Hội thảo Schwarzschild, Frankfurt, tháng 7 năm 2017, báo cáo
Bằng tiếng Anh
Ngày 2 tháng 8 năm 2017
Tôi vừa trở về từ hội thảo Karl Schwarzschild, diễn ra tại Đức, tại viện nghiên cứu tiên tiến FIAS, một địa điểm danh giá ở Frankfurt Institute for Advanced Studies.
Tôi đã rất đắn đo về nội dung poster của mình, cuối cùng quyết định trình bày một cách tổng quát hệ phương trình trường liên kết của tôi.
Một nội dung văn bản không phù hợp với chủ đề chính của hội thảo, tập trung vào "vật lý của lỗ đen". Đây là chủ đề tôi định đề cập, nhưng bài báo tôi công bố năm 2015 trên tạp chí Modern Physics Letters A:
J.P. Petit & G. D’Agostini:
Hủy bỏ kỳ dị trung tâm của nghiệm Schwarzschild bằng quá trình đảo ngược khối lượng tự nhiên.
Mo. Phys. Lett. A, vol. 30, số 9 (2015)
là điều gần nhất với chủ đề này. Vì có một bảng đen bên cạnh poster của tôi, tôi đã viết nhanh những ý chính của bài báo đó lên bảng:
Ngay lập tức điều này thu hút sự chú ý. Các đại biểu hội thảo chụp ảnh và một nhóm người tụ tập quanh đó. Một người đàn ông khoảng sáu mươi tuổi, một "nghiên cứu viên cao cấp", lập tức bày tỏ nghi ngờ rằng tất cả các đặc điểm kỳ dị của nghiệm metric mà Schwarzschild tìm ra năm 1916 – vốn làm nền tảng cho lý thuyết lỗ đen – có thể bị loại bỏ hoàn toàn bằng một phép đổi biến duy nhất. Vì người này không mặc thẻ tên như những người khác, tôi suy đoán ông phải là thành viên của FIAS, Viện Nghiên cứu Tiên tiến Frankfurt, nơi tổ chức hội thảo này. Đây là phép đổi biến đó:
Cuối cùng, một lời phê bình! Để làm rõ hơn, tôi nhanh chóng ghi toàn bộ chi tiết tính toán lên một tờ giấy và đưa cho chuyên gia của tôi, người đã ngồi đọc trong khoảng mười lăm phút.
Tất cả mọi người đều chờ đợi kết luận của ông. Cuối cùng, ông trả lại tờ giấy cho tôi với một cái gật đầu, mang vẻ bối rối sâu sắc. Tôi nghĩ ông đã nghĩ: "Tôi chưa bao giờ thấy thứ này ở đâu cả. Chắc chắn phải có một sai sót nào đó mà tôi chưa thấy. Nhưng tôi sẽ xem xét kỹ hơn sau."
Tôi cố gắng thuyết phục ông về vấn đề này, đặt ra câu hỏi về cách diễn giải kết quả của Karl Schwarzschild năm 1916 (hội thảo mang tên "Hội thảo Karl Schwarzschild"!). Tôi hỏi ông có đọc bài báo gốc đăng trên các biên niên ký của Viện Hàn lâm Khoa học Phổ điển:
K. Schwarzschild:
Về trọng lực của một điểm khối lượng theo lý thuyết Einstein.
Sitzber. Preuss. Akad. Wiss. Berlin, trang 189–196 (13/01/1916). Bản dịch tiếng Anh bởi S. Antoci và A. Loinger tại arXiv:physics/9905030 (12/05/1999)
cùng bài báo thứ hai, được công bố vài tuần sau đó, chỉ vài tháng trước khi ông qua đời:
K. Schwarzschild:
Về trường hấp dẫn của một quả cầu chất lỏng không nén được theo lý thuyết Einstein.
Preuss. Akad. Wiss. Berlin, trang 189–196 (24/02/1916). Bản dịch tiếng Anh bởi S. Antoci tại arXiv:physics/9912033 (16/12/1999)
Ông thú nhận rằng ông chưa bao giờ đọc hai bài này (...) và thêm rằng:
-
Ông đọc được tiếng Đức chứ?
-
Không, tôi chỉ có tiếp cận các bản dịch tiếng Anh, tương đối mới (năm 1999), dù tài liệu này đã có từ một thế kỷ trước. Tôi có các tài liệu này trên điện thoại di động. Bạn có muốn chúng ta cùng xem xét không? Ngoài ra còn có một văn bản rất quan trọng mà David Hilbert công bố tháng 12/1916, trong đó ông tái hiện công trình của Schwarzschild.
D. Hilbert:
"Die Grundlagen der Physik (Zweite Mitteilung)"
(Tiếng Anh) "The Foundations of Physics (Second Communication)"
(Tiếng Pháp) "Les Fondements de la Physique (Seconde Communication)"
Ông chọn cách tránh né, nói thêm rằng ông cũng không biết đến văn bản kia (...).
