Khi nhà vật lý lý thuyết Claude Lovelace qua đời vào ngày 7 tháng 9 năm 2012, ông đã để lại một ngôi nhà đầy vẹt. Không có gia đình hay bạn bè, vị giáo sư lập dị tại Đại học Rutgers thích được vây quanh bởi những “người bạn” lông vũ đầy màu sắc này và nghe nhạc cổ điển để có thể suy ngẫm về lý thuyết về mọi thứ (tức là vũ trụ).
Ông thường không thân thiết với các đồng nghiệp, nhưng những người ở Khoa Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Rutgers đều rất ngạc nhiên và ngưỡng mộ trước quyết định quyên góp toàn bộ số tiền tiết kiệm của mình cho Khoa Vật lý và Thiên văn học, tổng trị giá xấp xỉ 1,5 triệu USD. Số tiền này được sử dụng để giúp thiết lập các chức danh giáo sư ưu tú về vật lý ứng dụng, một lĩnh vực khác xa với lĩnh vực của ông. Ngoài ra, ông còn tặng bộ sưu tập hơn 4.000 đĩa CD cổ điển của mình cho Viện Nghệ thuật và thi hài của mình cho Trường Cao đẳng Y tế.
Cái chết của Lovelace không được đưa tin rộng rãi trên các phương tiện truyền thông, và rõ ràng là ông không được công chúng biết đến nhiều, ngay cả trong giới vật lý học thuật. Nhưng điều không thể chối cãi là ông là chuyên gia hàng đầu về lý thuyết dây (lý thuyết coi các hạt cơ bản là sự dao động của dây một chiều) vào thời điểm đó và là một trong những nhân vật chủ chốt trong việc tìm ra không gian nhiều chiều của dây - lý thuyết dây, và ông đóng một vai trò không thể thiếu trong sự phát triển của lý thuyết dây. Cho đến ngày nay, các nhà lý thuyết dây vẫn còn biết ơn công trình nghiên cứu của ông.
Lý thuyết tạo ra quái vật
Vào những năm 1970, lý thuyết dây vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, mặc dù lý thuyết dây hiện nay thường được coi là một trong những ứng cử viên cho “lý thuyết về vạn vật” nhưng khi đó các nhà vật lý chỉ muốn sử dụng mô hình dây để nghiên cứu cho tương tác mạnh. Các nhà vật lý mô tả các kết nối bên trong hạt nhân nguyên tử dưới dạng các dây năng lượng với các mô hình rung động khác nhau, giống như các dây trên đàn guitar, có các mô hình rung động khác nhau và chơi các giai điệu khác nhau.
Lúc này, học giả trẻ Lovelace quyết định dấn thân vào lĩnh vực nghiên cứu này với hy vọng thực hiện được một số nghiên cứu mang tính đột phá.
Lovelace sinh ra ở Anh vào năm 1934. Ông hiểu được thuyết tương đối tổng quát khi mới 16 tuổi. Sau đó ông cùng gia đình chuyển đến Nam Phi, nơi anh theo học tại Đại học Cape Town. Năm 1958, ông trở lại Vương quốc Anh và bắt đầu nghiên cứu sau đại học tại Imperial College London, nơi ông học dưới sự hướng dẫn của người đoạt giải Nobel về vật lý Abdul Salam.
Trước khi hoàn thành bằng tiến sĩ, Lovelace rời trường Imperial College và đến làm việc tại CERN (Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu). Đó là lúc ông bắt đầu nghiên cứu các vấn đề khó khăn nảy sinh từ lý thuyết dây hadronic. Các nhà vật lý đã sử dụng các dây mở có cả hai đầu không bị ràng buộc và các dây kín kết hợp thành một vòng tròn để đề xuất hai mô hình tương tác mạnh, gọi là mô hình rachion và mô hình pomonic.
Thực tiễn cho thấy, bất kỳ mô hình lý thuyết vật lý nào cũng phải đáp ứng một điều kiện toán học: vectơ phải giữ độ dài không đổi khi hệ biến đổi, giống như con trỏ trên la bàn quay, dù con trỏ có quay như thế nào thì chiều dài của nó vẫn không đổi. Thuộc tính độ dài không đổi này có nghĩa là các tính chất vật lý không thay đổi. Nếu không, một số hiện tượng kỳ lạ không giải thích được có thể xuất hiện trong lý thuyết. Vì vậy, điều kiện toán học này là một tính chất mà một lý thuyết đáng tin cậy phải có.
Các nhà vật lý đã phát hiện ra rằng trong không-thời gian 4 chiều thông thường, lý thuyết mô hình Pomonic dựa trên các dây kín không thể đáp ứng điều kiện toán học này và một con quái vật tên là tachyon cũng được tạo ra. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng tachyon này thực sự di chuyển nhanh hơn ánh sáng, do đó nó có thể du hành ngược thời gian. Theo thuyết tương đối, tachyon sẽ phá hủy mối quan hệ nhân quả. Mặc dù một số nhà vật lý đã nghiên cứu chi tiết các tính chất của tachyon, nhưng lý thuyết về tachyon không được cộng đồng học thuật coi là một lý thuyết vật lý thực sự. Hầu hết các nhà vật lý tin rằng nếu một lý thuyết có tachyon thì giải pháp khả thi duy nhất là tin rằng tachyon rất không ổn định và các hiệu ứng mà chúng tạo ra rất khó quan sát được.
