Bốn bài báo cần đọc sau khi xem phim Interstellar

Hôm trước tôi mới đi xem phim Interstellar của đạo diễn Christopher Nolan ở rạp. Đây là một phim hay, rất đáng xem, nhưng đã có nhiều bài giới thiệu rồi nên tôi không viết thêm. Tôi chỉ muốn các bạn để ý là người cố vấn khoa học của bộ phim là Kip Thorne, giáo sư vật lý ở Caltech, một trong ba tác giả của cuốn sách Misner-Thorne-Wheeler “Gravitation”. Đối với các bạn học vật lý, một số thông tin sau có thể cũng có thể sẽ bổ ích.

Không gian ta sống có 3 chiều. Loài người vẫn mơ mộng về những chiều khác của không gian từ rất lâu, nhưng trước năm 1982 người ta nghĩ rằng các chiều khác này, nếu có, thì phải cuốn lại rất nhỏ, nhỏ hơn kích thước hạt nhân. Đó là vì nếu không thì định luật Coulomb sẽ bị thay đổi từ F\sim 1/r^2 sang F\sim 1/r^{d-1} trong đó d là số chiều của không gian, mà ta lại biết định luật này đúng ít nhất cho tới khoảng cỡ kích thước hạt nhân. Do đó người ta chỉ dám ước mơ về những chiều khác ở mức độ dài rất vi mô như vậy thôi. “Giấc mơ vi mô đè nát cuộc đời vi mô”.

Thế nhưng, năm 1983 hai nhà khoa học Liên Xô đưa ra giả thuyết là kích thước các chiều khác của thế giới có thể là vô hạn, chứ không phải rất bé! Thế tại sao ta không thấy những chiều này? Các tác giả đưa ra giả định rằng đó là do các hạt tạo nên chúng ta bị “giam” ở trên một mặt (brane) 3+1 chiều trong không gian 4+1 chiều hoặc nhiều chiều hơn. Bài báo đưa ra giả thuyết này là

1. V.A. Rubakov and M.E. Shaposhnikov, Do we live inside a domain wall? Physics Letters B 125, 136 (1983).

Mặc dù bị giam trên mặt ba chiều, nếu có đủ năng lượng các hạt có thể vượt hố thế năng băng ra ngoài chiều thứ năm (thực ra là chiều thứ tư của không gian, nhưng vì thời gian được hay gọi là chiều thứ tư nên chiều nữa của không gian thường gọi là chiều thứ năm).

Tuy nhiên, cơ chế cụ thể của Rubakov và Shaposhnikov chỉ bắt được các hạt spin 1/2 nằm trên mặt ba chiều, không giam được các hạt spin 1 (photon) và spin 2 (graviton), nên thế giới của chúng ta nơi lực điện từ, lực hấp dẫn đều theo định luật 1/r^2 không thể giống mô hình của hai ông. Mô hình lý thuyết trường đầu tiên làm được việc cầm tù các hạn spin lớn hơn 1/2 có lẽ là

2. L. Randall and R. Sundrum, An Alternative to Compactification (1999).

Trong mô hình của Randall và Sundrum chiều thứ năm của không thời gian có thể coi là vô hạn nhưng không gian lại có độ cong quá cao, không tiện lợi cho cuộc sống của các nhà du hành vũ trụ (không gian này là AdS5, AdS là viết tắt của anti de Sitter). Tôi có một lần nằm mơ thấy mình bị bắt vào tù và phải ngủ trên mặt phẳng Lobachevsky, rất khó chịu. Các nhà du hành vũ trụ đi vào không gian AdS cũng sẽ bị khó chịu như vậy.

Mô hình mà trong phim giáo sư Brand nghiên cứu là (theo Kip Thorne trong cuốn The Science of Interstellar)

3. R. Gregory, V.A. Rubakov, S. M. Sibiryakov, Opening up extra dimensions at ultra large scales (2000).

Mô hình này được viết trên bảng đen đầu tiên của giáo sư Brand:

Mô hình này có ưu điểm là chiều thứ năm chỉ bị cong ở gần brane của chúng ta thôi. Trong hình vẽ ở trên, chúng ta sống trên mặt ở giữa (“our brane 0”); không gian giữa “confining brane 1” và “confining brane 2” là cong, nhưng bên ngoài là gần như phẳng. Trong mô hình này có một không gian rộng lớn chúng ta di chuyển mà không bị khó chịu vì không gian cong. Tuy nhiên mô hình này có instability (bất ổn định) như được chỉ ra trong bài báo

4. L. Pilo, R. Rattazzi, A. Zaffaroni, The Fate of the Radion in Models with Metastable Graviton (cám ơn Sergey Sibiryakov chỉ ra bài này) (2000).

Có vẻ là giáo sư Brand bỏ ra hàng chục năm của cuộc đời mình để giải quyết vấn đề bất ổn định này.

