Xin chào tất cả các bạn, lịch sử vật lý chứa đầy dãy những ý tưởng mà khi được trình bày, có vẻ như nó sẽ không bao giờ được kiểm chứng bằng các thực nghiệm. Ví dụ như hạt neutrino khi được dự đoán bởi Paul chẳng hạn, hay là sự ra đời của cơ học lượng tử cũng vậy. Việc con người có được hiểu biết về cơ học lượng tử chẳng khác nào một giấc mơ của khoa học. Mặc dù cơ học lượng tử vẫn phần nào đó được kiểm chứng bằng các thí nghiệm, nhưng cũng phải mất đến gần 50 năm, các nhà khoa học mới có thể hợp nhất cơ học lượng tử với thuyết tương đối hẹp. Điều này đem đến rất nhiều hy vọng cho học thuyết chuỗi, dù các nhà khoa học cũng không chắc học thuyết này sẽ được chứng minh như thế nào. Nhưng rõ ràng các tiến bộ về vật lý vẫn đang tiếp diễn và việc xây dựng học thuyết cũng dần hoàn thiện hơn.
Một trong những vấn đề hết sức cơ bản của một hạt bất kỳ, đó chính là các đặc tính nội tại của nó. Các đặc tính đó được gói gọn trong một sơ đồ rất đơn giản gọi là mô hình chuẩn. Mô hình chuẩn có thể được coi là một trong những thành quả vĩ đại nhất của vật lý. Thế nhưng, hạn chế của nó là chỉ có thể miêu tả được 3/4 bản chất của tự tự nhiên, còn một phần tư còn lại thì phải dùng đến một học thuyết khác được gọi là thuyết tương đối. Trong khi mô hình chuẩn là học thuyết được đúc kết từ rất nhiều thế hệ các nhà khoa học, thì thuyết tương đối lại mang đậm dấu ấn cá nhân của Einstein. Chính điều này đã khiến tên tuổi của Einstein nổi trội hơn hẳn so với các nhà khoa học khác.
Giả sử, nhớ là giả sử thôi nhé, nếu mô hình chuẩn và thuyết tương đối thực sự là học thuyết cuối cùng đúng đắn nhất mà chúng ta có thể dùng để miêu tả mọi thứ về vũ trụ, thì Einstein lại càng trở nên vĩ đại hơn nữa. Bởi vì rõ ràng, một mình ông đã khám phá ra 25 ph bản chất của vũ trụ. Thế nhưng sự thật có vẻ không đơn giản như vậy. Càng tìm hiểu sâu về bản chất của tự nhiên, mô hình chuẩn càng bộc lộ nhiều điểm thiếu sót và bế tắc. Một trong số đó là các đặc tính nội tại của hạt, bao gồm khối lượng, điện tích và spin.
Để bù đắp các thiếu sót của mô hình chuẩn, các nhà khoa học đã liên tiếp xuất bản những lý thuyết bổ sung nhằm “bản chất hóa” các tính chất nội tại của hạt. Nhìn chung, các lý thuyết bổ sung này tương đối phức tạp và được gọi chung là lý thuyết trường lượng tử. Trải qua thời gian, lý thuyết trường lượng tử cho thấy rất nhiều điều thú vị. Về sau, chính mô hình chuẩn cũng phần nào được xây dựng dựa trên các lý thuyết của trường lượng tử. Giờ đây, mô hình chuẩn và thuyết trường lượng tử có một mối quan hệ mật thiết không thể nào tách rời. Tuy là như vậy, vẫn có những điều rất khó hiểu chưa thể nào được giải mã. Ví dụ như điện tích của một hạt chẳng hạn: tại sao các hạt lại có điện tích, tại sao có hạt lại không có, hoặc tại sao các hạt lại có điện tích trái dấu nhau?
Nếu như mọi hiểu biết của chúng ta chỉ dừng lại ở những gì mô hình chuẩn miêu tả thì tất cả những điều đó chỉ là một phần quy định của tự nhiên. Nói một cách ví von, nếu thượng đế tạo ra bản chất của mọi hạt thì chúng ta không biết lý do vì sao ông ấy làm như vậy, có thể đó chỉ là một sự ngẫu hứng mà thôi. Trong điện động lực học lượng tử, electron có điện tích -1, positron có điện tích dương 1. Cả hai loại hạt này đều sở hữu một đám mây photon ảo bao quanh chúng. Vậy photon ảo là gì? Nói một cách đơn giản, photon ảo giống như một đám mây vô hình. Khi electron tồn tại độc lập trong không gian, chúng ta không thể quan sát thấy đám mây đó. Nhưng khi electron tương tác với một hạt mang điện, các photon sẽ xuất hiện và được trao đổi qua lại.
