Vũ trụ này từ đâu có. Con người,
chủ nhân của địa cầu, sinh linh với nhiều thuộc tính phức tạp nhất: viễn vông
nhất, thông minh nhất, đa tình nhất,… từ đâu đến và sẽ đi về đâu?
Câu hỏi này từ ngàn xưa đã là một
ám ảnh, một khắc khoải khiến cho bao lớp người: nhà văn, nhà thơ, nhà khoa học,
nhà nghiên cứu đã phải trăn trở, phải đi tìm cho ra nguồn cội. Nhiều giả thiết, lý thuyết đã được xây dựng… Ngay từ
thời xa xưa ở Hy Lạp, Thales (624-546 TCN) cho rằng mọi thứ đều do Nước mà ra;
Anaximenes (585-528 TCN) thì lại cho rằng mọi thứ đều do Không Khí mà thành;
nhân vật nổi tiếng với câu nói: “Không ai tắm hai lần trên một giòng sông”;
Heraclitus (sống trong khoảng thế kỷ thứ VII đến thứ V trước CN) thì lại nói vạn
vật do Lửa mà có và Empedocles (490-430 TCN) thì lại cho rằng vạn vật do bốn
nguyên tố: Đất, Nước, Lửa, Không khí liên kết với nhau bởi lực hút và lực đẩy
mà được hình thành.
Các giả thiết tương tự cũng được truyền bá ở phương
Đông với hai trường phái Âm-Dương, Ngũ Hành. Phái Âm Dương thì cho rằng vạn vật
đều do Âm Dương tương tác mà thành, còn Ngũ Hành thì tin rằng mọi vật phải do Kim, Mộc, Thủy, Hỏa, Thổ tương
sinh tương khắc mà hiện hữu: trong quan hệ Sinh thì Mộc sinh Hỏa, Hỏa sinh Thổ, Thổ sinh Kim, Kim sinh
Thủy, Thủy sinh Mộc, trong quan hệ Khắc thì Mộc khắc Thổ, Thổ khắc Thủy, Thủy
khắc Hỏa, Hỏa khắc Kim, Kim khắc Mộc. Vạn vật cứ xoay quanh chu trình ấy…
Từ đầu thế kỷ thứ V trước công
nguyên Anaxagoras (500-428 TCN) đã cho rằng vạn vật được cấu thành từ các hạt rất
nhỏ; và quan điểm đóng đinh cho lý thuyết nguyên tử chính là của Democritus
(460-370 TCN) khi ông cho rằng vạn vật được hình thành từ các nguyên tử (là thành phần nguyên cuối cùng không thể chia
nhỏ hơn được nữa). Giả thiết về sự tồn tại của nguyên tử cuối cùng cũng được kiểm
nghiệm xác thực bởi các nhà khoa học sau đó hơn hai mươi thế kỷ. Nhưng nguyên tử
đã phải là hạt nhỏ nhất cuối cùng chưa hay còn hạt bé hơn…
Ngày nay với tiến bộ của khoa học-kỹ thuật và tri thức phát triển của loài người, người ta đã biết chắc là có các hạt bé hơn
nguyên tử (hạ nguyên tử), nguyên tử
không phải là hạt nhỏ nhất để tạo nên vật chất mà thực tế nguyên tử được cấu
thành bởi các hạt bé hơn nữa: hạt cơ bản. Các hạt này được chia thành hai nhóm
lớn gồm nhóm fermion tạo ra vật chất (như các quarks trong nhân nguyên tử và
các electron ở vỏ nguyên tử…) và nhóm các hạt boson tạo ra trường lực như các
gluon (hạt truyền lực mạnh), W & Z boson (hạt truyền lực yếu), photon (hạt
truyền lực điện từ) và graviton (hạt truyền lực hấp dẫn). Mọi vật trong vũ trụ
cả dưới dạng Chất và dạng Trường đều được tạo thành từ các hạt cơ bản này mà
kích thước của chúng vô cùng nhỏ bé chỉ khoảng một phần triệu tỷ mét, vì thế muốn
hiểu các hạt này thì phải có các lý thuyết để khảo sát, lý thuyết đó là Cơ Học
Lượng Tử. Theo lý thuyết này thì các hạt cơ bản có kiểu hành xử rất lạ so với vật
thể vĩ mô trong thế giới thông thường bởi chúng vừa là “Sóng” vì có thể lan
truyền vừa là “Hạt” vì đứng yên tại chỗ, nhưng thực tế chúng ‘nhảy múa’ không
ngừng, không gian càng hẹp chúng nhảy múa càng dữ dội. Lực khảo cứu trong thế
giới lượng tử là Lực Mạnh, Lực Yếu, và Lực Điện Từ tùy vào đối tượng khảo sát.
