Đồng bảo hiểm là hợp đồng trong đó đối tượng bảo hiểm được nhiều doanh nghiệp bảo hiểm cùng tham gia bảo hiểm. Trước đây, Điều 12 của Luật và Nghệ thuật. Điều 953 của Bộ luật Dân sự đã xác định nội dung của hợp đồng đồng bảo hiểm theo nhiều cách khác nhau. Pháp luật yêu cầu hợp đồng đồng bảo hiểm phải phân định rõ ràng quyền và nghĩa vụ của mỗi doanh nghiệp bảo hiểm. Trên thực tế, quy định này đã gây ra những khó khăn nhất định cho bên mua bảo hiểm khi nhận số tiền bảo hiểm (cần liên hệ với từng công ty bảo hiểm để thanh toán phần cổ phần của mình, v.v.). Ngoài ra, nếu nghĩa vụ của công ty bảo hiểm không được xác định đủ chính xác thì thỏa thuận đồng bảo hiểm thường có thể bị tuyên bố vô hiệu. Rõ ràng đó là lý do tại sao Art. Điều 953 của Bộ luật Dân sự lại quy định khác: nếu hợp đồng đồng bảo hiểm không quy định quyền và nghĩa vụ của mỗi người bảo hiểm thì pháp luật quy định họ phải chịu trách nhiệm liên đới về nghĩa vụ đó. Trong phiên bản luật hiện đại, những khác biệt giữa luật và Bộ luật dân sự đã được loại bỏ.
Về bản chất pháp lý, thỏa thuận đồng bảo hiểm là một thỏa thuận điển hình với nhiều người có nghĩa vụ. Nhu cầu đồng bảo hiểm có thể phát sinh đối với cả người mua bảo hiểm khi bảo hiểm rủi ro tài sản lớn và người bảo hiểm khi không có đủ dự trữ bảo hiểm. Trong những trường hợp này, nó mang lại lợi thế đáng kể khi chấp nhận rủi ro lớn cho bảo hiểm. Tuy nhiên, phương pháp này không thuận tiện cho việc bảo hiểm rủi ro vừa và nhỏ do chi phí thực hiện các hợp đồng đó cao. Về vấn đề này, sự cạnh tranh giữa các công ty bảo hiểm cũng có tầm quan trọng không nhỏ. Ngoài ra, ngay cả khi bảo hiểm những rủi ro lớn, chủ hợp đồng cũng gặp phải sự bất tiện do phải liên hệ với nhiều công ty bảo hiểm cùng một lúc và đối với một số công ty bảo hiểm, việc tham gia vào thỏa thuận đồng bảo hiểm có thể cho thấy họ không có khả năng bảo hiểm độc lập những rủi ro lớn, ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh của họ. danh tiếng.
Vì vậy, tái bảo hiểm là một cách thuận tiện hơn để giảm thiểu rủi ro cho người bảo hiểm.
Quy định pháp lý về tái bảo hiểm dựa trên Điều 13 của Luật và Điều 1. Bộ luật Dân sự 967. Tái bảo hiểm là bảo hiểm do một công ty bảo hiểm (tái bảo hiểm) thực hiện theo các điều khoản về rủi ro thực hiện toàn bộ hoặc một phần nghĩa vụ của mình đối với người được bảo hiểm bởi một công ty bảo hiểm (tái bảo hiểm) khác, được xác định theo hợp đồng. Tái bảo hiểm là loại bảo hiểm “thứ cấp”, bản chất của nó là chính công ty bảo hiểm sẽ đảm bảo những rủi ro nhất định từ một công ty bảo hiểm khác. Tái bảo hiểm là hoạt động phụ thuộc và phái sinh của bảo hiểm, do đó, các quy tắc quy định về bảo hiểm rủi ro kinh doanh sẽ áp dụng cho hoạt động này, trừ khi hợp đồng tái bảo hiểm có quy định khác. Trong trường hợp này, người được tái bảo hiểm vẫn phải chịu trách nhiệm đầy đủ theo hợp đồng bảo hiểm chính đối với chủ hợp đồng. Được phép ký kết liên tiếp hai hoặc nhiều hợp đồng tái bảo hiểm.
Xét đến hoàn cảnh thực tế của ngành bảo hiểm (sự cạnh tranh giữa nhiều chủ hợp đồng mới xuất hiện trên thị trường bảo hiểm, quy mô quỹ bảo hiểm của họ còn nhỏ, v.v.), phải thừa nhận rằng tái bảo hiểm là một cách gần như lý tưởng để bồi thường. đối với những tổn thất thông qua việc phân phối lại quỹ bảo hiểm. Một công ty bảo hiểm, bằng cách chuyển giao cho một hoặc một số công ty bảo hiểm một phần rủi ro vượt quá khả năng tài chính của mình, sẽ đạt được sự cân bằng trong danh mục bảo hiểm của mình. Điều này có nghĩa là công ty bảo hiểm có thể ký kết số lượng hợp đồng bảo hiểm tối đa có thể với trách nhiệm pháp lý có thể chấp nhận được đối với mỗi rủi ro bảo hiểm.
Theo quan điểm của bên mua bảo hiểm, tái bảo hiểm cung cấp những đảm bảo bổ sung về độ tin cậy của việc bồi thường thiệt hại trong trường hợp xảy ra sự kiện bảo hiểm, từ đó đảm bảo dịch vụ tốt và điều này ảnh hưởng đến quyết định gia hạn hợp đồng bảo hiểm và ký kết hợp đồng cho các bên khác. các loại bảo hiểm.
Vì tái bảo hiểm là một hình thức bảo hiểm độc nhất nên nó được hướng dẫn bởi các nguyên tắc giống nhau: sự hiện diện của quyền lợi có thể bảo hiểm, bồi thường tổn thất, tính toàn vẹn cao nhất. Giống như trong bảo hiểm, trong đó lợi ích cụ thể của chủ hợp đồng được bảo hiểm, chỉ có lợi ích thực tế hiện có của công ty bảo hiểm mới có thể được tái bảo hiểm. Người bảo hiểm, bằng cách chấp nhận rủi ro, cũng phải gánh chịu một trách nhiệm pháp lý nhất định, nghĩa là họ có một quyền lợi có thể được bảo hiểm nhất định và phải được tái bảo hiểm. Nếu không, công ty tái bảo hiểm sẽ giao những rủi ro không tồn tại hoặc phóng đại cho công ty tái bảo hiểm. Chỉ những bảo đảm được thiết lập trong hợp đồng chính mới có thể được chia sẻ bởi nhà tái bảo hiểm với nhà tái bảo hiểm.
Đồng thời, quy định pháp luật về tái bảo hiểm cũng có những đặc điểm và lịch sử riêng. Luật “Về bảo hiểm” trực tiếp áp đặt lên người bảo hiểm nghĩa vụ tái bảo hiểm nghĩa vụ với số lượng vượt quá khả năng thực hiện bằng chi phí của chính mình và dự trữ bảo hiểm (Điều 27, khoản 2). Trong phiên bản gốc của Luật “Về tổ chức kinh doanh bảo hiểm ở Liên bang Nga” (Điều 13) và Chương 48 Bộ luật Dân sự (Điều 967, Phần 1), quy chuẩn này đã có những thay đổi và mang tính chất phiến diện. Giờ đây, công ty bảo hiểm có thể bảo hiểm rủi ro về việc thanh toán tiền bồi thường bảo hiểm hoặc số tiền bảo hiểm được đảm nhận theo hợp đồng bảo hiểm với công ty tái bảo hiểm toàn bộ hoặc một phần theo thỏa thuận đã ký kết với anh ta. Nếu xét rằng Bộ luật Dân sự là văn bản quy phạm có tính quy phạm lâu dài thì quy định này khá chấp nhận được. Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, khi các quan hệ kinh tế hiện tại vẫn còn xa so với những quan hệ mà Bộ luật Dân sự quy định thì chuẩn mực này không góp phần tăng cường sự đảm bảo về độ tin cậy của nhiều công ty bảo hiểm, đặc biệt là những công ty có quỹ bảo hiểm nhỏ, đối với người mua bảo hiểm. Luật hiện hành cấm tái bảo hiểm hợp đồng bảo hiểm nhân thọ trong trường hợp tồn tại đến một độ tuổi nhất định hoặc xảy ra sự kiện khác. Các công ty bảo hiểm tham gia bảo hiểm nhân thọ bị cấm tái bảo hiểm rủi ro tài sản. Tất cả các biện pháp này đều nhằm mục đích tăng độ tin cậy và sự đảm bảo của bên mua bảo hiểm hoặc người được bảo hiểm trong bảo hiểm nhân thọ.
Một đặc điểm của quy định pháp luật về hợp đồng tái bảo hiểm là trong trường hợp tái bảo hiểm, doanh nghiệp bảo hiểm ban đầu có trách nhiệm thanh toán số tiền bồi thường bảo hiểm hoặc số tiền bảo hiểm cho bên mua bảo hiểm theo hợp đồng chính. Theo đó, chủ hợp đồng không có quyền yêu cầu thanh toán bảo hiểm trực tiếp đối với công ty tái bảo hiểm. Pháp luật cho phép ký kết tuần tự hai hoặc nhiều hợp đồng tái bảo hiểm có nghĩa là công ty tái bảo hiểm cũng có thể tái bảo hiểm rủi ro của mình với một công ty tái bảo hiểm khác. Trong thực hành bảo hiểm, một chỉ định đặc biệt đã được phát triển cho danh sách các rủi ro được chấp nhận bảo hiểm và được tái bảo hiểm - biên giới (bản kê khai, sổ đăng ký, bản kiểm kê).
Do thực tế có hai công ty bảo hiểm tham gia bảo hiểm rủi ro ban đầu, công ty bảo hiểm ban đầu và công ty tái bảo hiểm, câu hỏi đặt ra một cách tự nhiên là mức độ trách nhiệm của mỗi người trong số họ trong trường hợp xảy ra sự kiện được bảo hiểm. Về vấn đề này, cần lưu ý rằng có ba loại chuyển giao rủi ro bảo hiểm trong tái bảo hiểm: tùy ý, bắt buộc và tùy ý-bắt buộc.
Với tái bảo hiểm tùy ý, chỉ một số rủi ro nhất định với thông tin đầy đủ nhất về chúng mới được chuyển cho nhà tái bảo hiểm. Trong trường hợp này, nghĩa vụ chung của các bên chỉ phát sinh sau khi ký kết thỏa thuận tái bảo hiểm đối với bất kỳ rủi ro cụ thể nào. Mỗi rủi ro bảo hiểm được chuyển giao riêng biệt, theo một hợp đồng riêng và các bên được tự do bày tỏ ý chí của mình.
Trong tái bảo hiểm bắt buộc, trên cơ sở thỏa thuận, trên cơ sở thỏa thuận, doanh nghiệp bảo hiểm chuyển giao toàn bộ hoặc một phần rủi ro vượt quá một số tiền nhất định cho doanh nghiệp bảo hiểm và doanh nghiệp tái bảo hiểm phải chấp nhận phần rủi ro này để được tái bảo hiểm. Đặc biệt thông thường, việc tái bảo hiểm như vậy được các công ty mẹ sử dụng liên quan đến các công ty con và một giới hạn trách nhiệm nhất định được thiết lập cho công ty con.
Hiện nay, các hợp đồng bắt buộc hỗn hợp, không bắt buộc được sử dụng rộng rãi. Khi xảy ra sự kiện bảo hiểm, công ty tái bảo hiểm chịu trách nhiệm theo các điều kiện quy định trong hợp đồng và việc lựa chọn rủi ro được chuyển sang tái bảo hiểm vẫn thuộc về công ty bảo hiểm.
Trong thực tiễn bảo hiểm, hai hình thức tham gia của công ty tái bảo hiểm vào hoạt động của công ty bảo hiểm đã phát triển: tỷ lệ và không tương xứng.
Hệ thống tỷ lệ bao gồm ba loại hợp đồng tái bảo hiểm chính: hợp đồng tái bảo hiểm hạn ngạch, hợp đồng vượt hạn ngạch và hợp đồng vượt hạn ngạch.
Theo hợp đồng hạn ngạch, bên nhượng quyền cam kết chuyển giao cho công ty tái bảo hiểm và công ty tái bảo hiểm cam kết chấp nhận chia sẻ rủi ro thuộc một loại nhất định với một số tiền cố định cụ thể - hạn ngạch. Phần chi trả bảo hiểm sẽ được phân bổ lại tương ứng. Ví dụ: công ty bảo hiểm xác định tỷ lệ giữ lại của chính mình là 40% và chuyển 60% rủi ro cho công ty bảo hiểm. Trong trường hợp này, khi xảy ra sự kiện bảo hiểm, công ty bảo hiểm phải chịu chi phí thanh toán 40% số tiền bảo hiểm hoặc khoản bồi thường và 60% số tiền thanh toán này thuộc về công ty tái bảo hiểm.
Hợp đồng vượt mức xác định mức giữ lại của chính công ty bảo hiểm và công ty tái bảo hiểm chỉ tham gia thanh toán bảo hiểm khi vượt quá ngưỡng này. Ví dụ: mức giữ lại của chính công ty bảo hiểm được xác định bằng số tiền 500 nghìn rúp và công ty tái bảo hiểm tham gia thanh toán bảo hiểm vượt quá số tiền này.
Hợp đồng hỗn hợp, hạn ngạch và vượt quá được sử dụng ít thường xuyên hơn và là sự kết hợp giữa hạn ngạch và tái bảo hiểm vượt quá. Mức vượt quá có thể được đặt tùy thuộc vào một phần (hạn ngạch) nhất định trong khoản giữ lại của chính một người; trên mức giữ lại, mức vượt quá sẽ được áp dụng, được cố định theo giá trị tuyệt đối.
Hệ thống không cân xứng bao gồm hai loại hợp đồng: hợp đồng vượt lỗ và hợp đồng vượt lỗ.
Trong thỏa thuận vượt quá tổn thất, công ty tái bảo hiểm cung cấp bảo hiểm cho phần tổn thất vượt quá số tiền tham gia của chính công ty tái bảo hiểm (được khấu trừ), nhưng thấp hơn mức trách nhiệm pháp lý tối đa của công ty tái bảo hiểm (giới hạn bảo hiểm).
Thỏa thuận về tổn thất vượt quá quy định rằng tổn thất lên đến một giới hạn nhất định sẽ được bảo hiểm độc quyền bởi chính công ty tái bảo hiểm và tất cả những tổn thất vượt quá giới hạn tổn thất sẽ được công ty tái bảo hiểm chi trả.
Tái bảo hiểm là một hoạt động kinh doanh có lợi nhuận khá cao nên công ty bảo hiểm ban đầu có quyền hưởng một phần lợi nhuận của công ty tái bảo hiểm được quy định trong hợp đồng - một khoản tiền thưởng. Sẽ có lợi cho công ty tái bảo hiểm khi sử dụng tiền thưởng để thu hút càng nhiều công ty bảo hiểm càng tốt và tăng mức độ tham gia của mỗi công ty bảo hiểm vào hoạt động tái bảo hiểm.
Có một số điều kiện nhất định thường được đưa vào hợp đồng tái bảo hiểm như là điều khoản thiết yếu của hợp đồng:
đối tượng và quy định chung của thỏa thuận;
điều khoản lãnh thổ (địa điểm xảy ra rủi ro được tái bảo hiểm);
xác định chính xác thời điểm bắt đầu và kết thúc trách nhiệm của người nhận tái bảo hiểm;
điều khoản loại trừ khỏi phạm vi bảo hiểm (bất khả kháng);
điều kiện trách nhiệm của nhà tái bảo hiểm;
điều khoản về các điều kiện ban đầu (doanh nghiệp tái bảo hiểm phải tuân theo các điều kiện quy định trong hợp đồng bảo hiểm);
điều kiện để doanh nghiệp tái bảo hiểm theo số phận của doanh nghiệp tái bảo hiểm;
biên giới (danh sách các rủi ro, điều khoản và thủ tục báo cáo dành cho nhà tái bảo hiểm);
Tuyên bố từ chối trách nhiệm về lỗi và thiếu sót;
hoa hồng và tiền thưởng;
quyền của công ty bảo hiểm trong việc điều chỉnh tổn thất một cách độc lập;
điều khoản bù đắp trong các thỏa thuận song phương;
thủ tục chấm dứt hợp đồng và trọng tài.
