Bây giờ và 20 năm sau...

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bây giờ và 20 năm sau...', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bây giờ và 20 năm sau...

Bây gi và 20 năm sau... Sáu nhà v t lí hàng u nói v nh ng thách th c l n ang n m phía trư c. Trên Physics World và ng th i trên website physicsworld.com c a chúng tôi, chúng tôi ã tư ng thu t nh ng t phá trong v t lí h c và mô t nh ng xu hư ng nghiên c u m i nh t v i ph n trình bày c th . S báo này (trang 21, 29 43, 49; b n in) ăng m t s h i tư ng l i nh ng s ki n l n ã x y ra trong v t lí h c trong su t 20 năm qua, nhưng cái gì ang làm bùng phát các câu h i trong v t lí h c ngày nay ? Sáu câu tr l i này là nh ng h i âm h p d n và d hi u nh t cho m t cu c kh o sát do chúng tôi g i t i m t s nhà v t lí trong nh ng lĩnh v c khác nhau. Vì các nhà lí thuy t s n sàng li u lĩnh hơn các nhà th c nghi m, nên các ch lí thuy t l n át h n. Nhi u lĩnh v c quan tr ng – v t lí môi trư ng, i n toán lư ng t , nghiên c u năng lư ng tái sinh và h u như toàn b ngành v t lí v t ch t hóa c – không có m t. K t qu là m t t ng quan kém toàn di n v tương lai c a v t lí h c hơn m t lo t phác h a nhanh. Nhưng v i v t lí h c ang ti p t c phân chia thành nh ng lĩnh v c con, m t s trong chúng ch có quan h h i h t v i nhau (xem trang 36-37; b n in), h u như không th nào b t ư c xu hư ng tương lai c a ngành h c như m t t ng th . Th t v y, m t trong nh ng lĩnh v c mà chúng tôi mô t ây – lí thuy t m ng – h u như không t n t i h i hai th p niên trư c. Các lĩnh v c khác, bao g m lí thuy t dây và lí thuy t (có th cho là) trư ng lư ng t , v n còn trong giai o n tr ng nư c c a chúng so v i nơi chúng hi n di n ngày nay. V y thì tương lai s ưa chúng ta n âu ? Các tiên oán trong v t lí h c có th còn mơ h , nhưng ây là quan i m c a sáu nhà nghiên c u, nh ng ngư i s n sàng lao u vào cu c chơi. S ra i c a lí thuy t m ng M t hi n tư ng quan tr ng g n ây trong lĩnh v c các h ph c t p là s ra i c a lí thuy t m ng. a s các h th t s ph c t p – t t bào cho n Web và c các h th ng xã h i – có m t m ng lư i ng sau chúng cho chúng ta bi t làm th nào các thành ph n c a m ng tương tác v i nhau. Cho bi t s khác bi t gi a các h này – c b n ch t c a các thành ph n và ch c năng c a toàn h th ng – ngư i ta s không trông i có b t kì s tương ng n i t i nào gi a chúng. Nhưng, k t u th k , các nhà khoa h c ã phát hi n th y c u trúc n n t ng c a nh ng m ng này hơi gi ng nhau: a s có m t b c t do tôpô h c (s liên k t trên m i nút tuân theo m t quy lu t lũy th a), chúng bi u hi n m t m c co c m cao, và kho ng cách gi a các nút nh (tính ch t th gi i nh ). Chúng ta ã nh n ra r ng m ng ó có ý nghĩa, và i u này không ch t o ra 126 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
