Lý thuyết dây là một nỗ lực để hợp nhất hai trụ cột của vật lý thế kỷ 20 - cơ học lượng tử và lý thuyết tương đối của Albert Einstein - với một khung bao quát có thể giải thích tất cả thực tế vật lý. Nó cố gắng làm như vậy bằng cách cho rằng các hạt thực sự là các thực thể một chiều, giống như chuỗi có rung động xác định các thuộc tính của hạt, chẳng hạn như khối lượng và điện tích của chúng.
Ý tưởng trái ngược này được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1960 và 70, khi các chuỗi được sử dụng để mô hình hóa dữ liệu từ các máy va chạm hạ nguyên tử ở châu Âu, theo một trang web về lý thuyết dây do Đại học Oxford và Hiệp hội Hoàng gia Anh tạo ra. Các chuỗi cung cấp một cách toán học thanh lịch để mô tả lực mạnh, một trong bốn lực cơ bản trong vũ trụ, giữ các hạt nhân nguyên tử lại với nhau.
Theo chủ đề của Đại học Cambridge.
Nhưng sự ra hoa đầu tiên này đã khiến các nhà nghiên cứu có năm lý thuyết khác nhau giải thích cách các chuỗi một chiều dao động trong thực tế 10 chiều. Một cuộc cách mạng thứ hai diễn ra vào năm 1995, khi các nhà vật lý chỉ ra rằng những ý tưởng khác nhau này đều có liên quan và có thể được kết hợp với một lý thuyết khác gọi là siêu lực, hoạt động trong 11 chiều. Cách tiếp cận đó tạo ra sự hiện thân của lý thuyết dây.
Làm sáng tỏ bí ẩn
Lý thuyết dây là một trong những phương pháp được đề xuất để tạo ra một lý thuyết về mọi thứ, một mô hình mô tả tất cả các hạt và lực đã biết và sẽ thay thế Mô hình vật lý tiêu chuẩn, có thể giải thích mọi thứ trừ trọng lực. Nhiều nhà khoa học tin vào lý thuyết dây vì vẻ đẹp toán học của nó. Các phương trình của lý thuyết dây được mô tả là thanh lịch, và các mô tả của nó về thế giới vật lý được coi là cực kỳ thỏa mãn.
Lý thuyết giải thích lực hấp dẫn thông qua một chuỗi rung động cụ thể có tính chất tương ứng với lực hấp dẫn giả định, một hạt cơ học lượng tử sẽ mang lực hấp dẫn. Rằng lý thuyết kỳ lạ đòi hỏi 11 chiều để hoạt động - chứ không phải là ba không gian và một thời gian chúng ta thường trải nghiệm - đã không can ngăn các nhà vật lý ủng hộ nó. Họ đã mô tả đơn giản làm thế nào các kích thước phụ được cuộn tròn trong một không gian cực kỳ nhỏ, theo thứ tự 10 ^ -33 cm, đủ nhỏ để chúng ta thường không thể phát hiện ra chúng, theo NASA.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng lý thuyết dây để cố gắng trả lời các câu hỏi cơ bản về vũ trụ, chẳng hạn như những gì diễn ra bên trong lỗ đen hoặc để mô phỏng các quá trình vũ trụ như Vụ nổ lớn. Một số nhà khoa học thậm chí đã cố gắng sử dụng lý thuyết dây để xử lý năng lượng tối, lực bí ẩn đẩy nhanh quá trình mở rộng không gian và thời gian.
Một cuộc rượt đuổi không hồi kết
Nhưng lý thuyết dây gần đây đã được xem xét kỹ lưỡng hơn. Hầu hết các dự đoán của nó là không thể kiểm chứng với công nghệ hiện tại, và nhiều nhà nghiên cứu đã tự hỏi liệu họ có đi xuống một hố thỏ không bao giờ kết thúc hay không. Năm 2011, các nhà vật lý đã tập trung tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ cho Cuộc tranh luận Tưởng niệm Isaac Asimov hàng năm lần thứ 11, để thảo luận về việc liệu có hợp lý khi chuyển sang lý thuyết dây như một mô tả khả thi của thực tế hay không.
"Bạn đang đuổi theo một con ma, hay bộ sưu tập của bạn quá ngu ngốc để tìm ra điều này?" Neil deGrasse Tyson, giám đốc Đài thiên văn Hayden của bảo tàng, người chỉ ra rằng tiến bộ về lý thuyết dây đã bị chắp vá trong những năm trước.
Những thách thức gần đây nhất đối với lý thuyết dây đã đến từ chính khuôn khổ, dự đoán sự tồn tại của một số lượng vũ trụ độc nhất vô nhị, có thể lên tới 10 ^ 500 (đó là số 1 theo sau là 0 số 0). Khung cảnh đa vũ trụ này dường như cung cấp đủ khả năng, nếu các nhà nghiên cứu khám phá chúng, họ sẽ bắt gặp một phiên bản tương ứng với phiên bản thực tế của chúng ta. Nhưng vào năm 2018, một bài báo có ảnh hưởng cho thấy rằng không một trong số vô số vũ trụ giả thuyết này trông giống như vũ trụ của chúng ta; cụ thể, mỗi người thiếu một mô tả về năng lượng tối như chúng ta hiện đang hiểu về nó.
Sabine Hossenfelder, nhà vật lý học tại Viện nghiên cứu nâng cao Frankfurt ở Đức, người đã chỉ trích lý thuyết dây, trước đây nói với Live Science.
Các nhà nghiên cứu khác duy trì rằng lý thuyết dây sẽ một ngày nào đó đưa ra kết quả. Viết trên tạp chí Vật lý hôm nay, nhà vật lý Gordon Kane của Đại học Michigan cho rằng với việc nâng cấp hiện đang được tiến hành, Máy Va chạm Hadron Lớn có thể mang lại bằng chứng về lý thuyết dây trong tương lai gần. Nhưng số phận cuối cùng của lý thuyết vẫn chưa được biết.
