Thí nghiệm chính là kết quả quyết định sự đúng, sai của lý thuyết, và đó cũng là lý do vì sao ta lại cần những chiếc máy đắt tiền và phức tạp như máy gia tốc hạt CERN. Nhưng có 1 sự thật thú vị đó là các nhà khoa học như Einstein hay Higgs đã khám phá ra nhiều công trình chỉ với những dụng cụ đơn giản đó là cây bút và tờ giấy.
Máy gia tốc hạt lớn có những cải tiến giúp nó có thể họạt động độc lập từ tháng 2/2013
Giải thưởng Nobel năm 2013 đã được trao cho Francois Englert và Peter W. Higgs vì những dự đoán về boson Higgs từ 50 năm trước đến nay đã được thực nghiệm xác nhận với sự trợ giúp từ máy gia tốc hạt lớn (LHC). Nhưng làm thế nào để Englert và Higgs có thể phát triển các lý thuyết hạt này trước khi chúng được kiểm chứng ? Bằng toán học.
Nhiều nhà khoa học cho rằng toán học giữ vai trò thứ yếu, chỉ dùng làm công cụ tính toán chứ không phải nghiên cứu. Một nhà sinh học nói rằng muốn thu thập dữ liệu và xây dựng mô hình tóan học phù hợp với dữ liệu đó, có lẽ phải cần sự trợ giúp từ các nhà toán học. Vì đây là phương pháp làm việc quan trọng nên toán học thật ra giữ vai trò rất lớn trong khoa học, giúp chúng ta có thể vươn đến sự đột phá.
Ví dụ, Albert Einstein khi nhận thấy trọng lực làm không-thời gian của chúng ta bị bẻ cong, ông không hề mô hình hóa dữ liệu. Thật ra không có dữ liệu nào cả, không ai có thể tưởng tượng không gian chúng ta bị bẻ cong vì họ khi đó vẫn nghĩ thế giới này nằm trong mặt phẳng (Ở đây tôi không bàn đến việc Trái Đất cong - điều đã được làm sáng tỏ hơn thế kỷ, tôi đang nói đến không-thời gian 4-chiều mà ta sống bị bẻ cong). Làm cách nào Einstein có thể nghĩ ra ý tưởng này? Ông ta đã tổng quát hóa thuyết tương đối đặc biệt này để tính đến gia tốc. Ông dựa vào quan niệm của mình cho rằng gia tốc và trọng lực có vai trò tác động như nhau. Và Einstein đã theo sau bước chân của 1 nhà toán học là Bernhard Riemann, người đặt nền móng cho thuyết bẻ cong hơn 50 năm trước đó. Điều đó cho thấy chính toán học đã đưa ra câu trả lời cho ý tưởng của Einstein.
Bộ não con người được kết nối, gửi nhận tín hiệu theo cách mà thông thường ta không thể tưởng tượng một hình cong có chiều lớn hơn 2. Giống như chúng ta, Einstein không thể mường tượng vũ trụ cong mà chỉ có thể miêu tả thông qua ngôn ngữ toán học. Kinh nghiệm đến sau đã chứng minh Einstein đã đúng, từ đó có kết luận rằng vũ trụ chúng ta quả thực là cong. Một tia sáng không đi theo đường thẳng mà bẻ cong khi đi ngang qua 1 ngôi sao bởi 1 lực vô hình-một sự phát hiện rất ngạc nhiên.
Việc dự đoán hạt boson Higgs lại là 1 ví dụ tuyệt vời của sự phát triển toán học trong khoa học tự nhiên. Trong thập niên 60, các nhà vật lý đã tranh cãi với việc lý thuyết toán học có sức hút quyết định đến các hạt cơ bản, họ đã đưa ra 1 câu trả lời vô lý: Họ dự đoán rằng các hạn không có khối lượng. Boson Higgs đã giải quyết vấn đề này bằng cách nhập những dữ liệu cần thiết vào phương trình từ đó cho các hạt giá trị khối lượng của chúng, kết thúc vấn đề.
Boson Higgs là mảnh ghép cuối cùng của mô hình chuẩn và việc khám phá này đã kết thúc 1 thời đại. Đa số các nhà vật lý học đồng ý rằng mô hình chuẩn không phải thuyết nền tảng trong thế giới lượng tử. Đơn cử như ta chưa có 1 manh mối nào về vật chất đen, chiếm 80% vật chất trong vũ trụ.Ta cần ý tưởng mới để đi xa hơn mô hình chuẩn, nhưng cũng có thể sẽ không có hạt hay hiện tưởng mới nào xảy ra trong LHC với mức năng lượng hiện có. Liệu ta có nên xây dựng hạt gia tốc mới để đưa mức năng lượng lên cao hơn? Một máy gia tốc lớn hơn sẽ có giá hơn 10 triệu USD hơn máy LHC và tốn nhiều thời gian để xây dựng mà không có gì đảm bảo rằng những khám phá vật lý mới sẽ xuất hiện. Có lẽ sự đột phá mới về thế giới lượng tử một lần nữa lại đến từ toán học, giống như cách mà Engler, Higgs đã làm.
Kính viễn vọng trên đài thiên văn Wilson dùng để nghiên cứu vũ trụ. Vợ của Albert Einstein, Lisa đã nhận xét: "Chồng tôi nghiên cứu ở phía sau khí cầu". Thí nghiệm chính là kết quả quyết định sự đúng, sai của lý thuyết, và đó là lý do vì sao chúng ta cần những máy móc đắt tiền và phức tạp. Nhưng 1 điều thú vị là nhiều nhà khoa học như Einstein hay Higgs đã dùng những kiến thức toán học trừu tượng để giải mã bí ẩn sâu thẳm nhất của vũ trụ.
Charles Darwin đã viết trong tự truyện của ông: "Tôi rất hối tiếc khi đã không theo đuổi đủ lâu để ít nhất tôi có thể hiểu vài thứ cơ bản của lý thuyết toán học. Khi đó, con người sẽ khôn ngoan hơn". Toán học không phải là những buổi học chán chườm hay những phương trình vô bổ mà nó là chìa khóa để suy nghĩ và thấu hiểu thực tế một cách sâu sắc hơn, Toán học tạo cho con người khôn ngoan hơn và tạo điều kiện cho nhân loại tiến đến khám phá nhiều điều bí ẩn.
Theo tạp chí The Atlantic
Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi Nesbit: 29-06-2015 - 16:03
)
