KHÔNG THỜI GIAN ĐỀU LÀ NHỮNG PHẠM TRÙ ĐỘT SINH

 

 

 

KHÔNG THỜI GIAN ĐỀU LÀ NHỮNG PHẠM TRÙ ĐỘT SINH ?

 

Trong Scientific American số mới nhất (tháng 2/2022) [1] có bài viết rất hay về không thời gian. Tác giả Adam Becker nêu ý tưởng khhông thời gian không phải là những phạm trù cơ bản nhất của vũ trụ mà không thời gian chí là những phạm trù đột sinh từ MỘT YẾU TỐ CÓ BẢN HƠN là LIÊN ĐỚI LƯỢNG TỬ (QUANTUM ENTANGLEMENT).

Đây là một vấn đề lớn của Vật lý và triết học.

 

Để am hiểu vấn đề này các bạn đọc cần biết về đối ngẫu AdS/CFT,có thể xem tài liệu [2] & liên đới lượng tử (quantum entanglement) [2] .

Trước đây một tác giả khác Natalie Paquette đưa ra ý tưởng : khi chúng ta co một chiều không gian thành một điểm thì lập tức đột sinh một chiều mới không gian lớn  .Đây là hiện tượng dimensional transmutation  (từ LTD-Lý thuyết dây).

Mhiều nhà vật lý quy đồng ý tưởng :không gian và cả thời gian không phải là những phạm trù cơ bản. Không gian và thời gian là những phạm trù đột sinh :chúng phát sinh từ cấu trúc  và cách hành xử của những thành phần cơ bản hơn của thiên nhiên (hạt, tương tác & năng lượng).

Những ý niệm này xúât phát từ những suy nghĩ cơ bản về HẤP DẪN LƯỢNG TỬ . Lý thuyết thống nhất phải xuất phát từ những tính chất của vật chất, năng lượng và các hạt cơ bản.Hai lý thuyết cơ bản hấp dẫn và lượng  tử phải được thống nhất để có TOE (theory of everything).

Bài toán đó gắn liền với không thời gian. Không thời gian phải đột sinh từ một điều gì cơ bản hơn .Các nhà vật lý cho rằng không thời gian không tồn tại như cách biểu hiện thường ngày (lỗ đen & lỗ sâu- black hole & wormhole).

Nếu không gian là phạm trù đột sinh thì đây có thể là chìa khóa chúng ta đang cần phải có để tiến đên một TOE.

VŨ TRỤ TRONG LTD

Hiện nay lý thuyết hiện đại nhất mô tả vũ trụ là LTD (lý thuyết dây).LTD là một lý thuyết khó .LTD có hàm chứa một duality ( song ngẫu ) àđó là mối liên quan mật thiết giưa những chiều (dimension) nhỏ và những chiều lớn.Khi quy một chiều vào một không gian nhỏ lập tức xuất hiện một không gian có chiều rất lớn . Và người ta có thể lợi dụng tình huống đó để dùng những kỹ thuật của không gian này để giải quyết những bài toán của không gian kia.

Nhiều nhà LTD cho rằng song ngẫu đó giúp ta hiểu được không gian là hiện tượng đột sinh. Bắt đầu từ  lý thuyết AdS/CFT của Maldacena (1997), khi Maldacena tìm ra song ngẫu giữa lý thuyết trường conformal CFT và không thời gian AdS (anti de Sitter). CFT không chứa hấp dẫn còn AdS chứa hấp dẫn .Song cả hai có cấu trúc toan học mô tả được vũ trụ.Nhờ AdS/CFT mà người ta có công cụ để nối liền LÝ THUYẾT TRƯỜNG LƯỢNG TỬ  với HẤP DẪN . Chú ý AdS có một chiều nhiều hơn CFT (phù hợp với triết lý của nguyên lý holographicàGerard ‘t Hooft –tính chất của một vùng , ví dụ lỗ đen) , có thể được mã hóa trên đường biên của vùng đó .Nói cách khác một mặt 2-chiều của lỗ đen có thể hàm chứa thông tin về lỗ đen,. như trong một hologram.

Tương tự như vậy đối ngẫu AdS/CFT , lý thuyết CFT 4-chiều chứa đủ thông tin của không gian AdS 5-chiều .Như vậy  toàn thể không gian AdS có thể mô tả nhờ các tương tác trong CFT.

Vậy không gian của AdS xuất phát từ đâu? Câu trả lời là  : từ một hiện tượng quan trọng trong CFT là hiện tượng LIÊN ĐỚI LƯỢNG TỬ (quantum entanglement-nhiều tác giả dịch từ này là vướng víu ? hay rối ? lượng tử ). Đây là một hiện tương lạ lùng tác động trên khoảng cách bất kỳ, Einstein gọi đây là spooky action at a distance-tác đông kỳ lạ trên khoảng cách ).Hiện nay các nhà vật lý đã chứng minh tác động của liên đới lượng tử trên 1000 km.Khoảng cách không là vấn đề của liên đới lượng tử.

