Giáo sư Phạm Xuân Yêm, nhà vật lý học, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Pháp CNRS, hiện là Giáo sư Vật lý tại Đại học Paris 6, tác giả của hàng trăm công trình nghiên cứu, viết bằng tiếng Anh và tiếng Pháp, những năm gần đây, ông thường về quê nhà công tác tại các trung tâm nghiên cứu khoa học. Tiếp sau phát biểu của Giáo sư Thiên văn học Nguyễn Quang Riệu, VHPG trân trọng giới thiệu đến quý bạn đọc phát biểu của ông trong thảo luận bàn tròn: “Thế giới quan của Vật lý học hiện đại và của Phật giáo” .
Trước hết xin cảm tạ thầy Thích Thiện Quang, Thích Thiện Niệm trụ trì Phật đường Khuông Việt, anh Cao Huy Thuần Trịnh Đình Hỷ, Nguyễn Tường Bách đã cho tôi đến với khung cảnh thanh trang của chùa, được tiếp xúc với tất cả quý anh chị trong cử tọa đông đủ hôm nay, tôi rất lấy làm sung sướng. Đọc Lưới trời ai dệt của anh Bách, tôi học được rất nhiều. Đầu tiên những khái niệm, những danh từ và cách diễn giải sáng sủa của anh. Hai chương cuối tôi vui thú đọc đi đọc lại mấy lần.
Tiếp theo anh Nguyễn Quang Riệu về thiên văn, tôi cũng xin trình bày đôi chút về hạt cơ bản, những thành phần vi mô cấu tạo nên vật chất, sinh động cũng như bất động. Cũng như lần lượt trong văn chương, âm nhạc và hội họa, hạt cơ bản của từ ngữ là 26 mẫu tự abc …; của âm thanh là 7 nốt đô , rê , mi …; và của màu sắc là xanh vàng đỏ …; thì trong thiên nhiên , hạt cơ bản của vạn vật là quark và lepton.
Thực là một bước nhảy vọt vĩ đại trong kiến thức của loài người ở đầu thiên niên kỷ thứ ba này! Chúng tương tác, gắn kết để tạo thành vật chất, hơn nữa còn dựng nên cấu trúc cong xoắn của không – thời gian trong vũ trụ, vì theo thuyết tương đối rộng, vật chất và không – thời gian được thống nhất, cái trước tạo nên (và là) cái sau. Như một lần Einstein khi được yêu cầu gói ghém trong một câu thôi những công trình khoa học của ông, đã khúc chiết trả lời: Xưa kia người ta nghĩ rằng nếu mọi vật trên đời biến mất thì sẽ còn lại thời gian và không gian, nhưng theo thuyết tương đối rộng thì không – thời gian cũng biến mất theo vật chất mà thôi.
Có bốn hạt cơ bản thôi: hai quark u và d và hai lepton electron, neutrino để cấu tạo nên vật chất. Electron đóng vai trò quan trọng như thế nào trong đời sống hàng ngày của chúng ta, ai cũng thấy. Các hạt cơ bản gắn kết thành các nguyên tử, phân tử, đại phân tử của vạn vật trong thế giới vĩ mô, từ thiên hà tinh tú cho đến những khoáng, thực, sinh vật trên trái đất chúng mình. Các hiện tượng thiên nhiên vận hành qua bốn lực tương tác cơ bản, hấp dẫn điện từ yếu và mạnh (hai cái cuối chỉ ở trong thế giới vi mô của hạt nhân nguyên tử thôi ).
Thế giới vi mô tuân theo những định luật của vật lý lượng tử. Trong ngành này, chúng tôi gọi “trường” mà ít khi gọi “hạt”, hay “dây” nữa. “Dây” và “hạt” là trạng thái cô đọng trong không gian và thời gian của “trường” (trường lượng tử). Khái niệm này dù đã được cảm nhận từ thời Faraday hơn trăm năm rồi (lúc đó là trường điện từ cổ điển thôi và sau này tiếp tục với trường lượng tử) nhưng vẫn là một khái niệm quan trọng của vật lý hiện đại. Vậy “trường” là gì?