nh ng câu h i kì l , mà còn d n chúng ta n ch ánh giá l i cách th c chúng ta mô t m t h ph c t p. Lí thuy t m ng M t câu h i ch y u n a v ng l c h c con ngư i. Mô t và tiên oán hành vi con ngư i tho t u có th không trông gi ng như nh ng câu h i v t lí, nhưng g n ây các công c theo l i kinh nghi m c a v t lí h c ã b t u gi m t vai trò cơ s trong vi c gi i quy t nh ng vn này. Tương lai c a vũ tr h c s ư c xác nh b i kh năng c a chúng ta gi i quy t nh ng v n có t m quan tr ng cơ b n i v i xã h i. i v i các nhà v t lí, nh ng câu h i ó thư ng liên quan n vi c tìm ki m các ngu n năng lư ng m i ho c khám phá ra nh ng ch t li u m i, nhưng ngày nay tiêu i m c a các câu h i t t chuy n hư ng sang các v n h c thu t ang phát sinh t i ranh gi i c a v t lí h c, các khoa h c xã h i, sinh h c và kĩ thu t. N u như v t lí h c v n thích áng, và v n gi ư c vai trò hàng u c a nó trong s các khoa h c, thì nó s ph i bao hàm nh ng câu h i này. • Albert-Lâszlô Barabási, giám c Trung tâm Khoa h c M ng ti i h c Northeastern University, Mĩ 127 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Các phát tri n trong kĩ thu t ch p nh y khoa V t lí y khoa Hơn hai th p k qua, nh ng ti n b chính ã thu ư c trong t m tay là vi c ch p nh các c u trúc bình thư ng và c u trúc b nh cp mô và cơ quan, nh ó c i thi n v căn b n kh năng phát hi n và i u tr b nh vĩ mô. Nh ng ti n b này ph n ánh s phát tri n các phương pháp ch p nh như ch p nh c ng hư ng t h t nhân, x tr i n toán phát x , ch p nh tia X kĩ thu t s , và ch p nh v i siêu âm. ng th i, kh năng nghiên c u tính nguyên v n c u trúc và ch c năng c a mô cp t bào và a t bào ã có nh ng bư c ti n l n, ch y u qua s phát tri n m t s kĩ thu t ch p nh quang h c và h t nhân. Nh ng ti n b trong cái g i là “ch p nh phân t ” này ã mang l i ti m 128 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
năng phân bi t các t bào bình thư ng v i t bào ung thư, và xác nh s có m t hay v ng m t c a t bào ung thư bên trong b t kì vùng vi mô nào c a mô. Vn l n nh t chưa gi i quy t trong v t lí y khoa là làm th nào k t h p nh ng ti n b ch p nh vĩ mô và vi mô mép rìa chính xác c a các t bào ung thư có th ư c v ch ra trong k ho ch và t n su t i u tr b c x . M t h ngăn cách t n t i gi a s hình dung ra các khía c nh vi mô và vĩ mô c a b nh ung thư, và h ngăn cách này ph i ư c b t c u qua n u như các ti n b trong kĩ thu t ch p nh phân t ư c s d ng c i thi n vi c i u tr b nh v i các ngu n b c x ion hóa. Bill Hendee, m t nhà v t lí t i Trư ng Y khoa Wisconsin, Milwaukee, Mĩ • Chân không lư ng t 129 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Lí thuy t trư ng lư ng t Vào u th k th 20, Einstein ã thay th thuy t aether b ng thuy t tương i, nhưng m t aether th k 21 – chân không lư ng t - v n ang thách th c các nhà v t lí h c ngày nay. Aether ban u ư c cho là m t ch t th m m t t c mang ánh sáng qua không gian gi ng như không khí mang sóng âm. L y h t ánh sáng ra thì aether v n còn ó. Bây gi , theo lí thuy t trư ng lư ng t , tr ng thái c a bóng t i tuy t i, chân không lư ng t , v n là m t tr ng thái v t lí, l p y toàn b không gian, gi ng h t như aether. D u v y, có m t s khác bi t quan tr ng: ngư i ta không chú ý t i chuy n ng m tt c u tương i so v i chân không lư ng t , nhưng trong s gia t c chân không s lóe sáng, do ma sát. Chân không lư ng t cũng làm cho các l en b c hơi, vì chân tr i s c , các h t ư c t o ra t chân không, làm tiêu phí kh i lư ng c al en. Cho n nay, không có hi n tư ng nào trong nh ng hi n tư ng này t ng ư c quan sát – chúng y u v m t thiên văn h c m c dù chúng có th