Brian Greene
Giai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụ
Phần II - Không gian, thời gian và các lượng tử
Chương 5 - (6)
Ở những thang khoảng cách cực ngắn, đặc tính trung tâm của cơ học
lượng tử, tức là nguyên lý bất định, đã trực tiếp xung đột với đặc tính trung
tâm của thuyết tương đối rộng, đó là mô hình hình học trơn tru của không
gian (và của cả thời gian nữa)
Thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử
Lĩnh vực áp dụng thông thường của thuyết tương đối rộng là ở những thang
khoảng cách thiên văn. Ở những khoảng cách lớn như thế, theo lý thuyết
của Einstein, khi không có khối lượng thì không gian là phẳng, như được
minh họa trên Hình 3.3. Trong công cuộc tìm kiếm để hợp nhất thuyết
tương đối với cơ học lượng tử, giờ đây chúng ta cần tập trung gắt gao và
xem xét kỹ lưỡng những tính chất vi mô của không gian. Chúng ta minh
họa điều đó trên Hình 5.1 bằng cách thu lại gần và phóng đại liên tiếp
những vùng ngày càng nhỏ của cấu trúc không gian. Thoạt đầu, khi thu lại
gần, chưa thấy có gì xảy ra; như chúng ta thấy trong ba mức phóng đại đầu
tiên trên Hình 5.1, cấu trúc không gian vẫn còn có dạng về cơ bản là như
nhau. Nếu lý luận theo quan điểm thuần túy cổ điển, thì chúng ta hẳn sẽ
nghĩ rằng hình ảnh phẳng và yên tĩnh vẫn còn giữ mãi như thế cho tới tận
những thang chiều dài nhỏ nhất. Nhưng cơ học lượng tử đã làm thay đổi kết
luận đó một cách cơ bản. Mọi thứ, kể cả trường hấp dẫn, đều phải chịu
những thăng giáng lượng tử cố hữu do nguyên lý bất định. Mặc dù những
lý luận cổ điển suy ra rằng không gian trống rỗng có trường hấp dẫn bằng
không, nhưng cơ học lượng tử lại chứng tỏ rằng về trung bình thì đúng là
nó bằng không, nhưng giá trị thực của nó dao động lên xuống do các thăng
giáng lượng tử. Hơn thế nữa, nguyên lý bất định cho chúng ta biết rằng
kích cỡ những thăng giáng này của trường hấp dẫn sẽ càng lớn khi chúng ta
tập trung chú ý tới vùng không gian càng nhỏ. Cơ học lượng tử còn chứng
