Lực Entropy-Một xu hướng từ lực hấp dẫn

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lực hấp dẫn chính xác là cái gì? Mọi người đều chịu tác dụng của nó, nhưng để hiểu tại sao vũ trụ lại có lực hấp dẫn thì chẳng dễ dàng chút nào.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Lực Entropy-Một xu hướng từ lực hấp dẫn

Lực Entropy-Một xu hướng từ lực hấp dẫn Lực hấp dẫn chính xác là cái gì? Mọi người đều chịu tác dụng của nó, nhưng để hiểu tại sao vũ trụ lại có lực hấp dẫn thì chẳng dễ dàng chút nào. Mặc dù sự hấp dẫn đã được mô tả thành công với các định luật do Isaac Newton và sau này là Albert Einstein nghĩ ra, nhưng chúng ta vẫn không biết những tính chất cơ bản của vũ trụ kết hợp với nhau như thế nào để tạo ra hiện tượng đó Nay một nhà vật lí lí thuyết đang đề xuất một phương pháp hoàn toàn mới khảo sát sự hấp dẫn. Erik Verlinde thuộc trường Đại học Amsterdam, Hà Lan, một nhà lí thuyết dây xuất sắc và được quốc tế trọng vọng, cho rằng lực hút hấp dẫn có thể là kết quả của cách thức thông tin về những đối tượng vật chất được tổ chức trong không gian. Nếu đúng như vậy, nó có thể mang lại lời giải thích cơ bản mà chúng ta đã tìm kiếm hàng thập kỉ qua. Verlinde đã đăng tải bài báo của ông lên máy chủ bản thảo vật lí hồi đầu tháng này, và kể từ đó nhiều nhà vật lí đã hoan nghênh đề xuất đó là có triển vọng Nhà vật lí lí thuyết đạt giải Nobel Gerald’t Hooft thuộc trường Đại học
Utrecht ở Hà Lan nhấn mạnh rằng ý tưởng đó cần phát triển, nhưng ông bị ấn tượng trước cách tiếp cận của Verlinde. “[Không giống] nhiều nhà lí thuyết dây, Erik đang nhấn mạnh các khái niệm vật lí thật sự như khối lượng và lực, không chỉ là toán học hết sức trừu tượng”, ông nói. “Ý tưởng đó được ủng hộ từ quan điểm của tôi với tư cách một nhà vật lí”. Newton là người đầu tiên chỉ ra được sự hấp dẫn hoạt động như thế nào trên quy mô lớn bằng cách xem nó là một lực giữa các vật. Einstein tinh chỉnh ý tưởng của Newton với lí thuyết tương đối rộng của ông. Ông chỉ ra rằng sự hấp dẫn được mô tả tốt hơn bằng cách thức một vật thể làm cong cơ cấu của vũ trụ. Chúng ta đều bị hút về phía Trái đất vì khối lượng của hành tinh làm cong không-thời gian xung quanh. Nhưng câu chuyện không kết thúc ở đó. Dẫu cho Newton và Einstein đã cung cấp những cái nhìn xuất sắc, nhưng các định luật của họ chỉ là những mô tả toán học. “Họ giải thích lực hấp dẫn hoạt động như thế nào, nhưng không giải thích nó có nguồn gốc từ đâu”, Verlinde nói. Nền vật lí lí thuyết đã có một thời gian dai dẳng kết nối lực hấp dẫn với những lực cơ bản khác đã biết trong vũ trụ. Mô hình chuẩn, lâu nay là khuôn khổ tốt nhất của chúng ta nhằm mô tả thế giới hạ nguyên tử, bao gộp lực điện từ và lực hạt nhân mạnh và yếu – nhưng không bao gộp được lực hấp dẫn. Nhiều nhà vật lí nghi ngờ nó sẽ không bao gộp được. Sự hấp dẫn hóa ra có lẽ được phân phát thông qua tác dụng của các hạt giả thiết gọi là graviton, nhưng cho đến nay không có bằng chứng nào cho sự tồn tại của chúng. Tính rắc rối của sự hấp dẫn là một trong những nguyên nhân chính lí giải tại sao các lí thuyết như lí thuyết dây và lí thuyết hấp dẫn lượng tử vòng đã được đề xuất trong những thập niên gần đây. Công trình của Verlinde mang lại một cách thức khác nhìn vào vấn đề trên. “Hiện tôi bị thuyết phục rằng sự hấp dẫn là một hiện tượng phát sinh từ các tính chất cơ bản của không gian và thời gian”, ông nói.