ư c ch ng minh trong các mô hình tương t trong phòng thí nghi m. Tuy nhiên, m t s m t c a chân không lư ng t có m t trong cu c s ng hàng ngày: chân không lư ng t làm cho m i th dính l i. Ví d , m t con t c kè có th treo mình trên m t b m t kính th y tinh s d ng ch m t ngón chân, vì các s i lông nh trên chân c a nó bám dính vào th y tinh b i s trao i không ng ng các photon o liên k t hai bên l i v i nhau. L c chân không thì nh và ch tác d ng c li ng n, nên con t c kè c n nhi u s i lông treo tr ng lư ng c a nó. Trong m t s ng d ng c a công ngh nano, s bám dính này là m t v n - nh t là trong các h vi cơ i n tích h p i n t h c có các b ph n chuy n ng. Vi c tìm hi u chân không lư ng t không nh ng là m t thách th c i v i v t lí h c th k 21, mà còn i v i công ngh th k 21. Ulf Leonhardt, m t nhà v t lí lí thuy t t i i h c St Andrews, Anh • ư c trên nh ng hành tinh khác T i sao Trái t ch a úng lư ng nư c mà nó có ? Và nh ng hành tinh ang quay quanh nh ng ngôi sao khác có ch a m t lư ng nư c b ng như v y không ? Nh ng v n này th t ch ng d bàn lu n. Nư c trên m t Trái t khô hơn s b h p th vào trong l p bao silicate, li m t b m t khô c n. Trái l i, n u Trái t có lư ng nư c nhi u g p ôi, thì các l c a s b nh n chìm. S s ng ti n b , mang tính công ngh s không th tư ng tư ng ra n i trong th gi i nư c thu ư c ó, như là s không có con cá nào ngoài hành tinh hay nh ng chú cá heo không gian có 130 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
th phát minh ra thu t luy n kim, máy vi tính ho c àn ghi ta. Có ph i Trái t c a chúng ta ch a m t lư ng nư c “may m n” ? Thiên văn h c Trái t hình thành b i các h t tích t g m silicate, s t và nư c t ĩa ti n hành tinh sơ khai v i nh ng lư ng b ng nhau. Trái t ban u tích góp lư ng nư c b ng nhi u i dương (n u không nhi u hơn n a) trong s hình thành c a nó. Nhưng Trái t hi n nay c a chúng ta ch có m t ph n nghìn kh i lư ng c a nó là nư c, ít hơn nhi u so v i silicate và s t. V y lư ng nư c t i h n này t âu mà có ? Trong 100 tri u năm u tiên c a nó, Trái t b khô h n t ng t khi m t hành tinh kích c H a tinh âm vào nó, làm b c hơi các i dương và g i m t lư ng l n nư c vào trong không gian. (M t trăng cũng hình thành t v va ch m này) Trái t còn l i là m t hành tinh khô n , không ph i không gi ng như H a tinh ngày nay. 131 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Trái t khô h n ó giành ư c ph n nư c b sung hi n nay c a nó t các ti u hành tinh và sao ch i ng u nhiên âm s m vào nó. L c h p d n c a M c tinh tác d ng như m t súng cao su và làm phân tán nh ng v t th này theo m i hư ng, v i m t vài v t ti n v phía Trái t, li nư c c a chúng trên chuy n h cánh xu ng. Như v y, Trái t ã m t nư c c a nó, và sau ó giành ư c m t s tr l i, t t c b i nh ng va ch m tình c trong th i kì sơ khai n i uôi s p hàng c a h M t tr i. Nh ng Trái t khác không th may m n như v y. Các mô ph ng cho th y chúng có th giành ư c b t kì âu ó t 0,01 n 100 i dương nư c. Ch m t ph n nh trong nh ng Trái t này ch a úng lư ng nư c thích h p có c i dương và l c a. S bi n i l n trong nư c trên nh ng Trái t khác này phát sinh t qu o và kh i lư ng c a m t hành tinh ki u M c tinh (n u ch ng ph i