Sách: 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:
Sách: Giai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụ Brian Greene Giai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụ Source: VNexpress.net (Casa posted) PDF converted: gamin@bacbaphi.com.vn Date: Sep,1st 2004 Phần I Lời giới thiệu 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 bởimột nhúm những con người lãng mạn như Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, EdwinSchrodinger, Wolfgang Pauli và Louis de Broglie, đã giải thích được một cách tuyệt vời hành trạng củacác hạt sơ cấp và các nguyên tử cũng như các tương tác của chúng với ánh sáng. Chính nhờ cơ học lượngtử mà chúng ta có được những công cụ kỳ diệu như máy thu thanh, TV, các bộ dàn stereo, điện thoại, máy fax,máy tính và Internet, những công cụ làm cho cuộc sống của chúng ta trở nên thú vị hơn và liên kết chúng ta vớinhau.Thuyết tương đối là lý thuyết của những cái vô cùng lớn: nó được sinh ra từ trực giác thiên tài của một“chuyên viên kỹ thuật hạng ba” chẳng mấy ai biết tới có tên là Albert Einstein thuộc phòng đăng ký sángchế phát minh ở Bern (Thuỵ Sĩ) và lý thuyết này đã đưa ông lên tột đỉnh vinh quang. Với thuyết tương đốihẹp được công bố năm 1905, Einstein đã thống nhất được thời gian và không gian nhờ xem xét lại tính phổ quátcủa chúng: thời gian của một nhà du hành với vận tốc không đổi gần vận tốc ánh sáng sẽ bị giãn ra trong khi đókhông gian lại bị co lại so với thời gian và không gian của một người nào đó đứng yên. Đồng thời, Einsteincũng thiết lập được sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng, do đó cho phép ta giải thích được lò lửa củacác ngôi sao: chúng đã biến một phần khối lượng của chúng thành năng lượng và, than ôi, nó cũng dẫn tớinhững quả bom nguyên tử đã gây ra chết chóc và tàn phá hai thành phố Nhật Bản Hiroshima và Nagasaki. Vớithuyết tương đối rộng được công bố năm 1915, Einstein đã chứng minh được rằng một trường hấp dẫn mạnh,như trường ở gần một lỗ đen (lỗ thành, chẳng hạn bởi sự co lại của một ngôi sao đã dùng hết năng lượng dự trữcủa nó) không chỉ làm cho thời gian giãn ra mà còn làm cong cả không gian nữa. Đồng thời, các phương trìnhcủa thuyết tương đối rộng cũng nói rằng Vũ trụ hoặc là đang giãn nở hoặc là đang co lại, chứ không thể là tĩnhtại, cũng hệt như một quả bóng được tung lên không hoặc là bay lên cao hoặc là rơi xuống chứ không thể treo lơlửng trong không khí được. Vì ở thời đó người ta nghĩ rằng Vũ trụ là tĩnh, nên Einstein đã buộc phải đưa vàomột lực phản hấp dẫn để bù trừ cho lực hấp dẫn hút của Vũ trụ nhằm làm cho nó trở nên dừng. Sau này, vàonăm 1929, khi nhà thiên văn Mỹ Edwin Hubble phát hiện ra Vũ trụ đang giãn nở, Einstein đã phải tuyên bốrằng “đó là sai lầm lớn nhất của cuộc đời ông”.Hai lý thuyết vĩ đại đó đã được nhiều lần kiểm chứng qua các phép đo và quan sát, đồng thời chúng hoạt độngrất tốt chừng nào chúng ở tách rời và giới hạn trong địa hạt riêng của mình. Cơ học lượng tử mô tả chính xáchành trạng của các nguyên tử và ánh sáng khi mà hai lực hạt nhân mạnh và yếu cùng với lực điện từ dẫn dắt vũđiệu còn lực hấp dẫn thì nhỏ không đáng kể. Thuyết tương đối giải thích rất tốt những chất của hấp dẫn ở thangcực 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 hạtnhân cũng như lực điện 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 kể như ba lực kia.Mà điều này lại chính xác là cái đã xảy ra ở những khoảnh khắc đầu tiên của Vũ trụ.Ngày hôm nay, người ta nghĩ rằng khoảng 15 tỷ năm trước, một vụ nổ cực mạnh – tức Big Bang - đã sinhra Vũ trụ, không gian và thời gian. Từ đó, đã diễn ra một quá trình thăng tiến, không một phút nào ngơi,trên con đường phức tạp hóa. Xuất phát từ một chân không nội nguyên tử, Vũ trụ đang giãn nở đãkhông ngừng phình to và nở ra. Các quark và electron, các proton và notron, các nguyên tử, các ngôi sao vàcác thiên hà kế tiếp nhau được tạo thành. Vậy là một tấm thảm vũ trụ bao la đã được dệt nên, bao gồm tới hàngtrăm 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 con người có khảnăng biết kinh ngạc trước vẻ đẹp và sự hài hòa của Vũ trụ, có ý thức và có trí tuệ cho phép nó có thể đặt ranhững câu hỏi về Vũ trụ đã sinh ra nó. Như vậy là cái vô cùng bé đã sinh nở ra cái vô cùng lớn. Để hiểu đượcnguồn gốc của Vũ trụ và do đó cả nguồn gốc của riêng chúng ta nữa, chúng ta cần có một lý thuyết vật lýcó khả năng thống nhất cơ học lượng tử với thuyết tương đối và mô tả được tình huống trong đó cả bốnlực cơ b ...