Từ lúc còn trung học, chúng ta biết rằng giữa những hạt có khối lượng M và m đặt xa nhau một khoảng cách r, thì hai vật đó hút nhau qua một lực F theo luật Newton:
F = hằng số G x m x m / r 2
Hằng số G cho ta cường độ mạnh hay yếu của lực hấp dẫn, không ai cò thể tính được G, người ta chỉ xác định được nó bằng thực nghiệm, người ta đo lường được sức hút F bao nhiêu thì biết được hằng số tương tác hấp dẫn G là bấy nhiêu. Trong công thức trên nếu m = 0 thì F = 0, nghĩa là không có lực chăng ? Ta thấy nếu bỏ khối lượng m đi, không tài nào nhận ra tác động của F cả, lực như bị biến đi? Thực ra lúc nào cũng có F qua sự hiện hữu thường xuyên của trường hấp dẫn (trọng trường) ở bất cứ vị trí nào trong vũ trụ.
Chúng ta có thể tưởng tượng m là một cậu bé con ngồi trên một cành bưởi, thì có hay không có cậu bé ở đó, m lớn hay nhỏ thậm chí m = 0, lúc nào cũng có một cái gì đó rình rập kéo em xuống. Em ở đây hay không, trọng trường lúc nào cũng có mặt ở đó cành bưởi chỉ giữ em hay bất cứ ai cho khỏi rơi thôi. Ở bất cứ một điểm nào trong không gian và bất cứ một lúc nào trong thời gian cũng có một cái gì đó, một thế nào đó, một trọng trường hút mình. Cái tác động của trường đó thực ra không tùy thuộc vào riêng M hay m. Vì hiện giờ chỉ có quả đất khối lượng khổng lồ M = 10 lũy thừa 25 kg (số 1 theo sau 25 số không kilogam) cách cậu bé 6.400 cây số ở trung tâm trái đất lôi kéo em.
Nhưng nào chỉ có riêng quả đất thôi đâu mà chính ngay em, mọi người thân yêu của em, môi trường thiên nhiên của em, mặt trời muôn tỷ thiên hà, lỗ đen, vũ trụ vạn vật đều tham gia vào sự thu hút cậu bé đó. Em ở đấy hay không thì cái trọng trường đó, sự hiện diện của thế hút đó vẫn có. Vì trái đất quay, vũ trụ giãn nở, tinh tú chuyển động không ngừng theo thời gian, nên tương tác hấp dẫn không những thay đổi với không gian (x, y, z) lại còn thay đổi với thời gian (t), nên không có gì lạ nếu ta hiểu trọng trường là một hàm của không – thời gian ( x,y,z ) tác động lên mọi khối lượng. Lực hút F chỉ diễn tả tác động của trọng trường, đặt bất cứ một khối lượng m ở bất cứ một vị trí nào thì F xuất hiện ở đấy thôi, chứ khái niệm trường mới cơ bản hơn lực.
Cũng lý luận như vậy đối với hiện tượng điện từ, ta thay lực hấp dẫn Newton bởi lực điện tĩnh Coulomb, hai khối lượng M, m bởi hai điện tích Q, q, hằng số hấp dẫn G bởi hằng số điện tử e, thì sẽ thấy sự hiện diện của trường điện từ. Cũng như muôn vàn khối lượng tạo ra trọng trường, muôn vàn điện tich chuyển động trong vũ trụ tạo ra điện từ trường hiện diện khắp nơi. Maxwell bảo cho ta là điện từ trường dao động như sóng. Hertz đã chứng minh điều đó bằng thực nghiệm, và dao động tuần hoàn của sóng điện từ đó được diễn tả bởi tần số ½, tức là số vòng dao động trong một đơn vị thời gian.
Ánh sáng mà mắt ta nhìn thấy chính là điện từ trường dao động với tần số hàng trăm tỷ lần trong một giây đồng hồ, và dạng hạt của sóng điện từ trường được gọi là quang tử hay Photon không có khối lượng và di chuyển với vận tốc c = 300 ngàn cây số trong một giây. Trường điện, trường từ hoặc trường hấp dẫn là ba thí dụ về trường rõ rệt . Cũng vậy có trường quark, trường electron , trường neutrino, và cái mà chúng tôi gọi là hạt electron chẳng qua chỉ là sự cô đọng trong không gian và thời gian của trường lượng tử electron mà thôi. Trường đó cũng dao động như trường điện từ, mỗi trường vận hành theo những phương trình riêng của nó.