Tuy nhiên, có một vấn đề phát sinh: nếu electron được bao quanh bởi một đám mây photon ảo và positron cũng thế, vậy tại sao chúng lại mang điện tích trái dấu, mặc dù bản chất của đám mây photon là như nhau? Nếu ai đó nói những điều này được quy định bởi spin thì hai hạt này đều có spin bằng nhau (chúng đều là 1/2), như vậy rõ ràng điều này không hề liên quan đến spin. Còn nếu ai đó cho rằng vì hai loại hạt này là phản hạt của nhau, do đó chúng phải trái dấu nhau để còn triệt tiêu lẫn nhau, ừ thì cứ cho điều này là chính xác đi, nhưng điều này sẽ dẫn đến một câu hỏi khác: đó là hạt quắc có được bao bọc bởi các đám mây photon ảo hay không? Nếu có, tại sao quắc lên và quắc xuống lại có điện tích trái dấu?
Khi nói về vấn đề này, các nhà khoa học không thể chắc chắn liệu quắc có được bao bọc bởi các đám mây photon ảo hay không, nhưng khả năng cao là có, bởi vì quắc cũng là một hạt mang điện. Tuy nhiên, quắc lại không bao giờ tồn tại độc lập; chúng luôn kết hợp với một đến hai quắc khác để tạo thành hạt tổ hợp. Trong một hạt tổ hợp, lực mạnh là thứ chi phối chính và được miêu tả bằng những tương tác hỗn loạn được gọi chung là sắc động lực học lượng tử. Nói chung, lực mạnh lớn hơn lực điện từ rất nhiều và biểu hiện của nó sẽ lấn át mọi loại lực khác trong phạm vi hạt nhân nguyên tử. Chính vì sự lấn át đó mà quá trình tương tác điện từ giữa các quắc là không rõ ràng. Thế nhưng, dù sao quắc cũng là một hạt mang điện, dù ít hay nhiều, những hạt mang điện vẫn phải tương tác với nhau bằng cách trao đổi các photon. Đây là một sự thật không thể nào thay đổi được. Do đó, các nhà khoa học cho rằng quắc vẫn sở hữu một đám mây photon riêng của nó, dù cho quá trình trao đổi photon của các đám mây này bị lấn át hoặc bị thay đổi do sự vượt trội của lực mạnh.
Một trong những giải thích hợp lý nhất là lực mạnh kéo ba quắc lại với nhau. Điều này làm ba đám mây của ba quắc hợp thành một, sau đó đám mây này chuyển động xung quanh proton. Về phần neutron, vì điện tích của nó đã bị triệt tiêu, cho nên đám mây cũng bị triệt tiêu. Hoặc nếu còn, cũng tồn tại ở mức năng lượng cực kỳ thấp và không thể tạo ra tương tác đáng kể. Với những đo đạc chuẩn xác nhất về điện tích của ba hạt quắc tạo nên neutron, thì thực sự chúng không hoàn toàn triệt tiêu lẫn nhau, tức là nó không thực sự bằng không. Tuy nhiên, độ lệch không này nhỏ đến mức khiến các nhà khoa học cũng phải kinh ngạc. Họ không nghĩ giá trị này lại tiệm cận sự hoàn hảo như vậy.
Sau cùng, chúng ta sẽ đến với phần giải đáp thắc mắc. Thứ nhất, qua những thông tin trên, ta có thể thấy electron được bao bọc bởi một đám mây photon ảo, và quắc cũng vậy. Thứ hai, tại sao cũng là một đám mây photon ảo nhưng chúng lại thể hiện điện tích khác nhau? Câu trả lời là do sự biến đổi màu sắc điện tích. Cụ thể, cũng giống như sắc động lực học lượng tử, có một cơ chế lượng tử nào đó đã quy định sự biến đổi màu điện tích của các đám mây photon ảo. Vậy chốt lại, câu trả lời này đã thỏa mãn chưa? Rõ ràng là chưa, đúng không? Với mô hình chuẩn, điện tích là một giá trị nội tại được quy định bởi tự nhiên. Còn trong lý thuyết trường lượng tử, điện tích lại đến từ các cơ chế lượng tử cực kỳ phức tạp. Suy cho cùng, chúng ta vẫn chưa hiểu được ý đồ của thượng đế là gì.
Riêng về phần lý thuyết dây, điện tích của hạt mang giá trị rất khác, ví dụ như 1/5, 1/15 hay 1/55, vân vân. Đặc biệt là các giá trị này có thể thay đổi, tức là chúng có thể tăng hoặc giảm khi các chuỗi vắt qua các chiều không gian khác nhau. Về phần điện tích âm và điện tích dương, nó được quy định bởi chiều cuốn của chuỗi. Như vậy, về sau cùng, ta có thể thấy điện tích tưởng chừng như là một giá trị hiển nhiên, cực kỳ quen thuộc đối với chúng ta, nhưng để giải thích cặn kẽ về nó thì không đơn giản chút nào. Nếu như điều đó thực sự là một ý muốn của thượng đế, có lẽ chúng ta phải hỏi ông ấy thì mới biết được câu trả lời. Còn nếu bằng cách nào đó chúng ta tìm được câu trả lời bằng các học thuyết đúng đắn, thì các bạn biết rồi đấy, điều này có lẽ là tin không vui đối với nhiều người.