Sự ra đời của không-thời gian 26 chiều
Sau một thời gian nghiên cứu, Lovelace bất ngờ tìm ra giải pháp cho vấn đề của mình. Các nhà vật lý trước đây đã cho rằng các dây tồn tại trong không-thời gian bốn chiều, nhưng ông đã quyết định thay đổi giả định này. Lovelace bắt đầu tăng dần chiều không-thời gian nơi đặt sợi dây cho đến khi chiều đó là 26. Ông phát hiện ra rằng bài toán tachyon đột nhiên biến mất và các điều kiện toán học nêu trên cũng được đáp ứng. Bản thân anh cũng vô cùng ngạc nhiên trước kết quả này.
Các nhà vật lý trong quá khứ đã sử dụng những chiều vô hình đó khi cố gắng thống nhất các quy luật tự nhiên. Ví dụ, một số nhà vật lý sử dụng không-thời gian 5 chiều để thống nhất thuyết tương đối rộng và điện động lực học. Từ những năm 1930 đến đầu những năm 1940, Einstein cũng sử dụng không-thời gian năm chiều để cố gắng thống nhất lý thuyết. Nhưng sau này, Einstein đã từ bỏ phương pháp này và chuyển sang phương pháp khác. Nhưng tình hình ở đây là tuy các chiều không gian khác cũng đã xuất hiện nhưng bước nhảy vọt từ 5 chiều lên 26 chiều nghe có vẻ hơi quá đáng.
Tháng 12 năm 1970, Lovelace công bố kết quả nghiên cứu của mình tại một hội thảo ở Đại học Princeton, nhưng không nhận được phản hồi tích cực. Lovelace nhớ lại: "Tôi nhớ nó rất không được ưa chuộng. Tôi nghĩ 26 chiều là một trò đùa, và nó thực sự đã gây cười."
Mặc dù tiêu đề của bài báo ông xuất bản có vẻ hàn lâm nhưng nó lại thu hút rất nhiều sự chú ý. Mặc dù ở cuối bài báo ông nói "nghe có vẻ ngu ngốc" khi đề cập đến 26 chiều, nhưng các nhà lý thuyết dây bắt đầu nhận thấy tầm quan trọng của nghiên cứu này và trở nên hào hứng với nó.
Lý thuyết siêu dây 10 chiều
John Schwartz, nhà vật lý tại Viện Công nghệ California ở Mỹ, cũng bị sốc trước lý thuyết của Lovelace vào thời điểm đó vì ông chưa bao giờ tưởng tượng rằng không gian có thể có nhiều chiều đến vậy. Sau này, Schwartz trở thành một trong những nhân vật đi đầu trong việc phát triển lý thuyết siêu dây. Lý thuyết siêu dây là một loại lý thuyết dây không chỉ sử dụng dây để nghiên cứu các hạt chịu trách nhiệm truyền lực mà còn sử dụng dây để nghiên cứu các hạt cơ bản khác. Lý thuyết siêu dây khai thác một nguyên lý gọi là siêu đối xứng—một cách trong đó các trường biểu diễn lực có thể biến đổi thành các trường biểu diễn hạt hoặc ngược lại. Lý thuyết siêu dây dự đoán một cách tự nhiên sự tồn tại của một hạt truyền khối không tích điện có spin 2. (Các hạt có spin nguyên được gọi là boson. Các boson khác có spin khác 2. Ví dụ, gluon và photon có spin bằng 1, trong khi boson Higgs có spin bằng 0. Spin bằng một nửa. Các hạt nguyên được gọi là fermion , chẳng hạn như electron và quark có spin 1/2.) Và hạt này khớp hoàn toàn với các tính chất của graviton. Trong số đó, graviton được coi là hạt cơ bản truyền lực hấp dẫn. Vì vậy, các nhà vật lý tin rằng lý thuyết siêu dây có thể thống nhất tất cả các loại lực trong tự nhiên (trọng lực, lực điện từ, tương tác mạnh và tương tác yếu).
Các nhà vật lý phát hiện ra rằng chiều không-thời gian cần có trong lý thuyết siêu dây phải là một hằng số và người ta thấy rằng chiều đó là 10. So với 26 chiều, không-thời gian 10 chiều có vẻ hợp lý hơn. Sau này, lý thuyết M do Edward Witten thuộc Viện Nghiên cứu Cao cấp ở Princeton, Mỹ đề xuất - một lý thuyết mở rộng của lý thuyết dây - đòi hỏi thêm một chiều không gian và thời gian nữa, đó là 11 chiều.
Vậy các chiều không gian và thời gian khác ở đâu? Theo lý thuyết, chúng hoặc bị cuộn tròn trong một không gian rất nhỏ, hoặc nằm ngoài tầm với của chúng ta nên những gì chúng ta trải nghiệm chỉ là 3 chiều không gian và 1 chiều thời gian.
Năm 1971, Lovelace đến Đại học Rutgers, nơi ông nhận được chức giáo sư mặc dù không có bằng tiến sĩ. Ông đã dành phần còn lại của sự nghiệp học tập của mình ở đó. Trong khi con vẹt của anh ấy chơi với một quả bóng sợi, anh ấy đã phân tích nhiều vấn đề khác nhau của lý thuyết vật lý và một bản tứ tấu đàn dây chơi từ máy nghe nhạc CD đan xen với những suy nghĩ sâu sắc của anh ấy. Giống như Einstein, ông không hoàn thành được lý thuyết trường thống nhất nhưng trong suốt hành trình khám phá, ông đã trải qua niềm vui vô song.
Bí mật về dấu vân tay của con người: Lời nguyền di truyền hay điềm báo tương lai?
Dấu vân tay là một trong những đặc điểm thể chất cá nhân và độc đáo nhất của con người. Trên thế giới dường như không có 2 người sở hữu dấu vân tay giống nhau. Vậy dấu vân tay hình thành như thế nào?