Để tìm hiểu cái Verlinde đang đề xuất, hãy xét khái niệm tính lỏng ở nước. Mỗi phân tử riêng lẻ không có tính lỏng, nhưng tập thể phân tử thì có. Tương tự, lực của sự hấp dẫn không phải là cái vốn hữu trong bản thân vật chất. Nó là một tác dụng vật lí ngoài, phát sinh từ sự tác động qua lại của khối lượng, thời gian và không gian, Verlinde nói. Quan điểm của ông về sự hấp dẫn là một “lực entropy” dựa trên nguyên lí thứ nhất của nhiệt động lực học – nhưng hoạt động bên trong một mô tả kì lạ của không-thời gian gọi là holography [phương pháp ảnh giao thoa nổi]. Holography trong vật lí lí thuyết tuân theo cùng những nguyên lí như ảnh nổi trên tờ giấy bạc [tiền], chúng là ảnh ba chiều chìm trong một bề mặt hai chiều. Khái niệm ấy trong vl được phát triển vào những năm 1970 bởi Stephen Hawking tại trường Đại học Cambridge và Jacob Bekenstein tại trường Đại học Hebrew Jerusalem ở Israel, để mô tả các tính chất của lỗ đen. Công trình của họ đã dẫn đến sự hiểu biết sâu sắc rằng một quả cầu giả thiết có thể lưu trữ mọi “bit” thông tin cần thiết về khối lượng bên trong. Trong thập niên 1990, 't Hooft và Leonard Susskind tại trường Đại học Stanford ở California đã đề xuất rằng khuôn khổ này có thể áp dụng cho toàn bộ vũ trụ. “Nguy ên lí ảnh nổi” của họ tỏ ra hữu dụng trong nhiều lí thuyết cơ bản. Verlinde sử dụng nguyên lí ảnh nổi này để xét cái đang xảy ra với một khối lượng nhỏ nằm cách một khoảng cách nhất định với một khối lượng lớn hơn, thí dụ một ngôi sao hay một hành tinh. Di chuyển khối lượng nhỏ một chút, ông trình bày, có nghĩa là thay đổi nội dung thông tin, hay entropy, của một bề mặt ảnh nổi giả thiết giữa hai khối lượng. Sự thay đổi thông tin này liên hệ với một sự thay đổi năng lượng của hệ. Sau đó, sử dụng thống kê để xét mọi chuyển động có thể có của khối lượng nhỏ và sự thay đổi năng lượng có liên quan, Verlinde nhận thấy các chuyển động về phía khối lượng lớn hơn là có xác suất nhiệt động lực học lớn hơn những chuyển động khác. Hiệu ứng này có thể xem là một hợp lực hút hai khối lượng lại với nhau. Các nhà vật lí gọi đây là lực entropy, vì nó phát sinh trong những biến đổi có khả năng nhất ở nội dung thông tin.