Như chúng ta biết, trong mỗi nguyên tử có hạt nhân rất nhỏ do hai thành phần proton va neutron tạo nên. Xung quanh hạt nhân nguyên tử có electron dao động không ngừng, đi từ trạng thái này sang trạng thái khác, electron phát ra photon đó chính là hạt laser được ứng dụng trong y khoa. Định luật tương tác mạnh của quark để gắn bó chúng trong proton và neutron mang tên Sắc động lực học lượng tử (quantum chromodynamics, QCD) vay mượn danh từ Điện động lực học lượng tử (quantum electrodynamics QED), cái này diễn tả tương tác điện từ trong thế giới quy mô của electron.
Hai chữ sắc và điện để chỉ hai đặc tính lượng tử của vật chất sắc tính của quark và điện tích của electron. Trong Sắc động lực học lượng tử có keo (gluon) mang sắc tích trao đổi giữa quark u , d để gắn bó chúng trong proton và neutron; cũng như trong Điện động lực học lượng tử có photon trao đổi giữa electron để diễn tả mọi hiện tượng điện tử. Ngoài ra một khám phá có tính cách quyết định, đó là phản vật chất (antimatter) vì nó sẽ liên hệ chặt chẽ đến khái niệm không trong lượng tử mà tôi muốn đề cập ở phần cuối.
E = m2 c4 hay vật chất và phản vật chất, hạt ảo
Trong thuyết tương đối hẹp, phương trình chính xác nối kết năng lượng E với khối lượng m của vật chất (hạt) là E2 = m2 c4 khi hạt đứng yên, công thức trên là chùm năng lượng hv của thuyết lượng tử (h là hằng hà sa số Planck và v là tần số dao động tuần hoàn của hạt cơ bản, điều then chốt là năng lượng trao đổi giữa các hạt cơ bản không liên tục, phải theo từng đơn vị 1hv, 2hv, 3hv…nhv, n là một số nguyên) là điểm khởi đầu mà Dirac kết hợp được để khám phá một chân trời mới: sự xuất hiện của phản hạt có cùng khối lượng với hạt, nhưng tất cả các đặc trưng khác (điện tích, spin, sắc trong quark) của hạt và phản hạt đều ngược dấu.
Sự thống nhất cơ học lượng tử với thuyết tương đối hẹp là điều tối cần thiết vì thế giới vi mô của lượng tử luôn dao động với vận tốc rất cao, mà trường hợp này chỉ thuyết tương đối hẹp mới diễn tả được chính xác. Để chứng minh phản hạt, Dirac đi từ nhận xét sau đây: vì E = - + mc2 với một vật bất động, trong vật lý cổ điển, hiển nhiên năng lượng E là một số dương nên ta chỉ có E = mc2 thôi. Trái lại, trong thế giới vi mô của vật lý lượng tử , năng lượng của một hạt có thể mất đi hay nhận được những gói hv , vậy không có gì ngăn cản hạt khi mất đi quá nhiều gói hv có thể mang năng lượng âm, hay ngược lại một hạt với năng lượng âm khi nhận được nhiều gói hv có thể trở về trạng thái bình thường với năng lượng dương.
Thí dụ trong đại dương của muôn vàn hạt electron (điện tích âm – e) mang năng lượng âm, nếu ta có đủ năng lượng để kéo một hạt ra ngoài, tức là đại dương ấy mất đi một electro (-e) mang năng lượng âm. Nhưng mất đi tượng trưng bằng dấu –) cái âm thì cũng như nhận được cái dương – (-) = +, vậy kết cục là ta thấy xuất hiện một hạt có điện tích dương +e và mang năng lượng dương. Đó là phản electron hay positron. Một trong những ứng dụng mới đây của positron là máy chụp hình cơ thể PET ( positron emission tomography), người ta bắn hạt positron vào trong tế bào để theo dõi sự biến chuyển tức thì của nó.