14 responses to “Bốn bài báo cần đọc sau khi xem phim Interstellar

  1. Em cảm ơn GS vì đã viết một bài giới thiệu hay! Em chỉ mới đọc qua về 2 bài báo đầu [số 1 và 2 theo thứ tự]. Trên blog của tạp chí Classical and Quantum Gravity cũng có một bài review bộ phim này [ http://cqgplus.com/2014/11/14/movie-review-of-interstellar-by-richard-price/ ].
    Một lần nữa cảm ơn GS vì những thông tin bổ ích !

  2. Tại sao GS lại xưng “tao” với mọi người ạ : “Thế tại sao tao không thấy những chiều này?”😀

  3. Thưa GS Sơn, một hố đen to cỡ nào thì người ta có thể đi qua chân trời sự cố mà không bị đứt rời ra?

    • Bán kính của lỗ đen mà lớn hơn khoảng cách ánh sáng đi trong một chu kỳ dao động của con lắc với độ dài bằng chiều cao của người (c\sqrt{g/l}, l là chiều cao của người) thì sẽ không sao. Các lỗ đen trong tâm các thiên hà thường là đủ lớn.

      • GS có thể giải thích kĩ hơn? Tại sao lấy C m/s * sqrt(g/l) Hz < R metre ??.

        Khi rơi vào lỗ đen, vật thể bị kéo dãn ra do chênh lệch, lực hấp dẫn quá lớn ở 2 đầu. Để ko bị sao thì chẳng phải đơn giản là Delta F < K với:

        Chênh lệch lực hấp dẫn tại chân trời sự kiện giữa đầu và chân của người đó. Với r= 2GM/c² ( 1/2mc² = GMm/r)
        K – Newton. lực kéo mà người đó có thể chịu đựng được..

      • Đây là bài toán về lực thuỷ triều. Khi một người rơi tự do trong trường hấp dẫn của một lỗ đen, đầu và chân muốn rơi với gia tốc khác nhau, cái quan trọng là gia tốc tương đối giữa đầu và chân. Giả sử độ dài của người là \ell, khi đó gia tốc tương đối giữa đầu và chân là \Delta a=GM/R^2 - GM/(R+\ell)^2\sim GM\ell /R^3. Đối với lỗ đen GM\sim c^2R, do đó \Delta a\sim c^2\ell/R^2. Tôi cho rằng một người bình thường chịu được \Delta a \leq g (xem những người làm xiếc có thể mang được trọng lượng cơ thể mình) do đó R \ge c\sqrt{g/\ell}

      • Cái đoạn đầu thì GS nói giống em rồi, Delta a và Delta F. Nhưng mà
        Delta a c * sqrt ( l / g ) mới đúng chứ nhỉ ? Bởi vậy mới thắc mắc lúc đầu.

        LaTex symbol, GS sử dụng có hiện nhầm ko, vì ở máy em nó hiện là :
        c* sqrt (g / l )

      • Bạn tính đúng rồi, tôi viết nhầm.

  4. Cám ơn GS vì thông tin bổ ích!
    Nhờ GS có thể giải thích thêm về việc ý nghĩa của việc GS Brand cố tìm “nghiệm/proof của phương trình trọng lực” không? Liên quan thế nào đến mô hình trên bảng đen? Về mặt toán học, tìm ra nghiệm của phương trình đấy rồi thế nào?

    • Bản thân tôi khi xem phim cũng không rõ ý nghĩa của việc này lắm. Theo diễn giải của Kip Thorne trong cuốn The Science of Interstellar (ông ta nói đó là diễn giải của cá nhân ông ta thôi) thì giáo sư Brand không phải là “giải phương trình” mà cố gắng đoán dạng các hàm U(Q) v.v xuất hiện trong Lagrangian mô tả lực hấp dẫn và các trường khác lan truyền trong không gian 5 chiều (xem bảng đen này: https://interstellar.withgoogle.com/static/images/transmissions/kipthorne/full/blackboard_3.jpg) sau đó sử dụng các trường khác để thay đổi giá trị của hằng số Newton ở trên Trái đất. Giảm được hằng số hấp dẫn xuống gần 0 thì có thể phóng các trạm vũ trụ lên vũ trụ rất dễ dàng. Cũng phải nói là hình ảnh nhà khoa học Brand trong phim hơi bị “dập khuôn”, trên thực thế chẳng bao giờ có người nào giải đi giải lại một phương trình hàng chục năm trời.

  5. Thưa GS, chỉ là suy nghĩ của em thôi ạ, vấn đề du hành trong không gian thì em chưa có ý kiến gì nhưng du hành trong thời gian thì em nghĩ con người không thể du hành ở trạng thái hình dạng bình thường được, có thể thông tin được gửi tới quá khứ/tương lai ở những dạng đặc biệt cấp độ lượng tử mà chúng cho phép không làm xáo trộn lịch sử, còn con người trạng thái bình thường có thể làm xáo trộn nên không thể du hành được. Liên hệ đến thực tế, em nghĩ có nhiều hiện tượng tâm linh, những tiên đoán,… mà khoa học chưa giải thích được vì chưa tìm được dấu vết rõ ràng cũng có thể xuất phát từ lý do này.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s