Các bên, theo quyết định riêng của mình, có thể đưa vào hợp đồng tái bảo hiểm các điều kiện khác mà họ cho là quan trọng.
hợp đồng tái bảo hiểm hạn ngạch bất thường
Lý thuyết siêu dây
Sơ lược về lý thuyết siêu dây
Giả thuyết này có vẻ điên rồ đến mức hoàn toàn có khả năng nó đúng!
Các phiên bản khác nhau của lý thuyết dây hiện được coi là đối thủ chính cho danh hiệu một lý thuyết phổ quát, toàn diện giải thích bản chất của mọi thứ tồn tại. Và đây là một loại Chén Thánh của các nhà vật lý lý thuyết tham gia vào lý thuyết về hạt cơ bản và vũ trụ học. Lý thuyết phổ quát (còn gọi là lý thuyết về mọi thứ) chỉ chứa một vài phương trình kết hợp toàn bộ kiến thức của con người về bản chất của các tương tác và tính chất của các nguyên tố cơ bản của vật chất mà Vũ trụ được hình thành từ đó. Ngày nay lý thuyết dây đã được kết hợp với khái niệm siêu đối xứng, kết quả là nó đã ra đời lý thuyết siêu dây, và cho đến nay đây là mức tối đa đã đạt được về mặt thống nhất lý thuyết về cả bốn tương tác chính (các lực tác dụng trong tự nhiên). Bản thân lý thuyết siêu đối xứng đã được xây dựng trên cơ sở một khái niệm hiện đại tiên nghiệm, theo đó bất kỳ tương tác (trường) từ xa nào cũng là do sự trao đổi các hạt mang tương tác thuộc loại tương ứng giữa các hạt tương tác (Mô hình Chuẩn). Để rõ ràng, các hạt tương tác có thể được coi là “viên gạch” của vũ trụ và các hạt mang có thể được coi là xi măng.
Trong mô hình chuẩn, các quark đóng vai trò là các khối xây dựng và các hạt mang tương tác đóng vai trò là boson đo, mà các quark này trao đổi với nhau. Lý thuyết siêu đối xứng thậm chí còn đi xa hơn và phát biểu rằng bản thân các quark và lepton không phải là cơ bản: chúng đều bao gồm các cấu trúc (khối xây dựng) vật chất thậm chí còn nặng hơn và chưa được khám phá bằng thực nghiệm, được giữ với nhau bằng một “xi măng” thậm chí còn mạnh hơn của các hạt siêu năng lượng. -là chất mang tương tác hơn các quark được tạo thành từ các hadron và boson. Đương nhiên, chưa có dự đoán nào của lý thuyết siêu đối xứng được thử nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhưng các thành phần ẩn giả định của thế giới vật chất đã có tên - ví dụ: bộ chọn lọc (đối tác siêu đối xứng của electron), tiếng kêu chói tai
v.v... Tuy nhiên, sự tồn tại của những hạt này được tiên đoán một cách rõ ràng bởi những lý thuyết thuộc loại này. Tuy nhiên, bức tranh về Vũ trụ mà những lý thuyết này đưa ra lại khá dễ hình dung. Trên thang đo khoảng 10–35 m, tức là nhỏ hơn 20 bậc độ lớn so với đường kính của cùng một proton, bao gồm ba quark liên kết, cấu trúc của vật chất khác với những gì chúng ta quen thuộc ngay cả ở cấp độ hạt cơ bản . Ở những khoảng cách nhỏ như vậy (và ở mức năng lượng tương tác cao đến mức không thể tưởng tượng được) vật chất biến thành một loạt các sóng đứng trường, tương tự như những sóng bị kích thích trong dây nhạc cụ. Giống như dây đàn guitar, dây như vậy có thể kích thích, ngoài giai điệu chính, nhiều âm bội hoặc sóng hài Mỗi sóng hài có trạng thái năng lượng riêng.
Theo
Gần đây hơn, lý thuyết dây đã được phát triển hơn nữa dưới dạng lý thuyết về màng đa chiều- về bản chất đây là những dây giống nhau, nhưng bằng phẳng. Như một trong những tác giả của nó đã ngẫu nhiên nói đùa, màng khác với dây giống như mì khác với bún.
Có lẽ đây là tất cả những gì có thể nói ngắn gọn về một trong những lý thuyết mà ngày nay không phải không có lý do mà ngày nay tự cho là lý thuyết phổ quát về sự Thống nhất Vĩ đại của mọi tương tác lực lượng. Than ôi, lý thuyết này không phải là không có tội lỗi. Trước hết, nó vẫn chưa được đưa về dạng toán học chặt chẽ do thiếu bộ máy toán học để đưa nó vào sự tương ứng nội tại chặt chẽ. Đã 20 năm trôi qua kể từ khi lý thuyết này ra đời và chưa ai có thể thống nhất một số khía cạnh và phiên bản của nó với những khía cạnh và phiên bản khác một cách nhất quán. Điều khó chịu hơn nữa là cho đến nay chưa có nhà lý thuyết nào đề xuất lý thuyết dây (và đặc biệt là siêu dây) đề xuất một thí nghiệm duy nhất trong đó những lý thuyết này có thể được kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Than ôi, tôi e rằng cho đến khi họ làm được điều này, tất cả công việc của họ sẽ vẫn là một trò chơi tưởng tượng kỳ quái và những bài tập tìm hiểu kiến thức bí truyền nằm ngoài xu hướng chính thống của khoa học tự nhiên.
Giới thiệu về siêu chuỗi
bản dịch của Sergei Pavlyuchenko
Lý thuyết dây là một trong những lý thuyết thú vị và sâu sắc nhất trong vật lý lý thuyết hiện đại. Thật không may, đây vẫn là một điều khá khó hiểu, chỉ có thể hiểu được từ quan điểm của lý thuyết trường lượng tử. Kiến thức toán học như lý thuyết nhóm, hình học vi phân, v.v. sẽ không gây hại cho sự hiểu biết. Vì vậy, đối với hầu hết mọi người, nó vẫn là một “vật tự thân”.
Phần giới thiệu này nhằm mục đích giới thiệu ngắn gọn "dễ đọc" về các khái niệm cơ bản của lý thuyết dây cho những ai quan tâm. Thật không may, chúng tôi sẽ phải trả giá nghiêm ngặt và đầy đủ cho khả năng tiếp cận bản trình bày. Chúng tôi hy vọng nó sẽ mang lại cho bạn câu trả lời cho những câu hỏi đơn giản nhất về lý thuyết dây và bạn sẽ thấm nhuần vẻ đẹp của lĩnh vực khoa học này.
Lý thuyết dây là một lĩnh vực kiến thức đang phát triển năng động cho đến ngày nay; mỗi ngày đều mang lại điều gì đó mới mẻ về cô ấy. Chúng ta vẫn chưa biết chắc liệu lý thuyết dây có mô tả Vũ trụ của chúng ta hay không và ở mức độ nào. Nhưng cô ấy có thể mô tả rõ ràng về nó, như có thể thấy từ bài đánh giá này.
Phiên bản gốc có tại http://www.sukidog.com/jpierre/strings/index.html.
Tại sao lại là lý thuyết dây?
Mặc dù Mô hình Chuẩn mô tả hầu hết các hiện tượng mà chúng ta có thể quan sát được bằng cách sử dụng các máy gia tốc hiện đại, nhưng nhiều câu hỏi liên quan đến Tự nhiên vẫn chưa có lời giải đáp. Mục tiêu của vật lý lý thuyết hiện đại chính xác là thống nhất các mô tả về Vũ trụ. Trong lịch sử, con đường này đã khá thành công. Ví dụ, Thuyết tương đối đặc biệt của Einstein đã kết hợp điện và từ thành lực điện từ. Công trình đoạt giải Nobel năm 1979 của Glashow, Weinberg và Salam cho thấy lực điện từ và lực yếu có thể kết hợp thành lực điện yếu. Hơn nữa, có mọi lý do để tin rằng tất cả các lực lượng trong Mô hình Chuẩn cuối cùng sẽ thống nhất. Nếu chúng ta bắt đầu so sánh các tương tác mạnh và tương tác điện yếu, thì chúng ta sẽ phải đi đến những vùng có năng lượng ngày càng cao hơn cho đến khi chúng có cường độ bằng nhau trong vùng GeV. Trọng lực sẽ kết hợp ở mức năng lượng cỡ .
Mục đích của lý thuyết dây chính xác là để giải thích dấu " ? " trong sơ đồ trên.
Thang năng lượng đặc trưng của lực hấp dẫn lượng tử được gọi là khối lượng Planck và được biểu thị thông qua hằng số Planck, tốc độ ánh sáng và hằng số hấp dẫn như sau:
Có thể giả định rằng ở dạng cuối cùng, lý thuyết dây sẽ đưa ra câu trả lời cho các câu hỏi sau:
- Nguồn gốc của 4 lực của Thiên nhiên mà chúng ta biết đến là gì?
- Tại sao khối lượng và điện tích của các hạt lại như vậy?
- Tại sao chúng ta sống trong một không gian có 4 chiều không gian?
- Bản chất của không-thời gian và trọng lực là gì?
Nguyên tắc cơ bản của lý thuyết dây
Chúng ta thường nghĩ về các hạt cơ bản (chẳng hạn như electron) như những vật thể 0 chiều giống như chất điểm. Một khái niệm tổng quát hơn là chuỗi cơ bản như các vật thể 1 chiều. Chúng mỏng vô cùng và chiều dài của chúng vào khoảng . Nhưng điều này đơn giản là không đáng kể so với độ dài mà chúng ta thường xử lý, vì vậy chúng ta có thể coi chúng thực tế giống như điểm. Nhưng như chúng ta sẽ thấy, bản chất dây của chúng khá quan trọng.Có dây mở Và đóng cửa. Khi chúng di chuyển trong không-thời gian, chúng bao phủ một bề mặt gọi là tờ thế giới.
Các dây này có các chế độ rung động cụ thể xác định các số lượng tử vốn có của hạt, chẳng hạn như khối lượng, spin, v.v. Ý tưởng cơ bản là mỗi chế độ mang một tập hợp các số lượng tử tương ứng với một loại hạt cụ thể. Đây là sự thống nhất cuối cùng - tất cả các hạt có thể được mô tả thông qua một đối tượng - một chuỗi!
Ví dụ, hãy xem xét một chuỗi đóng trông như thế này:
Dây như vậy tương ứng với dây không có khối lượng lực hấp dẫn có spin 2 - hạt truyền tương tác hấp dẫn. Nhân tiện, đây là một trong những đặc điểm của lý thuyết dây - nó một cách tự nhiên và chắc chắn bao gồm lực hấp dẫn như một trong những tương tác cơ bản.
Các dây tương tác bằng cách phân hạch và hợp nhất. Ví dụ: việc hủy hai chuỗi đóng thành một chuỗi đóng sẽ như sau:
Lưu ý rằng bề mặt của tấm thế giới là một bề mặt nhẵn. Điều này hàm ý một tính chất “tốt” khác của lý thuyết dây - nó không có một số phân kỳ vốn có trong lý thuyết trường lượng tử với các hạt điểm. Sơ đồ Feynman cho quá trình tương tự
chứa một điểm kỳ dị tôpô tại điểm tương tác.
Nếu chúng ta “gắn” hai tương tác chuỗi đơn giản lại với nhau, chúng ta sẽ có một quá trình trong đó hai chuỗi đóng tương tác thông qua sự kết hợp thành một chuỗi đóng trung gian, sau đó chuỗi này lại tách thành hai:
Đóng góp chính này cho quá trình tương tác được gọi là cách tiếp cận trên cây. Để tính toán biên độ cơ học lượng tử của các quá trình sử dụng lý thuyết nhiễu loạn, thêm sự đóng góp từ các quá trình lượng tử bậc cao hơn. Lý thuyết nhiễu loạn cho kết quả tốt khi đóng góp ngày càng nhỏ hơn khi chúng ta sử dụng các bậc ngày càng cao hơn. Ngay cả khi bạn chỉ tính toán một vài sơ đồ đầu tiên, bạn vẫn có thể nhận được kết quả khá chính xác. Trong lý thuyết dây, các bậc cao hơn tương ứng với số lượng lỗ (hoặc "tay cầm") lớn hơn trên các tờ thế giới.
Điểm hay của cách tiếp cận này là mỗi bậc của lý thuyết nhiễu loạn chỉ tương ứng với một sơ đồ (ví dụ, trong lý thuyết trường với các hạt điểm, số lượng sơ đồ tăng theo cấp số nhân ở các bậc cao hơn). Tin xấu là rất khó tính toán chính xác các sơ đồ có nhiều hơn hai lỗ do sự phức tạp của bộ máy toán học được sử dụng khi làm việc với các bề mặt như vậy. Lý thuyết nhiễu loạn rất hữu ích trong việc nghiên cứu các quá trình liên kết yếu và hầu hết các khám phá trong vật lý hạt và lý thuyết dây đều liên quan đến nó. Tuy nhiên, tất cả điều này vẫn còn lâu mới kết thúc. Chỉ có thể có được câu trả lời cho những câu hỏi sâu sắc nhất về lý thuyết này sau khi hoàn thành việc mô tả chính xác lý thuyết này.
màng D
Chuỗi có thể có các điều kiện biên hoàn toàn tùy ý. Ví dụ, một dây đóng có các điều kiện biên tuần hoàn (dây “biến thành chính nó”). Chuỗi mở có thể có hai loại điều kiện biên - điều kiện Neumann và điều kiện Dirichlet. Trong trường hợp đầu tiên, đầu sợi dây có thể chuyển động tự do, mặc dù không mang theo bất kỳ động lượng nào. Trong trường hợp thứ hai, đầu dây có thể di chuyển dọc theo một số đa tạp. Sự đa dạng này được gọi là màng D hoặc màng Dp(khi sử dụng ký hiệu thứ hai, “p” là số nguyên đặc trưng cho số chiều không gian của đa tạp). Một ví dụ là hai chuỗi có một hoặc cả hai đầu được gắn vào một D-brane hoặc D2-brane 2 chiều:
Các màng D có thể có một số chiều không gian từ -1 đến số chiều không gian của không thời gian của chúng ta. Ví dụ, trong lý thuyết siêu dây có 10 chiều - 9 chiều không gian và một chiều thời gian. Vì vậy, trong siêu chuỗi mức tối đa có thể tồn tại là D9-brane. Lưu ý rằng trong trường hợp này các đầu của dây được cố định trên một đa tạp bao phủ toàn bộ không gian, do đó chúng có thể di chuyển khắp nơi, do đó, điều kiện Neumann được áp dụng! Trong trường hợp p=-1, tất cả tọa độ không gian và thời gian đều cố định và cấu hình như vậy được gọi là ngay lập tức Giống như dây đàn guitar, dây như vậy có thể kích thích, ngoài giai điệu chính, nhiều D-tức thời. Nếu p=0 thì tất cả tọa độ không gian đều cố định và điểm cuối của chuỗi chỉ có thể tồn tại tại một điểm duy nhất trong không gian, do đó các màng D0 thường được gọi là hạt D. Theo cách tương tự, các màng D1 được gọi là dây D. Nhân tiện, bản thân từ “brane” xuất phát từ từ “membrane”, dùng để chỉ các brane 2 chiều, hay 2-brane.
Trên thực tế, các màng D rất năng động; chúng có thể dao động và di chuyển. Ví dụ, chúng tương tác với nhau bằng lực hấp dẫn. Trong sơ đồ bên dưới, bạn có thể thấy một dây đóng (trong trường hợp của chúng ta là graviton) tương tác với màng D2 như thế nào. Điều đáng lưu ý đặc biệt là thực tế là khi tương tác, chuỗi đóng sẽ trở nên mở với cả hai đầu trên màng D.