Tóm lại, hạt và phản hạt đều có năng lượng dương. Chúng có chung khối lượng nhưng mọi đặc trưng khác (điện, tích, sắc) đều ngược dấu. Ta có phản quark, phản lepton, phản nguyên tử. Như vậy có vật chất thì cũng có phản vật chất, khi giao hội chúng tự hủy để biến thành năng lượng, và ngược lại nếu cung cấp đủ năng lượng thì các cặp vật chất được tạo ra, đó là những chuyện thường xuyên trong những trung tâm nghiên cứu hạt cơ bản ở Genève (Âu), Stranford (Mỹ), Tsukuba (Á).
Sự tương trùng giữa năng lượng với cặp vật chất – phản vật chất đưa đến khái niệm vật ảo trong lượng tử, đó là những hạt mà năng lượng E và xung lượng k (vec-tơ được in đậm, như k, x ) không tuân theo phương trình nối kết E, | k | và m của vật thực nữa. Khối lượng của hạt ảo này thay đổi liên tục chứ không giới hạn trong một vài trị số m nhất định của hạt thực. Thí dụ sau đây cho ta rõ proton ảo là gì. Như ta biết, khi electron chuyển động nó phát ra photon. Để một electron và positron đi ngược chiều va chạm nhau, xung lượng của chúng là + k và – k, mỗi hạt có năng lượng bằng E, gặp nhau chúng phát ra một photon ảo.
Sinh ra bởi electron và positron tụ họp nên năng lượng S và ( xung lượng K) của photon ảo này là tổng năng lượng và (tổng xung lượng) của chúng, S = 2 E , K= + k –k = 0. Vậy photon ảo có khối lượng 2E / c2 khác 0. Cũng có thể ta có quark, lepton, gluon ảo. Tương tác điện từ của electron được diễn tả qua sự trao đổi photon ảo giữa những electron với nhau, cũng như tương tác mạnh của quark là do sự trao đồi giữa gluon ảo giữa quark , tương tác yếu của meutrino qua sự trao đổi các boson ảo W2 .Z0, giữa neutrino. Những photon, gluon, W2, Z0 ảo theo thứ tự chính là những sứ giả truyền tin làm trung gian cho các tương tác điện từ, mạnh, yếu để tạo ra các lực thích ứng.
.................................................................................
Vật lý hạt có liên quan gì đến thế giới quan hay hiện tượng quan của đạo Phật? Đạo Phật chủ ý đưa phương pháp diệt khổ cho chúng sinh. Đức Phật thường im lặng cao quý trước những câu hỏi siêu hình, nhưng như chúng ta biết, Ngài diễn giảng làm so diệt khổ. Một trong những con đường diệt khổ mà tôi hiểu, đó là làm sao cảm ngộ được hai tính vô ngã và vô minh trong cách nhận thức các hiện tượng từ vật chất đến tâm linh mà Bát Nhã Tâm kinh nhắc nhở qua hai chữ Sắc Không, và anh Cao Huy Thuần nói một cách dí dỏm thú vị là “nói dzậy mà không phải dzậy”.
Sắc ở đây, đối với tôi là ‘trường’, là vật chất, mong quý vị chẳng hoàn toàn phủ nhận. Thực là ngẫu nhiên nhưng biết đâu cũng là duyên ngộ mà hơn hai ngàn năm trăm năm sau, danh từ Sắc trong Bát nhã lại được dùng trong sắc tích của quark, danh từ sắc đó chỉ do những nhà vật lý hạt phóng khoáng mượn ba sắc để phân biệt quark (mang sắc tích) với electron (không có sắc tích) thế thôi, chứ chẳng có cái gì sâu xa cả. Đáng lẽ gắn cho quark ba sắc tích, ta có thể gắn cho chúng ba số 1, 2, 3 hay ba cái gì khác để đánh dấu cá tính lượng tử của quark khác biệt với lepton.
Trong đạo Phật thế giới hiện tượng không tồn tại trên cơ sở tự tính, nó vô ngã. “Vật chất sinh thành hoại diệt, thế giới có nhưng không thực có, tự tính của hiện trường là không có tự tính, vậy sự trống rỗng đó được coi là không, cho nên không mới là tự tính của hiện tượng” (Lưới trời ai dệt, Nguyễn Tường Bách, tr 294). Câu hỏi là quan niệm "Không" của ngài Long Thụ có chút gì gần gủi với khái niệm "Không lượng tử" tiếng Anh là the quantum vacuum, tiếng Pháp là le vide quantique) của những nhà vật lý hạt? Không lượng tử là gì?, nó tác động ra sao trong các hiện tượng thiên nhiên để chúng ta có thể tính toán đo lường được?
