Một nghiên cứu mới vừa công bố đã mở ra hướng đi tiềm năng để giải bài toán hóc búa nhất trong vật lý hiện đại: kết hợp thuyết tương đối rộng của Einstein với cơ học lượng tử – điều mà giới khoa học mệnh danh là “lý thuyết của mọi thứ”.
Không giống như các mô hình phức tạp trước đây như lý thuyết dây, lý thuyết mới của nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Aalto (Phần Lan) không yêu cầu không gian nhiều chiều hay các hạt giả thuyết. Thay vào đó, nhóm tác giả Mikko Partanen và Jukka Tulkki đã xây dựng một mô hình trọng lực hoàn toàn mới dựa trên bốn trường vật lý mô phỏng cơ chế của điện từ trường, cho phép mô tả trọng lực theo ngôn ngữ của cơ học lượng tử.
“Lý thuyết của chúng tôi không cần đến các tham số tự do hay giả thiết chưa được kiểm chứng,” giáo sư Jukka Tulkki cho biết. “Điều này có nghĩa là bất kỳ thí nghiệm nào trong tương lai cũng có thể trực tiếp kiểm tra các dự đoán của mô hình.”
Thay vì xem trọng lực là sự cong của không-thời gian như Einstein từng mô tả, mô hình mới giả định rằng trọng lực cũng được truyền qua trường lượng tử, tương tự như ba lực cơ bản còn lại trong Mô hình Chuẩn là điện từ, yếu và mạnh. Nhờ cách tiếp cận này, lý thuyết không gặp phải các vấn đề toán học nghiêm trọng như “vô hạn không vật lý” – điều từng khiến mọi nỗ lực lượng tử hóa thuyết tương đối thất bại trong quá khứ.
Giản dị nhưng táo bạo
Điểm đặc biệt của mô hình là tính đơn giản. Nó không cần thêm chiều không gian, không cần hạt mới, và không mâu thuẫn với các định luật vật lý đã được kiểm chứng. Theo nhóm nghiên cứu, lý thuyết này có thể giải thích được các hiện tượng thông thường mà thuyết tương đối miêu tả, đồng thời cho phép đưa vào các hiệu ứng lượng tử mà không phá vỡ tính nhất quán toán học.
Tuy nhiên, mọi thứ vẫn đang ở giai đoạn đầu. Mô hình chưa thể giải quyết các câu hỏi lớn như bản chất thực sự của kỳ dị trong hố đen hay nguồn gốc của Vụ Nổ Lớn, nhưng theo tiến sĩ Partanen, đây là những hướng có thể được mở rộng trong tương lai.
Vấn đề nằm ở thí nghiệm
Dù hứa hẹn về mặt lý thuyết, việc kiểm nghiệm mô hình trong thực tế là vô cùng khó khăn. Trọng lực vốn là lực yếu nhất trong tự nhiên, và các hiệu ứng lượng tử của nó hiện nằm ngoài tầm với của thiết bị hiện tại.
“Phải mất hàng thập kỷ nữa chúng ta mới có thể hy vọng quan sát được các hiệu ứng lượng tử của trọng lực một cách trực tiếp,” Partanen nhận định. “Tuy nhiên, bằng các quan sát gián tiếp, khả năng xác thực mô hình vẫn hoàn toàn khả thi.”
Nếu được kiểm chứng, mô hình này có thể đặt dấu chấm hết cho thế kỷ dài tìm kiếm một lý thuyết thống nhất, đồng thời mở ra kỷ nguyên mới cho vật lý lượng tử và vũ trụ học.
Bài viết dựa trên nghiên cứu được công bố trong tạp chí Reports on Progress in Physics và phỏng vấn với Live Science.