giới thiệu BỘ SÁCH 6 CUỐN VẬT LÝ HIÊN ĐẠI của tác giả CAO CHI
Giới
thiệu bộ sách 6 tập của tác giả Cao Chi về vật lý hiện đại
Là một trong những nhà vật lý đầu đàn của đất nước từ
những năm 7x của thế kỷ 20, giáo sư Cao Chi đã từng phải gác lại niềm đam mê
làm nghiên cứu vật lý cơ bản trong nhiều năm để gánh vác trách nhiệm lãnh đạo
Trung tâm năng lượng hạt nhân của Viện Khoa học & Kỹ thuật hạt nhân, với nhiều
đóng góp quan trọng vào sự nghiệp phát triển ngành năng lượng nguyên tử của Việt
Nam. Trong khoảng 20 năm gần đây, mặc dù tuổi đã cao và sức khỏe không còn được
như trước, niềm đam mê và tình yêu của GS Cao Chi đối với vật lý không hề suy
giảm và GS đã tâm huyết hoàn thành và cho xuất bản một bộ sách lớn gồm 6 tập để
phổ biến, chuyển tải những vấn đề thời sự của VẬT LÝ HIỆN
ĐẠI từ những năm qua, trong nhiều hướng chuyên môn khác nhau từ vũ trụ, lỗ đen,
hạt cơ bản, các lý thuyết thống nhất, lý thuyết tai biến, hạt nhân, môi trường
đông đặc, cơ học lượng tử, toán học sinh học trong vật lý… đến các vấn đề triết
học, lý thuyết hiện sinh, phân tâm học... Có thể nói rằng đa số các vấn đề thời
sự nhất của vật lý hiên đại đã được bộ sách này đề cập đến. Các tập sách cũng
cung cấp những thông tin tham khảo tài liệu rất có ích đối với bất kỳ ai muốn học
nhập môn hay chuẩn bị bước vào tham gia nghiên cứu khoa học trong các lĩnh vực
khác nhau của vật lý. Dưới đây là giới thiệu ngắn gọn về 6 tập của bộ sách của tác giả Cao
Chi về Vật lý hiện đại.
Cuốn 1: NXB TRI THỨC in năm 2011, 416
trang
Tên sách: VẬT LÝ HIÊN ĐẠI - NHỮNG VẤN
ĐỀ THỜI SỰ TỪ BIGBOUNCE ĐẾN VŨ TRỤ TOÀN ẢNH
Tập 1 được trình bày theo bố cục của
9 chương sách, với những nội dung chính sau đây:
·
Einstein và vũ trụ toàn ảnh:
Ở đây bạn đọc được làm quen với khái niệm Vũ trụ lượng tử. Để hiểu được cấu
trúc và quá trình tiến triển của Vũ trụ người ta phải nghiên cứu thuyết
lượng tử vốn là lý thuyết điều khiển hành vi của những hạt cơ bản, những thực
thể vi mô, bởi vì những hiện tượng vĩ mô luôn quyện cùng với những hiện tương
vi mô thành một thực tế thống nhất. Có thể nói đây là một cuộc cách mạng của
thuyết lượng tử, của vật lý các hạt cơ bản khi đã thực hiện một bước nhảy trong
nhận thức của chúng ta về sự bí ẩn và vẻ đẹp của vũ trụ. Hơn lúc nào hết các
nhà vật lý hiện đang ra sức tìm sự thống nhất giữa lý thuyết lượng tử (điều
khiển thế giới vi mô) với lý thuyết hấp dẫn (điều khiển thế giới vĩ mô). Vũ trụ
lượng tử có thể hiểu là thực thể thống nhất giữa vi mô và vĩ mô, đặc trưng cho một
giai đoạn mới của vật lý, trong đó lý thuyết lượng tử và lý thuyết hấp dẫn được
kỳ vọng sẽ hoà mình với nhau thành một lý thuyết thống nhất, Lý thuyết của tất cả (TOE – Theory of
Everything). Chúng ta sẽ thấy rằng trên đường nghiên cứu Vũ trụ lượng tử,
những ý tưởng của Einstein luôn là những ý tưởng kim chỉ nam cho các nhà vật
lý. Các ý tưởng đó làm thành giấc mơ xây dựng một lý thuyết thống nhất của
Einstein, một di sản vô giá cho vật lý hiện đại.
· Năng
lượng tối: Sự
tồn tại của năng lượng tối đã đặt ra câu hỏi nền tảng cho vật lý mà đến
nay vẫn chưa có trả lơi: liệu có cần
một lý thuyết vật lý mới cho vũ trụ? Nhớ lại một phát hiện
cách đây hơn chục năm đã làm kinh ngạc các nhà vũ trụ học: nhiều số liệu quan
trắc thiên văn đã chứng tỏ rằng quá trình giãn nở vũ trụ thay vì chậm lại thì
càng gia tăng. Để giải thích hiện tượng khó hiểu này các nhà vũ trụ học đã đưa
ra kết luận về sự tồn tại của một dạng năng lượng bí ẩn – năng lượng tối. Hiện nay bản chất của dạng năng lượng này vẫn chưa được làm sáng tỏ.
Công cuộc truy tầm năng lượng tối hiện đang tiếp diễn quyết liệt trong các
nghiên cứu thực nghiệm cũng như lý thuyết.
· Vật
chất tối: Mặc dù sự tồn tại của vật chất tối đã được khẳng
định từ cách đây gần 70 năm, đến nay bài toán về vật chất tối vẫn chưa có lời
giải. Ngoài các mô hình lý thuyết, người ta cũng đang tìm cách quan sát vật
chất tối trong phòng thí nghiệm. Chúng ta biết rằng phần lớn vật chất trong vũ
trụ là vật chất tối và không có vật chất tối thì không có sao, có thiên hà và
đương nhiên không có sự sống. Vật chất tối đã và đang giữ chặt vũ trụ lại. Liệu
vật chất tối có thể được chế tạo trong các máy gia tốc? Siêu hạt nhẹ nhất trong
siêu đối xứng, hạt nhẹ nhất chuyển động trong các chiều dư, hạt axion trong lý thuyết QCD, có thể thuộc về vật chất
tối?
· Bất
đẳng thức BELL: Trong những năm gần đây, tính không định xứ (non-locality)
đã được khẳng định như một tinh chất bao chùm của của các thực thể vật lý. Bản
chất toán học của tính không định xứ được thể hiện qua bất dẳng thức Bell: Không có một lý thuyết định xứ với biến số
ẩn (local hidden variables theory) nào
có thể cung cấp được các tiên đoán (predictions) của cơ học lượng tử. Cơ
học lượng tử khác với Cơ học cổ điển như thế nào? Chính bất đẳng thức Bell giúp
ta làm rõ phân biệt đó.
· Bigbounce
- một giả thuyết mới: Vũ trụ có thể được xét đễn như một thực tại tổng
quát được sinh ra từ một Big Bounce (vụ bật lớn), một giả thuyết mới được đề xuất thay thế
mô hình Big Bang (vụ nổ lớn) với yếu điểm là điểm kỳ dị không thời gian
tại thời điểm t=0 mà không thể có một giải thích vật lý nào.