ĐÔI ĐIỀU TẢN MẠN VỀ CÁI KHÔNG LƯỢNG TỬ
Cái "Không lượng tử" được định nghĩa như trạng thái cơ bản của vạn vật, nó vô hướng, trung hòa, mang năng lượng cực tiểu, trong đó vật chất tức là tất cả các trường lượng tử bị loại bỏ hết. Do những nhiễu loạn của năng lượng trong "Không" mà vật chất cùng phản vật chất được nảy sinh ra, để rồi chúng tương tác, phân rã trở về với Không, cứ thế tiếp nối cái vòng sinh hủy. Các hạt ảo cũng dựa vào năng lượng E hay vay mượn của Không mà sinh ra, chúng tồn tại rất ngắn trong thời gian t ~ h/ E (nguyên lý bất định Heisenberg Et~h 2|k|x| và h / 2 pi) rồi nhanh chóng trả lại E để lra đi, như vậy nhà vật lý kỳ tài Feynman hài hước: từ chân không mà sinh hủy, hủy sinh, ôi phí phạm thời gian!
Nhưng chẳng phải vì Không chẳng chứa trường vật chất nào mà năng lượng của nó bằng 0, thực ra năng lượng của Không lại vô hạn theo nguyên lý bất định, Cực tiếu nhưng vô hạn, nghịch lý này hẳn đòi hỏi một cuộc cách mạng trong nhận thức? Dẫu sao có ít nhất hai biểu hiện của "Không" đã được kiểm chứng thành công bởi thực nghiệm. Đó là các hằng số tương tác cơ bản "không hằng" mà biến đổi và hiệu ứng Casimir. Nhưng mặc khác vì năng lượng vô hạn, vai trò của Không trong sự giãn nở của vũ trụ chưa tìm thấy lời đáp, minh họa sự mâu thuẩn căn bản giữa hai trụ cột của vật lý hiện đại, "Lượng tử" trong thế giới vi mô và "Tương đối rộng" của thế giới vĩ mô .
Theo nguyên lý bất định (nguồn gốc của sự thăng giáng lượng tử), năng lượng của bất cứ trạng thái vi mô nào là chuỗi (1/2) hv, (3/2) hv, (5/2) hv …chứ không phải là 0hv, 1hv, 2hv …Cũng dễ hiểu thôi, "nguyên lý bất định" bảo ta nếu xung lượng | k | được xác định rõ rệt bao nhiêu thì vị trí của không gian |x| lại mơ hồ rối loạn bấy nhiêu. Vậy năng lượng tối thiểu (1/ 2) hv khác 0 chính là một thỏa hiệp tối ưu bình đẳng cho cả hai bên |k|và |x.
Thực tế, nếu năng lượng tối thiểu bằng 0, |k|=0, vậy |x| không sao được xác định nỗi. Phản ánh nguyên lý này, thế giới vi mô luôn dao động ngay ở nhiệt độ tuyệt đối thấp nhất (năng lượng cực tiểu) và đó là ý nghĩa của sự thăng giáng năng lượng lượng tử. Bởi năng lượng tối thiểu khác 0, và vì tần số v có thể là bất cứ con số nào từ 0 đến vô cực nên không có năng lượng phân kỳ khi ta lấy tích phân tất cả các mốt dao động. Tuy nhiên, chính vì vô hướng, trung hòa lại có năng lượng vô hạn, nên cái Không lượng tử mang ẩn dụ một hư vô mênh mang tĩnh lặng, từ đó do những kích thích nhiễu loạn của năng lượng mà vật chất (và phản vật chất) được tạo thành để tương tác, phân rã, rồi trở về với Không, tiếp nối bao vòng tục lụy!