Vì vậy, lý thuyết dây không chỉ là lý thuyết dây!Kích thước bổ sung
Siêu dây tồn tại trong không-thời gian 10 chiều, trong khi chúng ta sống trong không thời gian 4 chiều. Và nếu siêu chuỗi mô tả Vũ trụ của chúng ta, chúng ta cần kết nối hai không gian này bằng cách nào đó. Để làm được điều này, hãy thu gọn 6 chiều về kích thước rất nhỏ. Nếu kích thước của kích thước nhỏ gọn hóa ra theo thứ tự kích thước của chuỗi (), thì do kích thước này quá nhỏ nên chúng ta sẽ không thể nhìn thấy nó trực tiếp. Cuối cùng, chúng ta sẽ có không gian chiều (3+1), trong đó mỗi điểm của Vũ trụ 4 chiều của chúng ta tương ứng với một không gian 6 chiều nhỏ bé. Điều này được thể hiện rất sơ đồ trong hình dưới đây:
Đây thực sự là một ý tưởng khá cũ bắt nguồn từ công trình của Kaluza và Klein vào những năm 1920. Trong trường hợp này, cơ chế được mô tả ở trên được gọi là Lý thuyết Kaluza-Klein Giống như dây đàn guitar, dây như vậy có thể kích thích, ngoài giai điệu chính, nhiều sự nén lại. Bản thân công trình của Kaluza đã chứng tỏ rằng nếu chúng ta lấy thuyết tương đối trong không-thời gian 5 chiều, sau đó gấp một chiều thành một vòng tròn, chúng ta sẽ có được không-thời gian 4 chiều với thuyết tương đối cộng với thuyết điện từ! Và điều này xảy ra bởi vì điện từ là Lý thuyết chuẩn U(1). U(1) là một nhóm phép quay quanh một điểm trên mặt phẳng. Cơ chế Kaluza-Klein đưa ra cách giải thích hình học đơn giản về vòng tròn này - đây là chiều thứ năm rất gấp. Mặc dù các phép đo gấp có kích thước nhỏ để phát hiện trực tiếp nhưng chúng vẫn có thể có ý nghĩa vật lý sâu sắc. [Vô tình bị rò rỉ cho báo chí, công trình của Kaluza và Klein đã làm dấy lên nhiều suy đoán về chiều thứ năm.]
Làm thế nào chúng ta có thể tìm ra liệu có thực sự có các chiều bổ sung hay không và làm thế nào chúng ta có thể “cảm nhận” được chúng nếu chúng ta có máy gia tốc với năng lượng đủ cao? Từ cơ học lượng tử, người ta biết rằng nếu không gian là tuần hoàn thì động lượng bị lượng tử hóa: trong khi nếu không gian là vô hạn thì phổ của các giá trị động lượng là liên tục. Nếu bạn giảm bán kính nén (kích thước của các kích thước bổ sung), thì phạm vi giá trị động lượng cho phép sẽ tăng lên. Đây là cách thu được tháp trạng thái động lượng - tháp Kaluza Klein.
Và nếu bán kính của vòng tròn được lấy là rất lớn (chúng ta “giải nén” phép đo), thì phạm vi các giá trị có thể có của động lượng sẽ khá hẹp, nhưng sẽ “gần như liên tục”. Phổ như vậy sẽ tương tự như phổ khối của thế giới nếu không có sự thu gọn. Ví dụ: các trạng thái không có khối lượng ở số chiều lớn hơn ở số chiều nhỏ hơn sẽ trông giống hệt như tháp của các trạng thái được mô tả ở trên. Sau đó, người ta quan sát thấy một “tập hợp” các hạt có khối lượng cách đều nhau. Đúng vậy, để “nhìn thấy” những hạt có khối lượng lớn nhất, cần có những máy gia tốc tốt hơn nhiều so với những hạt mà chúng ta hiện có.
Dây có một đặc tính đáng chú ý khác - chúng có thể “cuộn” xung quanh một chiều được nén chặt, dẫn đến hình dạng mod có thể thương lượng trong phổ khối. Một chuỗi đóng có thể quấn quanh một kích thước được nén một số nguyên lần. Tương tự như trường hợp Kaluza-Klein, chúng đóng góp vào động lực như
. Sự khác biệt đáng kể chính xác nằm ở mối liên hệ khác với bán kính nén. Trong trường hợp này, đối với các kích thước nhỏ có kích thước bổ sung, các chế độ đảo ngược trở nên rất dễ dàng! 
Bây giờ chúng ta cần chuyển sang không gian 4 chiều. Để làm được điều này chúng ta cần một lý thuyết siêu dây 10 chiều trên đa tạp compact 6 chiều. Đương nhiên, hình ảnh được mô tả ở trên trở nên phức tạp hơn. Cách dễ nhất là giả sử rằng tất cả 6 chiều này đều là 6 vòng tròn, do đó chúng đều biểu thị một hình xuyến 6 chiều. Hơn nữa, sơ đồ này cho phép người ta bảo toàn tính siêu đối xứng. Người ta tin rằng một số siêu đối xứng cũng tồn tại trong không gian 4 chiều của chúng ta trên thang năng lượng cỡ 1 TeV (chính ở những năng lượng này mà siêu đối xứng gần đây đã được tìm kiếm ở các máy gia tốc hiện đại). Để duy trì tính siêu đối xứng tối thiểu, N=1 trong 4 chiều, cần phải nén trên một đa tạp 6 chiều đặc biệt gọi là đa tạp Calabi-Yau.
Các tính chất của đa tạp Calabi-Yo có thể có những ứng dụng quan trọng đối với vật lý năng lượng thấp – đối với các hạt mà chúng ta quan sát được, khối lượng và số lượng tử của chúng cũng như số thế hệ của các hạt. Vấn đề ở đây là, nói chung, có rất nhiều loại Calabi-Yo và chúng tôi không biết nên sử dụng loại nào. Đây là ý nghĩa, trên thực tế có một lý thuyết dây 10 chiều, chúng ta hiểu rằng lý thuyết 4 chiều không phải là lý thuyết khả thi duy nhất, ít nhất là ở mức độ hiểu biết (vẫn chưa đầy đủ) của chúng ta. “Người dây” (các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực lý thuyết dây) hy vọng rằng với một lý thuyết dây hoàn toàn không nhiễu loạn (một lý thuyết KHÔNG được xây dựng trên những nhiễu loạn được mô tả một chút ở trên), chúng ta sẽ có thể giải thích làm thế nào Vũ trụ đi từ vật lý 10 chiều, có thể đã diễn ra trong thời kỳ năng lượng cao ngay sau Vụ nổ lớn, sang vật lý 4 chiều mà chúng ta đang giải quyết hiện nay. [Nói cách khác, chúng ta sẽ tìm thấy một đa tạp Calabi-Yo duy nhất.] Andrew Strominger đã chỉ ra rằng các đa tạp Calabi-Yo có thể liên hệ liên tục với nhau bằng cách phép biến đổi hình nón và do đó người ta có thể di chuyển giữa các đa tạp Calabi-Yo khác nhau bằng cách thay đổi các tham số của lý thuyết. Nhưng điều này cho thấy khả năng các lý thuyết 4 chiều khác nhau phát sinh từ các đa tạp Calabi-Yo khác nhau là các giai đoạn khác nhau của cùng một lý thuyết.
tính hai mặt
Năm lý thuyết siêu dây được mô tả ở trên hóa ra rất khác so với quan điểm của lý thuyết nhiễu loạn liên kết yếu (lý thuyết nhiễu loạn được phát triển ở trên). Nhưng trên thực tế, như đã trở nên rõ ràng trong vài năm gần đây, tất cả chúng đều được kết nối với nhau bằng nhiều sợi dây đối ngẫu khác nhau. Hãy gọi lý thuyết hai nếu họ mô tả vật lý tương tự.Loại nhị nguyên đầu tiên chúng ta sẽ thảo luận ở đây là T-lưỡng tính. Kiểu đối ngẫu này kết nối một lý thuyết được nén trên một đường tròn bán kính với một lý thuyết được nén trên một đường tròn bán kính. Do đó, nếu trong lý thuyết này, không gian bị cuộn thành một đường tròn có bán kính nhỏ, thì ở lý thuyết kia, không gian sẽ bị cuộn thành một đường tròn có bán kính lớn, nhưng cả hai đều mô tả cùng một vật lý! Các lý thuyết siêu dây loại IIA và loại IIB được kết nối thông qua đối ngẫu T, các lý thuyết dị hợp SO(32) và E8 x E8 cũng được kết nối thông qua nó.
Một tính hai mặt khác mà chúng ta sẽ xem xét là Lưỡng tính S. Nói một cách đơn giản, tính đối ngẫu này liên hệ giới hạn ghép mạnh của một lý thuyết với giới hạn ghép yếu của lý thuyết khác. (Lưu ý rằng các mô tả liên kết lỏng lẻo của cả hai lý thuyết có thể rất khác nhau.) Ví dụ, lý thuyết dây dị hợp SO(32) và lý thuyết Loại I là S-dual trong 10 chiều. Điều này có nghĩa là trong giới hạn ghép mạnh SO(32), lý thuyết Heterotic trở thành lý thuyết Loại I trong giới hạn ghép yếu và ngược lại. Bạn có thể tìm thấy bằng chứng về tính đối ngẫu giữa giới hạn mạnh và giới hạn yếu bằng cách so sánh quang phổ của các trạng thái ánh sáng trong mỗi bức ảnh và thấy rằng chúng nhất quán với nhau. Ví dụ, trong lý thuyết dây loại I, có một dây D nặng khi ghép yếu và nhẹ khi ghép mạnh. Chuỗi D này mang các trường ánh sáng giống như bảng thế giới Chuỗi dị hợp SO(32), vì vậy khi lý thuyết Loại I được ghép rất mạnh, chuỗi D trở nên rất nhẹ và chúng ta sẽ chỉ thấy mô tả trở nên giống nhau, như cũng như thông qua một chuỗi Heterotic được ghép nối lỏng lẻo. Một đối ngẫu S khác ở chiều thứ 10 là tính tự đối ngẫu của chuỗi IIB: giới hạn liên kết mạnh của chuỗi IIB đơn giản là một lý thuyết IIB khác, nhưng được liên kết yếu. Lý thuyết IIB cũng có một dây D (mặc dù nó siêu đối xứng hơn các dây D của lý thuyết Loại I nên tính chất vật lý khác) trở nên nhẹ khi được ghép chặt, nhưng dây D này cũng là dây cơ bản khác của lý thuyết ii Loại IIB.
Tính đối ngẫu giữa các lý thuyết dây khác nhau là bằng chứng cho thấy chúng đơn giản là những giới hạn khác nhau của cùng một lý thuyết. Mỗi giới hạn đều có khả năng áp dụng riêng và các giới hạn khác nhau của các mô tả khác nhau sẽ chồng chéo lên nhau. Đây là cái gì lý thuyết M thể hiện trong hình ảnh? Đọc tiếp!
lý thuyết M
Ở mức năng lượng thấp, lý thuyết M được mô tả bằng một lý thuyết gọi là Siêu hấp dẫn 11 chiều. Lý thuyết này có màng và năm màng như soliton, nhưng không có dây. Làm thế nào chúng ta có thể có được những sợi dây mà chúng ta đã yêu thích ở đây? Có thể thu gọn lý thuyết M 11 chiều trên một đường tròn bán kính nhỏ để thu được lý thuyết 10 chiều. Sau đó, nếu màng của chúng ta có cấu trúc liên kết hình xuyến, thì bằng cách gấp một trong những vòng tròn này, chúng ta sẽ có được một sợi dây khép kín! Trong giới hạn mà bán kính rất nhỏ, chúng ta nhận được siêu chuỗi Loại IIA.
Nhưng làm sao chúng ta biết rằng lý thuyết M về đường tròn sẽ tạo ra siêu chuỗi Loại IIA, chứ không phải IIB hay siêu chuỗi dị hợp? Câu trả lời cho câu hỏi này có thể có được sau khi phân tích cẩn thận các trường không khối lượng mà chúng ta thu được nhờ sự nén siêu hấp dẫn 11 chiều trên một vòng tròn. Một thử nghiệm đơn giản khác là tìm ra rằng D-brane theo lý thuyết M là duy nhất đối với lý thuyết IIA. Hãy nhớ lại rằng lý thuyết IIA chứa các màng D0, D2, D4, D6, D8 và một NS 5-brane. Bảng sau đây tóm tắt những điều trên:
Ở đây, màng D6 và D8 bị bỏ qua. D6-brane có thể được hiểu là “đơn cực Kalutza-Klein”, là một nghiệm đặc biệt của siêu hấp dẫn 11 chiều khi được nén lại thành một vòng tròn. D8-brane không có cách giải thích rõ ràng về mặt lý thuyết M, nó vẫn là một câu hỏi mở.
Một cách khác để đạt được một lý thuyết 10 chiều nhất quán là thu gọn lý thuyết M thành một đoạn nhỏ. Điều này có nghĩa là chúng ta giả sử rằng một trong các chiều (thứ 11) có chiều dài hữu hạn. Trong trường hợp này, các đầu của đoạn xác định ranh giới của 9 chiều không gian. Một màng mở có thể được xây dựng ở những ranh giới này. Vì giao điểm của màng với ranh giới là một dây, nên chúng ta có thể thấy rằng “worldvolume” chiều (9+1) có thể chứa các dây “nhô ra” khỏi màng. Sau tất cả những điều này, để tránh sự bất thường, điều cần thiết là mỗi ranh giới phải mang một nhóm thước đo E8. Do đó, nếu chúng ta làm cho khoảng cách giữa các ranh giới rất nhỏ, chúng ta sẽ có được lý thuyết 10 chiều với các dây và nhóm chuẩn E8 x E8. Và đây là một chuỗi dị tính E8 x E8!
Do đó, khi xem xét các điều kiện khác nhau và tính đối ngẫu khác nhau giữa các lý thuyết dây, chúng ta sẽ đi đến kết luận rằng cơ sở của tất cả những điều này nằm ở một lý thuyết - lý thuyết M. Hơn nữa, năm lý thuyết siêu dây và siêu hấp dẫn 11 chiều là những giới hạn cổ điển của nó. Ban đầu, chúng tôi cố gắng thu được các lý thuyết lượng tử tương ứng bằng cách “mở rộng” các giới hạn cổ điển bằng lý thuyết nhiễu loạn (lý thuyết nhiễu loạn). Tuy nhiên, lý thuyết nhiễu loạn có những giới hạn về khả năng ứng dụng, do đó, bằng cách nghiên cứu các khía cạnh không nhiễu loạn của các lý thuyết này, sử dụng đối ngẫu, siêu đối xứng, v.v. chúng ta đi đến kết luận rằng tất cả chúng đều thống nhất bởi một lý thuyết lượng tử duy nhất. Tính độc đáo này rất hấp dẫn, vì vậy công việc xây dựng một lý thuyết M lượng tử hoàn chỉnh đang diễn ra sôi nổi.
Lỗ đen
Mô tả cổ điển về lực hấp dẫn - Thuyết tương đối tổng quát (GTR) - chứa nghiệm gọi là "lỗ đen" (BH). Có khá nhiều loại lỗ đen, nhưng chúng đều có những đặc tính chung giống nhau. Chân trời sự kiện là một bề mặt trong không-thời gian, nói một cách đơn giản, ngăn cách vùng bên trong lỗ đen với vùng bên ngoài nó. Lực hấp dẫn của lỗ đen mạnh đến mức không có gì, kể cả ánh sáng, khi đã xuyên qua đường chân trời, có thể thoát ra trở lại. Do đó, các lỗ đen cổ điển chỉ có thể được mô tả bằng các tham số như khối lượng, điện tích và mô men động lượng.
(giải thích sơ đồ Penrose a)Lỗ đen là phòng thí nghiệm tốt để nghiên cứu lý thuyết dây, vì tác dụng của lực hấp dẫn lượng tử rất quan trọng ngay cả đối với những lỗ đen khá lớn. Lỗ đen không thực sự "đen" vì chúng tỏa sáng! Sử dụng các lập luận bán cổ điển, Stephen Hawking đã chỉ ra rằng các lỗ đen phát ra bức xạ nhiệt từ chân trời của chúng. Vì lý thuyết dây, cùng với những lý thuyết khác, cũng là lý thuyết về lực hấp dẫn lượng tử, nên nó có thể mô tả các lỗ đen một cách nhất quán. Và rồi có những lỗ đen thỏa mãn phương trình chuyển động của dây. Các phương trình này tương tự như các phương trình trong Thuyết tương đối rộng, nhưng chúng có một số trường bổ sung đến từ các chuỗi. Trong lý thuyết siêu dây có những nghiệm đặc biệt như lỗ đen, bản thân chúng cũng siêu đối xứng.