Thực tế, điều tôi nhận ra tại Frankfurt là các nhà nghiên cứu lỗ đen hiện đại hoàn toàn không biết đến các văn bản nền tảng từ đó các công trình họ đang phát triển được hình thành. Trong một bài thuyết trình chính khóa, trước toàn thể đại biểu hội thảo
Juan Maldacena
, một "nhân vật" nổi bật trong các phát triển hiện đại về lý thuyết lỗ đen, đã bắt đầu bằng lời nói (được trích lại trong tờ rơi phát hành cho hội thảo):
Juan Maldacena
- Nghiệm Schwarzschild đã làm chúng tôi bối rối suốt hơn một thế kỷ và buộc chúng tôi phải làm rõ quan điểm về không gian và thời gian. Nó đã giúp chúng tôi hiểu sâu sắc hơn lý thuyết của Einstein. Về mặt thực nghiệm, nó giải thích được một số quan sát thiên văn học. Các khía cạnh lượng tử của nó đã tạo ra những nghịch lý lý thuyết, buộc chúng tôi phải hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa hình học không-thời gian và cơ học lượng tử.
Dịch nghĩa:
- Nghiệm Schwarzschild đã là một nguồn gây nhầm lẫn suốt một thế kỷ, buộc chúng tôi phải làm rõ cách chúng tôi hình dung về không gian và thời gian. Điều đó đã giúp chúng tôi hiểu sâu sắc hơn lý thuyết của Einstein. Về mặt thực nghiệm, nó giải thích được một số quan sát. Các khía cạnh lượng tử đã tạo ra những nghịch lý lý thuyết, buộc chúng tôi phải hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa hình học không-thời gian và cơ học lượng tử.
Cụ thể, điều đó có nghĩa là gì?
Trước hết, có "sự phát hiện" về "bức xạ Hawking". Thực tế, tất cả điều này dựa trên ý tưởng kết hợp giữa Thuyết tương đối rộng và Cơ học lượng tử. Nhưng ta biết rằng... sự kết hợp này chưa bao giờ được thực hiện (trọng lực kiên quyết từ chối bị lượng tử hóa, điều đó sẽ dẫn đến mô tả một hạt graviton, hạt có spin 2, vẫn chưa từng được phát hiện).
Các nhà lý thuyết hiện đại cuối cùng đã thuyết phục bản thân rằng ảo tưởng này có giá trị thực tế. Thật vậy, bằng cách viện dẫn một hiện tượng lượng tử gần chân trời sự kiện của lỗ đen, Hawking "đã chứng minh" rằng chúng có thể mất năng lượng, "phát xạ". Điều này ngay lập tức tạo ra "nghịch lý chân trời vũ trụ". Thực tế, trong các đối tượng được gọi là lỗ đen, mọi cấu trúc được cho là sẽ biến mất, bị nghiền nát. Do đó, lỗ đen được xem là "máy hủy diệt thông tin". Maldacena sau đó đã trình bày những tiến bộ đạt được trong "nhiệt động lực học của lỗ đen". Ông đặc biệt nhấn mạnh rằng "người ta đã chứng minh entropy của lỗ đen tỉ lệ với diện tích của nó".
Tóm lại, từ những thập kỷ gần đây, toàn bộ sự chú ý của các nhà lý thuyết đều tập trung vào cách vượt qua nghịch lý thông tin này. Bạn chắc hẳn đã nghe nói về "bức tường lửa" và những thứ tương tự. Trong các nghiên cứu gần đây, Maldacena viện dẫn một "từ khóa mới": "tương quan lượng tử" (entanglement). Một khái niệm xuất phát từ cơ học lượng tử và nghịch lý nổi tiếng Einstein-Podolsky-Rosen (nghịch lý EPR) mà tôi đã mô tả trong video của mình
JANUS 6
(từ phút 14:04). Trong thí nghiệm này, hai photon phát ra là "tương quan lượng tử". Nói cách khác, theo Maldacena, "tương quan lượng tử" mang lại tất cả các câu trả lời. Thêm một chút lý thuyết dây.
Bài diễn văn này là đỉnh cao của lý thuyết vào năm 2017.
Các đại biểu hội thảo rõ ràng đã tham khảo các video JANUS (xem danh sách PDF của nội dung). Nhờ công việc khổng lồ của Julien Geffray, sáu video đã được phụ đề tiếng Anh khi hội thảo bắt đầu, bao gồm các video JANUS 14 đến JANUS 19. Và chính lúc đó, chúng ta mới nhận ra rằng phụ đề tiếng Anh chất lượng cao này là điều thiết yếu.
