Các hằng số cơ bản định hình vũ trụ là bí ẩn lớn của vật lý. Liệu những con số này có thực sự bất biến, hay chúng che giấu một lý thuyết sâu xa hơn?
Hằng số cơ bản: Bí ẩn của tự nhiên
Vật lý là ngôn ngữ toán học mô tả tự nhiên. Các mô hình, phương trình và công thức giúp chúng ta hiểu cách các hệ thống vận hành và dự đoán hành vi của chúng. Từ hành trình của các hạt hạ nguyên tử đến sự tiến hóa của cả vũ trụ, vật lý đã đạt được những thành công đáng kinh ngạc.
Tuy nhiên, có những khía cạnh trong các phương trình này không thể giải thích. Khi áp dụng các mô hình lý thuyết vào thực tế, chúng ta phải đưa vào những con số đặc biệt, được gọi là hằng số cơ bản của tự nhiên. Ví dụ, để dự đoán chuyển động của một quả bóng ném, ta cần biết lực hấp dẫn mạnh đến đâu. Nhưng không có lý thuyết nào giải thích tại sao lực hấp dẫn lại có giá trị như vậy. Chúng ta chỉ có thể đo đạc và sử dụng con số đó trong phương trình.
Hằng số cơ bản: Những con số bí ẩn
Các nhà vật lý đã lập danh sách hơn hai chục hằng số cơ bản quan trọng. Chúng mô tả sức mạnh của bốn lực tự nhiên (hấp dẫn, điện từ, hạt nhân mạnh và yếu), khối lượng của các hạt cơ bản, hay các đặc tính của không-thời gian như tốc độ ánh sáng.
Điều kỳ lạ là chúng ta không biết những con số này đến từ đâu và tại sao chúng có giá trị như hiện tại. “Chúng như những mảnh ghép không thể giải thích, nằm ngoài các phương trình của chúng ta”, các nhà khoa học thừa nhận. Một cách để giải mã bí ẩn này là tìm hiểu liệu các hằng số này có thực sự bất biến, hay chúng thay đổi theo thời gian hoặc không gian.
Kiểm tra tính bất biến của hằng số
Nếu một hằng số thay đổi, dù là theo thời gian hay ở các vùng khác nhau trong vũ trụ, điều đó sẽ là manh mối quan trọng. Nó cho thấy các hằng số không thực sự “cơ bản”, mà là biểu hiện của sự thiếu hiểu biết về một lý thuyết vật lý sâu xa hơn.
Ví dụ, nếu không biết gì về lực hấp dẫn, ta có thể đo gia tốc của vật thể gần Trái Đất và gán cho nó một hằng số, như 9,8 mét mỗi giây bình phương. Con số này giúp dự đoán quỹ đạo của quả bóng một cách chính xác. Nhưng nếu quan sát kỹ, ta sẽ thấy gia tốc này không cố định, mà thay đổi tùy theo độ cao hay vị trí trên Trái Đất, hé lộ một lực hấp dẫn phổ quát sâu xa hơn.
Để kiểm tra tính bất biến của hằng số, các nhà khoa học đã thực hiện nhiều thí nghiệm. Họ quan sát các quasar xa xôi – những nguồn phát radio sáng rực từ vũ trụ sơ khai – hoặc nghiên cứu bức xạ nền vi sóng vũ trụ, tàn dư từ thời điểm vũ trụ nguội đi từ trạng thái plasma nóng hàng tỷ năm trước. Nếu các hằng số như tốc độ ánh sáng, sức mạnh lực hấp dẫn hay khối lượng electron khác đi trong quá khứ, các thiên thể này sẽ trông khác so với hiện tại.
Gần hơn, các nhà vật lý nghiên cứu dao động của nguyên tử trong đồng hồ nguyên tử để tìm kiếm bất kỳ sai lệch nào. “Chúng tôi đã đo lường với độ chính xác cao, nhưng chưa tìm thấy dấu hiệu nào cho thấy hằng số thay đổi”, các nhà khoa học cho biết. Độ chính xác đạt đến mức chỉ thay đổi 1 phần tỷ mỗi năm đối với nhiều hằng số.
Bí ẩn chưa có lời giải
Dù các phép đo cho thấy các hằng số dường như bất biến, chúng ta không thể chứng minh 100% rằng chúng thực sự cố định. Luôn có sai số trong phép đo, để lại chỗ cho những thay đổi dù rất nhỏ.
Hiện tại, các hằng số cơ bản của tự nhiên vẫn là những con số bí ẩn, không thể giải thích. Các nhà khoa học tin rằng hành trình khám phá vật lý chưa kết thúc. “Vẫn còn nhiều bí ẩn trong vũ trụ chờ chúng ta khám phá”, họ khẳng định. Nhưng ở thời điểm này, chúng ta phải chấp nhận các hằng số như chúng vốn có: những con số thô sơ, định hình vũ trụ mà không lời giải đáp.