Một trong những kết quả ấn tượng nhất của lý thuyết dây là việc rút ra công thức cho Entropy Bekenstein-Hawking Một lỗ đen thu được từ việc xem xét các trạng thái dây cực nhỏ hình thành nên lỗ đen. Bekenstein lưu ý rằng các lỗ đen tuân theo “định luật diện tích”, dM = K dA, trong đó “A” là diện tích của đường chân trời và “K” là hằng số tỷ lệ. Vì tổng khối lượng của lỗ đen là năng lượng nghỉ của nó nên tình huống rất giống với nhiệt động lực học: dE = T dS, như Bekenstein đã chỉ ra. Hawking sau đó đã chỉ ra bằng một phép tính gần đúng bán cổ điển rằng nhiệt độ của lỗ đen là T = 4k, trong đó "k" là một hằng số gọi là "trọng lực bề mặt". Do đó, entropy của lỗ đen có thể được viết lại thành . Hơn nữa, gần đây Strominger và Vafa đã chỉ ra rằng công thức entropy này có thể thu được dưới kính hiển vi (giảm tới hệ số 1/4) bằng cách sử dụng tính suy biến của các trạng thái lượng tử của dây và D-brane tương ứng với một số BH siêu đối xứng nhất định trong lý thuyết dây. Nhân tiện, các màng D đưa ra mô tả ở những khoảng cách nhỏ như thể chúng được liên kết yếu. Ví dụ, các BH được Strominger và Vafa xem xét được mô tả bằng 5-brane, 1-brane, và các dây mở "sống" trên 1-brane, tất cả được gấp lại thành hình xuyến 5 chiều, tạo ra một vật thể 1 chiều một cách hiệu quả - BH.
Trong trường hợp này, bức xạ Hawking có thể được mô tả trong khuôn khổ của cùng một cấu trúc, nhưng nếu các dây mở có thể “truyền” theo cả hai hướng. Các dây mở tương tác với nhau và bức xạ được phát ra dưới dạng dây kín.
Các tính toán chính xác cho thấy rằng đối với cùng loại lỗ đen, lý thuyết dây đưa ra những dự đoán giống như siêu hấp dẫn bán cổ điển, bao gồm cả một hiệu chỉnh phụ thuộc tần số không tầm thường gọi là “tham số xám” ( yếu tố người xám).
Lực hấp dẫn lượng tử được phát hiện trên Trái đất?
<< Вчера Ngày mai >> 
Giải thích: Có những phần trọng lực riêng biệt? Lý thuyết được gọi là cơ học lượng tử mô tả các định luật chi phối vũ trụ ở những khoảng cách nhỏ, trong khi Thuyết Tương đối Tổng quát của Einstein giải thích bản chất của lực hấp dẫn và vũ trụ ở quy mô lớn. Cho đến nay, chưa có lý thuyết nào được tạo ra có thể thống nhất chúng. Nghiên cứu được thực hiện gần đây ở Pháp có thể đã chỉ ra rằng lực hấp dẫn là một trường lượng tử. Nó được tuyên bố rằng Trường hấp dẫn của trái đấtđã bộc lộ bản chất lượng tử của nó. Trong một thí nghiệm do Valery Nezvizhevsky và các đồng nghiệp của ông thực hiện, người ta đã chứng minh rằng các neutron cực lạnh chuyển động trong trường hấp dẫn chỉ được phát hiện ở những độ cao riêng biệt. Các nhà khoa học trên khắp thế giới đang chờ xác nhận độc lập về những kết quả này. Hình vẽ thể hiện sai màu bề mặt có thể hình thành trong quá trình tiến hóa của dây một chiều. Bằng cách mô tả các hạt cơ bản như những sợi dây nhỏ xíu, nhiều nhà vật lý đang nỗ lực phát triển một lý thuyết lượng tử thực sự về lực hấp dẫn. (Ghi chú của biên tập viên: Các thí nghiệm của các nhà vật lý Pháp và Nga được mô tả trong ghi chú này, được xuất bản năm Thiên nhiên 415 , 297 (2002) không có gì để làm với lực hấp dẫn lượng tử. Lời giải thích của họ(cả hai đều được đưa ra bởi các tác giả của thí nghiệm và được đưa ra trên tạp chí New Scientist và trên trang web Physicsweb.org) hoàn toàn khác.
Các nhà thí nghiệm tìm kiếm các lực mới được dự đoán bởi lý thuyết siêu dây
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado ở Boulder đã có thể tiến hành thí nghiệm nhạy cảm nhất cho đến nay để đo tương tác hấp dẫn giữa các khối lượng cách nhau một khoảng chỉ dày gấp đôi sợi tóc người, nhưng họ không quan sát thấy bất kỳ lực mới nào được dự đoán .Các kết quả thu được cho phép loại trừ một số biến thể của lý thuyết siêu dây, trong đó tham số tương ứng về ảnh hưởng của các lực mới từ các phép đo “sụp đổ” nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,01 mm.
Lý thuyết dây, được coi là cách tiếp cận hứa hẹn nhất cho sự thống nhất lớn đã được chờ đợi từ lâu – một lý giải duy nhất về tất cả các lực và vật chất đã biết – tin rằng mọi thứ trong vũ trụ đều được tạo thành từ những vòng dây dao động cực nhỏ. Theo nhiều phiên bản khác nhau của lý thuyết siêu dây, phải có ít nhất sáu hoặc bảy chiều không gian bổ sung ngoài ba chiều mà chúng ta có thể tiếp cận được, và các nhà lý thuyết tin rằng những chiều bổ sung này bị thu gọn thành những không gian nhỏ. Sự "thu gọn" này tạo ra cái gọi là trường moduli, mô tả kích thước và hình dạng của các chiều gấp khúc tại mỗi điểm trong không thời gian.
Các vùng mô đun tác dụng lực có cường độ tương đương với lực hấp dẫn thông thường và theo dự đoán gần đây, chúng có thể được phát hiện ở khoảng cách nhỏ tới 0,1 mm. Giới hạn độ nhạy đạt được trong các thí nghiệm trước đây giúp người ta có thể kiểm tra lực hấp dẫn giữa hai khối lượng cách nhau chỉ 0,2 mm, do đó câu hỏi vẫn còn bỏ ngỏ. Tuy nhiên, bây giờ nó vẫn mở.
Người đứng đầu phòng thí nghiệm, giáo sư tại Đại học Colorado, John Price, giải thích: “Nếu những lực này thực sự tồn tại, thì giờ đây chúng tôi biết rằng chúng sẽ tự biểu hiện ở những khoảng cách ngắn hơn so với những gì chúng tôi đã thử nghiệm”. lý thuyết ii. Bạn chỉ cần lưu ý rằng hiệu ứng sẽ phải được tìm kiếm ở khoảng cách ngắn hơn và sử dụng cài đặt có độ nhạy cao hơn." Ngoài ra, các nhà nghiên cứu khẳng định rằng bản thân những thí nghiệm như vậy không nhằm mục đích xác nhận hay bác bỏ lý thuyết siêu dây. John Price nói với Space.com: “Những ý tưởng mà chúng tôi đang thử nghiệm chỉ là một số kịch bản có thể xảy ra lấy cảm hứng từ các dây, chứ không phải là những dự đoán chính xác của chính lý thuyết đó”. , và tôi muốn nói rằng không ai biết liệu lý thuyết dây có làm được điều này hay không." Tuy nhiên, các thí nghiệm ở những khoảng cách nhỏ hơn có thể vẫn “thêm thêm nhiều mảnh ghép vào tấm chăn vật lý”, và do đó điều quan trọng là phải tiếp tục loại nghiên cứu này vì “có thể phát hiện ra một điều gì đó mới và “rất cơ bản”.
Thiết lập thử nghiệm của các nhà nghiên cứu từ Đại học Colorado, được gọi là bộ cộng hưởng tần số cao, bao gồm hai tấm vonfram mỏng (dài 20 mm và dày 0,3 mm). Một trong những tấm này được chế tạo để rung ở tần số 1000 Hz. Chuyển động của tấm thứ hai, do ảnh hưởng của tấm thứ nhất, được đo bằng thiết bị điện tử rất nhạy. Chúng ta đang nói về lực đo bằng femtonewton (10–15 n), hay một phần triệu trọng lượng của một hạt cát. Lực hấp dẫn tác dụng ở những khoảng cách ngắn như vậy hóa ra khá truyền thống, được mô tả bằng định luật nổi tiếng của Newton.
Giáo sư Price hy vọng sẽ tiếp tục các thí nghiệm để cố gắng đo lực ở những khoảng cách còn ngắn hơn nữa. Để thực hiện bước tiếp theo, các nhà thí nghiệm ở Colorado đã loại bỏ tấm chắn sapphire mạ vàng giữa các dải vonfram chặn lực điện từ và thay thế nó bằng lá đồng-beryllium mỏng hơn, cho phép các khối di chuyển gần nhau hơn. Họ cũng có kế hoạch làm mát thiết lập thí nghiệm để giảm nhiễu do thăng giáng nhiệt.
Bất chấp số phận của lý thuyết siêu dây, những ý tưởng về các chiều bổ sung, được giới thiệu gần một trăm năm trước (vào thời điểm đó, nhiều nhà vật lý đã chế nhạo chúng), đang trở nên phổ biến một cách bất thường do sự khủng hoảng của các mô hình vật lý tiêu chuẩn không thể giải thích được lý thuyết siêu dây. những quan sát mới. Trong số những sự thật rõ ràng nhất là sự giãn nở nhanh chóng của Vũ trụ, điều này có nhiều xác nhận. Một lực mới bí ẩn, hiện được gọi là năng lượng tối, đang đẩy không gian của chúng ta ra xa nhau, hoạt động giống như một loại phản hấp dẫn nào đó. Không ai biết loại hiện tượng vật lý nào ẩn sau hiện tượng này. Điều mà các nhà vũ trụ học biết là trong khi lực hấp dẫn giữ các thiên hà lại với nhau ở cấp độ “cục bộ” thì các lực bí ẩn lại đẩy chúng ra xa nhau. ồ ở quy mô lớn hơn.
Một số nhà lý thuyết tin rằng năng lượng tối có thể được giải thích bằng sự tương tác giữa các chiều, những chiều mà chúng ta nhìn thấy và những chiều vẫn ẩn giấu với chúng ta. Tại cuộc họp thường niên của AAAS (Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ) được tổ chức tại Denver hồi đầu tháng này, các nhà vũ trụ học và vật lý học hàng đầu đã bày tỏ sự lạc quan thận trọng về điều này.
Nhà vật lý Sean Carroll, trợ lý giáo sư tại Đại học Chicago, cho biết: “Có một số hy vọng rằng phương pháp mới này sẽ giải quyết được toàn bộ vấn đề cùng một lúc”.
Tất cả những vấn đề này tất yếu tập trung xung quanh lực hấp dẫn, lực đã được Newton tính toán cách đây hơn ba thế kỷ. Lực hấp dẫn là lực cơ bản đầu tiên được mô tả bằng toán học, nhưng nó vẫn là lực được hiểu ít nhất. Cơ học lượng tử, được phát triển vào những năm 20 của thế kỷ trước, mô tả tốt hành vi của các vật thể ở cấp độ nguyên tử, nhưng lại không “thân thiện” lắm với lực hấp dẫn. Thực tế là mặc dù lực hấp dẫn tác dụng trên khoảng cách lớn nhưng nó vẫn rất yếu so với ba lực cơ bản còn lại (tương tác điện từ, tương tác mạnh và yếu chi phối vũ trụ vi mô). Hiểu được lực hấp dẫn ở cấp độ lượng tử dự kiến sẽ liên kết cơ học lượng tử với sự mô tả đầy đủ về các lực khác.
Đặc biệt, các nhà khoa học trong một thời gian dài không thể xác định liệu định luật Newton (tỷ lệ nghịch đảo của lực với bình phương khoảng cách) có đúng ở những khoảng cách rất nhỏ hay không, trong cái gọi là thế giới lượng tử. Newton đã phát triển lý thuyết của mình về khoảng cách thiên văn, chẳng hạn như sự tương tác của Mặt trời với các hành tinh, nhưng giờ đây hóa ra nó cũng có giá trị trong vũ trụ vi mô.
Maria Spiropulu, nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago và người tổ chức Hội thảo AAAS về Vật lý ngoài chiều (vật lý) cho biết: “Những gì đang xảy ra hiện nay trong vật lý hạt, vật lý hấp dẫn và vũ trụ học rất gợi nhớ đến thời điểm cơ học lượng tử bắt đầu kết hợp với nhau”. của các chiều bổ sung).
Lần đầu tiên có thể đo được tốc độ trọng trường
Nhà vật lý người Nga Sergei Kopeikin, làm việc tại Đại học Missouri ở Columbia, và Edward Fomalont người Mỹ từ Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia ở Charlottesville, Virginia, cho biết họ là những người đầu tiên đo tốc độ trọng trường với độ chính xác chấp nhận được. Thí nghiệm của họ xác nhận quan điểm của hầu hết các nhà vật lý: tốc độ trọng trường bằng tốc độ ánh sáng. Ý tưởng này làm nền tảng cho các lý thuyết hiện đại, bao gồm cả Thuyết tương đối tổng quát của Einstein, nhưng cho đến nay chưa ai có thể đo được đại lượng này một cách trực tiếp bằng một thí nghiệm. Nghiên cứu được công bố hôm thứ Ba tại cuộc họp lần thứ 201 của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ ở Seattle. Kết quả trước đó đã được đệ trình để công bố trên một tạp chí khoa học, nhưng đã bị một số chuyên gia chỉ trích. Bản thân Kopeikin cho rằng những lời chỉ trích là vô căn cứ.
Lý thuyết hấp dẫn của Newton cho rằng tác động của trọng lực là tức thời, nhưng Einstein đề xuất rằng lực hấp dẫn di chuyển với tốc độ ánh sáng. Định đề này đã trở thành một trong những nền tảng của Thuyết tương đối năm 1915 của ông.
Sự bằng nhau giữa tốc độ trọng lực và tốc độ ánh sáng có nghĩa là nếu Mặt trời đột ngột biến mất khỏi trung tâm hệ mặt trời, Trái đất sẽ ở trong quỹ đạo của nó trong khoảng 8,3 phút - thời gian để ánh sáng truyền đi từ Mặt trời tới Trái đất. Sau vài phút này, Trái đất, cảm thấy được giải phóng khỏi lực hấp dẫn của mặt trời, sẽ rời khỏi quỹ đạo và bay vào không gian theo một đường thẳng.
Làm thế nào bạn có thể đo được “tốc độ của trọng lực”? Một cách để giải quyết vấn đề này là cố gắng phát hiện sóng hấp dẫn - những "gợn sóng" nhỏ trong vùng không-thời gian liên tục phân kỳ khỏi mọi khối lượng đang gia tốc. Nhiều cơ sở lắp đặt khác nhau để thu sóng hấp dẫn đã được xây dựng với số lượng lớn, nhưng cho đến nay chưa có cơ sở nào trong số đó có thể ghi lại được hiệu ứng như vậy do điểm yếu đặc biệt của nó.
Kopeikin đã đi một con đường khác. Ông đã viết lại các phương trình của Thuyết tương đối tổng quát để biểu diễn trường hấp dẫn của một vật chuyển động theo khối lượng, vận tốc và vận tốc hấp dẫn của nó. Người ta quyết định sử dụng Sao Mộc như một vật thể khổng lồ. Một cơ hội khá hiếm xảy ra vào tháng 9 năm 2002, khi Sao Mộc đi qua phía trước một chuẩn tinh (những sự kiện như vậy xảy ra khoảng 10 năm một lần), phát ra sóng vô tuyến mạnh mẽ. Kopeikin và Fomalont đã kết hợp các quan sát từ hàng chục kính viễn vọng vô tuyến ở các nơi khác nhau trên thế giới, từ Hawaii đến Đức (sử dụng cả kính thiên văn vô tuyến 25 mét của Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia và thiết bị 100 mét của Đức ở Effelsberg) để đo phút. sự thay đổi rõ ràng về vị trí của chuẩn tinh gây ra bởi sự bẻ cong của sóng vô tuyến từ nguồn này trong trường hấp dẫn của Sao Mộc. Bằng cách nghiên cứu bản chất ảnh hưởng của trường hấp dẫn của Sao Mộc đến các sóng vô tuyến truyền qua, biết được khối lượng và tốc độ chuyển động của nó, người ta có thể tính được tốc độ của trọng lực.
Công việc chung của các kính thiên văn vô tuyến trên trái đất có thể đạt được độ chính xác cao hơn 100 lần so với độ chính xác có thể đạt được của Kính viễn vọng Không gian Hubble. Sự dịch chuyển đo được trong thí nghiệm là rất nhỏ - những thay đổi về vị trí của chuẩn tinh (khoảng cách góc giữa nó và chuẩn tinh tham chiếu được đo) nằm trong khoảng 50 phần triệu giây cung. Các phép đo tương đương như vậy có thể là kích thước của một đồng đô la bạc trên Mặt trăng hoặc độ dày của một sợi tóc con người từ khoảng cách 250 dặm, các nhà thiên văn học cho biết (các nguồn phương Tây dường như không nghĩ đến việc chú ý đến ý nghĩa của tiếng Nga. họ của một trong những tác giả của nghiên cứu, nếu không họ sẽ không so sánh kích thước với đồng đô la và với đơn vị tiền tệ của chúng tôi...).