Cái Không lượng tử thực là trạng thái cơ bản, là cội nguồn và chốn trở về của vạn vật. Nó không rỗng tuếch chẳng có gì mà là cái thế lắng đọng của tất cả (xem Le Vide, Univers du tout et du rien, Revue de L`Université de Bruxelles, Editions Complexe (1998), với các bài của Adler, Bitbol, Casimir, Dereuelle, Gunzip và Diner, van Holden, Isham, Lachiezè-Rey , Marage, Mills. Paty, Prigogine và Petrosky). Chânkhông – Vật chất – Không gian – Thời gian chẳng sao tách biệt, cái này có là cái kia có, cái này không thì cái kia không, đó là hệ quả của Lượng tử và Tương đối! Thực thế, thuyết "Tương đối hẹp" liên kết Không gian và Thời gian, còn "Tương đối rộng" nối Vật chất, và như vậy kết nối cả bốn khái niệm cơ bản trên.
Dưới một khía cạnh nào đó, ta cảm ngộ cái "Không" qua câu nói đáng yêu đầy ẩn dụ của đồng bào miền Nam “ dzậy mà không phải dzậy”, không mà chẳng là không. Mặc dầu "Không" là trạng thái không sao nắm bắt, chẳng có cái nào của nó mà ta định lượng nổi. Nhưng rõ ràng khác với hư không cổ điển trong công nghệ, về mặt định tính ta có thể kể 3 đặc trưng của cái "Không lượng tử" trừu tượng. Đó là sự thăng giáng lượng tử, sự tràn đầy hạt và phản hạt kết thành các cặp ảo trong "Không" và sự phân cực của nó, gây ra bởi các cặp này. Phản ánh tác động của Không, hai hệ quả sau đây được phát hiện và đo lường được:
1- "Không lượng tử" tự nó thì vô hướng tĩnh lặng, nhưng có vật chất nào (mà làm sao chẳng có vật chất được vì trong "Không" tràn đầy năng lượng và trường ảo?) thì nó lập tức bị phân cực, do đó hằng số tương tác của các trường không còn "hằng" nữa mà thay đổi với năng lượng. Tính chất này mang tên hằng số di động, cách tính toán sự biến đổi của hằng số tương tác dựa trên lý thuyết trường lượng tử qua những đóng góp của các cặp ảo. Khi năng lượng thay đổi từ 1 đến 100 GeV, hằng số tương tác điện từ aem tăng lên từ 1/137 đến 1/129, trong khi hằng số tương tác mạnh as của quark lại giảm đi từ 0,4 xuống 0,12.
Một cách định tính thôi, ta hiểu sơ lược tại sao trong điện từ, hằng số tương tác aem lại tăng lên khi ta thám dò ở chiều sâu thẳm. Muốn gần electron bao nhiêu (x nhỏ) để đo lường tính chất của nó thì ta cần nhiều xung lượng (k lớn) bấy nhiêu, theo nguyên lý bất định 2|k| |x| ~h . Vì Không có muôn vàn cặp ảo Positron – electron, những positron ảo này vì điện tích khác dấu với electron nên bị hút lại gần và làm thành hàng rào vây quanh electron thực mà ta muốn quan sát, sự bao bọc đó làm cho "Không" bị phân cực. Đó là lý do khiến hằng số tương tác điện từ tăng lên vì phải vượt qua cản trở của hàng rào các cặp positron – electron ảo nên đo lường nó càng khó ở kích thước càng sâu (năng lượng càng cao).
Mật khác, sắc động lực học lượng tử diễn tả sự vận hành của quark gắn chặt với nhau để cấu tạo nên proton, neutron. Trái với điện từ, hằng số tương tác mạnh giảm đi khi đo lường quark ở chiều sâu thẳm. Tính chất này gọi là sự tự tiệm cận, hàm ý khi năng lượng tăng vô hạn (tiệm cận) thì as giảm xuống đến 0 (tương tác ràng buộc hết rồi, quark được tự do ( , tính chất này đặt nền tảng cho các định luật vận hành của quark. Giải Nobel Vật lý 2004 trọng thưởng ba nhà lý thuyết hạt đã khám phá ra định luật tự do tiệm cận 1, Kết quả đo lường sự biến đồi của hai hằng số (điện động lực và sắc động lực) đều được thực nghiệm kiểm chứng nhiều lần.
