※ Peter Higgs và các phương trình mô tả về trường Higgs (Nguồn: Stuart Wallace / Splash News / Newscom)
Trong phần trước, chúng ta đã tìm hiểu sơ qua về máy gia tốc cỡ lớn Hadron (LHC) và khoảnh khắc lịch sử khi hạt Higgs chính thức được phát hiện. Đồng thời, ta cũng đã xem qua một số các ý nghĩa quan trọng của trường Higgs đối với các nghiên cứu khoa học ở quá khứ và hiện tại. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về các ý nghĩa của trường Higgs đối với nghiên cứu khoa học trong tương lai, đặc biệt là khoa học vũ trụ.
Vào những năm 1980s, một giải pháp khá khả thi cho vấn đề “nổ” của Big Bang đã được phát hiện. Giả sử một vùng trong không gian tràn ngập những hạt không quay, khi đó theo thuyết hấp dẫn của Einstein (thuyết tương đối tổng quát), một lực đẩy rất mạnh sẽ được tạo ra- một vụ “nổ”, và rất “lớn”. Mặc dù tính toán cho thấy, khó có thể nhìn nhận ý tưởng này liên quan đến trường Higgs – bởi việc vừa cung cấp khối lượng cho hạt vật chất, vừa thúc đẩy vụ “nổ” là một gánh nặng khá đáng kể. Thế nhưng các nhà khoa học đã nhận ra rằng: bằng việc đặt vào một trường “giống-của-Higgs” (cũng không có tính quay, nhưng với khối lượng và khả năng tương tác khác), họ có thể tách gánh nặng ra làm hai. Một trường dành cho khối lượng và một trường dành cho lực đẩy- từ đó tạo thành một lời giải thích thuyết phục cho vụ “nổ” trong thuyết Big Bang. Do đó, trong hơn 30 năm nay, các nhà vật lý lý thuyết đã tiến hành khám phá các học thuyết vũ trụ với một trường “giống-của-Higgs” được sử dụng như thành phần cơ bản. Hàng ngàn các bài viết cho tạp chí khoa học đã được viết ra để phát triển những ý tưởng này. Hàng tỷ dollar đã được chi ra để quan sát sâu vào vũ trụ nhằm tìm kiếm và phát hiện những bằng chứng gián tiếp được mô tả trong các giả thuyết. Và kết quả từ LHC đã xác nhận rằng, có ít nhất một trường (trong số 2 trường được giả thuyết bên trên) thật sự tồn tại- chính là trường Higgs, qua đó đặt nền tảng vững chắc hơn cho một thế hệ học thuyết vũ trụ mới.
Và cuối cùng nhưng có lẽ là quan trọng nhất, sự phát hiện của hạt Higgs cho thấy một chiến thắng đáng kinh ngạc của toán học trong việc khám phát hoạt động của vũ trụ. Mặc dù đây là câu chuyện đã được kể đi kể lại rất nhiều lần trong vật lý, thế nhưng cứ mỗi khi có một ví dụ mới xuất hiện thì cảm giác ly kỳ mà nó đem lại vẫn còn y nguyên. Ta có thể điểm qua một số ví dụ như: Hố Đen vũ trụ (black holes) xuất hiện đầu tiên trong các phân tích toán học của nhà Vật Lý học người Đức Karl Schwarzchild, và những quan sát sau đó đã chứng minh rằng Hố Đen thật sự tồn tại. Thuyết vũ trụ học Big Bang cũng được đặt vấn đề trong các phân tích toán học của Alexander Friedmann và cả Georges Lemaitre, và các quan sát sau đó cũng chứng minh thuyết này là đúng đắn. Khái niệm phản vật chất (anti-matter) lần đầu tiên lộ diện trong phân tích toán học của nhà Vật Lý Lượng Tử Paul Dirac, và các thí nghiệm sau đó cũng đã một lần nữa chứng minh rằng, ý tưởng này là chính xác. Những thí nghiệm trên là lời giải thích rõ nhất cho các phát biểu của nhà Vật Lý-Toán học Eugene Wigner về “Hiệu quả phi thường của toán học trong việc mô tả Vũ Trụ Vật Lý”. Bản thân trường Higgs như các bạn đã biết ( và chúng tôi đã trình bày ở bài đầu tiên) cũng được phát sinh từ những nghiên cứu toán học nhằm tìm kiếm một cơ cấu tạo khối lượng cho các hạt. Và một lần nữa, toán học lại thành công rực rỡ.