Kết quả thu được: lực hấp dẫn được truyền với tốc độ 0,95 tốc độ ánh sáng, sai số có thể xảy ra của thí nghiệm là cộng hoặc trừ 0,25. “Bây giờ chúng ta biết rằng tốc độ trọng trường có lẽ bằng tốc độ ánh sáng,” Fomalont nói. “Và chúng ta có thể tự tin loại trừ bất kỳ kết quả nào gấp đôi tốc độ đó.”
Steven Carlip, giáo sư vật lý tại Đại học California, cho biết thí nghiệm này là một "minh chứng tốt" cho nguyên lý Einstein. Ông cho biết thí nghiệm này được tiến hành trước bằng các phép đo độ lệch của ánh sáng bởi Mặt trời, nhưng những phép đo này kém chính xác hơn nhiều. Hơn nữa, những phép đo mới về tốc độ hấp dẫn trong tương lai rất gần sẽ phải làm rõ giá trị này. Một số giao thoa kế sóng hấp dẫn đã được đưa vào vận hành trong những tháng gần đây, một trong số đó cuối cùng sẽ phát hiện trực tiếp sóng hấp dẫn và từ đó đo tốc độ của chúng - một hằng số cơ bản quan trọng của Vũ trụ của chúng ta.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng bản thân thí nghiệm này không phải là sự xác nhận rõ ràng về lý thuyết hấp dẫn của Einstein. Với sự thành công tương tự, nó có thể được coi là sự xác nhận cho các lý thuyết thay thế hiện có. Ví dụ, lý thuyết tương đối tính về lực hấp dẫn (RTG) của Viện sĩ Logunov, được công chúng biết đến khoảng mười năm trước, không khác biệt với thuyết tương đối rộng về mặt này. Ngoài ra còn có sóng hấp dẫn trong RTG, mặc dù như đã biết, không có lỗ đen. Và một sự “bác bỏ” khác đối với lý thuyết hấp dẫn của Newton không có giá trị gì đặc biệt. Tuy nhiên, kết quả này rất quan trọng xét từ quan điểm “kết thúc” một số phiên bản của lý thuyết hiện đại và hỗ trợ những phiên bản khác - nó gắn liền với các lý thuyết vũ trụ học về đa vũ trụ và cái gọi là lý thuyết dây hay siêu dây, nhưng còn quá sớm để rút ra kết quả. kết luận cuối cùng, các nhà nghiên cứu nói. Trong cái gọi là lý thuyết M thống nhất mới nhất, là sự phát triển của lý thuyết siêu dây, ngoài “dây”, các vật thể đa chiều mới đã xuất hiện - các brane. Các lý thuyết siêu dây về bản chất bao gồm cả lực hấp dẫn, vì các phép tính dựa trên chúng luôn dự đoán sự tồn tại của graviton, một hạt giả thuyết không trọng lượng có spin bằng 2. Người ta giả định rằng có thêm các chiều không gian, chỉ “sụp đổ”. Và lực hấp dẫn có thể đi một “đường tắt” qua các chiều bổ sung này, dường như di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, nhưng không vi phạm các phương trình của Thuyết tương đối rộng.
Hai nhà vật lý tương đối trình bày quan điểm của họ về Vũ trụ,
TRONG khoa học Mỹ những bài giảng này được xuất bản bằng chữ viết tắt, những vị trí tương ứng trong văn bản được đánh dấu bằng dấu chấm lửng
sự tiến hóa của nó và vai trò của lý thuyết lượng tửGiới thiệu
Năm 1994, Stephen Hawking và Roger Penrose đã có một loạt bài giảng công khai về thuyết tương đối rộng tại Viện Khoa học Toán học Isaac Newton thuộc Đại học Cambridge. Tạp chí của chúng tôi trình bày những đoạn trích từ những bài giảng này, được xuất bản năm nay bởi Nhà xuất bản Đại học Princeton với tựa đề "Bản chất của Không gian và Thời gian", nhằm so sánh quan điểm của hai nhà khoa học này. Mặc dù cả hai đều thuộc cùng một trường phái vật lý (Penrose hỗ trợ luận án tiến sĩ của Hawking tại Cambridge), nhưng quan điểm của họ về vai trò của cơ học lượng tử trong quá trình tiến hóa của vũ trụ rất khác nhau. Đặc biệt, Hawking và Penrose có những ý tưởng khác nhau về điều gì xảy ra với thông tin được lưu trữ trong lỗ đen và tại sao sự khởi đầu của vũ trụ lại khác với sự kết thúc của nó.
Một trong những khám phá quan trọng của Hawking, được thực hiện vào năm 1973, là dự đoán rằng, do hiệu ứng lượng tử, lỗ đen có thể phát ra các hạt. Kết quả của quá trình này là lỗ đen bốc hơi và cuối cùng có thể không có gì còn lại khối lượng ban đầu. Nhưng trong quá trình hình thành, lỗ đen hấp thụ rất nhiều hạt rơi vào nó với những loại, tính chất và cấu hình khác nhau. Mặc dù lý thuyết lượng tử yêu cầu những thông tin như vậy phải được lưu trữ, nhưng chi tiết về những gì xảy ra với nó tiếp theo vẫn là một chủ đề tranh luận gay gắt. Hawking và Penrose đều tin rằng khi một lỗ đen phát ra, nó sẽ mất đi thông tin chứa đựng trong đó. Nhưng Hawking khẳng định rằng sự mất mát này là không thể thay thế được, trong khi Penrose cho rằng nó được cân bằng bởi các phép đo tự phát về các trạng thái lượng tử cung cấp thông tin trở lại lỗ đen.
Cả hai nhà khoa học đều đồng ý rằng cần có một lý thuyết tương lai về lực hấp dẫn lượng tử để mô tả thiên nhiên. Nhưng quan điểm của họ khác nhau ở một số khía cạnh của lý thuyết này. Penrose tin rằng ngay cả khi các tương tác cơ bản của các hạt cơ bản là đối xứng theo nghịch đảo thời gian, thì lực hấp dẫn lượng tử sẽ phá vỡ tính đối xứng đó. Sự bất đối xứng về thời gian khi đó sẽ giải thích tại sao vũ trụ bắt đầu đồng đều như vậy (như được thể hiện qua bức xạ nền vi sóng do vụ nổ lớn tạo ra), trong khi cuối cùng vũ trụ phải không đồng nhất.
Penrose cố gắng đưa sự bất đối xứng tương tự vào giả thuyết của mình về độ cong Weyl. Không-thời gian, theo Albert Einstein, bị uốn cong bởi sự hiện diện của vật chất. Nhưng không thời gian cũng có thể có một số biến dạng vốn có, gọi là độ cong Weyl. Ví dụ, sóng hấp dẫn và lỗ đen cho phép không thời gian bị bẻ cong ngay cả ở những vùng trống rỗng. Trong vũ trụ sơ khai, độ cong Weyl có lẽ bằng 0, nhưng trong một vũ trụ đang hấp hối, như Penrose lập luận, một số lượng lớn lỗ đen sẽ làm cho độ cong Weyl tăng lên. Đây sẽ là sự khác biệt giữa sự khởi đầu và sự kết thúc của vũ trụ.
Hawking đồng ý rằng vụ nổ lớn và sự sụp đổ cuối cùng ("Vụ nổ lớn") sẽ khác nhau, nhưng ông không coi sự bất đối xứng thời gian là một quy luật tự nhiên. Ông cho rằng lý do chính cho sự khác biệt này là con đường mà sự phát triển của vũ trụ được lập trình. Ông đưa ra giả thuyết về một loại dân chủ, tuyên bố rằng không thể có một điểm duy nhất trong không gian trong vũ trụ; và do đó, vũ trụ không thể có ranh giới. Chính đề xuất không có ranh giới này mà tuyên bố của Hawking giải thích được tính đồng nhất của bức xạ nền vi sóng.
Hai nhà vật lý cũng có những quan điểm cơ bản khác nhau về cách giải thích cơ học lượng tử. Hawking tin rằng mục đích duy nhất của lý thuyết là đưa ra những dự đoán phù hợp với dữ liệu thực nghiệm. Penrose tin rằng việc so sánh đơn giản các dự đoán với các thí nghiệm là không đủ để giải thích thực tế. Ông chỉ ra rằng lý thuyết lượng tử, vốn đòi hỏi sự chồng chất của các hàm sóng, là một khái niệm có thể dẫn đến những điều phi lý. Do đó, các nhà khoa học này đã nâng cuộc tranh luận nổi tiếng giữa Einstein và Bohr về những hệ quả kỳ lạ của lý thuyết lượng tử lên một tầm cao mới.
Stephen Hawking về lỗ đen lượng tử:
Lý thuyết lượng tử về lỗ đen... dường như đưa ra một mức độ mới về tính khó dự đoán trong vật lý ngoài sự bất định cơ học lượng tử thông thường. Điều này là do các lỗ đen dường như có entropy bên trong và mất thông tin từ khu vực vũ trụ của chúng ta. Tôi phải nói rằng những tuyên bố này gây nhiều tranh cãi: nhiều nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực hấp dẫn lượng tử, bao gồm hầu hết những người đến với nó từ vật lý hạt, theo bản năng bác bỏ ý kiến cho rằng thông tin về trạng thái của hệ lượng tử có thể bị mất. Tuy nhiên, quan điểm này chưa đạt được nhiều thành công trong việc giải thích làm thế nào thông tin có thể thoát khỏi lỗ đen. Cuối cùng, tôi tin rằng họ sẽ buộc phải chấp nhận đề xuất của tôi rằng thông tin sẽ bị mất không thể cứu vãn được, cũng như họ buộc phải chấp nhận rằng lỗ đen phát ra, điều này trái ngược với mọi định kiến của họ...
Việc lực hấp dẫn có lực hút có nghĩa là trong vũ trụ có xu hướng vật chất tập trung lại một nơi, xu hướng hình thành các vật thể như các ngôi sao và thiên hà. Việc nén thêm các vật thể này có thể bị hạn chế trong một thời gian bởi áp suất nhiệt, trong trường hợp các ngôi sao, hoặc bằng sự quay và chuyển động bên trong, trong trường hợp các thiên hà. Tuy nhiên, cuối cùng nhiệt hoặc xung lượng góc sẽ bị mang đi và vật sẽ bắt đầu co lại. Nếu khối lượng nhỏ hơn khoảng một lần rưỡi khối lượng Mặt Trời, quá trình nén có thể bị dừng lại bởi áp suất của khí suy biến của các electron hoặc neutron. Vật thể sẽ ổn định để trở thành sao lùn trắng hoặc sao neutron tương ứng. Tuy nhiên, nếu khối lượng lớn hơn giới hạn này thì không gì có thể ngăn được lực nén ổn định. Khi lực nén của một vật đạt đến một kích thước tới hạn nhất định, trường hấp dẫn trên bề mặt của nó sẽ mạnh đến mức các nón ánh sáng sẽ nghiêng vào trong.... Chúng ta có thể thấy rằng ngay cả các tia sáng đi ra ngoài cũng bị cong về phía nhau, do đó rằng họ đến gần nhau hơn là xa nhau. Điều này có nghĩa là có một số bề mặt khép kín....
Như vậy, phải có một vùng không-thời gian mà từ đó không thể thoát ra được một khoảng cách vô tận. Vùng này được gọi là lỗ đen. Ranh giới của nó được gọi là chân trời sự kiện, nó là bề mặt được hình thành bởi các tia sáng không thể thoát ra vô tận....
Một lượng lớn thông tin bị mất khi một thiên thể vũ trụ sụp đổ tạo thành lỗ đen. Một đối tượng sụp đổ được mô tả bởi một số lượng rất lớn các tham số. Trạng thái của nó được xác định bởi loại vật chất và mô men đa cực trong sự phân bố khối lượng của chúng. Mặc dù vậy, lỗ đen đang hình thành hoàn toàn độc lập với loại vật chất và nhanh chóng mất đi tất cả các mômen đa cực ngoại trừ hai mômen đầu: đơn cực, là khối lượng, và lưỡng cực, là mô men động lượng.
Việc mất thông tin này thực sự không thành vấn đề trong lý thuyết cổ điển. Chúng ta có thể nói rằng tất cả thông tin liên quan đến vật thể đang sụp đổ đều nằm trong lỗ đen. Đối với người quan sát bên ngoài lỗ đen, sẽ rất khó xác định vật thể đang sụp đổ trông như thế nào. Tuy nhiên, trong lý thuyết cổ điển, điều này về nguyên tắc vẫn có thể thực hiện được. Người quan sát sẽ không bao giờ thực sự mất dấu vật thể đang sụp đổ. Thay vào đó, đối với anh ta, có vẻ như vật thể đó đang co lại chậm lại và ngày càng trở nên mờ nhạt hơn khi nó đến gần chân trời sự kiện. Người quan sát này vẫn có thể nhìn thấy vật thể đang sụp đổ được làm từ gì và khối lượng của nó được phân bổ như thế nào.
Tuy nhiên, theo quan điểm của lý thuyết lượng tử, mọi thứ đều thay đổi hoàn toàn. Trong quá trình co lại, vật thể sẽ chỉ phát ra một số lượng photon hữu hạn trước khi vượt qua chân trời sự kiện. Những photon này sẽ hoàn toàn không đủ để truyền cho chúng ta tất cả thông tin về vật thể đang co lại. Điều này có nghĩa là trong lý thuyết lượng tử không có cách nào mà một người quan sát bên ngoài có thể xác định được trạng thái của một vật thể như vậy. Người ta sẽ nghĩ rằng điều này không quan trọng lắm vì thông tin vẫn ở bên trong lỗ đen, ngay cả khi nó không thể đo được từ bên ngoài. Nhưng đây chính xác là trường hợp mà hiệu ứng thứ hai của lý thuyết lượng tử về lỗ đen bộc lộ....
Lý thuyết lượng tử buộc các lỗ đen phát ra và mất khối lượng. Và dường như cuối cùng chúng biến mất hoàn toàn - cùng với thông tin bên trong chúng. Tôi muốn chứng minh rằng thông tin này thực sự đã bị mất và không được trả lại dưới bất kỳ hình thức nào. Như tôi sẽ trình bày sau, với sự mất mát thông tin này, sự bất định đi vào vật lý ở mức độ cao hơn sự bất định thông thường gắn liền với lý thuyết lượng tử. Thật không may, không giống như hệ thức bất định Heisenberg, mức độ bất định mới này sẽ rất khó xác nhận bằng thực nghiệm trong trường hợp lỗ đen.
Roger Penrose về lý thuyết lượng tử và không-thời gian:
Lý thuyết lượng tử, thuyết tương đối đặc biệt, thuyết tương đối rộng và lý thuyết trường lượng tử là những lý thuyết vật lý vĩ đại nhất của thế kỷ 20. Các lý thuyết này không độc lập với nhau: thuyết tương đối rộng được xây dựng trên cơ sở thuyết tương đối đặc biệt, và lý thuyết trường lượng tử có thuyết tương đối đặc biệt và lý thuyết lượng tử làm cơ sở.
Người ta thường nói rằng lý thuyết trường lượng tử là lý thuyết vật lý chính xác nhất từng tồn tại, chính xác đến 11 chữ số thập phân. Tuy nhiên, tôi muốn chỉ ra rằng thuyết tương đối rộng hiện đã được thử nghiệm trong phạm vi 14 chữ số thập phân (và độ chính xác này rõ ràng chỉ bị giới hạn bởi độ chính xác của đồng hồ chạy trên Trái đất). Tôi đang nói về sao xung đôi Hulse-Taylor PSR 1913+16, một cặp sao neutron quay tương đối với nhau, một trong số đó là sao xung. Thuyết tương đối rộng dự đoán rằng một quỹ đạo như vậy co lại chậm (và chu kỳ của nó giảm đi) vì năng lượng bị mất đi do phát ra sóng hấp dẫn. Quá trình này quả thực đã được quan sát bằng thực nghiệm, và mô tả đầy đủ về chuyển động của nó, được quan sát trong 20 năm... phù hợp với thuyết tương đối rộng (bao gồm cả lý thuyết của Newton) với độ chính xác vượt trội đã nêu ở trên. Các nhà nghiên cứu hệ thống sao này đã xứng đáng nhận được giải thưởng Nobel cho công trình của họ. Các nhà lý thuyết lượng tử luôn lập luận, trích dẫn tính chính xác của lý thuyết của họ, rằng thuyết tương đối rộng nên lấy ví dụ của nó, nhưng bây giờ tôi nghĩ rằng lý thuyết trường lượng tử nên lấy ví dụ của nó.
