Hai con số nguy hiểm nhất vũ trụ báo hiệu cái chết của vật lý

Kết thúc năm 2015, cộng đồng vật lý thế giới vẫn không thể thoát khỏi cuộc tranh cãi đáng lo ngại: Liệu có phải chúng ta đang gần tới giới hạn tuyệt đối mà khoa học có thể hiểu và giải thích về vạn vật?

Sau này, những phát hiện sẽ ngày càng khó dần lên. Khoảng cách để có một phát kiến vĩ đại ngày càng xa. Rồi cuối cùng, con người không thể kiên nhẫn thêm nữa, chúng ta sẽ kiệt sức và vật lý sẽ chết.

Harry Cliff, một nhà vật lý tại Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử Châu (CERN) có một buổi thuyết trình gần đây tại Geneva, Thụy Sĩ. Và điều mà ông nói về ý tưởng trên thật đáng lo ngại: "Trong vài năm tới, có lẽ lần đầu tiên trong lịch sử khoa học, chúng ta phải đối mặt với những câu hỏi không thể trả lời”.

Đến một ngày, các nhà khoa học không thể kiên nhẫn thêm nữa, chúng ta sẽ kiệt sức và vật lý sẽ chết?

Để dẫn chứng cho kết luận của mình, Cliff dẫn ra hai con số mà ông gọi chúng là nguy hiểm nhất vũ trụ. Những con số này chịu trách nhiệm cho sự xuất hiện và sinh tồn của vạn vật, từ những hạt hạ nguyên tử cho đến các thiên hà.

Nếu những con số chỉ cần sai lệch một chút, Cliff nói, vũ trụ sẽ không tồn tại, sẽ không có sự sống, không có chúng ta và vật lý. Vậy mà, có lẽ khoa học sẽ chẳng bao giờ biết được giá trị chính xác của nó là bao nhiêu.

Con số thứ nhất: Sức mạnh của trường Higgs

Con số đầu tiên mà Cliff đề cập đến là giá trị đại diện cho sức mạnh của trường Higgs. Nó là một trường năng lượng vô hình đã "thấm" vào vũ trụ khác hẳn các trường khác.

Tất cả các hạt cơ bản đều phải “bơi” qua trường Higgs. Có vậy, nó mới có được khối lượng để rồi tạo nên proton, neutron và electron. Cuối cùng, chúng tạo nên các nguyên tử, phân tử, tất cả chúng ta cùng vạn vật xung quanh mình. Nếu không có trường Higgs, chúng ta không có mặt ở đây.

Mô phỏng hạt và trường Higgs

Trường Higgs được nêu trên lý thuyết, nhưng chúng ta đã gần như chắc chắn sự tồn tại của nó từ năm 2012. Sự kiện quan trọng đánh dấu là phát hiện hạt Higgs của các nhà vật lý tại CERN. Theo lý thuyết, bạn không thể chỉ có hạt Higgs mà không có trường Higgs. Tuy nhiên, vẫn có gì đó bí ẩn khiến Cliff thấy bất ổn.

Phải nhắc lại rằng, vật lý của loài người đang được vận hành hai lý thuyết cực mạnh. Thuyết tương đối của Einstein để giải thích cho tất cả các hiện tượng ở quy mô cực lớn như các hành tinh, ngôi sao, thiên hà... Cơ học lượng tử để giải thích tất cả hiện tưởng của thế giới cực nhỏ từ nguyên tử đến các hạt cơ bản.

Theo đó, sử dụng cả hai lý thuyết trên cho các nhà khoa học dự đoán về hạt và trường Higgs trước cả khi chúng ta tìm ra nó. Chỉ duy nhất hai kịch bản có thể xảy ra. Một là trường Higgs nên được “tắt”, có nghĩa là nó có cường độ bằng 0. Hai là nếu được “bật”, nó sẽ mang một giá trị vô cùng lớn.

Vậy mà không có kịch bản nào đúng với những gì chúng ta quan sát. “Trong thực tế, trường Higgs rất yếu”, Cliff nói. “Nó không phải bằng 0 hẳn, nhưng cũng nhỏ hơn 10 nghìn tỷ lần so với mức còn lại chúng ta dự đoán. Bạn hãy tưởng tượng nó giống như một công tắc đèn đang mắc kẹt. Nó kẹt ngay sát vị trí tắt.”

“Giá trị này rất quan trọng. Nếu nó chỉ xê dịch một chút xíu, sẽ không hề có gì trong vũ trụ của chúng ta”, Cliff nhấn mạnh.

Sự yếu đến “lố bịch” của trường Higgs, bất chấp tất cả các dự đoán của chúng ta khiến các nhà khoa học đau đầu. Họ vẫn đang đi tìm hi vọng cho câu trả lời. Công việc bắt đầu từ cuối năm ngoái, khi máy gia tốc hạt khổng lồ tại CERN quay trở lại hoạt động sau 2 năm nâng cấp.