Tương tác của quark thực là kỳ lạ trái ngược với điện từ, quan sát chúng ở xa (cần năng lượng nhỏ) thì cực kỳ khó khăn vì as rất lớn cần gần sát chúng (cần năng lượng lớn) thì chúng lại dễ dàng. Lý do là không như điện từ chi có một photon, trong tương tác mạnh ta có ba gluon gắn kết với nhau mà đặc tính chúng là hỗ trợ (chứ không cản trở) khi ta đo lường tính chất quark ở chiều sâu thẳm. Trong khi lực điện tĩnh và trọng lượng đều giảm đi theo tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách r. Tự do tiệm cận làm cho lực của quark tăng lên với r khiến cho quark bị giam hãm trong proton và neutron, kéo được chúng ra ngoài không nổi vì lực ràng buộc quark mạnh lên khi kéo chúng xa nhau.
Mô tả nổi ba lực cơ bản (mạnh, yếu, và điện-từ) một cách vô cùng chính xác bằng trường lượng tử, tom tăt trong lý thuyết chuẩn, là một thành công kỳ diệu với không dưới hai chục nhà vật lý hạt đoạt giải Nobel trong gần ba mươi năm nay! Biết bao nhiêu tiên đoán của lý thuyết này đều vững vàng vượt qua tất cả trắc nghiệm. Trong bốn lực cơ bản chỉ có cái cuối cùng là luật cổ điển hấp dẫn (tương đối rộng) hãy còn chưa hòa nhịp tương thích nổi với lượng tử.
2 - Hiệu ứng Casimir trong một chân không kín rỗng, không ánh sáng không chút vật chất, ta đặt hai tấm gương mỏng song song. Mặc dù năng lượng của Không giữa hai tấm đều phân kỳ như ta biết, nhưng năng lượng của "Không" ở giữa nhỏ hơn ngoài hai tấm, sự khác biệt hữu hạn đó gây nên một áp suất làm chúng hút lẫn nhau, đó là lực Casimir, một đặc trưng của Không lượng tử. Lực hút đó được ông tính ra tỉ lệ thuận với hằng số Planck, vận tốc ánh sáng, diện tích của gương và tỷ lệ nghịch với lủy thừa bốn của khoảng cách d giữa hai tấm.
Ở khoảng cách d = nanô – mét công nghệ tương lai, lực này có thể đóng vai trò quan trọng. Các phòng thực nghiệm ở Riverside (California), Padova, Stockhom đã đo lực Casimir với độ sai biệt khoảng 1% với tính toán. Các nhà vật lý trong nhóm Kastler - Brossei của trường Cao đẳng Sư phạm Paris 2 đang xúc tiến việc tính toán đo lường với chủ đích tăng độ chính xác lên nhiều lần hơn nữa
Trong hư không của vật lý ứng dụng/ công nghệ, tất cả đều vắng bóng chẳng có ánh sáng, vật chất, khối lượng, điện tích, sắc tích chi cả, kỳ lạ thay đột khởi một lực mà gốc nguồn rút tỉa từ năng lượng cực tiểu của chân không lượng tử!
3 - Liên quan đến thiên văn vật lý, câu hỏi cực kỳ quan trọng về vai trò của Không trong sự giãn nở vũ trụ được đặt ra nhưng chưa biết giải pháp ra sao, báo hiệu một điều mới lạ đang đón chờ chúng ta ở chân trời. Năng lượng vô hạn của Không (còn gọi là tai họa chân không) phản ánh sự tương phản căn bản (ở giai đoạn Big Bang khai thiên lập địa) giữa hai trụ cột của vật lý hiện đại: thuyết lượng tử của thế giới vi mô và thuyết tương đối rộng của thế giới vĩ mô. Thuyết này diễn tả luật hấp dẫn của trọng trường là do sự cong xoắn của không-thời gian làm cho mọi vật rơi lại gần nhau chứ chẳng có lực nào hút chúng ta cả, mà cái cấu trúc cong xoắn này là do vật chất tạo nên.
Những kết quả đo lường gia tốc giãn nở của vũ trụ cần đến lực phản hấp dẫn (lực đẩy xa thay vì hút vào của lực hấp dẫn) khá mạnh để chống lại sự co rút của vũ trụ bởi trọng trường. Lực phản hấp dẫn này (liên quan đến hằng số vũ trụ học trong phương trình Einstein về thuyết tương đối rộng) có thể xuất phát bởi một loại vật chất không bức xạ, chỉ tác động lên cách vận hành và giãn nở của vũ trụ, khác lạ với vật chất bình thường của những thiên hà sáng ngời mà ta quan sát được hàng ngày. Các nhà thiên văn gọi cái vật chất khác lạ này là vật tối, mang năng lượng tối mà bản chất chưa được xác định.
Nhưng quan trọng hơn cả, mật độ năng lượng cực kỳ lớn của "Không" vượt xa quá nhiều năng lượng cần thiết để giải thich gia tốc giãn nở của vũ trụ mà các nhà thiên văn đo lường. Về mặt cơ bản, cái tai họa chân không này là nỗi trăn trở hàng đầu của các nhà vật lý đương đại, nhưng đầy lý thú và thách thức cho thế hệ tương lai. Lý thuyết dây/ màng M3 (với không gian mười chiều, bảy chiều quá nhỏ lại bị cuốn tròn khiến ta khó nhận thức được) có thể cho ta chìa khóa trả lời không? Trong không gian nhiều hơn 3 chiều, lực hấp dẫn giảm đi theo tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r không còn chính xác nữa, và việc kiểm chứng bằng thực nghiệm sự sai biệt với luật Newton ở kích thước r = milimet đang là một đề tài vật lý sôi nổi.
Cần biết thêm rằng "lý thuyết M" chưa biết giải quyết cái “tai họa” chân không ra sao. Phải chăng cũng như Planck và Einstein trước thời Lượng tử và Tương đối, có lẽ còn cái gì đang thiếu sót trong cách nhận thức các hiện tượng thiên nhiên của Con Người? Thiếu sót đó có tìm thấy tia sáng rọi đường nhờ một vài ý niệm gì trong đạo Phật, trong giáo lý vô ngã để phá bớt vô minh hay không, điều này tôi không biết.
Tôi cũng xin tâm tình đôi chút. Hôm nay là ngày giỗi mẹ tôi. Ngày mẹ tôi mất cách đây 16 năm, lần đầu tôi nghe và đọc Bát Nhã Tâm Kinh: “Sắc bất dị không, không bất dị sắc; thọ, tưởng, hành, thức, diệc, phục như thị …” và tìm đến triết lý “tánh không” của ngài Long Thụ. Qua cuốn sách của anh Bách, tôi suy ngẫm về cái "Không lượng tử" theo đó chân không là vật chất, vật chất là chân không. Hai cái đó chỉ là một giả ngữ, chúng liên hoàn tương tác với nhau, cái này chứa cái kia; chân không, vật chất chẳng sao tách biệt. Hơn nữa khi kết hợp hai lý thuyết Lượng tử và Tương đối thì ta thấy chân không, vật chất, thời gian, không gian cũng liên kết ràng buộc, cái này có là cái kia có, cái này không thì cái kia không, kể cũng chẳng đối kháng lắm theo thiển ý tôi với hai chữ Sắc Không của đạo Phật. Xin cám ơn quý vị.
CHÚ THÍCH
1- Chi tiết chứng minh tự do tiệm cận của sắc động lực học lượng tử có thể tìm thấy ở chương 15 trong sách giáo trình về lý thuyết chuẩn. Elementary paricles and their interactions Concepts and Phenomena, Hồ Kim Quang và Phạm Xuân Yêm, Springer – Verlag (1998). Xem
* Xem bài của H.B casimir và một số bài khác trong Lr Vide , Univers du tout etdu rien đã dẫn, Lực Casimir được trình bày trong P.W .Miloni, The Quantum vacuum. Academic press ( 1994 . Casimir : Nhà vật lý Hà Lan sau khi công bố công trình này năm 1948 đã giữ chức Tổng Giám đốc nghiên cứu của hảng công kỹ nghệ Phillips.
2 - Tập hợp những nhà nghiên cứu giảng dạy đại học uy tín hàng đầu nước Pháp.
3 - Xem Giai điệu dây và bản giao hưởng vũ trụ, Tia Sáng và BXB Trẻ ( 2003) do Phạm Văn Thiều dịch theo cuốn The Elegant Universe của Brian Greene , W.W Norton & Company ( 1999)
(TC. Văn Hóa Phật Giáo)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét