Brian Greene
Giai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụ
Phần IV - Lý thuyết dây và cấu trúc của không thời gian
Chương 11 - Sự xé rách cấu trúc của không gian (1)
Nếu như bạn kéo căng thật mạnh một màng cao su, thì sớm hay muộn
nó cũng sẽ bị rách. Thực tế đơn giản này trong suốt nhiều năm đã gợi cho
nhiều nhà vật lý câu hỏi: liệu điều đó có đúng với cấu trúc không gian tạo
nên vũ trụ hay không?...
Nếu như bạn kéo căng thật mạnh một màng cao su, thì sớm hay muộn nó
cũng sẽ bị rách. Thực tế đơn giản này trong suốt nhiều năm đã gợi cho
nhiều nhà vật lý câu hỏi: liệu điều đó có đúng với cấu trúc không gian tạo
nên vũ trụ hay không? Tức là cấu trúc không gian liệu có bị xé rách hay
đây chỉ là một ý nghĩ sai lạc do ta bám quá sát vào sự tương tự với màng
cao su?
Thuyết tương đối rộng của Einstein trả lời là không, cấu trúc không gian
không thể bị xé rách. Các phương trình của thuyết tương đối rộng bắt rễ
vững chắc trong hình học Riamann, và như chúng ta đã thấy trong chương
trước, thì hình học này là một khuôn khổ dùng để phân tích các biến dạng
trong các quan hệ về khoảng cách giữa các vị trí ở gần nhau trong không
gian. Để cho những quan hệ về khoảng cách có ý nghĩa thì hình thức luận
toán học tạo nên cơ sở của khuôn khổ đó đòi hỏi rằng thể nền của không
gian phải trơn. Đây là một thuật ngữ toán học, nhưng cách dùng thông
thường của từ này cũng phản ánh được ý nghĩa căn bản của thuật ngữ đó:
đó là không có nếp gấp, không có lỗ thủng, không có những mảnh tách rời
đính lại với nhau và không bị xé rách. Và nếu như cấu trúc không gian có
những chỗ kỳ dị (bất thường) như vậy thì các phương trình của thuyết
tương đối rộng sẽ không còn dùng được nữa, và đó cũng là dấu hiệu của
những tai biến vũ trụ này hay khác - một kết cục thảm họa mà vũ trụ yên
lành của chúng ta rõ ràng đã tránh xa.
Tất nhiên, điều này cũng không cản nổi các nhà vật lý giàu trí tưởng tượng
trong nhiều năm ròng vẫn kiên trì suy ngẫm về khả năng xây dựng một