Còn ở khoảng cách cực lớn, thường chỉ ở trong các nghiên cứu thiên văn thì thế
giới lại được mô tả bởi một lý thuyết
khác: Thuyết Tương Đối. Theo thuyết này thì không gian và thời gian gắn
chặt với nhau và không thể tách rời, năng lượng
và khối lượng có thể quy đổi cho nhau và vận tốc ánh sáng là vận tốc giới
hạn của vũ trụ. Lực ngự trị trong thế giới thiên văn là Lực Hấp Dẫn.
Như vậy có bốn loại Lực ngự trị
trong tự nhiên: Lực Mạnh, Lực Yếu, Lực Điện Từ và Lực Hấp Dẫn. Mọi nhà khoa học
đều mong mỏi tìm được một lý thuyết có thể thống nhất được bốn loại lực trên,
nhưng cho đến nay chưa ai làm được việc ấy cả, vấn đề này hiện nay là một thách
thức lớn cho khoa học nói chung và vật lý hiện đại nói riêng. Tuy vậy, ngày nay
các nhà khoa học đã thành công trong việc thống nhất ba lực là Lực Mạnh, Lực Yếu
và Lực Điện Từ bằng một lý thuyết là Mô Hình Chuẩn, mô hình này đã cho phép giải
thích được nhiều điều trong thế giới lượng tử, thí dụ lý thuyết này đòi hỏi sự
tồn tại của các hạt gluon, boson và photon và thực nghiệm đã kiểm chứng điều
này với sự chính xác RẤT CAO. Thực ra Mô Hình Chuẩn đóng vai trò dẫn dắt trong
các nghiên cứu về vật lý hạt, trước khi tìm kiếm một hạt mới các nhà khoa học
đã có thể tiên đoán chính xác tính chất của hạt đó ra sao rồi. Nhưng Mô Hình
Chuẩn chưa có câu trả lời cho nhiều câu hỏi, chẳng hạn như vì sao các hạt cơ bản
lại có khối lượng?... Để giải thích câu hỏi này cách tốt nhất là giả thiết có một
hạt nào đó có trách nhiệm mang lại khối lượng cho các hạt cơ bản thông qua
tương tác với chúng. Ý tưởng về hạt này được 6 nhà vật lý đưa ra từ năm 1964,
sau này gọi là hạt boson Higgs. Việc tìm được hạt Higgs không những chỉ giải
thích được vì sao các hạt cơ bản khác có khối lượng mà còn chứng minh được Mô
Hình Chuẩn là đáng tin vì hạt Higgs là mảnh ghép cuối cùng trong bức tranh thế
giới mà Mô Hình Chuẩn vẽ ra, hơn thế, nó sẽ giúp cho con người hiểu rõ hơn về cấu
trúc vật chất, từ đó tìm ra sự hình thành vũ trụ -lúc mà- bốn loại lực trên
còn thống nhất với nhau trong tự nhiên (giả thiết Big Bang). Thế là hàng chục
ngàn nhà khoa học trên toàn thế giới miệt mài đi tìm hạt Higgs trong các máy
gia tốc từ hàng chục năm qua.
Việc bỏ ra chi phí để kiến tạo, ngày nay loài người có trạm không gian với
chi phí khoảng 100 tỷ đô la hiện đang trên quỹ đạo, công trình khác có giá trị
cao nhất hiện nay trên mặt đất -theo tôi biết- là thủy điện Tam Hiệp của Trung
quốc với giá trị quyết toán kể cả phát
sinh không quá 35 tỷ đô la (có tài liệu nói khoảng gần 30 tỷ đô la) Việt Nam
nghe đâu các vị đang quyết làm “Đường Sắt Cao Tốc Bắc Nam” với dự toán 56 tỷ đô
la chưa tính hết phát sinh, nếu thế VN sẽ có công trình lớn nhất của mọi thời
đại trên mặt đất (sic!) Nhưng -theo tôi- công trình thể hiện tột bực tri thức của
nhân loại ngày nay là máy gia tốc hạt (LHC) với chi phí chưa quá 9 tỷ đô la ở
biên giới Pháp-Thụy sĩ của Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử Châu Âu (CERN) trong
hành trình đi tìm hạt Higgs mà tôi vừa giới thiệu ở trên.
Còn tiếp
Đỗ Thế Hùng (sưu tầm & tổng hợp)
19.00pm31/8/2012 Lăng cô – Huế
trong khuôn khổ tháng mừng diễn đàn thbmt 1 năm tuổi, nhằm đa dạng hóa trang blog.
