zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Giới thiệu về kỹ thuật dây

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

76
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật lý học hiện đại ngày nay dựa trên hai trị cột lớn: thuyết tương đối rộng của Einstein mô tả tự nhiên ở mức thang lớn như các sao, các thiên hà..

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giới thiệu về kỹ thuật dây

NGUYỄN TẤT THÀNH B3-K47-§HKHTN-HN Giíi thiÖu vÒ lý thuyÕt D©y (String theory) - Version 1 - Môc lôc: I. T¹i sao l¹i lµ c¸c d©y? ............................................................................................................2 II. D©y vµ ho¹t ®éng cña d©y ...................................................................................................3 1. D©y lµ g×? ............................................................................................................................3 2. Ho¹t ®éng cña d©y .............................................................................................................3 3. C¸c chiÒu kh«ng gian ........................................................................................................3 4. TÝnh ®èi xøng vµ ph−¬ng ph¸p míi .................................................................................4 III. Lý thuyÕt M vµ kh¶ n¨ng cña nã .......................................................................................5 1. Lý thuyÕt M ........................................................................................................................5 2. Lç ®en theo quan ®iÓm cña lý thuyÕt M...........................................................................5 3. Vò trô thêi bigbang ...........................................................................................................6 IV. C©u hái cÇn gi¶i thÝch vµ më réng......................................................................................6 B¶ng phô lôc………………………….......................................................................................7 Giíi thiÖu vÒ lý thuyÕt d©y Page 1 of 7
NGUYỄN TẤT THÀNH B3-K47-§HKHTN-HN I. T¹i sao l¹i lµ c¸c d©y? VËt lý häc hiÖn ®¹i ngµy nay dùa trªn hai trô cét lín lµ: thuyÕt t−¬ng ®èi réng (TT§R) cña Einstein m« t¶ tù nhiªn ë møc thang lín nh− c¸c sao, c¸c thiªn hµ, thËm chÝ lµ c¶ vò trô; Vµ thuyÕt c¬ häc l−îng tö (CHLT) m« t¶ thÕ giíi tù nhiªn ë cÊp vi m«, nguyªn tö vµ c¸c h¹t mµ ng−êi ta gäi lµ c¬ b¶n nh− electron, quark... C¶ hai lý thuyÕt nµy ®Òu ®· rÊt thµnh c«ng, ®−îc thùc nghiÖm kiÓm chøng. Nh−ng tù nhiªn lµ thÓ thèng nhÊt, kh«ng thÓ c¶ hai lý thuyÕt ®Òu ®óng khi mµ ta nghiªn cøu c¸c hè ®en, hoÆc vò trô thêi bigbang. Khi kÕt hîp c¸c ph−¬ng tr×nh cña thuyÕt t−¬ng ®èi réng víi c¸c ph−¬ng tr×nh cña c¬ häc l−îng tö th× ®iÒu tai biÕn ®· s¶y ra. Nh÷ng bµi to¸n vËt lý l¹i cho nh÷ng nghiÖm kh«ng cã ý nghÜa vËt lý hay nãi c¸ch kh¸c lµ cho c©u tr¶ lêi v« nghÜa. Sù ®èi lËp gi÷a TT§R vµ CHLT ®Æt ra cho chóng ta ph¶i xem l¹i vÊn ®Ò: LiÖu thÕ giíi cã chia lµm hai nh− thÕ kh«ng ? §i t×m c©u tr¶ lêi th× ngay tõ nh÷ng n¨m 1930 ng−êi ®Çu tiªn lµ Einstein ®· dµnh c¶ ba chôc n¨m cuèi ®êi nghiªn cøu nh−ng kh«ng thµnh c«ng. §Õn nh÷ng n¨m 1960-1970 cã nhiÒu lý thuyÕt míi nh− thuyÕt tr−êng l−îng tö, thuyÕt m« h×nh chuÈn (Glashow-Salam-Weiberg) ®· thèng nhÊt ®−îc lùc ®iÖn tõ vµ lùc yÕu (dùa trªn ®iÖn ®éng häc l−îng tö QED_quantumelectrodynamics) ë 1015K, 150GeV, 10-10s. Sau nµy ®· thèng thÊt ®−îc ba lùc: ®iÖn tõ - m¹nh - yÕu (dùa trªn s¾c ®éng häc l−îng tö QCD _quantumchromodynamics) ë 1028K, 1015GeV, 10-35s. Nh−ng vÉn ch−a thèng nhÊt ®−îc lùc hÊp dÉn −¬ng ng¹nh. CÇn cã mét lý thuyÕt míi hiÖn ®¹i h¬n, tæng qu¸t h¬n. Vµ thÕ lµ lý thuyÕt d©y ®· ra ®êi. ThuyÕt d©y ®· kÕt hîp ®−îc TT§R vµ CHLT, m« t¶ ®−îc toµn bé thÕ giíi, ®Æc biÖt ®· chøng minh ®−îc bèn lùc c¬ b¶n nhÊt cña tù nhiªn (®iÖn tõ, m¹nh, yÕu vµ hÊp dÉn) lµ cã chung mét nguån gèc. Thèng nhÊt c¸c lùc Vò trô sèng Giíi thiÖu vÒ lý thuyÕt d©y Page 2 of 7
NGUYỄN TẤT THÀNH B3-K47-§HKHTN-HN II.D©y vµ ho¹t ®éng cña d©y 1.D©y lµ g×? atom(10-10m) → nucleus(10-14m) → proton(10-15m) → quark, electron(10-18m) → → string(10-35m, 1019GeV). Gh ~ 10-35 (m) LPlanck = C3 Ch Ls = (cho mét d©y) ΠT Π hT ~ 1019 (GeV/C2) m= 3 C E = ΠhCT ~ 1019 (GeV) ћ: h»ng sè Planck G: h»ng sè hÊp dÉn , C: vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng , T: tenx¬ cña d©y N¨m 1968 thùc nghiÖm ®· t×m ra ®−îc c¸c quark vµ c¸c lùc h¹t nh©n. Gabriele Veneziano muèn gi¶i thÝch chóng, vµ sau ®ã «ng ®· ph¸t hiÖn ra hµm bªta Euler m« t¶ ®−îc nhiÒu tÝnh chÊt cña c¸c h¹t t−¬ng t¸c m¹nh. N¨m 1970 cïng víi Yoichiro Nambu vµ Leonard Susskil ®· ®−a ra gi¶ thuyÕt nÕu mét h¹t s¬ cÊp ®−îc m« h×nh ho¸ nh− c¸c d©y nhá bÐ mét chiÒu dao ®éng th× t−¬ng t¸c m¹nh cña chóng cã thÓ ®−îc m« t¶ chÝnh x¸c bëi hµm bªta tæng qu¸t. Nh−ng víi sù hiÓu biÕt ch−a kü, tÝnh to¸n cµng khã kh¨n, ®ång thêi sù thµnh c«ng cña QCD dùa trªn quan ®iÓm h¹t ®· khiÕn lý thuyÕt d©y bÞ l·ng quªn. N¨m 1974 Jonh Schwarz vµ Joel Scherk ®· nghiªn cøu nh÷ng ®Æc tr−ng cña c¸c mèt (mode) dao ®éng míi vµ ph¸t hiÖn nã phï hîp víi h¹t truyÒn t−¬ng t¸c graviton cña tr−êng hÊp dÉn. Vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1980 lý thuyÕt d©y vµ CHLT l¹i cã chç m©u thuÉn víi nhau còng chÝnh ë lùc hÊp dÉn: CHLT ®−a tíi nh÷ng x¸c suÊt ©m hay nh÷ng h¹t cã khèi l−îng ©m (tachyon). N¨m 1984 Green vµ Schwarz ®· gi¶i quyÕt ®−îc cuéc xung ®ét l−îng tö nµy vµ hä cßn chøng minh ®−îc lý thuyÕt d©y cßn cã kh¶ n¨ng bao hµm c¶ bèn lùc vµ c¶ vËt chÊt n÷a. Tõ n¨m 1984-1986 ®−îc xem lµ cuéc c¸ch m¹ng siªu d©y lÇn thø nhÊt vµ høa hÑn sÏ trë thµnh mét lý thuyÕt tèi hËu. 2. Ho¹t ®éng cña d©y Mçi h¹t ®−îc coi lµ mét d©y. D©y cã thÓ lµ d©y kÝn hay hë. Nh÷ng mode dao ®éng cña d©y sinh ra c¸c khèi l−îng kh¸c nhau vµ c¸c tÝch lùc: ®iÖn tÝch, tÝch yÕu, tÝch m¹nh ®−îc x¸c ®Þnh bëi c¸ch dao ®éng cña d©y. Nh÷ng h¹t truyÒn t−¬ng t¸c nh− photon, bozon yÕu(w,z), gluon vµ graviton chØ lµ nh÷ng mode dao ®éng riªng. D©y cµng c¨ng ( n¨ng l−îng cµng lín) th× cµng khã dao ®éng. Lùc graviton yÕu nhÊt øng víi ®é c¨ng lín nhÊt ~1039tÊn (®é c¨ng Planck) t−¬ng øng víi ®é dµi Planck (10-35m). §Ó t¹o ra c¸c h¹t vËt, chÊt n¨ng l−îng dao ®éng cña d©y ®−îc triÖt tiªu gi÷a nh÷ng th¨ng gi¸ng l−îng tö ®óng b»ng n¨ng l−îng cña h¹t. Cã nhiÒu mode dao ®éng cho c¸c h¹t cã khèi l−îng nÆng nªn ch−a t×m thÊy. Mçi h¹t cã mét siªu h¹t b¹n cã spin kÐm h¹t ®· biÕt 1/2 (selectron(0), sn¬trino(0), squark(0), photino(1/2), gravitino(3/2) )... 3. C¸c chiÒu kh«ng gian. Con ng−êi nhËn thøc ®−îc phÇn lín lµ nhê vµo trùc gi¸c, nh−ng ®«i khi trùc gi¸c l¹i dÉn ®Õn nh÷ng sai lÇm. Tr−íc thêi Einstein vËt lý ®−îc x©y dùng trªn 3 chiÒu kh«ng gian vµ 1 chiÒu thêi gian t¸ch biÖt. Khi thuyÕt t−¬ng ®èi cña Einstein ra ®êi th× kh«ng gian, thêi gian ®−îc kÕt nèi g¾n liÒn víi nhau t¹o nªn mét thÕ giíi kh«ng-thêi gian 4 chiÒu. Sau ®ã n¨m 1919 Kaluza vµ sau ®−îc Klein ph¸t triÓn ®−a ra gi¶ thuyÕt kh«ng gian 4 chiÒu, ngoµi 3 chiÒu ®· biÕt cßn cã 1 chiÒu phô n÷a. Qua ®ã còng ®· thèng nhÊt ®−îc lùc hÊp dÉn vµ lùc ®iÖn tõ. Khi lý thuyÕt d©y ra ®êi, ®ßi hái cÇn ph¶i cã c¸c chiÒu kh«ng gian phô kh«ng chØ cã 1 mµ tíi 6 hay 7 hoÆc nhiÒu h¬n thÕ n÷a. C¸c d©y ®−îc cuén l¹i trong c¸c chiÒu phô ®ã, vµ n»m trong c¸c kh«ng gian x¸c ®Þnh (kh«ng gian Calabi-Yau). Chóng cã thÓ chuyÓn tõ kh«ng gian (C-Y) nµy sang kh«ng gian (C-Y) kh¸c nhê sù xÐ r¸ch vµ dÞch chuyÓn. String in C-Y space Giíi thiÖu vÒ lý thuyÕt d©y Page 3 of 7
NGUYỄN TẤT THÀNH B3-K47-§HKHTN-HN Do cã c¸c chiÒu kh«ng gian phô mµ ®· sinh ra nhiÒu lo¹i lý thuyÕt d©y: • Lý thuyÕt lo¹i I : gåm c¸c d©y kÝn vµ d©y hë trong kh«ng-thêi gian 10 chiÒu, dao ®éng kh«ng ph©n biÖt h−íng. • Lý thuyÕt lo¹i IIA : gåm c¸c d©y kÝn ph©n biÖt dao ®éng thuËn vµ ng−îc chiÒu kim ®ång hå nªn cã 2 h−íng spin. • Lý thuyÕt lo¹i IIB : gåm c¸c d©y kÝn kh«ng ph©n biÖt dao ®éng thuËn vµ ng−îc chiÒu kim ®ång hå nªn spin cïng h−íng. • Lo¹i IIA khi dao ®éng cïng chiÒu kim ®ång hå th× gièng lo¹i IIB. Nh−ng khi dao ®éng ng−îc chiÒu th× gièng lý thuyÕt Bosonic(26 chiÒu). 16 chiÒu phô thªm cña d©y Bosonic ®−îc cuén l¹i thµnh mét trong hai d¹ng h×nh xuyÕn ®Æc biÖt, tõ ®ã xuÊt hiÖn lý thuyÕt Heterotic_O(32) vµ Heterotic_E(8). Ngoµi 5 lý thuyÕt trªn cßn cã nh÷ng lý thuyÕt d¹ng kh¸c nh− : Siªu hÊp dÉn 10 chiÒu, 11 chiÒu; lý thuyÕt F 12 chiÒu… 4. TÝnh ®èi xøng vµ ph−¬ng ph¸p míi ( phi nhiÔu lo¹n_ nonperturbative) Sù xuÊt hiÖn nhiÒu lý thuyÕt d©y còng lµ do kü thuËt tÝnh to¸n dïng ph−¬ng ph¸p nhiÔu lo¹n (ch−a chÝnh x¸c) vµ ë c¸ch thøc siªu ®èi xøng cña mèi lo¹i lý thuyÕt. Nh−ng dï lý thuyÕt nµy hay lý thuyÕt kh¸c chóng còng cã mèi quan hÖ víi nhau, cã nh÷ng tÝnh chÊt vËt lý t−¬ng tù nhau. §èi xøng g−¬ng (Mirror symmetry): kh«ng gian Calabi-Yau cã sè lç ch½n-lÎ kh¸c nhau nh−ng tæng sè lç b»ng nhau th× cã tÝnh chÊt vËt lý nh− nhau tuy cÊu tróc h×nh häc kh¸c nhau. VËt lý sinh tõ cÆp kh«ng gian ®èi xøng g−¬ng lµ hoµn toµn nh− nhau. Cã thÓ chuyÓn c¸c ph−¬ng tr×nh tõ kh«ng gian gèc vµo kh«ng gian ¶nh (g−¬ng) th× viÖc gi¶i sÏ dÏ dµng. Sơ đồ đối ngẫu §èi ngÉu (Duality): • Lo¹i S : thuyÕt IIA víi t−¬ng t¸c m¹nh (h»ng sè liªn kÕt >1) t−¬ng øng víi thuyÕt IIB ë t−¬ng t¸c yÕu (h»ng sè liªn kÕt
NGUYỄN TẤT THÀNH B3-K47-§HKHTN-HN III. Lý thuyÕt M vµ kh¶ n¨ng cña nã 1. Lý thuyÕt M “M” : membrane, mysterious, mum, matrix… Nã ®−îc xem nh− sù tæng hîp cña 5 lý thuyÕt d©y vµ lý thuyÕt siªu ®èi xøng 11 chiÒu. C¸c d©y ®−îc coi lµ c¸c P_brane : P=0 nh− 1 ®iÓm, P=1 nh− 1 d©y, P=2 nh− 1 mµng… C¸c P_brane ®−îc sinh ra b×nh ®¼ng. Nhê cã c¸c kü thuËt sau cuéc c¸ch m¹ng siªu d©y lÇn thø hai n¨m 1995 mµ h×nh ¶nh lý thuyÕt M ngµy cµng hiÖn râ h¬n. Qua ®ã ta cã thÓ hiÓu ®−îc c¸c khÝa c¹nh vËt lý cña lý thuyÕt. ThuyÕt M lµ thuyÕt cã kh¶ n¨ng thèng nhÊt c¸c vËt chÊt vµ c¸c lùc trong tù nhiªn, nã lµ lý thuyÕt cña tÊt c¶. 2. Lç ®en theo quan ®iÓm cña lý thuyÕt M Lç ®en ®−îc coi nh− lµ sù giao nhau cña c¸c P_brane. Khi mét brane bao quanh mét mÆt cÇu ë trong c¸c chiÒu bÞ cuén l¹i nã nh×n gièng nh− mét lç ®en trong c¸c chiÒu réng lín. ThÓ tÝch cña mÆt cÇu tØ lÖ víi khèi l−îng. Khi kh«ng gian Calabi-Yau tr¶i qua sù dÞch chuyÓn conifold xÐ r¸ch kh«ng gian, lç ®en cã khèi l−îng ban ®Çu sÏ trë nªn nhÑ dÇn cho ®Õn khi khèi l−îng b»ng 0 nh− photon, ®ã lµ mét d¹ng dao ®éng cña d©y. ( liÖu th«ng tin cã xuÊt hiÖn trë l¹i khi lç ®en bay h¬i ? ) Mét sè lç ®en cùc trÞ ( cã tÝch lùc vÝ dô nh− ®iÖn tÝch, khèi l−îng cùc tiÓu phï hîp víi ®iÖn tÝch mang) lµ tËp hîp cña nh÷ng tr¹ng th¸i BPS cô thÓ, cã entropy vµ nhiÖt ®é bøc x¹ nh− Hawking tiªn ®o¸n. Theo thuyÕt d©y, th«ng tin cã thÓ xuÊt hiÖn trë l¹i khi lç ®en bèc h¬i. Vò trô lµ “b×nh yªn”. S = AkC⁄4ћG T = ћC3⁄8пkGM S: entropy , A: diÖn tÝch ch©n trêi sù kiÖn, k: h»ng sè Boltzmann , T: nhiÖt ®é bøc x¹ §−êng hÇm trong vò trô C©u hái ®Æt ra: liÖu trong kh«ng gian nhiÒu chiÒu chøa c¸c lç ®en, cã tån t¹i c¸c "®−êng hÇm" vò trô kh«ng ? Th«ng tin cã thÓ mÊt ®i, hay xuÊt hiÖn trë l¹i tõ hè ®en. Giíi thiÖu vÒ lý thuyÕt d©y Page 5 of 7
NGUYỄN TẤT THÀNH B3-K47-§HKHTN-HN 3. Vò trô thêi bigbang C¸ch ®©y chõng t =1⁄Ho = 1Mps⁄75km.s-1 ~ 15 (tØ n¨m) H0: h»ng sè Hubble (hiÖn nay biÕt ®−îc ë 13.7 tØ n¨m) tP = LPlanck⁄C ~ 0,5.10- 43 (s) ë thêi ®iÓm Planck Gh ~ 10-35 (m) LPlanck = vò trô cã kÝch th−íc C3 ρPlanck = C5/G2ћ ~ 1094 (g/cm3) mËt ®é TPlanck ~ 1032 K cã nhiÖt ®é VËy tr−íc bigbang lµ g× ? liÖu cã thÕ giíi ®a vò trô kh«ng ? Do tÝnh ®èi xøng, ®èi ngÉu mµ vò trô ë kÝch th−íc R vµ thêi gian t còng gièng nh− vò trô ë kÝch th−íc 1/R vµ thêi gian -t . IV.C©u hái cÇn gi¶i thÝch vµ më réng • LiÖu lý thuyÕt d©y/ thuyÕt M cã gi¶i thÝch ®−îc t¹i sao tù nhiªn l¹i thÕ, hay Th−îng ®Õ vèn sinh ra vËy ? • C¸c chiÒu cuén l¹i, kh«ng gian xÐ r¸ch th× liÖu c¸c h»ng sè cßn nguyªn gi¸ trÞ ? (th«ng tin truyÒn ®i > C, ®Þnh luËt cã cßn ®−îc b¶o toµn...) • C¬ häc l−îng tö cÇn ®−îc x©y dùng l¹i (mang tÝnh h×nh häc h¬n). Cho tíi b©y giê, n¨m 2004 vµ c¸c n¨m tiÕp theo lý thuyÕt d©y/thuyÕt M vÉn ®ang trong giai ®o¹n ph¸t triÓn. HÇu hÕt c¸c nhµ khoa häc hµng ®Çu thÕ giíi nh−: Michael Green, John Schwraz, Edward Witten, Poul Townsend, Stephen Hawking... ®ang ngµy ®ªm miÖt mµi nghiªn cøu. CÇn ph¶i cã cuéc c¸ch m¹ng siªu d©y lÇn thø 3 hoÆc nhiÒu h¬n n÷a ®Ó lý thuyÕt ®−îc hoµn thiÖn, trë thµnh lý thuyÕt cña tÊt c¶ (TOE_theory of everything). 9/2004 Giíi thiÖu vÒ lý thuyÕt d©y Page 6 of 7
NGUYỄN TẤT THÀNH B3-K47-§HKHTN-HN B¶ng phô lôc: T−¬ng t¸c C−êng ®é B¸n kÝnh t¸c H¹t tr−êng dông(m) 10-15 M¹nh 1 Gluon ∞ 10-2 §iÖn tõ Photon ± 10-10 10-18 YÕu W , Z0 ∞ 10-38 HÊp dÉn Graviton H¹t §iÖn tÝch Spin N¨ng l−îng nghØ Gluon 0 1 0 Photon 0 1 0 ±e W 1 82 GeV Z 0 1 92 GeV Graviton 0 2 0 KÝ §iÖn TÝch TÝch m¹nh Spin Khèi Sè Sè l¹ hiÖu tÝch yÕu l−îng(kg) brion 9,1.10-31 e- Electron -1 -1/2 0 1/2 0 0 Quark: up u +2/3 1/2 ®á,lôc,lam 1/2 10 (so víie-) 1/3 0 Down d -1/3 -1/2 §-L-L 1/2 20 1/3 0 Strange s -1/3 1/2 §-L-L 1/2 200 1/3 -1 Charm c +2/3 -1/2 §-L-L 1/2 3000 1/3 0 Bottom b -1/3 1/2 §-L-L 1/2 9000 1/3 0 Top t +2/3 -1/2 §-L-L 1/2 60.000 1/3 0 øng dông lý thuyÕt d©y gi¶i thÝch tÝnh siªu dÉn nhiÖt ®é cao Giíi thiÖu vÒ lý thuyÕt d©y Page 7 of 7

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.