Điều này vẫn chưa nhắm thẳng tới sự hấp dẫn. Nhưng hãy nhìn vào những biểu thức cơ bản cho nội dung thông tin của bề mặt ảnh nổi, thành phần năng lượng của nó và mối liên hệ Einstein của khối lượng với năng lượng trực tiếp đưa đến định luật hấp dẫn của Newton. Một phiên bản tương đối tính chỉ là vài bước nữa thôi, nhưng một lần nữa dễ dàng nhận được. Và nó dường như áp dụng cho cả quả táo và hành tinh. “Việc tìm ra các định luật Newton một lần nữa có thể là một sự trùng hợp may mắn”, Verlinde nói. “Một sự khái quát hóa tương đối tính cho thấy điều này sâu sắc hơn nhiều so với một vài phương trình hóa ra đúng vừa vặn”. Bài báo của Verlinde đã nhận được sự tán dương từ một số nhà vật lí. Robbert Dijkgraaf, một nhà vật lí toán xuất sắc cũng ở tại Đại học Amsterdam, nói ông khâm phục tính tao nhã của những ý tưởng của Verlinde. “Thật ngạc nhiên là không ai từng đi đến ý tưởng này sớm hơn, trông nó quá đơn giản nhưng có sức thuyết phục”, ông nói. Tuy nhiên, nhiều người khác vẫn còn xét đoán. Một số người tin rằng Verlinde đang sử dụng cách lí giải vòng tròn trong các phương trình của ông, bắt đầu “khởi hành” với sự hấp dẫn. Những người khác thì thể hiện sự lo ngại về những cơ sở toán học hầu như ít quan trọng có liên quan, để lại đa phần lí thuyết xây dựng trên những khái niệm rất tổng quát của không gian, thời gian và thông tin. Stanley Deser thuộc trường Đại học Brandeis ở Waltham, Massachusetts, người có công trình nghiên cứu mở rộng phạm vi của thuyết tương đối rộng, nói công trình của Verlinde dường như là một lộ trình hứa hẹn nhưng ông bổ sung thêm rằng nó là “một quả tạc đạn sẽ nhận rất nhiều sự lĩnh hội, thách thức toàn bộ những niềm tin của chúng ta từ Newton và Hooke cho đến Einstein." Verlinde nhấn mạnh bài báo của ông không phải là bài đầu tiên về đề tài trên. “Thậm chí nó còn chưa là một lí thuyết, mà là một đề xuất cho một mẫu hình hoặc khuôn khổ mới”, ông nói. “Mọi công việc khó khăn giờ đã tới”.
Lần đầu tìm thấy vết tích các hạt vật chất tối Vật chất tối thần bí luôn là câu hỏi không lời giải đáp đối với các nhà khoa học. Loại vật chất không nhìn thấy được này chiếm 3/4 trong vũ trụ. Tuy nhiên, các nhà khoa học thuộc Đại học Florida (Mỹ) vừa qua tuyên bố, lần đầu tiên họ đã thăm dò được hạt vật chất tối. Các nhà khoa học cho biết, họ đã tìm thấy được tung tích của hai “hạt vật chất tối Wimp” tại một khu mỏ sắt ở phía Bắc bang Minnesota của Mỹ ở độ sâu khoảng 610m bằng thiết bị thăm dò có độ nhạy cao. Các nhà khoa học cho rằng, vật chất thăm dò được có đến 3/4 khả năng là hạt vật chất tối. Tuy nhiên, họ cũng thừa nhận rằng, để xác định phát hiện này có chính xác là hạt vật chất tối hay không cần phải tiếp tục phát hiện thêm các hạt tương tự. Vật chất tối là một trong những sự vật thần bí nhất trong vật lý học, sự phát hiện ra nó có thể trở thành một đột phá khoa học lớn nhất trong vòng 100 năm trở lại
đây. Vào những năm 30 của thế kỷ 20, các nhà thiên văn học lần đầu tiên đã ý thức được rằng các chùm sao, khí thể và bụi chỉ chiếm một phần nhỏ trong vũ trụ. Vì thế, họ đã đưa ra kết luận bản thân dải ngân hà phải là xoay chung quanh vũ trụ và cuối cùng bị sụp đổ, trừ phi chúng bị hút bởi một lực hấp dẫn của một vật chất cực lớn và không nhìn thấy và bị cố định ở một ví trí nhất định. Tiến sỹ thuộc Đại học Florida cho biết: “Nhiều người tin rằng chúng tôi phát hiện được vật chất gần với vật chất tối nhất, tuy nhiên trên thực tế không chỉ là chúng tôi, các thí nghiệm khác cũng như vậy. Vì thế có thể dự báo rằng, trong vòng 5 năm tới sẽ có người nhìn thấy được dấu hiệu rõ nét hơn về vật chất tối.”/.