cái gì khác) gây nhi u các ti u hành tinh. M t cú s t qua b i m t hành tinh kích c H a tinh làm s y khô nh ng Trái t khác ó là m t s ki n hi m có, không có nó thì chúng v n gi nhi u i dương nư c. B t kì sao ôi ng hành nào cũng s gây nhi u các ti u hành tinh và sao ch i theo ki u khác nhau, mang l i nh ng lư ng nư c khác nhau. S có m t c a các ng v như nhôm 26 có th làm thay i áng k nhi t bên trong, và do ó làm b c hơi nư c n t các ti u hành tinh và sao ch i. Trong trò chơi c b c ng u nhiên c a s hình thành hành tinh, Trái t ã ư c chia cho nh ng quân bài may m n, ph n th ng chính là loài ngư i thông minh. Nhưng v n may thư ng xoay vòng: n u Trái t không ư c tr i phú cho úng lư ng nư c ó, chúng ta s ch ng có m t ây nói v nó. Geoff Marcy, m t nhà thiên văn h c t i i h c California-Berkeley, Mĩ • Tương lai c a vũ tr h c Vũ tr h c có l ang trên b biên c a nh ng nh ng th p k hào h ng nh t c a nó – hay là bu n chán nh t c a nó. 20 năm qua ã ch ng ki n s phát tri n c a m t mô hình vũ tr h c chuN mô t b ng thuy t tương n, i và các tương tác c a ch m t vài thành ph n: v t ch t bình thư ng, v t ch t t i và năng lư ng t i, cùng v i d u hi u c a m t k nguyên sơ khai c a s giãn n gia t c g i là l m phát. Tính ơn gi n c a mô t này th t d gây nh m l n, vì chúng ta không bi t lo i h t nào c u thành nên các thành ph n t i, chúng ta ch ng bi t cơ ch nào gây ra nh ng lư ng tương i c a chúng. M c tiêu c a nh ng d án vũ tr h c l n nh t s p t i – các kính thiên văn n n vi sóng như Planck Surveyor c a Cơ quan Không gian châu Âu; các kh o sát trên m t t 132 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
như Large-Scale Synoptic Survey Telescope và Square Kilometre Array; ho c các kính thiên văn v tinh tương lai như Euclid ho c Joint Dark Energy Mission – tìm hi u nh ng thành ph n này b ng cách quan sát tác ng c a chúng lên s giãn n chung c a vũ tr và s phát tri n c a c u trúc bên trong nó. Vũ tr h c Theo lí tư ng, th h ti p theo c a các thí nghi m vi sóng s quan sát gián ti p m t n n b c x h p d n – m t d u hi u quan tr ng c a th i kì l m phát sơ khai ó. Các quan sát c th v sao siêu m i xa và các kính thiên văn kh o sát vũ tr c c b có th cho phép chúng ta o ư c nh ng tính ch t c a v t ch t t i, chúng dư ng như ang gây ra s giãn n c a vũ tr gia t c ngày nay. Tuy nhiên, m t kh năng r t th c t là nh ng quan sát này s mang n cho chúng ta m t vài 133 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
ch s c a chính xác tăng thêm trên các thông s vũ tr mô t vũ tr nhưng không th t s tìm hi u cơ s v t lí n n t ng c a v t ch t t i hay năng lư ng t i, và m t vài, n u không ph i t t c , d u hi u v cơ ch Nn ng sau s l m phát hay nh ng th i kì khác trong vũ tr sơ khai. Ngay c trong k ch b n ó, cái chúng ta s có trong th i gian vài ba th p k là m t t m b n chi ti t phi thư ng c a vũ tr , trên nh ng vùng l n hơn c a b u tr i và t t i nh ng nơi xa xôi hơn (và ó ngư c dòng th i gian xa hơn) v i t ng chi c kính thiên văn m i, cu i cùng n nh ng v t th u tiên nh t h p nh t nên ám khí nguyên th y. Nhưng n u nh ng d li u này không nói gì v vũ tr sơ khai và n n v t lí h t, thì vũ tr h c s ti p t c s chia rã ã b t u, gi a nh ng công c lí thuy t và n n v t lí h t ang áp d ng ó cho vũ tr sơ khai và nh ng công c s d ng các kĩ thu t thiên văn h c tìm hi u s ti n hóa c a các v t th bên trong nó. Andrew Jaffe, m t nhà thiên văn v t lí t i Imperial College London, Anh • guyên lí nh giao thoa n i và di n m o lí thuy t dây Lí thuy t dây Nh ng ý tư ng l n m i ã ló d ng t s h p d n lư ng t là “nguyên lí nh giao thoa n i” và “di n m o lí thuy t dây”. Nguyên lí giao thoa n i là m t s n phN t nhiên c a cái nhìn sâu m s c c a Stephen Hawking vào s xung t gi a nguyên lí tương ương và nguyên lí lư ng t c a s b o toàn thông tin. K t qu là m t trong nh ng quan ni m gây s ng s t nh t trong v t lí hi n i: các m c t do c a m t vùng không gian, thay vì l p y vùng ó, cư trú trên m t ranh 134 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
gi i. M t hologram là m t t m phim 2D lưu tr thông tin trong m t khung c nh 3D. N u b n nhìn vào t m phim ó qua m t chi c kính hi n vi, thì b n s th y m t chùm m sáng ng u nhiên; nhưng n u b n bi t các quy t c, thì b n có th xây d ng l i quang c nh ch c ch n mà nó mô t . Nguyên lí nh giao thoa n i phát bi u r ng vũ tr 3D trông gi ng như m t nh d ng l i lưu tr trên m t ranh gi i toán h c xa. Nguyên lí nh giao thoa n i ã c u trúc l i t n g c các quan ni m c a chúng ta v s h p d n lư ng t , các l en, và b n ch t c a các m c t do cơ b n. ng th i, nó còn óng l i m t vòng ý tư ng ã b t u vào cu i th p niên 1960. Lí thuy t dây b t u v i tư cách là lí thuy t c a các hadron – các h t dư i h t nhân bình thư ng như proton và neutron – nhưng cơ s toán h c tương t như v y còn mô t các i tư ng như graviton và l en. áng chú ý là vòng tròn bây gi ã khép l i và lí thuy t l en ngày nay ư c s d ng gi i thích các tính ch t c a h t nhân va ch m. Trong khi ó, di n m o lí thuy t dây phát sinh t vi c tìm ki m m t lí thuy t dây c a các h t sơ c p. i u quan tr ng v lí thuy t dây không ph i ch các h t sơ c p là các dây, mà nó mang l i m t lo i DNA ghi mã các tính ch t c a vũ tr , theo ki u gi ng như chu i c p base trong DNA ghi mã các ki u hình sinh h c. Gi ng như có m t di n m o kh ng l các ki u hình sinh h c – t t c nh ng s s p x p l i có th có c a hàng ch c tri u c p base trong chu i DNA – lí thuy t dây mang l i vô s ki u hình cho s s p x p l i các nguyên t bao hàm m t s thu nh c a các chi u thêm vào. (Con s 10500 thư ng ư c trích d n) i u này có tác ng nghiêm túc lên tham v ng tìm ki m m t lí thuy t dây c nh t vô nh c a ngành v t lí h t, nhưng nó phù h p r t t t v i các quan ni m vũ tr h c. Di n m o ó t nhiên t b sung nó cho các nghiên c u v m t a vũ tr l m phát vĩnh vi n c a “các vũ tr b túi” tách r i kh i nh ng vũ tr khác b ng các chân tr i s c . M t khác, nguyên lí nh giao thoa n i cho r ng cơ h c lư ng t bình thư ng ch có ý nghĩa bên trong chân tr i c a nhà quan sát. Cho nên, có m t căng th ng gay g t gi a hai phía: làm th nào mô t m t a vũ tr theo ki u nh giao thoa n i ? Leonard Susskind, m t nhà lí thuy t dây t i i h c Stanford, Mĩ • Ngu n : …And now for the next 20 years (PhysicsWorld, tháng 10/2008) hiepkhachquay d ch An Minh, ngày 17/10/2008 135 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay