Giai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụ

Hai lý thuyết vĩ đại tạo nên những trụ cột của vật lý hiện đại là cơ học lượng tử và thuyết tương đối đã ra đời gần như đồng thời vào đầu thế kỷ XX.Cơ học lượng tử, lý thuyết về những cái vô cùng bé, đã được xây dựng trong những năm 1910-1930 bởi một nhúm những con người lãng mạn như Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Edwin Schrodinger, Wolfgang Pauli và Louis de Broglie, đã giải thích được một cách tuyệt vời hành trạng của các hạt sơ cấp và các nguyên tử cũng như các...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụGiai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụ Lời giới thiệuHai lý thuyết vĩ đại tạo nên những trụ cột của vật lý hiện đại là cơ học lượng tử và thuyết tươngđối đã ra đời gần như đồng thời vào đầu thế kỷ XX.Cơ học lượng tử, lý thuyết về những cái vô cùng bé, đã được xây dựng trong những năm1910-1930 bởi một nhúm những con người lãng mạn như Max Planck, Niels Bohr, WernerHeisenberg, Edwin Schrodinger, Wolfgang Pauli và Louis de Broglie, đã giải thích đượcmột cách tuyệt vời hành trạng của các hạt sơ cấp và các nguyên tử cũng như các tương táccủa chúng với ánh sáng. Chính nhờ cơ học lượng tử mà chúng ta có được những công cụ kỳdiệu như máy thu thanh, TV, các bộ dàn stereo, điện thoại, máy fax, máy tính và Internet, nhữngcông cụ làm cho cuộc sống của chúng ta trở nên thú vị hơn và liên kết chúng ta với nhau.Thuyết tương đối là lý thuyết của những cái vô cùng lớn: nó được sinh ra từ trực giác thiêntài của một “chuyên viên kỹ thuật hạng ba” chẳng mấy ai biết tới có tên là Albert Einsteinthuộc phòng đăng ký sáng chế phát minh ở Bern (Thuỵ Sĩ) và lý thuyết này đã đưa ông lêntột đỉnh vinh quang. Với thuyết tương đối hẹp được công bố năm 1905, Einstein đã thống nhấtđược thời gian và không gian nhờ xem xét lại tính phổ quát của chúng: thời gian của một nhà duhành với vận tốc không đổi gần vận tốc ánh sáng sẽ bị giãn ra trong khi đó không gian lại bị colại so với thời gian và không gian của một người nào đó đứng yên. Đồng thời, Einstein cũng thiếtlập được sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng, do đó cho phép ta giải thích được lòlửa của các ngôi sao: chúng đã biến một phần khối lượng của chúng thành năng lượng và, thanôi, nó cũng dẫn tới những quả bom nguyên tử đã gây ra chết chóc và tàn phá hai thành phố NhậtBản Hiroshima và Nagasaki. Với thuyết tương đối rộng được công bố năm 1915, Einstein đãchứng minh được rằng một trường hấp dẫn mạnh, như trường ở gần một lỗ đen (lỗ thành, chẳnghạn bởi sự co lại của một ngôi sao đã dùng hết năng lượng dự trữ của nó) không chỉ làm cho thờigian giãn ra mà còn làm cong cả không gian nữa. Đồng thời, các phương trình của thuyết tươngđối rộng cũng nói rằng Vũ trụ hoặc là đang giãn nở hoặc là đang co lại, chứ không thể là tĩnh tại,cũng hệt như một quả bóng được tung lên không hoặc là bay lên cao hoặc là rơi xuống chứkhông thể treo lơ lửng trong không khí được. Vì ở thời đó người ta nghĩ rằng Vũ trụ là tĩnh, nênEinstein đã buộc phải đưa vào một lực phản hấp dẫn để bù trừ cho lực hấp dẫn hút của Vũ trụnhằm làm cho nó trở nên dừng. Sau này, vào năm 1929, khi nhà thiên văn Mỹ Edwin Hubblephát hiện ra Vũ trụ đang giãn nở, Einstein đã phải tuyên bố rằng “đó là sai lầm lớn nhất của cuộcđời ông”.Hai lý thuyết vĩ đại đó đã được nhiều lần kiểm chứng qua các phép đo và quan sát, đồng thờichúng hoạt động rất tốt chừng nào chúng ở tách rời và giới hạn trong địa hạt riêng của mình. Cơhọc lượng tử mô tả chính xác hành trạng của các nguyên tử và ánh sáng khi mà hai lực hạt nhânmạnh và yếu cùng với lực điện từ dẫn dắt vũ điệu còn lực hấp dẫn thì nhỏ không đáng kể. Thuyếttương đối giải thích rất tốt những chất của hấp dẫn ở thang cực lớn của Vũ trụ, của các thiên hà,các ngôi sao và các hành tinh, khi mà lực này chiếm ưu thế và các lực hạt nhân cũng như lựcđiện từ không còn đóng vai trò hàng đầu nữa. Nhưng vật lý học đã biết lại hụt hơi và mất hếtphương tiện khi lực hấp dẫn, vốn nhỏ không đáng kể ở thang hội nguyên tử, lại trở nên đáng kểnhư ba lực kia. Mà điều này lại chính xác là cái đã xảy ra ở những khoảnh khắc đầu tiên của Vũtrụ.Ngày hôm nay, người ta nghĩ rằng khoảng 15 tỷ năm trước, một vụ nổ cực mạnh – tức BigBang - đã sinh ra Vũ trụ, không gian và thời gian. Từ đó, đã diễn ra một quá trình thăngtiến, không một phút nào ngơi, trên con đường phức tạp hóa. Xuất phát từ một chân khôngnội nguyên tử, Vũ trụ đang giãn nở đã không ngừng phình to và nở ra. Các quark vàelectron, các proton và notron, các nguyên tử, các ngôi sao và các thiên hà kế tiếp nhau được tạothành. Vậy là một tấm thảm vũ trụ bao la đã được dệt nên, bao gồm tới hàng trăm tỷ thiên hà,mỗi thiên hà lại bao gồm hàng trăm tỷ ngôi sao. Trong vùng biên của một trong số những thiênhà đó và có tên là Ngân Hà, trên một hành tinh ở gần ngôi sao có tên là Mặt Trời, xuất hiện conngười có khả năng biết kinh ngạc trước vẻ đẹp và sự hài hòa của Vũ trụ, có ý thức và có trí tuệcho phép nó có thể đặt ra những câu hỏi về Vũ trụ đã sinh ra nó. Như vậy là cái vô cùng bé đãsinh nở ra cái vô cùng lớn. Để hiểu được nguồn gốc của Vũ trụ và do đó cả nguồn gốc củariêng chúng ta nữa, chúng ta cần có một lý thuyết vật lý có khả năng thống nhất cơ họclượng tử với thuyết tương đối và mô tả được tình huống trong đó cả bốn lực cơ bản đềubình đẳng với nhau.Nhưng nhiệm vụ thống nhất đó không phải dễ dàng gì, bởi lẽ có sự không tương thích cơ bảngiữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng ...