Có thứ gì đó về vật lý
khiến tôi rất phiền não kể từ khi tôi chỉ là một đứa trẻ.
Nó liên quan tới một câu hỏi
mà nhiều nhà khoa học luôn tìm kiếm trong 100 năm nay
mà vẫn chưa có câu trả lời.
Làm thế nào để những thứ nhỏ nhất trong tự nhiên
những phần nhỏ của thế giới lượng tử
có thể dung hoà với những thứ lớn nhất trong tự nhiên --
trái đất, những vì sao và thiên hà gắn kết với nhau bởi trọng lực?
Là một đứa trẻ, tôi bị bối rối bởi những câu hỏi như thế.
Tôi sẽ mày mò kính hiển vi và nam châm điện
và tôi sẽ tìm hiểu về lực của các vật nhỏ,
và về cơ học lượng tử
và tôi bị kinh ngạc khi những mô tả đó khớp với
sự quan sát của chúng tôi
Rồi tôi quan sát những ngôi sao
và tôi tìm hiểu rằng chúng ta biết về trọng lực ở mức nào
và tôi sẽ suy nghĩ kĩ càng, chắc phải có một cách nào đó
để hai hệ thống ấy có thể liên kết.
Nhưng rất tiếc là không có.
Những cuốn sách nói rằng
vâng, ta biết rất nhiều về hai lĩnh vực này một cách riêng biệt,
nhưng khi ta thử liên kết chúng lại
tất cả mọi thứ bị phá vỡ.
Và trong 100 năm qua,
không có bất kì ý tưởng nào để giải quyết thảm hoạ vật lý cơ bản này
một cách thuyết phục và xác thực
Và với một tôi nhỏ bé khi ấy --
một James nhỏ bé, tò mò và đầy hoài nghi --
thì đây là một đáp án hoàn toàn không hài lòng
Vâng, tôi chỉ là một thằng nhóc hoài nghi.
Tua nhanh tới hiện tại, tháng 12, 2015,
khi tôi đang cảm thấy mình đang ở giữa
thế giới vật lý đang bị đảo lộn.
Mọi chuyện bắt đầu ở CERN khi chúng tôi thấy một dữ liệu rất hấp dẫn,
một dấu hiệu của loại hạt mới,
một ý niệm mơ hồ về một câu trả lời phi thường cho câu hỏi đó.
Vâng, tôi vẫn là một thằng nhóc đầy hoài nghi, tôi nghĩ thế,
nhưng giờ tôi đã là một "thợ săn" hạt
là một nhà vật lý của dự án Máy gia tốc hạt (LHC), tại CERN
một thí nghiệm khoa học lớn nhất từng có
Nó là một căn hầm dài 27km ở biên gới Pháp và Thuỵ Sỹ
nằm bên dưới mặt đất 100m.
Và tại căn hầm này,
Chúng tôi sử dụng nam châm siêu dẫn lạnh hơn cả nhiệt độ ngoài vũ trụ
để tăng tốc các hạt proton đến gần với tốc độ ánh sáng
và cho chúng va chạm với nhau hàng triệu lần mỗi giây,
rồi thu thập những gì sót lại sau va chạm
để tìm kiếm những hạt chưa được khám phá
Việc thiết kế và chế tạo tốn hàng thập kỉ
bởi hàng ngàn nhà vật lý đến từ khắp thế giới
cho đến mùa hè năm 2015
chúng tôi đã làm việc không mệt mỏi để khởi động máy LHC
với năng lượng lớn nhất mà con người từng thí nghiệm
Hiện tại, nguồn năng lượng cao hơn là rất quan trọng
vì đối với các hạt, cần có sự tương đương
giữa năng lượng và khối lượng hạt
mà khối lượng là một con số không thay đổi
Để tìm ra các loại hạt mới
chúng tôi cần đạt tới một con số lớn hơn
Để làm được điều đó, cần tạo máy gia tốc lớn hơn, năng lượng cao hơn
và máy gia tốc lớn nhất, năng lượng cao nhất thế giới
đó chính là LHC.
Và rồi, chúng tôi cho các tia proton va chạm với động năng cực lớn
chúng tôi thu thập dữ diệu dần dần trong hàng tháng trời
Và các hạt mới có thể hiển thị trên dữ liệu dưới dạng những dị điểm--
một sự chênh lệnh nhỏ ngoài mong đợi
những cụm nhỏ của các điểm dữ liệu khiến biểu đồ không còn trơn tru,
Ví dụ, dị điểm này,
sau hàng tháng trời lấy dữ liệu vào năm 2012
đã dẫn đến sự khám phá ra hạt Higgs --
Boson Higgs --
và đạt được một giải Nobel vì đã xác minh được sự tồn tại của nó
Bước nhảy về năng lượng trong năm 2015
đã thể hiện cơ hội tốt nhất mà nhân loại từng có
để phát hiện ra loại hạt mới
một đáp án cho những câu hỏi đã có từ rất lâu
bời vì chúng tôi đã sử dụng gần như gấp 2 lần năng lượng
khi phát hiện ra Boson Higgs
Rất nhiều đồng nghiệp của tôi đã cống hiến cả sự nghiệp chỉ cho khoảnh khắc này
Và rõ ràng rằng, đối với tôi,
đây là khoảnh khắc mà tôi hằng trông đợi trong suốt cuộc đời
2015 chính là khoảnh khắc này đây.
Đến tháng Sáu 2015,
máy LHC được khởi động trở lại,
Tôi và đồng nghiệp đều nín thở và cắn móng chờ đợi,
sau cùng,chúng tôi đã thấy vụ va chạm proton đầu tiên
với năng lượng cao nhất từ trước đên giờ.
Những tràng vỗ tay, rượu và tiệc mừng
Đây là bước ngoặt mới của khoa học
Chúng tôi không biết sẽ tìm được gì với nguồn dữ liệu mới này.
Nhưng vài tuần sau, chúng tôi thấy một dị điểm
Nó không phải dị điểm lớn
Nhưng đủ lớn để khiến bạn phải nhướn mày kinh ngạc
Nhưng mức độ nhướn mày tính theo thang điểm 10
So với 10 điểm khi bạn phát hiện ra một loại hạt mới
thì nó đó chỉ đáng 4 điểm mà thôi.
(Tiếng cười)
Tôi đã dành hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần trong các cuộc họp nội bộ
tranh luận với đồng nghiệp về dị điểm này,
chọc và đâm nó với những thí nghiệm tàn nhẫn nhất
để xem xét kĩ lưỡng.
Nhưng thậm chí sau hàng tháng nghiên cứu trong vô vọng
trải qua hàng đêm ở văn phòng và không về nhà
ăn tối bằng kẹo ngọt,
cà phê phải tính bằng thùng --
chúng tôi là những cái máy biến cà phê ra những biểu đồ --
(Tiếng cười)
Dị điểm này vẫn không biến mất.
Cho đến vài tháng sau đó,
chúng tôi công bố dị điểm này với thế giới với thông điệp rất rõ ràng
dị điểm này rất thú vị nhưng không hải là đường cùng
Nên chỉ cần chú ý đến nó và thu thập nhiều dữ liệu hơn.
Chúng tôi cố gắng dễ chịu hơn với nó.
Cả thế giới chào đón nó.
Báo chí thích điều này.
Mọi người nói nó khiến họ nhớ đến dị điểm nhỏ
trong hành trình khám phá boson Higgs.
Và hơn hết là những người đồng nhiệp lý thuyết của tôi
Tôi rất yêu những người đồng nghiệp ấy --
họ đã viết 500 trang báo cáo về dị điểm này.
(Tiếng cười)
Thế giới vật lý hạt đang bị đảo lộn.
Nhưng điều gì về dị điểm đặc biệt này--
đã khiến hàng ngàn nhà vật lý "mất phong độ" ?
Dị điểm này rất khác biệt.
Nó cho ta thấy rằng,
ta đang thấy một lượng lớn những cuộc va chạm không ngờ tới.
khi mà theo dữ liệu chỉ có duy nhất 2 photon,
2 hạt ánh sáng.
Điều này rất hiếm.
Va chạm hạt không giống như va chạm xe hơi
Chúng có những quy luật khác
Khi hai hạt va chạm với vận tốc gần với vận tốc ánh sáng
nó thuộc về thế giới lượng tử
Và trong thế giới lượng tử
hai loại hạt đó có thể tạo ra một hạt mới
mà chỉ tồn tại trong một phần ngàn giây
trước khi chúng tách ra thành hạt khác và đụng vào cảm biến .
Hãy tưởng tượng hai chiếc xe va chạm và rồi biến mất,
thay vào đó là một chiếc xe đạp xuất hiện.
(Tiếng cười)
Và rồi chiếc xe nổ tung thành hai cái ván trượt --
đụng vào cảm biến của ta
(Tiếng cười)
Hy vọng rằng, không phải theo nghĩa đen.
Chúng rất hiếm.
Khả năng mà chỉ 2 photon đụng phải cảm biến là rất hiếm.
Và bởi tính chất lượng tử đặc biệt của hạt photon,
rất ít khả năng để các hạt mới --
những chiếc xe huyền thoại đó
có thể sinh ra hai hạt photon.
Nhưng một trong những lựa chọn này rất lớn
và điều này cần xét đến câu hỏi mà lâu nay
vẫn khiến tôi phiền não--
về trọng lực.
Trọng lực có vẻ rất lớn lao với các bạn
nhưng nó rất nhỏ bé so với những lực khác trong tự nhiên
Tôi có thể đánh bại lực hấp dẫn khi nhảy
nhưng không thể lấy proton ra khỏi tay
Sức mạnh của trọng lực so với những lực khác trong tự nhiên ư?
Chỉ là 10 mũ âm 39.
Một số thập phân với 39 số 0.
Tệ hơn là,
tất cả những lực tự nhiên được mô tả chi tiết
bởi một thứ mà ta gọi là Mô hình chuẩn -
lý thuyết diễn tả toàn vẹn về tự nhiên từ những thứ sơ cấp nhất,
và khá rõ ràng,
nó là một trong những thành tựu to lớn nhất của loài người --
ngoại trừ trọng lực - không tuân thủ theo Mô hình chuẩn
Thiệt điên rồ.
Cứ như thể là phần lớn trọng lực đã biến mất đâu đó.
Ta có thể cảm nhận một ít trọng lực
vậy phần còn lại đã đi đâu rồi?
Không ai biết được.
Nhưng một cách giải thích theo lý thuyết có thể đưa ra một cách giải quyết đại khái
Các bạn và tôi --
thậm chí đằng sau bạn,
chúng ta sống trong không gian ba chiều
Tôi hi vọng rằng khẳng định này không còn nghi ngờ nữa
(Tiếng cười)
Tất cả các hạt đã biết cũng tồn tại trong không gian ba chiều
Thực tế, 'hạt' chỉ là một tên gọi khác
của một lực kích thích trong trường ba chiều
một sự lắc lư cố định trong không gian.
Quan trọng hơn, tất cả công thức toán học mà ta mô tả đống hỗn độ này,
đều dẫn đến kết luận rằng chỉ tồn tại 3 chiều không gian.
Nhưng đó chỉ là con số, ta có thể thay đổi nó theo cách ta muốn.
Và con người đã "xoay lòng vòng" với các chiều không gian
từ rất lâu rồi,
nhưng nó luôn là một khái niệm toán học trừu tượng.
Ý tôi là, hãy nhìn xung quanh bạn, đằng sau bạn, hãy nhìn quanh,
chỉ có 3 chiều không gian thôi.
Nhưng nếu không đúng thì sao?
Nếu phần trọng lực mất tích đã rò rỉ sang một không gian khác
mà chúng ta không thấy được.
Làm sao nếu trọng lực cũng mạnh như các loại lực khác,
nếu bạn có thể thấy nó trong một chiều không gian khác,
và những gì bạn và tôi thấy- một phần nhỏ của trọng lực
làm nó trông có vẻ rất yếu?
Nếu đúng như vậy,
ta nên mở rộng "Mô hình chuẩn" của hạt
để thêm vào một hạt mới, một hạt ngoài chiều không gian trọng lực.
một graviton đặc biệt tồn tại trong một chiều không gian khác.
Qua ánh mắt của các bạn,
Chắc rằng các bạn muốn hỏi tôi rằng,
Làm sao có thể kiểm nghiệm ý tưởng điên rồ và đầy viễn tưởng này,
khi mà ta đang ở trong không gian 3 chiều?
Cách mà chúng tôi luôn làm
cho va chạm 2 hạt proton --
(Tiếng cười)
Hiếm mà sự va chạm dội lại
vào một chiều không gian khác, mà có lẽ ở đó,
tạo ra một graviton trong tức thời,
rồi bật trở lại không gian 3 chiều của máy LHC
và tách ra thành hai photon,
hai hạt ánh sáng.
Và giả thiết, một chiều không gian khác
là một trong những khả năng duy nhất, loại hạt mà theo giả thiết --
có thuộc tính lượng tử đặc biệt--
mà nó có thể sinh ra dị điểm- 2 photon.
Vậy nên, khả năng để giải thích sự bí ẩn của trọng lực
và khám phá một chiều không gian khác--
có lẽ giờ các bạn đã hiểu được,
tại sao hàng ngàn chuyên viên vật lý lại "mất phong độ"
trước điểm nổi nhỏ bé này.
Khám phá mới này có thể viết lại sách giáo khoa.
Những hãy nhớ rằng,
một thông điệp từ chúng tôi - những nhà thực nghiệm
rằng những gì chúng tôi đang làm
rất rõ ràng.
ta cần thêm dữ liệu nữa
Với nhiều dữ liệu hơn,
dị điểm này sẽ trở thành một giải Nobel xuất sắc --
(Tiếng cười)
Những dữ liệu mới sẽ lấp lại không gian của điểm nổi này
và khiến nó trở về một đường trơn tru
Chúng tôi thu nhiều hơn -
với gấp 5 lần dữ liệu, sau hàng tháng trời
dị điểm của ta,
được lấp lại bằng phẳng.
Báo chí đưa tin về "nỗi thất vọng lớn", về "niềm tin vô vọng",
và về những nhà vật lý hạt "đáng buồn".
Với giọng điệu như vậy,
Chắc các bạn nghĩ chúng tôi đã tắt máy LHC và quay về nhà.
(Tiếng cười)
Nhưng chúng tôi không làm vậy
Tại sao không à?
Ý tôi là, nếu tôi đã không tìm ra hạt mới, và sự thật là vậy
Nếu tôi không tìm ra loại hạt mới, tại sao tôi lại ở đây?
Tại sao tôi lại không tự chịu xấu hổ
mà trở về nhà?
Nhà vật lý hạt là những nhà khám phá.
Phần lớn những gì chúng tôi làm là lập nên những biểu đồ.
Hãy để tôi nói theo hướng khác, hãy tạm quên đi máy LHC nhé.
Tưởng tượng bạn là một nhà thám hiểm không gian đến một hành tinh lạ
tìm người ngoài hành tinh
Việc đầu tiên bạn làm là gì?
Lập tức đi vòng quanh hành tinh đó, nhanh chóng tìm kiếm
một dấu hiệu sống rõ ràng
rồi báo cáo lại với trạm
Đây là tình trạng của tôi hiện nay
Chúng tôi trông đợi ở máy LHC
tìm kiếm những lại hạt mới, dễ dàng nhận thấy,
và có thể nói rằng không hề có.
Ta thấy một sinh vật lạ lấp ló ở một ngọn núi đằng xa
Nhưng khi ta lại gần, nó chỉ là một tảng đá
Chúng ta phải làm gì bây giờ? Chỉ đơn giản là từ bỏ và bỏ đi?
Hoàn toàn không:
Ta sẽ là nhà khoa học tệ hại nếu làm vậy
Ta sẽ dành hàng thập kỉ để nghiên cứu
lập bản đồ lãnh thổ,
lấy mẫu đất bằng công cụ chuyên dụng
lật tung từng hòn đá,
khoan sâu xuống lòng đất.
Những loại hạt mới có thể xuất hiện ngay lập tức,
như một hạt rõ ràng nổi lên,
hoặc là sau nhiều năm lấy dữ liệu thì chúng mới chịu lộ diện.
Nhân loại chỉ vừa mới bắt đầu khám phá nó với máy LHC ở mức năng lượng này,
chúng tôi còn phải nghiên cứu thêm.
Nhưng nếu, sau 10 hay 20 năm, ta vẫn không tìm được hạt mới nào
Ta sẽ tạo ra một cái máy lớn hơn.
(Tiếng cười)
Ta sẽ thử với năng lượng cao hơn
Ta sẽ thử với năng lượng cao hơn.
Kế hoạch chỉ vừa thử nghiệm với căn hầm 100km dưới mặt đất
để va chạm hạt với 10 lần năng lượng của máy LHC.
Chúng tôi không biết tự nhiên để hạt mới ở đâu.
Chúng tôi chỉ quyết định tiếp tục,
Nhưng nếu, thậm chí với một căn hầm 100km,
hay một căn hầm 500km
hay thâm chí là một máy gia tốc 10,000 km ở giữa không gian
ở giữa Trái đất và Mặt trăng,
mà vẫn không tìm được loại hạt mới?
Có lẽ chúng tôi đã làm sai bài toán vật lý hạt này ư?
(Cười)
Có lẽ chúng ta cần phải suy nghĩ lại
Có lẽ ta cần thêm nhiều nguồn lực, công nghệ và nhiều chuyên gia
hơn là hiện tại ta đang có
Chúng tôi đã sử sụng trí tuệ nhân tạo và công nghệ "máy tính tự học"
trong cấu tạo của LHC.
Tưởng tượng việc thiết kế một thí nghiệm vật lý hạt
sử dụng nhiều thuật toán phức tạp
để nó có thể tự dạy mình cách tìm ra một chiều không gian khác.
Nhưng phải làm sao?
Làm sao nếu câu hỏi cuối cùng:
Làm sao nếu trí tuệ nhân tạo không thể giúp ta tìm ra đáp án?
Làm sao nếu những câu hỏi mở này, sau hàng thế kỉ,
dường như không thể trả lời trong một tương lai gần.
Phải làm sao nếu câu hỏi mà tôi luôn trăn trở từ khi còn nhỏ,
dường như không thể trả lời trong cuộc đời tôi.
Nếu thế thì ...
sẽ còn hấp dẫn hơn nhiều.
Chúng ta buộc phải suy nghĩ theo một cách hoàn toàn khác.
Chúng tôi sẽ xem xét lại giả thuyết,
và xác định liệu có sai sót ở đâu đó.
Và chúng ta sẽ cần động viên nhiều người tham gia nghiên cứu khoa học
vì chúng tôi cần tư tưởng mới cho những vấn đề của thế kỉ cũ này.
Tôi chưa có câu trả lời, và vẫn đang luôn tìm kiếm nó.
Nhưng ai đó -- có thể là ai đó còn đang đến trường
thậm chí là ai đó chưa được sinh ra
có thể cho chúng tôi một cái nhìn mới về vật lý
và chỉ ra nếu chúng tôi đang đi sai hướng.
Đây sẽ không phải là kết thúc của vật lý,
mà sẽ mở ra một khởi đầu mới.
Xin cảm ơn.
(Tiếng vỗ tay)