CÓ LÚC CHÚNG TA SẼ HIỂU ĐƯỢC BẢN CHẤT CỦA KHÔNG THỜI GIAN?

Theo các nhà vật ly Shinsei Ryu (Đại học Princeton ) &Tadashi Takayanagi (đại học Kyoto) lúc nghiên cứu đối ngẫu AdS/CFT,họ thấy rằng liên đới lượng tử là tác nhân tạo nên các khoảng cách trong không gian AdS .

Trong song ngẫu đó hai vùng không gian gần nhau của AdS chính là tương ứng với hai thành phần liên đới lượng tử rất mạnh của CFT.Càng liên đới lượng tử mạnh trong CFT thì ta có những vùng không thời gian càng nhỏ trong không thời gian AdS. Điều này cũng sẽ đúng cho vũ trụ.

Tính liên tục  và liên thông (connectivity) là hệ quả trực tiếp của liên đới  lượng tử (quantum entanglement). Vậy liên đới lượng tử là cấu trúc cơ bản của không thời gian ,tạo nên hình học vũ trụ.

Suskind nói như sau : nếu phá hủy liên đới lượng tử giữ hai vùng không gian thì không gian sẽ bị phá rách (đột hủy-DIS-EMERGENCE).

Nếu không gian là liên đới lượng tử thì bài toán hấp dẫn lượng tử xem chừng nhẹ nhàng dễ thực hiện hơn !

Hai thành phần quan trọng: LTD mô tả các hạt (sinh ra từ dao động của dây) ,xem hình 1& lý thuyết vòng lượng tử hấp dẫn lại xem không thời gian là những yếu tố gián đoạn-những bit mà tổng thể cho chúng ta không thời gian liên tục (xem hình 1). Trong LQG (loop quantum gravity) thì không thời gia không liên tục mà gồm bằng những “nguyên tử không thời gian” nối liền bằng nhuãng dây 1chiều và tờ 2 chiều . Các liên thông này làm nên bọt spin (spin foam) (xem hình 2)

 

                                                                                       Hình 1

Trong LTD không thời gian đột sinh từ liên đới lượng tử (sử dụng đối ngẫu AdS/CFT).CFT xem như mặt 2 chiều còn nội vùng AdS lại có 3 chiều.

                                                                                         Hình 2

KHÔNG THỜI GIAN ĐỘT SINH NHƯ THẾ NÀO ?

Những nghiên cứu gần đây cho phép kết luận rằng không thời gian là những phạm trù đột sinh Ý tưởng này xuất phát tư 2 lý thuyết làm nhiệm vụ cầu nối 2 vùng đang bị chia đôi :HẤP DẪN & LƯỢNG TỬ . Ta đang có LTD mô tả tương tác các hạt & LQG mô tả không thời gian gồm bằng những nguyên tử không  thời gian.

Không thể tồn tại HẤP DẪN KHÔNG CÓ LƯỢNG TỬ.

Theo cung cách trên người ta có thể nói đến đột sinh của thời gian. Mark van Raamsdonk (đại học Columbia) phát biểu rằng thời gian cũng là đột sinh theo chiều các suy nghĩ trên . Song ván đề này đang còn được nghiên cứu .“But this is not well understood and is an active area of research.”

 

KHÔNG GIAN ĐỂ SUY NGHĨ

Nếu LTD là đúng thì không gian đột sinh từ liên đới lượng tử (và thời gian cũng như thế ). Các nhà triết học cũng suy nghĩ nhiều về vấn đề đột sinh của không thời gian

KẾT LUẬN

Bài viết này đặt ra vấn đề lớn :vấn đề KHÔNG THỜI GIAN .Không thời gian không phải là những phạm trù cơ bản nhất ,chúng là những phạm trù đột sinh. Và PHẠM TRÙ CƠ BẢN HƠN lại là các LIÊN ĐỚI LƯỢNG TỬ , hiện tượng quan trọng của vật chất (hạt, tương tác & năng lượng .

Nếu không thời gian (mô tả bởi ví dụ không thời gian AdS) là đột sinh từ liên đới lượng tử (mô tả bởi CFT) thì vấn đề thống nhất thành một TOE xem chừng sẽ có một hướng đi rành mạch hơn ?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

[1] The origins of space and time

Does spacetime emerge from a more fundamental reality?

ADAM BECKER

Scientific American số tháng 2/2022

[2] Cao Chi,Những vấn đề mới trong vật lý hiện đại,NXB Tri Thức ,chương VII.10,trang 349 và chương VII.4, trang 295 ,năm 2018.