·
Các lỗ đen –Viễn tải lượng tử
· Lý thuyết dây
· Khoa học phức hợp
· Nguyên lý toàn ảnh
· Đối xứng và phá vỡ đối xứng
· Nghệ thuật và khoa học
Cuốn 2: NXB TRI THỨC in năm 2015, 512
trang
Tên sách: VẬT LÝ HIÊN ĐẠI - NHỮNG VẤN
ĐỀ THỜI SỰ
Tập 2 cũng
được trình bày trong 9 chương sách, với những nội dung chính sau đây:
·
Vũ trụ, hạt nhân, hạt cơ bản, môi
trường đông đặc, máy tính lượng tử
·
Toán và vật lý, các lý thuyết thống
nhất, sóng hấp dẫn
· Topô
của vũ trụ: Vấn đề nghiên cứu topo của vũ trụ đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà
vũ trụ học. Nhiều vũ trụ xét về mặt hình học là một vũ trụ vô hạn (infinite)
song nếu chú ý đến topo (tức đến toàn cục) thì lại là một vũ trụ hữu hạn
(finite). Nhiều số liệu quan sát CMB (Cosmic Microwave Background - Bức xạ
Phông Vũ trụ) cũng có thể được chính xác hoá thêm nhờ những chi tiết phát sinh
từ những hệ quả topo. Sách giới thiệu với bạn đọc những nét tổng quát về ảnh hưởng
của topo đến vũ trụ học.
· · Giới thiệu số p-adic: Mô hình được kỳ vọng sẽ là một công cụ toán học cho lý thuyết thống nhất (TOE). Các số p-adic được nhà toán học Kurt Hensen tìm ra từ cuối thế kỷ 19 (năm 1897) để bổ sung cho tập các số thực, hữu tỷ và số phức. Tập các số p-adic dẫn đến metric không - Archimedean thích hợp cho sự mô tả không thời gian gián đoạn. Cùng với vẻ đẹp toán học, các số p-adic có thể trở thành một công cụ hữu hiệu giúp các nhà vật lý mô tả chính xác hơn thế giới khách quan trong nhiều lĩnh vực từ vi mô đến vĩ mô: cơ học lượng tử, lý thuyết dây, môi trường đông đặc, vũ trụ học,.. và khoa học nhận thức, có thể được sắp xếp theo hình cây sau đây
Giả tinh thể
· Xích
Markov
Cuốn 3: NXB TRI THỨC in năm 2016, 440 trang
Tên sách: VẬT LÝ NGÀY NAY
Tập 3 cũng
được trình bày trong 9 chương sách, với những nội dung chính sau đây:
·
Sóng hấp dẫn, lỗ đen vi mô, QBism,
ER=EPR
·
Du hành về tương lai và quá khứ, hạt
nhân
·
Máy tính lượng tử, Vật lý và sinh học
·
Tính không định xứ và không hiên hữu:
Tính không định xứ (non-locality),
thể hiện qua bất dẳng thức Bell giới thiệu ở trên, được bàn đến trong song hành
với tính không hiện hữu (non-realism) như hai tính chất quan trọng của
thế giới khách quan. Quan điểm “không định xứ & không hiện hữu”
được cho là phù hợp với thực nghiệm và chống lại quan điểm “định xứ & hiện
hữu”. Tập 3 của bộ sách giúp bạn đọc làm quen với những thông tin về vấn đề lý
thú này.
·
Cơ học Bayesianism,
·
Xu hướng hạt nhân tiền tiến, Máy
tính lượng tử topo, Lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng (LQG)
·
Một số thông tinh ban đầu từ các
quan điểm vật lý về vấn đề vật chất sống (living) và không sống (non-living): Liệu có thể dung hòa các nhận
thức của chúng ta đối với hai vương quốc vật chất sống và không sống? Nhiều thế
kỷ đã phân chia hai vương quốc này. Các nhà khoa học theo thuyết sức sống tin rằng
tồn tại một lực sống đã tổ chức nên các cơ thể sống và điều hành mọi hành xử của
chúng. Hiện nay các nhà vật lý và hóa học dường như không tin vào thuyết sức sống
và đưa ra cách tiếp cận để tìm hiểu sơ bộ về quá trình tự tổ chức quan sát được
trong vương quốc của sự sống dựa trên những
cấu trúc phát tán phát hiện bởi Prigogine (Nobel 1977) và trên hiện tượng đột
sinh trong lý thuyết phức hợp phát triển bởi Laughlin (Nobel 1998) và nhiều người
khác. Các nhà vật lý (Schroedinger, Penrose,...) đã từng nhấn mạnh vai trò của
lý thuyết lượng tử trong sinh học. Thêm vào đấy
vũ trụ toàn ảnh xây dựng bởi Bohm và Pribram lại cho thấy rằng có mối
liên thông giữa hai vương quốc vật chất sống và không sống.
Cuốn 4: NXB TRI THỨC in năm 2018, 430
trang
Tên sách: NHỮNG VẤN ĐỀ MỚI TRONG VẬT
LÝ HIỆN ĐẠI
Tập 4 được
trình bày theo bố cục 3 phần trong 7 chương sách, với những nội dung chính sau
đây:
· Vũ trụ lượng tử, hiệu ứng Casimir, hấp
dẫn entropic, cách mạng nhiệt động học
· Pha topo
· Các lý thuyết đồng điều (homology) và
đối đồng điều (cohomology):
Các lý thuyết đồng điều và đối đồng điều có nhiều ứng
dụng trong vật lý như nghiên cứu các tích phân Feynman và nghiên cứu các trạng
thái topo trong môi trường đông đặc. Một số nhà vật lý cho rằng muốn tìm hiểu
được mọi trạng thái khả dĩ của vật chất nhất thiết phải sử dụng đến các lý thuyết
đồng điều và đối đồng điều.
· Meson sắc đẹp, ER=EPR, Lý thuyết
dây, Đại số và lý thuyết số
· AdS/CFT và các ứng dụng:
AdS/CFT là một đối ngẫu - duality (hay còn được gọi là
hệ thức tương đương - correspondence) giữa hấp dẫn (nằm trên không gian AdS) và
một lớp lý thuyết trường gọi là conformal (CFT) nằm
trên biên của AdS. Đây
là một đối ngẫu kỳ thú do Maldacena tìm ra năm 2005 thu được số lượng
tham chiều kỷ lục từ các nhà vật lý vì sự quan trọng và tính mới lạ của nó
trong vật lý hiện đại.
·
Triết học vật lý, Pha topo và dịch chuyển pha topo
·
Trường chuẩn và không gian phân thớ, Hạt ma Fadeev-Popov
·
Hội thảo Vạt lý - Triết học Munich
·
Các lý thuyết chuẩn tương tác mạnh
·
Vật lý các môi trường đông đặc
·
Lỗ đen và hấp dẫn lượng tử
· Thủy động học tương đối
· Hiện sinh, phân tâm học
Cuốn 5: NXB Khoa học và Kỹ thuật in
năm 2020, 312 trang
Tên sách: VẬT LÝ HIỆN ĐẠI – MỘT SỐ VẤN
ĐỀ THỜI SỰ
Tập 5 được
trình bày trong 7 chương sách, với những nội dung chính sau đây:
· Entropy - động lực vũ trụ, Lỗ đen
và lỗ trắng, Tương tự quang học của bức xạ Hawking
· Định lý Noether:
Trên hình vẽ dẫn nhập là con đường Đại học
Erlangen, năm 1916. Emmy Noether (23/3/1882 - 14/4/1935) đã sinh ra trong thành
phố này và ở đấy đến năm 1925 và rời thành phố để đến Gottinger theo lời mời của
David Hilbert và Felix Klein. Đến nay đã hơn 100 năm kể từ năm 1918 khi Noether
công bố công trình “Invariante
Variationsprobleme - Các bài toán biến phân bất biến”, khi bà vừa tròn
36 tuổi. Công trình với các định lý trong đó hiện nay được xem là một cột mốc
quan trọng trong sự phát triển của vật lý hiện đại trong thế kỷ 20.
· Lý thuyết nút
· Cách điện topo
·
QCD: Quantum Chromodynamics – Sắc động
học lượng tử
Lý thuyết QCD được xem là
lý thuyết cơ bản về tương tác mạnh. Chúng ta biết trong thiên nhiên có 4 loại
tương tác:hấp dẫn, mạnh, yếu, điện từ.
QCD mô tả tương
tác mạnh nên là một bộ phận lý thuyết lớn của thiên nhiên. Nhờ có QCD + với các
lý thuyết khác mà chúng ta đã quét được mọi khoảng cách từ vi mô đến vĩ mô của
vũ trụ.
· Fractal, Hai bài toán thiên niên kỷ,
Không thời gain được dệt bằng các liên đới, Entanglement
· Thi sĩ William Blake và truyền thuyết
Tăng Tử, Trang Tử
Cuốn 6: NXB TRI THỨC in năm 2021, 356
trang
Tên sách: VẬT LÝ HIỆN ĐẠI
Tập 6, tập cuối
của bộ sách, được trình bày trong 7 chương sách, với những nội dung chính sau
đây:
· Khủng hoảng hằng số Hubble, Tam
giác vũ trụ, Lỗ đen âm thanh, Nghịch lý Hawking
· Cơ học lượng tử Bayes, Giản đồ
Quigg, Hạt fracton
· Hạt nhân thế kỷ 21, Xoắn tử, Homo
và Topo
· Collapsar, Lỗ sâu đi qua được, Lỗ
đen có tóc
· Cô học dBB, Dây và môi trường đông
đặc, Hạt skyrmion, Hạt dilaton, Hạt axion, Hạt fracton
· Pha Berry và số Chern:
Ta đã biết về hình học của không thời gian, vậy
nếu xét không phải không thời gian mà xét ngay tập các hàm sóng lượng tử mô tả
các hạt thì có thể đưa các khái niệm hình học vào tập này hay không? Tập này có
liên thông (connection) và có độ cong không? Bạn đọc sẽ thấy tập này thực sự có
liên thông và độ cong, đó là được gọi là độ cong Berry (mang tên nhà vật lý Michael Victor Berry).
· Đồng điều và topo
· Chép đôi
DOUBLE
COPY (GRAVITY ~ GAUGE X GAUGE )
Các nhà vật lý lý thuyết vừa phát hiện ra một đối ngẫu mới giữa màu sắc
và động học (new duality between color and kinematics). Đối ngẫu này
cho phép xây dựng một biên độ tán xạ hấp dẫn bằng cách thay thừa số màu bằng một
thừa số động học. Khi đó ta có sơ đồ sau
GRAVITY= KINEMATIC
CỦA GAUGE X KINEMATIC CỦA GAUGE
Đây là một kết quả quan trọng: có được sự tương hợp
tử ngoại (ultraviolet compatibility) của các phương án đối xứng (version
symmetric) của lý thuyết hấp dẫn Einstein. Phát hiện này cho ta thấy được mối
liên hệ kỳ diệu giữa lý thuyết chuẩn và hấp dẫn (surprising relation). Do ở đây
không còn xuất hiên các vô cực tử ngoại (UV
infinities) nên hấp dẫn trở thành một lý thuyết thích hợp.
Lời kết
Bộ sách về Vật
Lý Hiện Đại giới thiệu ở trên là một công trình đồ sộ được tác giả Cao Chi thực
hiện trong hơn 20 năm qua, trình bày theo phong cách bách khoa toàn thư ngắn gọn
như rất sư phạm về các vấn đề nóng hổi, những thành tựu gần đây của vật lý hiện
đại. Đây thực sự một bộ ấn phẩm - tài nguyên rất quý trong kho tàng sách vật lý
của Việt Nam. Mặc dù vật lý hiên đại là một lĩnh vực khoa học
rất lớn, bộ sách này chắc chắn sẽ có ích đối với nhiều độc giả nhất là các độc
giả trẻ vừa bước vào học tập và nghiên cứu vật lý.
Cao Chi và Đào
Tiến Khoa
Viện
NLNTVN
Nhận xét
Đăng nhận xét