Con số thứ 2: Sức mạnh của năng lượng tối

Mô phỏng phân bố của năng lượng tối trong vũ trụ

Con số thứ hai của Cliff được các nhà vật lý gọi với cái tên “dự đoán lý thuyết tồi tệ nhất trong lịch sử vật lý”. Nó giải quyết các vấn đề trong sâu thẳm của không gian sâu, với hiện tượng cực kì phức tạp gọi là năng lượng tối.

Năng lượng tối là một khái niệm chịu trách nhiệm cho việc vũ trụ của chúng ta ngày càng mở rộng. Nó được biết đến lần đầu vào năm 1998. Tuy nhiên, “chúng ta không biết chính xác năng lượng tối là gì”, Cliff thừa nhận. “Ý tưởng tốt nhất, nó là năng lượng của không gian trống, năng lượng của chân không”.

Nếu điều này là đúng, bạn có thể cộng tất cả các năng lượng của không gian trống để có được một giá trị. Và nó đại diện cho sức mạnh của năng lượng tối. Trên thực tế, đó là điều mà các nhà vật lý lý thuyết đã làm. Nhưng có một vấn đề khổng lồ với câu trả lời họ nhận được:

“Năng lượng tối trên lý thuyết mạnh hơn 10¹² lần so với giá trị thiên văn học quan sát được”, Cliff nói. “Đây là một con số lớn vượt ngưỡng tâm trí chúng ta có thể tưởng tượng. Nó lớn hơn bất kể một con số nào trong thiên văn học. Thậm chí, lớn hơn cả số lượng nguyên tử trong vũ trụ 1 nghìn tỷ tỷ tỷ lần”.

Nhà vật lý Harry Cliff trong buổi thuyết trình

May mắn cho chúng ta, năng lượng tối trên thực tế nhỏ hơn những gì vật lý lý thuyết dự đoán. Nếu cứ lớn như vậy, nó sẽ đủ khả năng để làm tan rã vũ trụ. Ngay cả các lực mạnh đang ràng buộc nguyên tử cũng sẽ bất lực. Chúng ta không bao giờ có các thiên hà, ngôi sao, hành tinh và cả sự sống hiện tại.

Tuy nhiên, điều đó cũng nói lên rằng lý thuyết của vật lý đang khiến nhiều nhà khoa học phát bực. Trong khi công nghệ hiện nay chưa đủ đế thực hiện các phép đo năng lượng tối, lý thuyết cũng lại dậm chân tại chỗ. Cuối cùng chúng ta không thể nào biết sức mạnh của năng lượng tối và cả trường Higgs là bao nhiêu.

Chạm đến câu trả lời đang là điều bất khả

Cliff cho biết sẽ có những cách để chúng ta trả lời được một phần thắc mắc. Nhưng rồi sẽ không bao giờ vật lý đủ khả năng để chứng minh điều đó.

Một số nhà khoa học đang tìm cách để chứng minh rằng vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong hàng chục tỷ vũ trụ khác. Cliff giả sử “đột nhiên chúng ta có thể hiểu giá trị chính xác của hai con số trên. Những tinh chỉnh nhỏ bé nhất của chúng cũng có thể khiến năng lượng tối xé toạc một vũ trụ. Hay trường Higgs không đủ mạnh để hình thành nên các hạt”.

Để chứng minh điều này, các nhà vật lý cần phải khám phá ra các hạt mới. Chúng phải hoàn toàn tuân theo những lý thuyết căn bản như lý thuyết dây, dự đoán sự tồn tại của một đa vũ trụ. Ngay bây giờ, chỉ có một nơi trên thế giới mà các họ có thể trông đợi. Đó là máy gia tốc hạt khổng lồ tại CERN.

Máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới tại CERN là nơi cuối cùng các nhà vật lý trông đợi

Trong khi đó, thời gian lại đang đếm ngược 2 năm, trước khi CERN đóng cửa máy gia tốc để nâng cấp một lần nữa. Hai năm tới có thể là thời gian chúng ta chẳng tìm ra điều gì mới mẻ, cũng như cái cách chúng ta thất vọng về hạt Higgs.

Nó dường như báo hiệu bước khởi đầu của sự kết thúc, Cliff nói. "Chúng ta có thể bước vào một kỷ nguyên mới trong vật lý. Nhưng đó là thời đại mà có những sự kỳ lạ của vũ trụ, chúng ta không thể giải thích."

Đó sẽ là thời đại khoa học trở nên bất lực. Vật lý sẽ chết bởi “nó gợi ý rằng chúng ta đang sống trong một đa vũ trụ vượt quá tầm hiểu biết. Một thời đại mà chúng ta sẽ không bao giờ có thể trả lời câu hỏi tại sao mọi thứ lại tồn tại, thay vì chẳng có gì”.

Tham khảo Sciencealert