Trong nhiều thập kỷ, phần lớn các nhà vật lý đều đồng ý với nhau là lý thuyết dây là mối liên hệ bị mất giữa thuyết tương đối tổng quát của Einstein, miêu tả các lực tự nhiên ở quy mô lớn, và cơ học lượng tử, miêu tả chúng tạ quy mô nhỏ nhất. Mới đây, một nhóm hợp tác quốc tế do các nhà vật lý ở Radboud dẫn dắt đã cung cấp bằng chứng thuyết phục là lý thuyết dây là lý thuyết duy nhất có thể giúp hình thành mối gắn kết này.

Họ đã trình bày một khả năng có thể để xây dựng một lý thuyết hấp dẫn lượng tử tuân theo tất cả các lực cơ bản của vật lý, không chỉ các vật thể một chiều. Họ miêu tả phát hiện của mình trong Physical Review Letters “Finite Quantum Gravity Amplitudes: No Strings Attached (Cán biên độ hấp dẫn lượng tử hữu hạn: Không gắn với lý thuyết dây).

Khi chúng ta quan sát hấp dẫn trong vũ trụ của chúng ta, nhiều chuyển động của các hành tinh hoặc ánh sáng tiến gần đến một lỗ đen, mọi vật dường như tuân theo các lực mà Einstein đã chỉ ra trong thuyết tương đối rộng của ông. Trong khi đó, cơ học lượng tử là một lý thuyết miêu tả các đặc tính vật lý của tự niên tại quy mô nhỏ nhất của các hạt nhân và các hạt hạ nguyên tử. Dẫu hai lý thuyết đó cho phép chúng ta giải thích mọi hiện tượng vật lý cơ bản quan sát được, chúng lại phủ nhận lẫn nhau. Cho đến ngày nay, các nhà vật lý có nhiều cách khác nhau để kết nối hai lý thuyết để giải thích hấp dẫn ở cả hai cấp độ lớn nhất và nhỏ nhất.

Không cần đến lý thuyết dây

Vào những năm 1970, các nhà vật lý đề xuất một nhóm các nguyên tắc vật lý để giải quyết vấn đề này, mở rộng các lực bằng thuyết tương đối rộng. Theo lý thuyết dây, tất cả mọi thứ quanh ta được hình thành không chỉ bằng các hạt mà còn bằng các dây: các vật thể một chiều dao động. Kể từ khi được giới thiệu, lý thuyết dây được cho là đã mở rộng khung lý thuyết để hoàn thiện thuyết tương đối rộng của Einstein với một lý thuyết của cơ học lượng tử.

Dẫu vậy, các nhà vật lý lý thuyết tại trường đại học Radboud đã chứng tỏ lý thuyết dây không chỉ có một cách để thực hiện điều này. “Chúng tôi chứng tỏ là vẫn còn có thể giải thích hấp dẫn bằng cơ học lượng tử mà không cần đến lý thuyết dây”, , nhà vật lý lý thuyết Frank Saueressig nói. “Chúng tôi cho thấy ý tưởng là mọi thứ bao gồm cả các hạt có thể phù hợp với hấp dẫn lượng tử không cần đến việc phải đưa các dây vào. Khung vật lý hạt này cũng đã được sáng tỏ  về mặt thực nghiệm tại Cỗ máy gia tốc hạt lớn LHC tại CERN”.

“Với các nhà khoa học, lý thuyết dây thật hấp dẫn bởi thật vô cùng khó để kết nối lý thuyết với thực nghiệm. Ý tưởng của chúng tôi là sử dụng các nguyên tắc vật lý đã từng được áp dụng trong thực nghiệm. Nói cách khác: chưa có ai quan sát được các dây trong thực nghiệm nhưng các hạt đã được quan sát tại các thực nghiệm ở LHC. Điều này giúp chúng tôi bắc cầu giữa hai dự đoán lý thuyết và thực nghiệm một cách dễ dàng hơn”.

Sau khi đã trình bày là ý tưởng có khả năng giải quyết những vấn đề đã tồn tại trong một quãng thời gian dài của vật lý hạt, nhóm hợp tác này đã khám phá những ngụ ý đem lại trong các lực mới mà họ đề xuất trong nghiên cứu của mình ở quy mô các lỗ đen. “Chỉ có một tập hợp các lực tự nhiên có thể áp dụng để giải thích cho tất cả các loại câu hỏi, bao gồm điều gì sẽ xảy ra khi chúng ta va chạm các hạt ở năng lượng cực lớn hoặc điều gì xảy ra khi các hạt rơi vào trong một lỗ đen? Nó có thể đem lại thú vị để cho thấy một mối liên hệ thật sự giữa những câu hỏi tưởng chừng không liên quan, vốn cho phép giải được những bí ẩn xuất hiện ở cả hai phía, thuyết hấp dẫn và cơ học lượng tử”.

Nguồn: https://phys.org/news/2020-11-gravity-theory.html, ngày 9/11/2020.