Mặc dù bốn lý thuyết này đã đạt được thành công lớn nhưng chúng cũng không tránh khỏi những vấn đề… Thuyết tương đối rộng dự đoán sự tồn tại của các điểm kỳ dị trong không-thời gian. Có một “vấn đề đo lường” trong lý thuyết lượng tử mà tôi sẽ mô tả sau. Hóa ra giải pháp cho các vấn đề của những lý thuyết này là thừa nhận thực tế rằng chúng là những lý thuyết chưa hoàn chỉnh. Ví dụ, nhiều người dự đoán rằng lý thuyết trường lượng tử bằng cách nào đó có thể “làm mờ đi” những điểm kỳ dị của thuyết tương đối rộng...
Bây giờ tôi muốn nói vài lời liên quan đến việc mất thông tin trong lỗ đen, điều mà tôi tin rằng có liên quan đến tuyên bố cuối cùng. Tôi đồng ý với hầu hết mọi điều Stephen nói về điều này. Nhưng trong khi Stephen coi việc mất thông tin trong các lỗ đen là một sự không chắc chắn mới trong vật lý, ở mức độ cao hơn sự không chắc chắn của cơ học lượng tử, thì tôi lại coi đó chỉ là sự không chắc chắn "bổ sung".... Có thể một lượng nhỏ thông tin là bị mất theo thời gian để lỗ đen bốc hơi... nhưng hiệu ứng này sẽ ít hơn nhiều so với việc mất thông tin trong quá trình sụp đổ (vì vậy tôi chấp nhận bất kỳ hình ảnh hợp lý nào về sự biến mất cuối cùng của lỗ đen để mô tả).
Như một thí nghiệm tưởng tượng, hãy xem xét một hệ kín trong một hộp lớn và xét chuyển động của vật chất bên trong hộp trong không gian pha. Trong các vùng không gian pha tương ứng với vị trí của lỗ đen, các quỹ đạo mô tả sự tiến hóa vật lý của hệ thống sẽ hội tụ và thể tích pha được lấp đầy bởi các quỹ đạo này sẽ co lại. Điều này xảy ra do mất thông tin ở điểm kỳ dị lỗ đen. Sự suy giảm này mâu thuẫn trực tiếp với định luật cơ học cổ điển, được gọi là định lý Liouville, phát biểu rằng thể tích pha mang theo quỹ đạo pha không đổi.... Do đó, không-thời gian của lỗ đen vi phạm sự bảo toàn những thể tích đó . Tuy nhiên, trong bức tranh của tôi, sự mất thể tích không gian pha này được cân bằng bằng một quá trình đo lượng tử tự phát, dẫn đến việc khôi phục thông tin và tăng thể tích trong không gian pha. Theo tôi hiểu, điều này xảy ra bởi vì sự không chắc chắn liên quan đến việc mất thông tin trong các lỗ đen, gần như “bổ sung” cho sự bất định của cơ học lượng tử: mỗi chúng chỉ là một mặt của cùng một đồng tiền....
Bây giờ chúng ta hãy xem thí nghiệm suy nghĩ về con mèo của Schrödinger. Ông mô tả vị trí không thể chấp nhận được của một con mèo trong một chiếc hộp, trong đó một photon phát ra rơi vào một tấm gương mờ và phần truyền qua của hàm sóng của nó được ghi lại bằng một cảm biến. Nếu cảm biến phát hiện ra một photon, súng sẽ nổ và giết chết con mèo. Nếu cảm biến không phát hiện ra photon thì con mèo vẫn sống khỏe mạnh. (Tôi biết rằng Stephen không tán thành việc ngược đãi mèo, ngay cả trong các thí nghiệm tưởng tượng!) Hàm sóng của một hệ thống như vậy là sự chồng chất của hai khả năng này.... Nhưng tại sao chỉ có các phương án vĩ mô là "mèo chết" và "con mèo còn sống" có sẵn trong nhận thức của chúng ta không? và không phải là sự chồng chất vĩ mô của những trạng thái như vậy? ...
Tôi cho rằng với việc sử dụng thuyết tương đối rộng, việc sử dụng sự chồng chất của các hình học không-thời gian thay thế sẽ gặp phải những khó khăn nghiêm trọng. Có thể sự chồng chất của hai hình học khác nhau không ổn định và phân rã thành một trong hai lựa chọn thay thế này. Ví dụ, những hình học như vậy có thể là không gian và thời gian của một con mèo còn sống hoặc đã chết. Để đề cập đến sự phân rã của sự chồng chất thành một trong những trạng thái thay thế, tôi sử dụng thuật ngữ quy giản mục tiêu, điều mà tôi thích vì nó có từ viết tắt hay (OR). Chiều dài Planck 10-33 cm có liên quan gì đến điều này? Độ dài này là tiêu chí tự nhiên để xác định xem các hình học có thực sự là các thế giới khác nhau hay không. Thang đo Planck cũng xác định thang thời gian diễn ra việc giảm bớt các lựa chọn thay thế khác nhau.
Hawking về vũ trụ học lượng tử:
Tôi kết thúc bài giảng này bằng việc thảo luận về một vấn đề mà tôi và Roger có quan điểm khác nhau: mũi tên thời gian. Có một sự phân biệt rất rõ ràng giữa hướng tiến và hướng lùi của thời gian trong phần vũ trụ của chúng ta. Bạn chỉ cần tua lại bất kỳ bộ phim nào cũng có thể thấy được sự khác biệt này. Thay vì những chiếc cốc rơi khỏi bàn và vỡ thành từng mảnh nhỏ, chúng ta sẽ thấy những mảnh vỡ này tập hợp lại và nhảy trở lại bàn. Đời thực không phải có chuyện như vậy sao?
Các định luật địa phương của trường vật lý thỏa mãn yêu cầu về tính đối xứng về thời gian, hay nói chính xác hơn là tính bất biến CPT (Điện tích-Chẵn lẻ-Thời gian). Như vậy, sự khác biệt quan sát được giữa quá khứ và tương lai xuất phát từ các điều kiện biên của vũ trụ. Chúng ta hãy xem xét một mô hình trong đó một vũ trụ đóng trong không gian giãn nở đến kích thước tối đa và sau đó lại co lại. Như Roger đã chỉ ra, vũ trụ sẽ rất khác ở điểm cuối của câu chuyện này. Lúc đầu, vũ trụ, bây giờ chúng ta nghĩ, sẽ khá trơn tru và đều đặn. Tuy nhiên, khi nó bắt đầu sụp đổ trở lại, chúng ta dự đoán nó sẽ cực kỳ hỗn loạn và không đều. Vì có nhiều cấu hình hỗn loạn hơn các cấu hình có thứ tự, điều này có nghĩa là các điều kiện ban đầu phải được chọn cực kỳ chính xác.
Kết quả là, các điều kiện biên phải khác nhau vào những thời điểm này. Giả định của Roger là tenxơ Weyl chỉ biến mất ở một đầu thời gian. Tenxơ Weyl là một phần của độ cong của không-thời gian không được xác định bởi sự phân bố cục bộ của vật chất thông qua các phương trình Einstein. Độ cong này cực kỳ nhỏ trong giai đoạn đầu có trật tự và rất lớn trong vũ trụ đang co lại. Vì vậy, đề xuất này sẽ cho phép chúng ta phân biệt được cả hai đầu thời gian và giải thích sự tồn tại của mũi tên thời gian.
Tôi nghĩ đề xuất của Roger là Weylian theo hai nghĩa. Thứ nhất, nó không phải là bất biến CPT. Roger coi tính chất này là một lợi thế, nhưng tôi cảm thấy rằng không nên bỏ qua tính đối xứng nếu không có lý do chính đáng. Thứ hai, nếu tenxơ Weyl chính xác bằng 0 trong giai đoạn đầu của vũ trụ, thì nó sẽ đồng nhất và đẳng hướng trong suốt thời gian tiếp theo. Giả thuyết Weyl của Roger không thể giải thích được những thăng giáng trong phông nền vi sóng hay những nhiễu loạn gây ra bởi các thiên hà và các vật thể giống như chúng ta.
Bất chấp tất cả những điều này, tôi nghĩ Roger đã chỉ ra một sự khác biệt rất quan trọng giữa hai ranh giới thời gian này. Nhưng thực tế là độ nhỏ của tensor Weyl ở một trong các ranh giới không được chúng tôi chấp nhận một cách đặc biệt, mà phải được lấy từ nguyên tắc cơ bản hơn là “không có ranh giới”....
Làm thế nào hai ranh giới thời gian có thể khác nhau? Tại sao sự xáo trộn lại nhỏ ở một trong số chúng, nhưng lại không ở mức khác? Lý do cho điều này là vì các phương trình trường có thể có hai nghiệm phức tạp... Rõ ràng, một nghiệm tương ứng với một đầu thời gian, còn nghiệm kia tương ứng với đầu kia.... Ở một đầu thời gian, vũ trụ rất phẳng , và tensor Weyl nhỏ . Tuy nhiên, nó không thể chính xác bằng 0, vì điều này dẫn đến vi phạm mối quan hệ bất định. Thay vào đó phải có những biến động nhỏ mà sau này có thể phát triển thành các thiên hà và vật thể giống như chúng ta. Ngược lại với sự khởi đầu, sự kết thúc của vũ trụ sẽ rất bất quy tắc và hỗn loạn, và tensor Weyl rất lớn. Điều này giải thích tại sao mũi tên thời gian lại diễn ra và tại sao những chiếc cốc rơi khỏi bàn và dễ vỡ hơn nhiều so với việc chúng được phục hồi và bật trở lại.
Penrose về vũ trụ học lượng tử:
Từ những gì tôi hiểu về khái niệm của Stephen, tôi kết luận rằng sự bất đồng của chúng tôi về vấn đề này (giả thuyết độ cong của Weyl) là cực kỳ lớn... Đối với một điểm kỳ dị ban đầu, độ cong Weyl xấp xỉ bằng 0... Stephen lập luận rằng ở trạng thái ban đầu nhỏ thăng giáng lượng tử phải diễn ra, và do đó giả thuyết về độ cong Weyl bằng 0 là cổ điển và không thể chấp nhận được. Nhưng tôi nghĩ có một số quyền tự do trong việc trình bày chính xác giả thuyết này. Tất nhiên, những nhiễu loạn nhỏ có thể chấp nhận được theo quan điểm của tôi trong chế độ lượng tử. Chúng ta chỉ cần hạn chế đáng kể những biến động này quanh mức 0....
Có thể nguyên lý "không có ranh giới" của James-Hartley-Hawking là một ứng cử viên sáng giá để mô tả cấu trúc của trạng thái ban đầu. Tuy nhiên, đối với tôi, có vẻ như cần phải có điều gì đó khác để giải thích trạng thái cuối cùng. Đặc biệt, một lý thuyết giải thích cấu trúc của các điểm kỳ dị sẽ phải bao gồm sự phá vỡ CPT và các đối xứng khác để tương thích với giả thuyết độ cong Weyl. Sự vi phạm tính đối xứng thời gian như vậy có thể khá nhỏ; và có thể được ẩn chứa trong một lý thuyết mới vượt ra ngoài ranh giới của cơ học lượng tử.
Hawking về thực tế vật lý:
Những bài giảng này đã làm cho sự khác biệt giữa Roger và tôi trở nên rất rõ ràng. Anh ấy là người theo chủ nghĩa Platon, còn tôi là người theo chủ nghĩa thực chứng. Anh ta thực sự lo ngại rằng con mèo của Schrödinger đang ở trong trạng thái lượng tử, trong đó anh ta nửa sống nửa chết. Anh ấy cảm nhận được sự khác biệt với thực tế trong điều này. Nhưng những điều như vậy không làm tôi bận tâm. Tôi không đòi hỏi lý thuyết phải tương ứng với thực tế, bởi vì tôi không biết thực tế là gì. Thực tế không phải là một phẩm chất mà bạn có thể kiểm tra bằng giấy quỳ. Tất cả những gì tôi quan tâm là lý thuyết dự đoán kết quả của các phép đo. Lý thuyết lượng tử thực hiện điều này rất thành công....
Roger cảm thấy rằng...sự sụp đổ của hàm sóng đưa đối xứng CPT vào vật lý học. Ông nhận thấy những gián đoạn như vậy đang diễn ra trong ít nhất hai lĩnh vực vật lý: vũ trụ học và lỗ đen. Tôi đồng ý rằng chúng ta có thể sử dụng tính bất đối xứng về thời gian khi đặt câu hỏi về các quan sát. Nhưng tôi hoàn toàn bác bỏ ý kiến cho rằng có một số quá trình vật lý dẫn đến sự suy giảm hàm sóng hoặc điều này có liên quan gì đến lực hấp dẫn lượng tử hoặc ý thức. Tất cả điều này đều liên quan đến phép thuật và ma thuật, nhưng không liên quan đến khoa học.
Penrose về thực tế vật lý:
Cơ học lượng tử chỉ mới tồn tại được 75 năm. Con số này không nhiều lắm, đặc biệt là khi so sánh với lý thuyết hấp dẫn của Newton chẳng hạn. Vì vậy, tôi sẽ không ngạc nhiên nếu cơ học lượng tử được sửa đổi cho những vật thể rất lớn.
Khi bắt đầu cuộc tranh luận này, Stephen cho rằng anh ấy là người theo chủ nghĩa thực chứng còn tôi là người theo chủ nghĩa Platon. Tôi mừng vì anh ấy là người theo chủ nghĩa thực chứng, nhưng đối với bản thân tôi, tôi có thể nói rằng tôi là người thực tế hơn. Ngoài ra, nếu bạn so sánh cuộc tranh luận này với cuộc tranh luận Bohr-Einstein nổi tiếng khoảng 70 năm trước, tôi nghĩ Stephen đang đóng vai Bohr và tôi đang đóng vai Einstein! Đối với Einstein, điều cần thiết là phải có thứ gì đó tương tự như thế giới thực mà không nhất thiết phải được mô tả bằng hàm sóng, trong khi Bohr nhấn mạnh rằng hàm sóng không mô tả thế giới thực mà chỉ là kiến thức cần thiết để dự đoán kết quả của một cuộc thí nghiệm.
Hiện nay người ta tin rằng các lập luận của Bohr có sức thuyết phục hơn, và Einstein (theo tiểu sử của ông do Abraham Pais viết) có thể đã đi câu cá từ năm 1925. Quả thực, ông không có nhiều đóng góp cho cơ học lượng tử, mặc dù những lời phê bình sâu sắc của ông rất hữu ích cho cơ học lượng tử. Tôi tin rằng lý do cho điều này là lý thuyết lượng tử đã thiếu một số thành phần quan trọng. Một trong những thành phần này là bức xạ của lỗ đen được Stephen phát hiện 50 năm sau. Rò rỉ thông tin liên quan đến bức xạ của lỗ đen là hiện tượng có thể đưa lý thuyết lượng tử lên một tầm cao mới.
Stephen Hawking tin rằng có thể không có một lý thuyết dứt khoát về vũ trụ
Một bài giảng trên truyền hình do nhà vật lý nổi tiếng Stephen Hawking đến từ Anh quốc trình bày trước một số khán giả tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã mô tả cuộc tìm kiếm của các nhà khoa học về một lý thuyết hoàn chỉnh về Vũ trụ. Và kết luận lại, tác giả của những cuốn sách khoa học bán chạy nhất “Lược sử thời gian” và “Lý thuyết về mọi thứ”, giáo sư toán học tại Đại học Cambridge, cho rằng “có thể [một lý thuyết như vậy] là không thể”.
"Một số người sẽ rất thất vọng khi biết rằng không có lý thuyết chắc chắn nào cả," Hawking nói. "Tôi cũng từng ở trong phe đó, nhưng bây giờ tôi đã thay đổi ý định. Chúng ta sẽ luôn bị thách thức bởi những khám phá khoa học mới. Nếu không có nó, nền văn minh sẽ trì trệ." "Việc tìm kiếm có thể tiếp tục trong một thời gian rất dài."
Chương trình truyền hình, trong đó nảy sinh một số khó khăn kỹ thuật về hình ảnh và âm thanh, cũng được phát sóng qua Internet. Nó được tổ chức bởi Viện Cambridge-MIT (CMI) - một liên minh chiến lược kéo dài ba năm giữa Đại học Cambridge ở Anh và Viện Công nghệ Massachusetts.
Về cơ bản, Hawking đã tóm tắt lịch sử vật lý hạt, tập trung vào các nhân vật và lý thuyết quan trọng trong lĩnh vực này, từ Aristotle đến Stephen Weinberg, người đoạt giải Nobel sinh năm 1933.
Ví dụ, các phương trình của Maxwell và Dirac “chi phối hầu hết toàn bộ vật lý cũng như toàn bộ hóa học và sinh học,” Hawking lý luận. “Vì vậy, khi biết các phương trình này, về nguyên tắc chúng ta có thể dự đoán hành vi của con người, mặc dù tôi không thể khẳng định rằng bản thân tôi đã làm được điều đó. có thành công lớn trong vấn đề này,” anh kết luận trước tiếng cười của khán giả.
Bộ não con người chứa quá nhiều hạt để giải tất cả các phương trình cần thiết nhằm dự đoán hành vi của ai đó. Có lẽ một ngày nào đó trong tương lai gần chúng ta sẽ học được cách dự đoán hành vi của giun tròn.
Hawking nói rằng tất cả các lý thuyết được phát triển cho đến nay để giải thích vũ trụ đều “mâu thuẫn hoặc không đầy đủ”. Và ông đề xuất tại sao về nguyên tắc không thể phát triển một lý thuyết hoàn chỉnh về Vũ trụ. Ông đưa ra lập luận của mình dựa trên công trình của Kurt Gödel, một nhà toán học người Séc, tác giả của định lý nổi tiếng, theo đó, trong bất kỳ nhánh toán học nào, một số mệnh đề nhất định không thể được chứng minh hoặc bác bỏ.
Khoa học là một lĩnh vực rộng lớn và một lượng lớn nghiên cứu và khám phá được thực hiện hàng ngày, điều đáng chú ý là một số lý thuyết có vẻ thú vị nhưng đồng thời chúng lại không có xác nhận thực sự và dường như “treo trong không khí."
Lý thuyết dây là gì?
Lý thuyết vật lý biểu diễn các hạt dưới dạng dao động được gọi là lý thuyết dây. Những sóng này chỉ có một tham số - kinh độ và không có chiều cao hoặc chiều rộng. Để tìm hiểu lý thuyết dây là gì, chúng ta cần xem xét các giả thuyết chính mà nó mô tả.
- Người ta cho rằng mọi thứ xung quanh chúng ta đều bao gồm những sợi dây rung động và những màng năng lượng.
- Cố gắng kết hợp thuyết tương đối rộng và vật lý lượng tử.
- Lý thuyết dây mang lại cơ hội thống nhất tất cả các lực cơ bản của Vũ trụ.
- Dự đoán sự ghép đối xứng giữa các loại hạt khác nhau: boson và fermion.
- Cung cấp cơ hội mô tả và tưởng tượng các chiều của Vũ trụ mà trước đây chưa được quan sát thấy.
Lý thuyết dây - ai đã khám phá ra nó?
- Lý thuyết dây lượng tử lần đầu tiên được tạo ra vào năm 1960 để giải thích các hiện tượng trong vật lý hadron. Tại thời điểm này nó được phát triển bởi: G. Veneziano, L. Susskind, T. Goto và những người khác.
- Nhà khoa học D. Schwartz, J. Scherk và T. Ene đã nói lý thuyết dây là gì, vì họ đang phát triển giả thuyết dây bosonic, và điều này xảy ra 10 năm sau đó.
- Năm 1980, hai nhà khoa học: M. Green và D. Schwartz đã xác định được lý thuyết siêu dây, có những đối xứng độc đáo.
- Nghiên cứu về giả thuyết đề xuất vẫn đang được tiến hành, nhưng nó vẫn chưa được chứng minh.
Lý thuyết dây - triết học
Có một hướng triết học có mối liên hệ với lý thuyết dây và nó được gọi là đơn nguyên. Nó liên quan đến việc sử dụng các ký hiệu để thu gọn bất kỳ lượng thông tin nào. Lý thuyết đơn nguyên và dây sử dụng các mặt đối lập và nhị nguyên trong triết học. Biểu tượng đơn nguyên đơn giản phổ biến nhất là Âm-Dương. Các chuyên gia đã đề xuất mô tả lý thuyết dây trên một thể tích chứ không phải trên một mặt phẳng, đơn nguyên, và khi đó các dây sẽ trở thành hiện thực, mặc dù độ dài của chúng sẽ rất nhỏ.
Nếu sử dụng đơn nguyên thể tích thì đường phân chia Âm-Dương sẽ là một mặt phẳng và khi sử dụng đơn nguyên đa chiều sẽ thu được một khối cuộn tròn thành hình xoắn ốc. Chưa có công trình nào về triết học liên quan đến các đơn nguyên đa chiều - đây là lĩnh vực dành cho nghiên cứu trong tương lai. Các nhà triết học tin rằng nhận thức là một quá trình vô tận và khi cố gắng tạo ra một mô hình thống nhất của vũ trụ, một người sẽ nhiều lần ngạc nhiên và thay đổi các khái niệm cơ bản của mình.
Nhược điểm của lý thuyết dây
Vì giả thuyết do một số nhà khoa học đề xuất chưa được xác nhận nên khá dễ hiểu khi có một số vấn đề cho thấy sự cần thiết phải cải tiến nó.
- Lý thuyết dây có sai sót, chẳng hạn, trong quá trình tính toán, một loại hạt mới đã được phát hiện - tachyon, nhưng chúng không thể tồn tại trong tự nhiên, vì bình phương khối lượng của chúng nhỏ hơn 0 và tốc độ chuyển động lớn hơn tốc độ của ánh sáng.
- Lý thuyết dây chỉ có thể tồn tại trong không gian mười chiều, nhưng câu hỏi liên quan là: tại sao một người không cảm nhận được các chiều khác?
Lý thuyết dây - chứng minh
Hai quy ước vật lý chính làm cơ sở cho bằng chứng khoa học thực sự trái ngược nhau, vì chúng thể hiện cấu trúc của vũ trụ ở cấp độ vi mô một cách khác nhau. Để thử chúng, lý thuyết về dây vũ trụ đã được đề xuất. Ở nhiều khía cạnh, nó có vẻ đáng tin cậy, không chỉ bằng lời nói mà còn trong các phép tính toán học, nhưng ngày nay một người không có cơ hội để chứng minh điều đó trên thực tế. Nếu các dây tồn tại thì chúng ở cấp độ vi mô và chưa có khả năng kỹ thuật nào có thể nhận ra chúng.
Lý thuyết dây và Chúa
Nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng M. Kaku đã đề xuất một lý thuyết trong đó ông sử dụng giả thuyết dây để chứng minh sự tồn tại của Chúa. Ông đi đến kết luận rằng mọi thứ trên thế giới đều vận hành theo những quy luật và quy tắc nhất định do một Tâm trí duy nhất thiết lập. Theo Kaku, lý thuyết dây và các chiều ẩn giấu của Vũ trụ sẽ giúp tạo ra một phương trình thống nhất tất cả các lực trong tự nhiên và cho phép chúng ta hiểu được tâm trí của Chúa. Ông tập trung giả thuyết của mình vào các hạt tachyon, chúng chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Einstein còn cho rằng nếu những bộ phận như vậy được phát hiện thì thời gian có thể quay ngược lại.
Sau khi tiến hành một loạt thí nghiệm, Kaku kết luận rằng cuộc sống con người được điều chỉnh bởi những quy luật ổn định và không phản ứng trước những tai nạn vũ trụ. Lý thuyết dây về sự sống tồn tại và nó gắn liền với một thế lực vô danh điều khiển sự sống và làm cho nó trở nên toàn vẹn. Theo ý kiến của ông thì nó là như vậy. Kaku chắc chắn rằng Vũ trụ đang rung động những sợi dây phát ra từ tâm trí của Đấng toàn năng.
Vào đầu thế kỷ 20, hai trụ cột hỗ trợ kiến thức khoa học hiện đại đã được hình thành. Một trong số đó là thuyết tương đối rộng của Einstein, lý thuyết giải thích hiện tượng hấp dẫn và cấu trúc của không-thời gian. Cái còn lại là cơ học lượng tử, mô tả các quá trình vật lý thông qua lăng kính xác suất. Lý thuyết dây nhằm mục đích kết hợp hai cách tiếp cận này. Nó có thể được giải thích ngắn gọn và rõ ràng bằng cách sử dụng các phép loại suy trong cuộc sống hàng ngày.
Lý thuyết dây trong thuật ngữ đơn giản
Những điều khoản chính của một trong những “lý thuyết về mọi thứ” nổi tiếng nhất được tóm tắt như sau:
- Nền tảng của vũ trụ được tạo thành từ những vật thể mở rộng có hình dạng giống như những sợi dây;
- Những vật thể này có xu hướng thực hiện nhiều rung động khác nhau, giống như trên một nhạc cụ;
- Kết quả của những rung động này là các hạt cơ bản khác nhau (quark, electron, v.v.) được hình thành.
- Khối lượng của vật thu được tỷ lệ thuận với biên độ của dao động hoàn hảo;
- Lý thuyết này giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về lỗ đen;
- Ngoài ra, với sự trợ giúp của phương pháp giảng dạy mới, người ta có thể tiết lộ lực hấp dẫn trong tương tác giữa các hạt cơ bản;
- Ngược lại với những ý tưởng thống trị hiện nay về thế giới bốn chiều, lý thuyết mới đưa ra những chiều bổ sung;
- Hiện tại, khái niệm này vẫn chưa được cộng đồng khoa học rộng rãi chính thức chấp nhận. Không có một thí nghiệm nào được biết có thể xác nhận lý thuyết hài hòa và được xác minh này trên giấy tờ.
Bối cảnh lịch sử
Lịch sử của mô hình này kéo dài nhiều thập kỷ nghiên cứu chuyên sâu. Nhờ nỗ lực chung của các nhà vật lý trên khắp thế giới, một lý thuyết mạch lạc đã được phát triển bao gồm các khái niệm về vật chất ngưng tụ, vũ trụ học và toán học lý thuyết.
Các giai đoạn phát triển chính của nó:
- 1943-1959 Học thuyết về ma trận s của Werner Heisenberg xuất hiện, trong đó nó được đề xuất loại bỏ các khái niệm về không gian và thời gian đối với các hiện tượng lượng tử. Heisenberg là người đầu tiên phát hiện ra rằng những người tham gia vào tương tác mạnh là những vật thể mở rộng, không phải điểm;
- 1959-1968 Các hạt có spin cao (momen quay) được phát hiện. Nhà vật lý người Ý Tullio Regge sẽ đề xuất nhóm các trạng thái lượng tử thành các quỹ đạo (được đặt theo tên ông);
- 1968-1974 Garibral Veneziano đề xuất mô hình cộng hưởng kép để mô tả các tương tác mạnh. Yoshiro Nambu đã phát triển ý tưởng này và mô tả lực hạt nhân như những dây dao động một chiều;
- 1974-1994 Việc phát hiện ra siêu dây phần lớn là nhờ công trình của nhà khoa học người Nga Alexander Polykov;
- 1994-2003 Sự xuất hiện của lý thuyết M cho phép có hơn 11 chiều;
- 2003 - nay V. Michael Douglas đã phát triển lý thuyết dây cảnh quan với khái niệm chân không giả.
Lý thuyết dây lượng tử
Các đối tượng chính trong mô hình khoa học mới là những đồ vật tốt nhất, với các chuyển động dao động của chúng, truyền khối lượng và điện tích cho bất kỳ hạt cơ bản nào.
Các tính chất chính của dây theo ý tưởng hiện đại:
- Chiều dài của chúng cực kỳ nhỏ - khoảng 10 -35 mét. Ở quy mô này, các tương tác lượng tử trở nên rõ ràng;
- Tuy nhiên, trong những điều kiện thông thường của phòng thí nghiệm, không xử lý được những vật nhỏ như vậy, thì hoàn toàn không thể phân biệt được một sợi dây với một vật điểm không thứ nguyên;
- Một đặc điểm quan trọng của đối tượng chuỗi là tính định hướng. Các dây có nó có một cặp hướng ngược nhau. Cũng có những trường hợp không được định hướng.
Các chuỗi có thể tồn tại ở dạng một đoạn giới hạn ở cả hai đầu hoặc ở dạng một vòng khép kín. Ngoài ra còn có thể có các phép biến đổi sau:
- Một đoạn hoặc vòng lặp có thể "nhân lên" để tạo ra một cặp đối tượng tương ứng;
- Một phân đoạn sẽ tạo ra một vòng lặp nếu một phần của nó “vòng lặp”;
- Vòng lặp bị đứt và trở thành một chuỗi mở;
- Hai phân đoạn trao đổi phân đoạn.
Các đối tượng cơ bản khác
Vào năm 1995, hóa ra không chỉ các vật thể một chiều mới là khối xây dựng nên vũ trụ của chúng ta. Sự tồn tại của các thành tạo bất thường đã được dự đoán - màng- ở dạng hình trụ hoặc vòng thể tích, có các đặc điểm sau:
- Chúng nhỏ hơn nguyên tử vài tỷ lần;
- Có thể truyền trong không gian và thời gian, có khối lượng và điện tích;
- Trong Vũ trụ của chúng ta, chúng là những vật thể ba chiều. Tuy nhiên, có ý kiến cho rằng hình dạng của chúng bí ẩn hơn nhiều, vì một phần đáng kể trong số chúng có thể mở rộng sang các chiều không gian khác;
- Không gian đa chiều nằm bên dưới các màng là siêu không gian;
- Những cấu trúc này gắn liền với sự tồn tại của các hạt mang trọng lực - graviton. Chúng tự do tách khỏi các màng và chảy trôi chảy vào các chiều không gian khác;
- Các tương tác điện từ, hạt nhân và yếu cũng được định vị trên các màng;
- Loại quan trọng nhất là màng D. Các điểm cuối của sợi dây hở được gắn vào bề mặt của chúng khi nó đi qua không gian.
phê bình
Giống như bất kỳ cuộc cách mạng khoa học nào, cuộc cách mạng này vượt qua những chông gai của sự hiểu lầm và chỉ trích từ những người theo quan điểm truyền thống.
Trong số các ý kiến được bày tỏ thường xuyên nhất:
- Sự xuất hiện của các chiều bổ sung của không-thời gian tạo ra khả năng giả thuyết về sự tồn tại của một số lượng lớn vũ trụ. Theo nhà toán học Peter Volt, điều này dẫn đến việc không thể dự đoán được bất kỳ quá trình hay hiện tượng nào. Mỗi thử nghiệm đều gây ra một số lượng lớn các tình huống khác nhau có thể được diễn giải theo nhiều cách khác nhau;
- Không có tùy chọn xác nhận. Trình độ phát triển công nghệ hiện nay không cho phép nghiên cứu tại bàn được xác nhận hay bác bỏ bằng thực nghiệm;
- Những quan sát gần đây về các vật thể thiên văn không phù hợp với lý thuyết, điều này buộc các nhà khoa học phải xem xét lại một số kết luận của họ;
- Một số nhà vật lý bày tỏ quan điểm rằng khái niệm này mang tính suy đoán và cản trở sự phát triển của các khái niệm cơ bản khác.
Có lẽ việc chứng minh định lý Fermat dễ dàng hơn là giải thích lý thuyết dây bằng những từ ngữ đơn giản. Bộ máy toán học của nó rộng lớn đến mức chỉ những nhà khoa học dày dạn kinh nghiệm từ các viện nghiên cứu lớn nhất mới có thể hiểu được nó.
Vẫn chưa rõ liệu những khám phá được thực hiện trong những thập kỷ qua có tìm được ứng dụng thực sự hay không. Nếu vậy thì một thế giới mới dũng cảm đang chờ đợi chúng ta với lực phản hấp dẫn, nhiều vũ trụ và manh mối về bản chất của lỗ đen.
Video: lý thuyết dây ngắn gọn và dễ tiếp cận
Trong video này, nhà vật lý Stanislav Efremov sẽ cho bạn biết lý thuyết dây là gì một cách đơn giản:
Nhiều phiên bản khác nhau của lý thuyết dây hiện được coi là ứng cử viên hàng đầu cho danh hiệu một lý thuyết phổ quát, toàn diện giải thích được bản chất của mọi thứ. Và đây là một loại Chén Thánh của các nhà vật lý lý thuyết tham gia vào lý thuyết về hạt cơ bản và vũ trụ học. Lý thuyết phổ quát (cũng là lý thuyết về mọi thứ tồn tại) chỉ chứa một số phương trình kết hợp toàn bộ kiến thức của con người về bản chất của các tương tác và tính chất của các nguyên tố cơ bản của vật chất mà từ đó Vũ trụ được hình thành.
