LỜI BẠT BẢN DỊCH cuốn VŨ TRỤ ĐÃ HÌNH THÀNH VÀ ĐANG PHÁT TRIỂN NHƯ THẾ NÀO ?
LỜI NÓI CUỐI CHO BẢN DỊCH
Cuốn “Vũ trụ đã hình thành và đang phát triển như thế
nào ? “
Tác giả V.L.Ginzburg, dịch giả Nguyễn Đức Hiển .
Sau đây là lời bạt cuối cuốn sách dịch của Cao Chi (phục hồi từ các bản chụp lại của bạn Đức Hoàng ).
Bạn đã đọc
xong quyển sách nhỏ của Viên sĩ Viên Hàn lâm Khoa học Liên Xô V.L. Ginzburg.
Từ ngày quyển sách này ra đời đến nay đã hơn mười
năm. Trong thời gian đó , trong lý thuyết hấp dẫn và vũ trụ học đã nảy sinh nhiều
vấn đề mới . Bởi vậy chúng tôi muốn nêu một số vấn đề đó cùng với các tài liệu
tham khảo để phục vụ bạn đọc tìm hiểu được hiện trạng của lý thuyết hấp dẫn và
vũ trụ học cho đến những năm gần đây,
1.Lượng
tử hóa trường hấp dẫn
Đối với trường hấp dẫn ta cũng phải tiến hành phép
lượng tử hóa như trước đây ta đã làm đối với trường điện từ. Song ở đây ta gặp
nhiều khó khăn hơn vì nếu trong trường điện từ nhóm biến đổi chuẩn là nhóm Abel
thì trong trường hợp hấp dẫn nhóm đó là nhóm không Abel .Trong những năm gần
đây nhờ những công trình của R.Feynmann, B.S.Dewitt, S.Mandelstam, L. Fadeev,
V.Popov bài toán đã đạt nhiều kết quả
quan trọng .
2.Lỗ
đen và lỗ trắng
Một trong những hệ quả không tránh khỏi của lý thuyết
hấp dẫn Einstein là sự tồn tại nhũng lỗ đen.Đó là những sao đã tiêu hao hết
nhiên liệu hạt nhân của mìnhvà co lại dưới tác dụng hấp dẫn .Trường hấp dẫn và
độ cong của không gian ở đâylớn đến nỗi mà các tia ánh sáng cũng như neutrino bức
xạ từ lỗ đen không thể vượt ra ngoài được . Năm 1973 thông báo về sự phát hiện
ra lỗ đen đã làm cho các nhà thiên văn và vật lý hấp dẫn sửng sốt mặc dầu sự tồn
tại của lỗ đen đã được J.R.Oppenheimer và H.Snyder tiên đoán từ năm 1939.Hiện
nay hầu hết các nhà khoa học làm việc trong địa hạt này đều xem là lỗ đen đầu
tiên (CygX-1) trong Vũ trụ đã được phát hiện.
Sự phát hiện ra lỗ đen dẻ ra một ngành vật lý mới đó
là vật lý các lỗ đen,Những phát hiện quan trọng trong vật lý lỗ đen là :
a) Đối với lỗ đen có chuyển động quay tồn tại một
vùng gọi là hình cầu sản công.Vùng này nằm sát ngoài bề mặt lỗ đen. Cac hạt rơi
vào vùng hình cầu sản công sẽ có chuyển động quay và có thể có năng lượng toàn
phần âm.
b)
Về
nguyên tắc có thể thu được năng lượng từ các lỗ đen có chuyển đông quay nhờ thí
nghiệm Penrose. Trong thí nghiệm tưởng tượng này ta bắn một vật vào hình cầu sản
công và làm nổ vật đó thành 2 mảnh . Ta chọn tham số nổ thế nào cho một mảnh
thu được momen quay hướng ngược với chuyển động quay của lỗ đen và có năng lượng
toàn phần âm, còn mảnh kia bị bắn ra ngoài , Định luật bảo toàn năng lượng cho
ta thấy rằng mảnh bắn ra ngoài có năng lượng lớn hơn năng lượng của vật ban đầu
.
c) Người ta thiết lập được bốn định luật của vật
lý lỗ đen và một điều lý thú là các định luật này tương tự như các định luật
trong nhiệt động học.Diện tích bề mặt S của lỗ đen đóng vai trò entropy, hấp dẫn
bề mặt X đóng vai trò nhiệt độ.Thí dụ định luật thứ hai
có nghĩa là bề mặt S của lỗ đen
không thể giảm đi (định lý Hawking).
d)
Trong
trường hợp hấp dẫn của lỗ đen chân không không ổn định đối với quá trình sinh cặp.