Bên phải : thuyết Big Bang
Tất cả đều là minh chứng rõ ràng nhất cho sức mạnh của toán học trong việc mô tả về vũ trụ, thế giới Vật Lý
Với tư cách là một nhà Vật Lý Lý Thuyết (người viết bài), và là một trong những người hiện đang tìm kiếm lời giải cho “thuyết đồng nhất” (unified theory) của Einstein- mô tả về những quan hệ ẩn sâu giữa các lực trong tự nhiên và vật chất, tôi đặc biệt thấy hài lòng và thích thú về sự phát hiện của hạt Higgs. Các nghiên cứu của chúng tôi hiện vẫn đang được phát triển chủ yếu bằng toán học, và còn xa mới có thể có dữ liệu thực nghiệm. Dù vậy, chúng tôi vẫn háo hức chờ đợi đến năm 2015, khi mà một cỗ máy LHC mạnh mẽ hơn, tiên tiến hơn được khởi động, bởi vì biết đâu sẽ có một dữ liệu mới nào đó chứng minh rằng các giả thuyết của chúng tôi đang đi đúng hướng. Những cột mốc quan trọng bao gồm việc phát hiện một lớp hạt chưa từng được trông thấy (được gọi với tên hạt “siêu đối xứng” – supersymmetric) như chúng tôi đã dự đoán trong các phương trình tính toán. Hoặc đưa ra những gợi ý về sự hiện diện của các chiều không gian khác ngoài ba chiều chúng ta vẫn trải nghiệm. Và thú vị hơn cả chắc chắn sẽ là việc phát hiện ra một thứ gì đó hoàn toàn mới lạ, bất ngờ, buộc chúng tôi phải quay về với cái bảng đen (để tính toán).
Nhiều người trong chúng tôi đã miệt mài leo lên “ngọn núi” toán học đó trong suốt 30 năm qua, một số thì còn nhiều hơn thế. Có những khi chúng tôi cảm tưởng thuyết đồng nhất hoàn toàn nằm ngoài tầm với, còn có khi thì như đang mò mẫm trong bóng tối sâu thẳm. Thế nhưng việc chứng kiến các nhà khoa học xác định sự tồn tại của hạt Higgs, chứng kiến sự tinh tường sáng suốt của những công thức toán học 40 năm tuổi được công nhận bằng những hình ảnh và tiếng bật tanh tách trong máy dò LHC, thực sự là một lời động viên lớn với thế hệ chúng tôi. Điều này cũng nhắc nhở chúng tôi ghi nhớ những lời của Steven Weinberg– một người từng đoạn giải Nobel- rằng: “Sai lầm của chúng ta không phải là ở việc chúng ta nghĩ đến các giả thuyết một cách quá nghiêm túc, mà là ở việc chúng ta nghĩ đến chúng chưa đủ nghiêm túc. Thường thật khó để có thể nhìn nhận những con số hay phương trình trên mặt bàn của chúng ta có liên hệ gì với thế giới thực.” Có những khi, các con số và phương trình có năng lực huyền bí, đủ để soi rọi đến các góc tối nhất trong hiện thực. Và khi đó, chúng ta (con người) lại tiến gần hơn một bước đến việc xác định vị trí của chính chúng ta trong vũ trụ rộng lớn này.
<Hết>
Người dịch: Trungmaster, theo Smithsonian
