HÁP DẪN ENTROPIC & HẤP DẪN CẢM ỨNG
HẤP DẪN ENTROPIC
& HẤP DẪN CẢM ỨNG
Một số nhà vật lý lý thuyết nêu
ý tưởng rằng hấp dẫn không phải là một lực cơ bản mà là một lực đột sinh
(emergent !) trong hai lý thuyết sau đây:
I / hấp dẫn là một hiện tượng đột sinh trên cơ sở
entropy như là nguồn gốc của hấp dẫn (Erik Verlinde),
II / hấp dẫn được cảm ứng từ QFT-Quantum field Theory-Lý
thuyết trường lượng tử (Sakharov,Pauli).
Nhiều người phản đối các lý thuyết trên, song nếu không có các tác giả
trên chúng ta không thấy được khía cạnh đột sinh của hấp dẫn, một khía cạnh đầy
những điều gây ngạc nhiên và lý thú.
Thế nào là đột sinh?
Đột sinh (emergence) là hiện tượng phát sinh trong toàn cục
một tương tác phức tạp từ những tương tác cơ bản hơn. Xét về mặt vật lý các
tương tác cơ bản hoạt động ở mức vi mô còn tương tác phức tạp hoạt động ở mức
vĩ mô.
Ví dụ về hiện tượng đột sinh nhiều người biết là hiện tượng
siêu dẫn , siêu chảy.
Bài viết này giới thiệu hai lý thuyết trên của hấp dẫn đột
sinh: hấp dẫn entropic (entropic gravity) như là kết quả từ entropy và hấp dẫn cảm
ứng (induced gravity) như là sự phát triển của QFT trên một đa tạp Lorentz.
Lý thuyết entropy + nguyên lý toàn ảnh sẽ cho ta định luật
hấp dẫn
Lý thuyết QFT trên
một đa tạp Lorentz sẽ cho phép ta tính được hằng số vũ trụ /\
và các hằng số hấp dẫn K khác.
I / Hấp dẫn
entropic [1&2]
Nguyên lý toàn ảnh
Nguyên lý toàn ảnh như chúng ta biết khẳng định rằng thông
tin mô tả một hệ trong thể tích d-chiều được mã hóa trên một biên với số chiều
nhỏ hơn bao bọc lấy thể tích đó.
Suy định luật Newton
Ý tưởng chính ở
đây là : theo nguyên lý toàn ảnh (holographic principle) thì thông tin
điều khiển các hiện tượng vật lý, thông tin
xác định vị trí mà ta gán cho hạt. Mọi thông tin có thể phân theo
« bit ».Bản thân thông tin có bậc tự do riêng (own degree of freedom)
mà chúng ta có thể nối liền với năng lượng toàn phần của hệ nhờ nguyên lý phân
đều (equipartition principle) năng lượng.
Thật kỳ diệu.Nhờ entropy + nguyên lý toàn ảnh mà chúng ta
thu được định luật
Thu phương trình Einstein
Hình 1. Một màng toàn ảnh (screen holographic) bao bọc một phân bố khối
lượng.Trên màng là thông tin về mọi thứ nằm trong biên.
II / Hấp dẫn cảm ứng (induced gravity) [3&4]
Ý tưởng hấp dẫn cảm ứng xuất phát tự bài báo 3 trang của
Sakhrov công bố trên DAN
(Báo cáo Viện hàn lâm Khoa học),2000 [3].
Sakharov cho rằng hấp dẫn không phải là lực cơ bản mà hấp
dẫn đột sinh( emerge) từ QFT (quantum field theory) tương tự như thủy động học
và lý thuyết đàn hồi liên tục đột sinh
từ vật lý phân tử.
Hấp dẫn cảm ứng đòi hỏi các giả thiết :
1 / có một
đa tạp Lorentz,
2 / có một
hình học (xem như một phông cổ điển- classical background), không cần một giả
thiết động học nào cho hình học,
3 / trên đa tạp xét QFT một vòng (one-loop QFT).
Như vậy ta thấy QFT đã gây nên hấp dẫn cảm ứng GR.
Đây là một ý tưởng lý thú dẫn đến nhiều hướng nghiên cứu
mới.
Sakharov, Pauli, Frolov và Fursaev đã thu được các trị số /\, G và K qua các tính toán một vòng ( one loop).
Trong tương lai người ta cần những công cụ tính toán chính xác hơn.
Chỉ xuất phát từ một QFT trên một đa tạp Lorentz người ta
làm xuất hiện hấp dẫn.Điều này khác với entropic gravity của Enrik Verlinde (sử
dụng nguyên lý holographic, mà không sử dụng một hình học đặc biệt nào).
Y tưởng của Sakharov rất ấn tượng (và sau này được phát
triển theo nhiều hướng). Theo Sakharov :
nếu có một đa tạp trên đó ta có thể xây dựng một QFT thì hình học của đa tạp sẽ phục vụ như một trường
ngoài cổ điển và hàm tác động hiệu dụng
( effective action) là hàm của hình học đó.
Sau đó tối ưu hóa hàm tác động hiệu dụng như thường lệ chúng
ta sẽ có hấp dẫn cổ diển ở mức 1-vòng.
Điểm quan trọng ở đây là hấp dẫn không được đưa vào trong
QFT và hấp dẫn cũng chưa được lượng tử hóa song hấp dẫn cổ điển tự động xuất hiện ở mức 1-vòng.
Các biên độ 1-vòng tương đương với sự đóng góp ở mức cây(
tree level) do sự trao đổi các trạng thái dây kín (close String) tương ứng với
hấp dẫn. Trong ý nghĩa đó sự đột sinh của hấp dẫn cảm ứng phù hợp với LTD (Lý
thuyết Dây-String theory).
Phản biện
Các phản biện cho thấy rằng hấp dẫn entropic (entropic
gravity) không đúng với thực nghiệm và các phản biện đều công kích quan điểm
cho rằng hấp dẫn không phải là một lực cơ bản mà là một lực đột sinh.
Thí nghiệm về neutron chậm
Kobakhidze đưa ra một thí nghiệm về các trạng thái liên kết
hấp dẫn (gravitational bound state ) của một neutron
Trong thí nghiệm neutron một phần chuyển động vì trường hấp
dẫn của trái đất qua một
khe (slit) giữa một gương và một hấp thụ (absorber)
Hình
2. Các neutron xuất phát từ A và chuyển động đến hấp thụ F
Kết quả thí nghiệm là neutron không thể đi qua xuyên thiết
bị trên hình 2, nếu chiều cao của hấp thụ (absorber) F nằm trên gương G nhỏ hơn
một đại lượng h nào đó.
Kobakhidze nhận xét rằng theo cách lý luận của Verlinde (
entropic gravity) thì neutron sẽ đi xuyên qua thiết bị ngay cả lúc chiều cao
của hấp thụ nhỏ hơn một đại lượng ghi là
h.
Vậy lý thuyết hấp dẫn đột sinh theo nguyên lý entropic ít
nhất là không phù hợp với thực nghiệm trên.
Lý thuyết hấp dẫn đột
sinh từ QFT 1-vòng trên đa tạp Lorentz dường như chưa gặp một phản biện quyết
định nào.
Kết luận
Vấn đề hấp dẫn là một lực đột sinh chứ không phải là một lực
cơ bản gây nên nhiều tranh cãi chưa ngã ngũ.Tuy nhiên các nhà vật lý Erik
Verlinde, Sakharov, Pauli,…đã mở ra một góc màn chứa những điều lý thú gây ngạc
nhiên về khía cạnh bất ngờ của hấp dẫn :
hấp dẫn có thể là một lực đột sinh.
Tài liệu tham khảo
[1] John Jerey Damasco,Gravity
as an Emergent Phenomenon
http://guava.physics.uiuc.edu/~nigel/courses/569/Essays_Fall2012/Files/damasco.pdf
[2] Erik Verlinde,On
the Origin of Gravity
and the Laws of
arXiv:1001.0785v 1 [hep-th] 6 Jan 2010
[3] A. D. Sakharov,Vacuum
Quantum Fluctuations in Curved Space
and the Theory of
Gravitation ,General Relativity and Gravitation, Vol. 32, No. 2, 2000
http://www.math.uwaterloo.ca/~akempf/sakharov.pdf
[4]Matt Visser , Sakharov’s
induced gravity:a modern perspective ,Modern Physics Letters A; arXiv:
gr-qc/0204062.
https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0204062v1.pdf
Nhận xét
Đăng nhận xét