Ngày nay, lý thuyết dây đã được kết hợp với khái niệm siêu đối xứng, dẫn đến sự ra đời của lý thuyết siêu dây, và ngày nay đây là mức tối đa đã đạt được khi thống nhất lý thuyết về cả bốn tương tác cơ bản (các lực tác dụng trong tự nhiên). Bản thân lý thuyết siêu đối xứng đã được xây dựng trên cơ sở một khái niệm hiện đại tiên nghiệm, theo đó mọi tương tác (trường) từ xa đều là do sự trao đổi các hạt mang tương tác thuộc loại tương ứng giữa các hạt tương tác (xem Mô hình Chuẩn). Để rõ ràng, các hạt tương tác có thể được coi là “viên gạch” của vũ trụ và các hạt mang có thể được coi là xi măng.
Lý thuyết dây là một nhánh của vật lý toán học nghiên cứu động lực học không phải của các hạt điểm, giống như hầu hết các nhánh vật lý, mà của các vật thể mở rộng một chiều, tức là các vật thể mở rộng một chiều. dây
Trong mô hình chuẩn, các quark đóng vai trò là các khối xây dựng và các boson chuẩn mà các quark này trao đổi với nhau, đóng vai trò là các hạt mang tương tác. Lý thuyết siêu đối xứng thậm chí còn đi xa hơn và phát biểu rằng bản thân các quark và lepton không phải là cơ bản: chúng đều bao gồm các cấu trúc (khối xây dựng) vật chất thậm chí còn nặng hơn và chưa được khám phá bằng thực nghiệm, được giữ với nhau bằng một “xi măng” thậm chí còn mạnh hơn của các hạt siêu năng lượng. -là chất mang tương tác hơn các quark được tạo thành từ các hadron và boson.Đương nhiên, chưa có dự đoán nào của lý thuyết siêu đối xứng được thử nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm, tuy nhiên, các thành phần ẩn giả định của thế giới vật chất đã có tên - ví dụ: selektron (đối tác siêu đối xứng của electron), bình phương, v.v. tuy nhiên, sự tồn tại của những hạt này, những lý thuyết thuộc loại đó được dự đoán một cách rõ ràng.
Tuy nhiên, bức tranh về Vũ trụ mà những lý thuyết này đưa ra lại khá dễ hình dung. Trên thang đo khoảng 10E–35 m, tức là nhỏ hơn 20 bậc độ lớn so với đường kính của cùng một proton, bao gồm ba quark liên kết, cấu trúc của vật chất khác với những gì chúng ta quen thuộc ngay cả ở cấp độ hạt cơ bản . Ở những khoảng cách nhỏ như vậy (và ở mức năng lượng tương tác cao đến mức không thể tưởng tượng được) vật chất biến thành một loạt các sóng đứng trường, tương tự như những sóng bị kích thích trong dây của nhạc cụ. Giống như dây đàn guitar, trên dây như vậy, ngoài âm chính còn có thể hưng phấn nhiều âm bội hoặc hòa âm. Mỗi sóng hài có trạng thái năng lượng riêng. Theo nguyên lý tương đối (xem Thuyết tương đối), năng lượng và khối lượng là tương đương nhau, nghĩa là tần số dao động sóng điều hòa của dây càng cao thì năng lượng của nó càng cao và khối lượng của hạt quan sát được càng cao.
Tuy nhiên, nếu việc hình dung sóng dừng trong dây đàn guitar khá dễ dàng thì sóng đứng do lý thuyết siêu dây đề xuất rất khó hình dung - thực tế là các dao động của siêu dây xảy ra trong một không gian có 11 chiều. Chúng ta đã quen với không gian bốn chiều, trong đó có ba chiều không gian và một chiều thời gian (trái-phải, lên-xuống, tiến-lùi, quá khứ-tương lai). Trong không gian siêu chuỗi, mọi thứ phức tạp hơn nhiều (xem hộp). Các nhà vật lý lý thuyết giải quyết vấn đề khó hiểu về các chiều không gian “bổ sung” bằng cách lập luận rằng chúng “ẩn” (hay, theo thuật ngữ khoa học, “được nén lại”) và do đó không được quan sát thấy ở các năng lượng thông thường.
Gần đây hơn, lý thuyết dây đã được phát triển hơn nữa dưới dạng lý thuyết về màng đa chiều - về cơ bản, đây là những dây giống nhau, nhưng phẳng. Như một trong những tác giả của nó đã ngẫu nhiên nói đùa, màng khác với dây giống như mì khác với bún.
Có lẽ đây là tất cả những gì có thể nói ngắn gọn về một trong những lý thuyết mà ngày nay không phải không có lý do mà ngày nay tự cho là lý thuyết phổ quát về sự Thống nhất Vĩ đại của mọi tương tác lực lượng. Than ôi, lý thuyết này không phải là không có tội lỗi. Trước hết, nó vẫn chưa được đưa về dạng toán học chặt chẽ do thiếu bộ máy toán học để đưa nó vào sự tương ứng nội tại chặt chẽ. Đã 20 năm trôi qua kể từ khi lý thuyết này ra đời và chưa ai có thể thống nhất một số khía cạnh và phiên bản của nó với những khía cạnh và phiên bản khác một cách nhất quán. Điều khó chịu hơn nữa là chưa có nhà lý thuyết nào đề xuất lý thuyết dây (và đặc biệt là siêu dây) đề xuất một thí nghiệm duy nhất trong đó những lý thuyết này có thể được kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Than ôi, tôi e rằng cho đến khi họ làm được điều này, tất cả công việc của họ sẽ vẫn là một trò chơi tưởng tượng kỳ quái và những bài tập tìm hiểu kiến thức bí truyền nằm ngoài xu hướng chính thống của khoa học tự nhiên.
Nghiên cứu tính chất của lỗ đen
Năm 1996, các nhà lý thuyết dây Andrew Strominger và Kumrun Vafa đã xây dựng dựa trên các kết quả trước đó của Susskind và Sen để xuất bản “Bản chất vi mô của Bekenstein và Hawking Entropy”. Trong công trình này, Strominger và Vafa đã có thể sử dụng lý thuyết dây để tìm ra các thành phần vi mô của một loại lỗ đen nhất định và tính toán chính xác sự đóng góp entropy của các thành phần này. Công trình nghiên cứu dựa trên một phương pháp mới phần nào vượt xa lý thuyết nhiễu loạn được sử dụng vào những năm 1980 và đầu những năm 1990. Kết quả của công trình hoàn toàn trùng khớp với những dự đoán của Bekenstein và Hawking được đưa ra hơn hai mươi năm trước đó.
Strominger và Vafa phản đối quá trình thực sự hình thành lỗ đen bằng cách tiếp cận mang tính xây dựng. Họ đã thay đổi quan điểm về sự hình thành lỗ đen, chứng tỏ rằng chúng có thể được xây dựng bằng cách tỉ mỉ tập hợp thành một cơ chế tập hợp chính xác các màng được phát hiện trong cuộc cách mạng siêu dây thứ hai.
Với tất cả các điều khiển về cấu trúc vi mô của lỗ đen trong tay, Strominger và Vafa có thể tính toán số lượng hoán vị của các thành phần vi mô của lỗ đen để giữ nguyên các đặc điểm tổng thể có thể quan sát được, chẳng hạn như khối lượng và điện tích. Sau đó, họ so sánh con số thu được với diện tích chân trời sự kiện của lỗ đen - entropy được Bekenstein và Hawking dự đoán - và tìm ra sự đồng ý hoàn hảo. Ít nhất là đối với lớp lỗ đen cực đoan, Strominger và Vafa đã có thể tìm ra ứng dụng của lý thuyết dây để phân tích các thành phần vi mô và tính toán chính xác entropy tương ứng. Vấn đề khiến các nhà vật lý đau đầu suốt một phần tư thế kỷ đã được giải quyết.
Đối với nhiều nhà lý thuyết, khám phá này là một lập luận quan trọng và thuyết phục để ủng hộ lý thuyết dây. Sự phát triển của lý thuyết dây vẫn còn quá thô sơ để có thể so sánh trực tiếp và chính xác với các kết quả thực nghiệm, chẳng hạn như với các phép đo khối lượng của quark hoặc electron. Tuy nhiên, lý thuyết dây đưa ra lời giải thích cơ bản đầu tiên cho một tính chất đã được khám phá từ lâu của lỗ đen, việc không thể giải thích được đã cản trở nghiên cứu của các nhà vật lý làm việc với các lý thuyết truyền thống trong nhiều năm. Ngay cả Sheldon Glashow, người đoạt giải Nobel về vật lý và là người phản đối mạnh mẽ lý thuyết dây vào những năm 1980, đã thừa nhận trong một cuộc phỏng vấn vào năm 1997 rằng “khi các nhà lý thuyết dây nói về lỗ đen, họ gần như đang nói về những hiện tượng có thể quan sát được, và điều đó thật ấn tượng”.
Vũ trụ học dây
Có ba cách chính mà lý thuyết dây sửa đổi mô hình vũ trụ tiêu chuẩn. Đầu tiên, theo tinh thần nghiên cứu hiện đại ngày càng làm rõ tình hình, lý thuyết dây cho rằng Vũ trụ phải có kích thước tối thiểu có thể chấp nhận được. Kết luận này làm thay đổi sự hiểu biết về cấu trúc của Vũ trụ ngay tại thời điểm xảy ra Vụ nổ lớn, trong đó mô hình chuẩn mang lại kích thước bằng không của Vũ trụ. Thứ hai, khái niệm đối ngẫu T, tức là tính đối ngẫu của bán kính nhỏ và bán kính lớn (có mối liên hệ chặt chẽ với sự tồn tại của kích thước tối thiểu) trong lý thuyết dây, cũng rất quan trọng trong vũ trụ học. Thứ ba, số chiều không-thời gian trong lý thuyết dây nhiều hơn bốn, vì vậy vũ trụ học phải mô tả sự tiến hóa của tất cả các chiều này.
Mô hình Brandenberg và Vafa
Vào cuối những năm 1980. Robert Brandenberger và Kumrun Vafa đã thực hiện những bước quan trọng đầu tiên hướng tới việc hiểu lý thuyết dây sẽ thay đổi ý nghĩa của mô hình chuẩn của vũ trụ học như thế nào. Họ đi đến hai kết luận quan trọng. Đầu tiên, khi chúng ta quay trở lại Vụ nổ lớn, nhiệt độ tiếp tục tăng cho đến khi kích thước của Vũ trụ theo mọi hướng bằng với chiều dài Planck. Lúc này nhiệt độ sẽ đạt mức tối đa và bắt đầu giảm. Ở mức độ trực quan, không khó để hiểu nguyên nhân của hiện tượng này. Để đơn giản, chúng ta hãy giả sử (theo Brandenberger và Vafa) rằng tất cả các chiều không gian của Vũ trụ đều có tính tuần hoàn. Khi chúng ta di chuyển ngược thời gian, bán kính của mỗi vòng tròn co lại và nhiệt độ của vũ trụ tăng lên. Từ lý thuyết dây, chúng ta biết rằng việc thu nhỏ bán kính trước rồi xuống dưới độ dài Planck về mặt vật lý tương đương với việc giảm bán kính xuống độ dài Planck, sau đó là tăng bán kính. Vì nhiệt độ giảm trong quá trình giãn nở của Vũ trụ, nên những nỗ lực không thành công nhằm nén Vũ trụ đến kích thước nhỏ hơn chiều dài Planck sẽ dẫn đến sự ngừng tăng nhiệt độ và nhiệt độ tiếp tục giảm.
Kết quả là Brandenberger và Vafa đã đi đến bức tranh vũ trụ sau: thứ nhất, mọi chiều không gian trong lý thuyết dây đều bị gấp chặt đến kích thước tối thiểu theo thứ tự chiều dài Planck. Nhiệt độ và năng lượng cao, nhưng không phải là vô hạn: nghịch lý về điểm bắt đầu có kích thước bằng 0 trong lý thuyết dây đã được giải quyết. Tại thời điểm ban đầu của sự tồn tại của Vũ trụ, tất cả các chiều không gian của lý thuyết dây đều hoàn toàn bằng nhau và hoàn toàn đối xứng: chúng đều bị cuộn tròn thành một khối đa chiều có kích thước Planck. Hơn nữa, theo Brandenberger và Vafa, Vũ trụ trải qua giai đoạn đầu tiên của quá trình giảm đối xứng, khi tại thời điểm Planck, ba chiều không gian được chọn để mở rộng tiếp theo, và phần còn lại vẫn giữ nguyên kích thước Planck ban đầu của chúng. Ba chiều này sau đó được đồng nhất với các chiều trong kịch bản vũ trụ lạm phát và, thông qua quá trình tiến hóa, có dạng như hiện nay được quan sát.
Mô hình Veneziano và Gasperini
Kể từ công trình của Brandenberger và Vafa, các nhà vật lý đã không ngừng đạt được tiến bộ trong việc tìm hiểu vũ trụ học dây. Trong số những người dẫn đầu nghiên cứu này có Gabriele Veneziano và đồng nghiệp Maurizio Gasperini từ Đại học Turin. Các nhà khoa học này đã trình bày phiên bản vũ trụ học dây của riêng họ, ở một số chỗ tương tự như kịch bản được mô tả ở trên, nhưng ở những nơi khác về cơ bản lại khác với nó. Giống như Brandenberger và Vafa, để loại trừ nhiệt độ vô hạn và mật độ năng lượng phát sinh trong các mô hình chuẩn và lạm phát, họ dựa vào sự tồn tại của độ dài tối thiểu trong lý thuyết dây. Tuy nhiên, thay vì kết luận rằng, do tính chất này, Vũ trụ được sinh ra từ một khối các chiều Planck, Gasperini và Veneziano cho rằng có một vũ trụ tiền sử đã hình thành từ rất lâu trước thời điểm gọi là điểm 0, và đã sinh ra vũ trụ này. “phôi” vũ trụ của các chiều Planck.
Trạng thái ban đầu của Vũ trụ trong kịch bản này và trong mô hình Big Bang rất khác nhau. Theo Gasperini và Veneziano, Vũ trụ không phải là một quả cầu nóng và xoắn chặt có kích thước mà lạnh và có phạm vi vô hạn. Sau đó, như sau từ các phương trình của lý thuyết dây, sự bất ổn xâm chiếm Vũ trụ, và tất cả các điểm của nó bắt đầu, giống như trong kỷ nguyên lạm phát, theo Guth, nhanh chóng phân tán sang hai bên.
Gasperini và Veneziano chứng tỏ rằng vì điều này mà không gian ngày càng trở nên cong hơn và kết quả là có sự tăng vọt về nhiệt độ và mật độ năng lượng. Một thời gian ngắn trôi qua, vùng ba chiều có kích thước milimet bên trong những khoảng không vô tận này biến thành một điểm nóng và đậm đặc, giống hệt với điểm được hình thành trong quá trình giãn nở lạm phát, theo Guth. Sau đó, mọi thứ diễn ra theo kịch bản tiêu chuẩn của vũ trụ học Big Bang, và điểm giãn nở trở thành Vũ trụ có thể quan sát được.
Vì thời kỳ tiền Big Bang đang trải qua quá trình giãn nở lạm phát của chính nó, lời giải của Guth cho nghịch lý chân trời được tự động đưa vào kịch bản vũ trụ này. Như Veneziano đã nói (trong một cuộc phỏng vấn năm 1998), “lý thuyết dây mang đến cho chúng ta một phiên bản của vũ trụ học lạm phát trên một chiếc đĩa bạc”.
Nghiên cứu về vũ trụ học dây đang nhanh chóng trở thành một lĩnh vực nghiên cứu tích cực và hiệu quả. Ví dụ, kịch bản tiến hóa trước Vụ nổ lớn đã hơn một lần trở thành chủ đề tranh luận sôi nổi và vị trí của nó trong công thức vũ trụ học trong tương lai còn lâu mới rõ ràng. Tuy nhiên, không còn nghi ngờ gì nữa rằng công thức vũ trụ học này sẽ dựa trên sự hiểu biết chắc chắn của các nhà vật lý về các kết quả được khám phá trong cuộc cách mạng siêu dây thứ hai. Ví dụ, những hệ quả vũ trụ học của sự tồn tại của màng đa chiều vẫn chưa rõ ràng. Nói cách khác, ý tưởng về những khoảnh khắc đầu tiên về sự tồn tại của Vũ trụ sẽ thay đổi như thế nào sau khi phân tích lý thuyết M đã hoàn thiện? Vấn đề này đang được nghiên cứu chuyên sâu.