Lúc lỗ đen không có chuyển động quay thì quá trình sinh cặp xảy ra không phải một
cách định xứ mà xảy ra trong một khoảng đồng dạng không gian tương đối lớn –hiệu
ứng Hawking.
e) Các lỗ đen với khối lượng nhỏ hơn 10^15 g (lỗ
đen sơ cấp hay tàn dư hình thành ở những giai đoạn sớm của vũ trụ) sẽ “bay hơi
“vì hiệu ứng bức xạ lượng tử . Hiệu ứng
này do S.W.Hawking tìm ra năm 1971. Càng bức xạ thị hiệu dụng của lỗ đen càng lớn
, do đó cường độ bức xạ lại càng tăng.Quá trình đó dẫn đến một vụ nổ lượng tử
và trong khoảng 0,1giây cuối cùng năng lượng thoát ra đạt 10^36 erg (cỡ một triệu
quả bom khinh khí một triệu tấn ),Nếu sau vụ nổ lượng tử các lỗ đen biến thành
những lỗ đen với khối lượng Planck 10^-5 g (hạt maximon) thì ngày nay trong vũ
trụ chắc phải có một số lượng khá lớn các lỗ đen vi mô đó.Theo ý kiến của R.
S.W,Hawking , trong một lý thuyết hoàn chỉnh có tính đến hấp dẫn lượng tử thì
hiện tượng bay hơi các lỗ đen sẽ đưa vào vật lý lượng tử một sự bất định mới
ngoài sự bất định vốn có sẵn trong cơ học lượng tử .
Lỗ trắng là một vật thể đối ngược với lỗ đen : đó là những
sao không phải co lại như lỗ đen mà nở ra từ một điểm kỳ dị.Từ điểm đó năng lượng
đã thoát ra.Thực tế ta đã gặp một tình huống tương tự : toàn vũ trụ mà ta quan
sát được đang nở ra có thể từ một điểm “gốc” mà ta hoàn toàn chưa biết gì rõ ràng.Hiện
nay người ta chưa đồng nhất được “lỗ trắng” với một vật thể nào trong vũ trụ.
3 . Vấn đề về những điểm kỳ dị
Trong quá trình co của các sao cũng
như trong mẫu vũ trụ nở đẳng hướng và đồng nhất ta gặp những điểm “gốc” tại đó
mật độ vật chất trở nên vô hạn.Đã có một thời gian người ta cho rằng những điểm
kỳ dị trong mẫu Fridman xuất hiện vì tính đối xứng cao của mẫu đó và sẽ mất đi
trong những mẫu không đồng nhất và không đẳng hướng giống như ảnh tại tiêu điểm
của một thấu kính rất đối xứng sẽ nhòe đi khi thấu kính biến dạng. Nhưng sự thật
không phải như thế.Các phương trình của Lý thuyết tương đối rộng là những
phương trình phức tạp do đó phân tích những lời giải của chúng không phải là việc
đơn giản.Trong thời gian gần đây nhiều tác giả đã áp dụng các công cụ toán học
tinh tế như topo để giải quyết vấn đề kỳ dị .
R.Penrose và nhiều người khác đã
thu được những kết quả sâu sắc và quan trọng.Kết quả chủ yếu là sự chứng minh
tính tất yếu của những điểm kỳ dị trong vũ trụ học và trong quá trình co của
các sao.V.A.Belinski, E.M.Lifshits,I.M.Khalatnikov năm 1970 đã xây dựng được bằng
phương pháp giải tích lời giải tổng quát chứa kỳ dị có dáng điệu dao động và
như thế kết quả bổ sung cho kết quả thu được bằng phương pháp topo.
Vậy trong khuôn khổ của lý thuyết
tương đối tổng quát sự tồn tại của những điểm kỳ dị là vấn đề tất yếu . Song điều
đó chưa có nghĩa là nhất thiết phải có những điểm kỳ dị thật sự với mật độ vật
chất vô hạn. Vấn đề ở chỗ ta chưa tính đến các hiệu ứng lượng tử , các hiệu ứng
này tất phải xuất hiện ở lân cận của điểm kỳ dị.Giả sử rằng có một độ dài
lần lượt là hằng số hấp dẫn, hằng số
lượng tử và tốc độ ánh sáng.
Dùng cách suy luận về thứ nguyên ta
thấy rằng ứng với độ dài đó ta có mật độ
Nếu cho rằng không tồn tại mật độ lớn hơn mật độ đó thì ta sẽ không có điểm kỳ dị.Tiếc rằng hiện nay chưa có một lý thuyết hoàn chỉnh nào cho hiện tượng hấp dẫn để có thể phát biểu một cách tường minh hơn về vấn đề kỳ dị .
4. Sóng hấp dẫn
Sóng hấp dẫn được phát ra từ những
khối lượng có momen tứ cực biến thiên theo thời gian. Một ví dụ về vật thể có
khả năng phát sóng hấp dẫn là các sao đôi.
Một trong những sự kiện gây nhiều
chấn động trong giới khoa học là các công trình của J.Weber đăng trong tạp chí
Physical Review Letters năm 1970 thông báo về việc phát hiện ra sóng hấp dẫn.
Nhưng sau đó nhiều thí nghiệm tiến
hành ở Liên xô và các nước khac trên thế giới chứng tỏ rằng các kết quả của
J.Weber có lẽ là quá vội vàng và hiện nay người ta vẫn chưa có một đoán nhận
nào dứt khoát về các bức xạ hấp dẫn do J.Weber thu được .
5. Lý thuyết thống nhất
Một ví dụ về lý thuyết thống nhất
là sự tổng hợp bởi Maxwell hai hiện tượng tưởng chừng khác xa nhau : điện và từ
.Nhờ lý thuyết điện từ trường ta biết rằng các hiện tượng điện và từ chỉ là hai
biểu hiện của một hiện tượng chung là điện từ.
Trong những năm gần đây A.Salam và
S.Weinberg đã đưa ra một sơ đồ đầy hứa hẹn để thống nhất tương tác yếu với điện
từ trường . Vậy liệu có thể thống nhất các hạt cơ bản (kể cả điện trường )với
lý thuyết hấp dẫn chăng ? Chinh Einstein đã dành hơn nửa cuộc đời của mình để
làm điều tương tự nhưng không thành công.Năm 1971 xuất hiện nhóm “siêu đối xứng
“ mhóm các biến đổi có khả năng thay đổi từng nửa đơn vị spin của các hạt. Nhóm
“siêu đối xứng” dẫn đến những sơ dồ thống nhất các hạt có spin nguyên và spin
bán nguyên,do đó phối hợp với lý thuyết Yang-Mills mở đường cho việc thống nhất
hấp dẫn mà lượng tử là graviton có spin 2 với các trường của các hạt cơ bản
khác có spin 0,1/2,1,3/2 ,…Lý thuyết thống nhất này có tên là lý thuyết “siêu hấp
dẫn “ và được xây dựng vao năm 1976 bới các tác giả S.Deser,B.Zumino,S.Ferrara,
D.Z.Freedman, P.vanNieuwenhuiren.
6 . Lý thuyết các xoắn tử (twistor)
của R.Penrose
Đầu những năm bảy mươi Penrose đã
phát triển một lý thuyết mà theo ý kiến của nhiều người là một trong những lý
thuyết có triển vọng trong việc lượng tử hóa không thời gian . Đó là lý thuyết
các xoắn tử . Trong lý thuyết này ta không dùng những điểm không-thời gian mà ứng
với mỗi điểm không–thời gian ta làm ứng với xoắn tử. Xoắn tử có thể xem là một
hạt không có khối lượng và chuyển động tự do .Để xác định một điểm R của
không-thời gian ta phải xét mọi chuyển động của xoắn tử qua điểm R. Nhu thế bức
tranh của không thời gian là bức tranh của nón ánh sáng tại R.
Trong ngôn ngữ toán học xoắn tử có
dạng
.Đối với
không-thời gian phẳng xoắn tử là những spinor SU(2,2).R.Penrose chứng minh rằng
xoắn tử ứng với những toán tử trong lý thuyết “siêu đối xứng “ của J.Wess và
B.Zumino. Bây giò trường (của các hạt không khối lượng ) sẽ là những hàm chỉnh
hình trên không gian các xoắn tử. Với những hàm đó R.Penrose xây dựng lý thuyết
tán xạ và thu được những giản đồ cho xoắn tử tương tự như nhũng giản đồ
Feynman. Để xét các tích phân trong các giản đồ đó các tác giả sử dụng rộng rãi
lý thuyết đồng điều .
Với sự ra đời của lý thuyết xoắn tử
hai continuum không-thời gian và không gian Hilbert của lý thuyết lượng tử có
cơ hòa làm một .
CAO CHI
Viện năng lượng hạt nhân
Nhận xét
Đăng nhận xét