở giỳỏi
vi mử ùỡu nựỗm trong tờỡm giaói thđch ca nố. Àïí hiïíu àiïìu nây,
trûúác hïët ta hậy xết cấc dêy quen thåc hún, àố lâ cấc dêy àân
violưng. Mưỵi dêy àân cố thïí chûáa mưåt sưë lúán (thûåc tïë lâ vư hẩn) cấc
mode dao àưång khấc nhau àûúåc gổi lâ cấc cưång hûúãng, nhû nhûäng
dao àưång àûúåc minh hổa trïn hịnh 6.1.

Hịnh 6.1. Cấc dêy àân violưng cố thïí dao àưång theo cấc mode cưång hûúãng trong àố
mưåt sưë ngun cấc àónh vâ hộm sống àûúåc àùåt vûâa khđt giûäa hai àêìu dêy.

Àố lâ nhûäng dẩng sống trong àố cấc àónh vâ cấc hộm sống
cấch nhau àïìu àùån vâ àûúåc sùỉp xïëp vûâa khđt giûäa hai àêìu cưë àõnh
ca dêy àân. Tai chng ta cẫm nhêån àûúåc nhûäng mode dao àưång

cưång hûúãng khấc nhau nây lâ nhûäng nưët nhẩc khấc nhau. Cấc dêy
trong l thuët dêy cng cố nhûäng tđnh chêët tûúng tûå. Chng cng
cố nhûäng mode dao àưång cưång hûúãng trong àố cấc àónh vâ hộm
cấch nhau àïìu àùån vâ sùỉp xïëp vûâa khđt dổc theo chiïìu dâi ca
chng. Mưåt sưë vđ d àûúåc minh hổa trïn hònh 6.2.




Brian Greene

22

Hịnh 6.2. Cấc vông dêy trong l thuët dêy cng cố thïí dao àưång theo cấc mode cưång
hûúãng, tûúng tûå nhû cấc dêy àân violưng, trong àố mưåt sưë ngun cấc àónh vâ hộm sống àûúåc
àùåt vûâa khđt dổc theo chiïìu dâi ca chng.

Nhûng àêy múái lâ àiïìu quan trổng nhêët: giưëng nhû cấc dêy
àân violưng sinh ra cấc nưët nhẩc khấc nhau, nhûäng mode dao àưång
khấc nhau ca mưåt dêy cú bẫn cng sinh ra cấc khưëi lûúång khấc
nhau vâ cấc tđch ca lûåc. Vị àêy lâ àiïím then chưët, nïn ta nối lẩi
mưåt lêìn nûäa. Theo l thuët dêy, nhûäng tđnh chêët ca mưåt "hẩt" sú
cêëp, tûác khưëi lûúång vâ cấc tđch lûåc khấc nhau ca nố, àûúåc xấc àõnh
búãi mode dao àưång cưång hûúãng chđnh xấc mâ dêy nưåi tẩi ca nố
thûåc hiïån.
Àưëi vúái khưëi lûúång ca hẩt, mưëi liïn hïå àố khấ dïỵ hiïíu. Ta
biïët rựỗng, nựng lỷỳồng cuóa mửồt mode dao ửồng cuồ thùớ nâo àố ph
thåc vâo biïn àưå (tûác lâ àưå cao hay àưå sêu cûåc àẩi ca dao àưång)
vâ bûúác sống (tûác khoẫng cấch giûäa hai àónh sống kïë tiïëp) ca nố.
Biïn àưå câng lúán vâ bûúác sống câng ngùỉn, thị nùng lûúång câng lúán.

Àiïìu nây phẫn ấnh mưåt thûåc tïë maõ ta coỏ thùớ caóm nhờồn ỷỳồc bựỗng
trỷồc giaỏc: mode dao àưång câng mậnh liïåt thị câng cố nùng lûúång
lúán, côn cấc mode dao àưång câng thû thẫ câng cố nùng lûúång nhỗ.

Hịnh 6.3. Mode dao àưång mậnh liïåt sệ cố nùng
lûúång lúán hún mode dao àưång lúâ àúâ.

Hịnh 6.3 lâ hai vđ d minh hổa. Àiïìu nây quấ quen thåc vúái
chng ta vị cng tûåa nhû dêy àân violưng, nïëu ta gẫy câng mẩnh



Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

23

thị nố dao àưång câng àiïn cìng, côn nïëu ta gẫy nhể thị nố chó dao
àưång ïm dõu mâ thưi. Theo thuët tỷỳng ửởi heồp ta laồi biùởt rựỗng,
nựng lỷỳồng vaõ khửởi lûúång lâ hai mùåt ca mưåt àưìng xu: nùng lûúång
câng lúán cố nghơa lâ khưëi lûúång câng lúán vâ ngûúåc lẩi. Nhû vêåy,
theo l thuët dêy, khưëi lûúång ca mưåt hẩt sú cêëp àûúåc xấc àõnh
búãi nùng lûúång ca mode dao àưång ca dêy nưåi tẩi ca nố. Hẩt
nùång hún thị dêy nưåi tẩi ca nố dao àưång mẩnh hún, trong khi cấc
hẩt nhể hún cố dêy nưåi tẩi dao àưång ëu hún.
Vị khưëi lûúång ca hẩt lẩi xấc àõnh nhûäng tđnh chêët hêëp dêỵn
ca nố, nïn chng ta thêëy rựỗng coỏ mửồt sỷồ liùn quan trỷồc tiùởp giỷọa
mode dao àưång ca dêy vâ phẫn ûáng ca hẩt àưëi vúái lûåc hêëp dêỵn.
Mùåc d nhûäng lêåp lån nghe cố vễ húi trûâu tûúång nhûng cấc nhâ
vêåt l àậ phất hiïån ra rựỗng, coỏ mửồt sỷồ tỷỳng ỷỏng tỷỳng tỷồ giỷọa cấc
àùåc tđnh khấc ca cấc mode dao àưång ca dêy vâ nhûäng tđnh chêët

ca cấc hẩt liïn quan vúái cấc lûåc khấc. Chùèng hẩn, àiïån tđch, tđch
ëu vâ tđch mẩnh ca mưåt dêy àậ cho sệ àûúåc xấc àõnh búãi cấch
dao àưång c thïí ca nố. Hún thïë nûäa, tûúãng nây cng hoân toân
àng vúái cẫ nhûäng hẩt truìn tûúng tấc. Nhûäng hẩt nhû photon,
cấc boson ëu vâ gluon chùèng qua cng chó lâ nhûäng mode dao
àưång khấc ca dêy. Vâ mưåt àiïìu àùåc biïåt quan trổng, àố lâ trong sưë
cấc mode dao àưång cố mưåt mode hoân toân ph húåp vúái cấc tđnh
chêët ca graviton vâ àiïìu àố aóm baóo rựỗng lỷồc hờởp dờợn laõ mửồt bửồ
phờồn cờởu thaõnh cuóa lyỏ thuyùởt dờy.
Nhỷ vờồy, chuỏng ta thờởy rựỗng, theo l thuët dêy, nhûäng tđnh
chêët quan sất àûúåc ca mưåt hẩt sú cêëp xët hiïån lâ búãi vị dêy nưåi
tẩi ca nố thûåc hiïån mưåt mode dao àưång cưång hûúãng c thïí nâo àố.
Quan àiïím bây khấc hùèn vúái quan àiïím ca cấc nhâ vêåt l trûúác
khi phất minh ra l thuët dêy; vâo thúâi àố, sûå khấc nhau giỷọa caỏc
haồt sỳ cờởp, thỷồc tùở, ỷỳồc giaói thủch bựỗng caỏch noỏi rựỗng mửợi loaồi haồt
ỷỳồc "cựổt tỷõ mửồt loaồi vẫi khấc nhau". Mùåc d mưỵi hẩt àïìu àûúåc
xem lâ sú cêëp, nhûng loaåi "vêåt liïåu" taåo ra chuáng laåi àûúåc xem lâ
khấc nhau. Chùèng hẩn, vêåt liïåu electron cố àiïån tđch êm, trong khi
àố vêåt liïåu nútrinư lẩi khưng mang àiïån. L thuët dêy lâm thay
àưíi bûác tranh àố mửồt caỏch triùồt ùớ bựỗng caỏch tuyùn bửở rựỗng "vờồt
liùồu" ca mổi hẩt vêåt chêët vâ ca têët cẫ cấc lûåc àïìu nhû nhau. Mưỵi
mưåt hẩt sú cêëp àûúåc tẩo búãi mưåt dêy, tûác lâ mưỵi hẩt lâ mưåt dêy vâ
têët cẫ cấc dêy àïìu hoân toân nhû nhau. Sûå khấc nhau giûäa cấc hẩt
xët hiïån lâ búãi vị cấc dêy tûúng ûáng ca chng thûåc hiïån cấc
mode dao àưång khấc nhau. Cấc hẩt cú bẫn khấc nhau thûåc sûå laâ



Brian Greene

24

cấc "nưët" khấc nhau trïn mưåt dêy cú bẫn. Côn v tr, àûúåc cêëu tẩo
búãi mưåt sưë khấ lúán cấc dêy dao àưång àố, thị tûåa nhû mưåt bẫn giao
hûúãng vêåy.
Cấi nhịn khấi quất àố àậ cho thêëy l thuët dêy mang àïën
cho chng ta mưåt khn khưí thưëng nhêët tuåt vúâi àïën mûác nâo.
Mưåt hẩt vêåt chêët vâ têët cẫ cấc hẩt truìn tûúng tấc àïìu gưìm mưåt
dêy mâ mode dao àưång ca nố chđnh lâ "dêëu vên tay" nhêån dẩng
ca chng. Vị bêët cûá mưåt sûå kiïån hay mưåt quấ trịnh vêåt l nâo, úã
mûác cú bẫn nhêët ca nố, àïìu cố thïí àûúåc mư tẫ thưng qua nhûäng
lûåc tấc dng giûäa cấc thânh phêìn vêåt chêët sú cêëp àố, nïn l thuët
dêy hûáa hển lâ mưåt l thuët cố khẫ nùng mư tẫ mưåt cấch thưëng
nhêët, toân vển vâ duy nhêët v tr vêåt l, tûác lâ mưåt l thuët vïì
têët cẫ (tiïëng Anh thûúâng viïët tùỉt lâ T.O.E - theory of everything).
[1] Mư hịnh chín àûa ra mưåt cú chïë theo àố cấc hẩt cố àûúåc
khưëi lûúång - àố lâ cú chïë Higg mang tïn nhâ vêåt l Xcưtlen Peter
Higg. Nhûng theo quan àiïím giẫi thđch khưëi lûúång ca cấc hẩt, thị
àiïìu àố àún thìn chó lâ chuín gấnh nùång sang giẫi thđch tđnh
chêët ca hẩt giẫ thuët "cho khưëi lûúång" - cấi àûúåc gổi laõ haồt boson
Higg. Sỷồ tũm kiùởm haồt naõy bựỗng thỷồc nghiïåm àang àûúåc rấo riïët
tiïën hânh, nhûng tưi xin nhùỉc laồi mửồt lờỡn nỷọa rựỗng, nùởu noỏ ỷỳồc
tũm thờởy vaõ ngûúâi ta ào àûúåc cấc tđnh chêët ca nố, thị àố chùèng
qua cng múái chó lâ dûä liïåu vâo cho mư hịnh chín, chûá l thuët
chûa hïì cố sûå giẫi thđch nâo cho nố hïët.

Êm nhẩc ca l thuët dêy
Thêåm chđ mùåc d l thuët dêy àậ tûâ bỗ quan niïåm trûúác kia
vïì cấc hẩt sú cêëp khưng cố cêëu trc, nhûng ngưn ngûä c thị vêỵn
côn dai dùèng, nhêët lâ khi nố cho mưåt mư tẫ chđnh xấc ca thûåc tiïỵn

túái têån nhûäng thang khoẫng cấch nhỗ bế nhêët. Do àố, theo thûåc
tiïỵn chung ca lơnh vûåc nghiïn cûáu nây, chng ta cng vêỵn sệ tiïëp
tc nối vïì cấc "haồt sỳ cờởp", nhỷng cờỡn nhỳỏ rựỗng "nhỷọng caỏi dỷỳõng
nhỷ lâ cấc hẩt sú cêëp àố, thûåc sûå chó lâ nhûäng mêíu dêy nhỗ xđu
dao àưång". Trong mc trûúác chng ta aọ giaói thủch rựỗng, khửởi
lỷỳồng vaõ tủch lỷồc cuóa cấc hẩt sú cêëp àïìu lâ kïët quẫ ca cấch mâ cấc
dêy tûúng ûáng ca chng dao àưång. Àiïìu nây dêỵn chng ta túái
nhêån àõnh sau: nïëu chng ta cố thïí tẩo ra àûúåc mưåt cấch chđnh xấc
nhûäng mode dao àưång cưång hûúãng cho phếp cấc dêy cú bẫn, tûác lâ
cấc "nưët", nïëu cố thïí nối nhû vêåy, do chng phất ra, thị chng ta cố
thïí giẫi thđch àûúåc nhûäng tđnh chêët quan sất àûúåc ca cấc hẩt sú



Giai àiïåu dêy vâ bẫn giao hûúãng v tr

25

cêëp. Nhû vêåy lêìn àêìu tiïn, l thuët dêy àậ xấc lêåp àûúåc mưåt
khn khưí àïí giẫi thđch têët cẫ nhûäng tđnh chêët ca cấc hẩt quan
sất àûúåc trong tûå nhiïn.
ÚÃ giai àoẩn nây, nhiïåm v ca chng ta lâ "tốm" lêëy mưåt dêy
vâ "gẫy" nố theo à mổi cấch àïí xấc àõnh têët cẫ nhûäng mode dao
àưång cưång hûúãng khẫ dơ ca nố. Nïëu l thuët dêy lâ àng thị ta
sệ tũm thờởy rựỗng caỏc mode dao ửồng khaó dụ oỏ sệ cho chđnh xấc
nhûäng tđnh chêët quan sất àûúåc ca têët cẫ cấc hẩt vêåt chêët vâ cấc
hẩt lûåc trong bẫng 1.1 vâ 1.2. Têët nhiïn, cấc dêy lâ quấ nhỗ nïn
khưng thïí thûåc hiïån àûúåc thđ nghiïåm àng nhû vûâa mư tẫ. Tuy
nhiïn, nhúâ toấn hổc, chng ta vêỵn coỏ thùớ gaóy chuỏng bựỗng lyỏ
thuyùởt. Vaõo giỷọa nhỷọng nựm 1980, nhiùỡu ngỷỳõi uóng hửồ lyỏ thuyùởt

dờy aọ tin rựỗng, cưng c toấn hổc cêìn thiïët àïí lâm viïåc àố àậ àẩt
túái mûác cố thïí giẫi thđch àûúåc mổi tđnh chêët chi tiïët cuãa vuä truå úã
cêëp àöå vi mö nhêët ca nố. Mưåt sưë nhâ vêåt l nhiïåt thânh coõn daỏm
tuyùn bửở rựỗng, cuửởi cuõng cuọng aọ xờy dỷồng àûúåc l thuët vïì têët cẫ
(T.O.E). Tuy nhiïn, sau hún mỷỳõi nựm nhũn laồi, ngỷỳõi ta mỳỏi nhờồn
ra rựỗng sỷồ quấ lẩc quan phất sinh tûâ niïìm tin àố lâ húi vưåi vâng.
L thuët dêy àậ cố nhûäng ëu tưë ca T.O.E nhûng vêỵn côn nhiïìu
trúã ngẩi ngùn trúã chng ta rt ra phưí cấc dao àưång ca dêy vúái àưå
chđnh xấc cêìn thiïët àïí so sấnh àûúåc vúái thûåc nghiïåm. Do àố, hiïån
nay chng ta vêỵn côn chûa biïët liïåu l thuët dêy cố giẫi thđch
àûúåc têët cẫ nhûäng nết àùåc trûng cú bẫn ca v tr chng ta àûúåc
tưíng kïët trong cấc bẫng 1.1 vâ 1.2 hay khưng. Nhû chng ta sệ
thẫo lån trong chûúng 9, trong nhûäng giẫ thiïët mâ chng ta sệ
nối rộ sau, l thuët dêy cố thïí lâm phất sinh mưåt v tr vúái
nhûäng tđnh chêët ph húåp mưåt cấch àõnh tđnh vúái nhûäng dûä liïåu vïì
cấc hẩt vâ cấc lûåc, nhûng àïí rt ra nhỷọng tiùn oaỏn chi tiùởt bựỗng
sửở thũ hiùồn coõn nựỗm ngoaõi khaó nựng cuóa chuỏng ta. Vaõ mựồc duõ
khửng giưëng nhû mư hịnh chín vúái nhûäng hẩt àiïím, khn khưí
ca l thuët dêy cố khẫ nùng cho mưåt giẫi thđch lâ tẩi sao cấc hẩt
vâ cấc lûåc cố nhûäng tđnh chêët nhû chng vưën cố, nhûng chng ta
vêỵn côn chûa chiïëm àûúåc nố. Nhûng cố àiïìu àấng nối lâ, l thuët
dêy hïët sûác phong ph vâ cố têìm bao quất rưång lúán túái mûác, mùåc
d chng ta côn chûa xấc àõnh àûúåc nhûäng tđnh chêët chi tiïët ca
nố, nhûng nhû sệ thêëy úã cấc chûúng sau, chng ta àậ cố thïí hiïíu
àûúåc rêët nhiïìu hiïån tûúång vêåt l suy ra tûâ l thuët àố.
Trong cấc chûúng sau, chng ta cng sệ thẫo lån vïì nhûäng
trúã ngẩi àố mưåt cấch chi tiïët hún, nhûng cng sệ hûäu đch, nïëu