Không thể cung cấp thứ gì kém chất lượng: người dùng Internet sẽ lập tức chuyển kênh. Geffray, người theo dõi công trình của tôi suốt 20 năm qua, và thành thạo hoàn toàn tiếng Anh của Shakespeare, là người duy nhất có thể đảm nhận công việc phụ đề khó khăn này, mất khoảng ba ngày làm việc mỗi video. Mỗi video gồm từ 15.000 đến 20.000 ký tự, với một lượng lớn thuật ngữ chuyên môn cần dịch, độ khó tổ chức trực quan và căn chỉnh phụ đề chính xác đến từng phần mười giây, cùng việc tạo các tệp trỏ đến các bài báo và truyện tranh của tôi. Tôi đã trả cho ông sáu công việc đầu tiên 500 euro mỗi video. Như vậy, tổng cộng 3.000 euro cho việc phụ đề sáu video này, tôi lấy từ số tiền mà người dùng Internet gửi cho tôi.
Thấy được tác động với người không nói tiếng Pháp, tôi nhận ra mình cần trang bị phụ đề tiếng Anh chất lượng cao cho toàn bộ 19 video. Chúng tôi đã thương lượng lại giá, đồng ý 350 euro mỗi video. Hãy tính toán: sáu video với 500 euro, cộng thêm mười ba video với 350 euro:
tổng ngân sách: 7.500 euro.
Nhiều hơn số tiền dành cho việc tài trợ cho ba chuyến công tác đầu tiên của tôi tại các hội thảo quốc tế. Thêm vào đó, tôi sẽ tiếp tục sản xuất video với tần suất hai video mỗi tháng, tức là 700 euro/tháng (một video JANUS và cơ học lượng tử). Tôi cho rằng đây là khoản tiền được sử dụng hợp lý, bởi vì nếu các văn bản trên trang web thường bị lãng quên, thì video thì không. Video sẽ tồn tại mãi mãi, và là công cụ giao tiếp hiện đại tối ưu.
Ngân sách dự kiến, đến mùa xuân năm 2018, cho phụ đề và hội thảo: 17.000 euro
Làm nổi bật sự thật có một giá phải trả
Nếu số tiền mà người dùng Internet gửi cho tôi (cảm ơn rất nhiều!) đủ để đảm bảo sự hiện diện của tôi tại một vài hội thảo sắp tới (Frankfurt, rồi Paris, COSMO 17...) thì tôi cần thêm sự hỗ trợ khẩn cấp để đối phó với chi phí phụ đề.
Tác động của các video: có phản hồi từ các nhà nghiên cứu trẻ, trong đó một người, người Ý, cuối cùng đã nói với tôi:
- Tôi đã xem các bài báo của anh về mô hình Janus (anh có đủ năng lực để đánh giá nội dung). Tôi đang xem cách anh được đón nhận ở đây. Làm sao anh có thể hy vọng những người này sẽ làm khác đi ngoài việc quay lưng lại? Những điều anh mang đến phá vỡ tận gốc rễ các công trình của họ!
Liên hệ với cậu thanh niên này đã được thiết lập và duy trì, người đang làm việc tại Ý về luật Newton sửa đổi. Đây là một hạt giống đầu tiên. Nếu tôi tiếp tục "giao tiếp tại các hội thảo quốc tế", sẽ có thêm nhiều người khác trong thế hệ trẻ, và có lẽ không phải là những người đã xây dựng danh tiếng dựa trên các công trình tưởng tượng mà tôi đã đề cập.
Các bạn trẻ sẽ nghĩ: "Tôi chỉ tin một nửa vào luật Newton sửa đổi này. Và nếu tôi thử xem những ý tưởng của người Pháp này dẫn đến đâu?" Những liên hệ và trao đổi này sẽ được hỗ trợ bởi việc các nhà nghiên cứu trẻ có thể xem video, rồi đọc bài báo khi họ gặp tôi.
Tại Frankfurt, phần lớn các bài báo đều tập trung vào "vật lý của lỗ đen", về "điều bạn có thể quan sát nếu bạn quan sát được...". Thêm vào đó là một ý tưởng mới nổi, đó là vũ trụ "holographic" (tôi cần tạo một video để giải thích cho người dùng internet thực chất một hologram là gì. Tôi nghĩ điều đó sẽ rất hữu ích). Một phụ nữ đã giải thích rằng "không cần phải sợ các dây vũ trụ". Một người khác đã chỉ ra cách các cặp lỗ đen nhỏ có thể hình thành trong giai đoạn giãn nở vũ trụ. Thêm vào đó là các câu chuyện liên quan đến lý thuyết dây, các "va chạm brane". Tôi gần như là người duy nhất nổi bật bằng việc đề xuất các công trình và kết quả có thể đối chiếu với quan sát.
Nếu tôi muốn buộc cộng đồng khoa học, lạc lối trong những giấc mơ của mình, phải phản ứng, tôi phải nhắm vào đứa con cưng của họ – lỗ đen – điều mà tôi không định làm sớm như vậy. Nhưng bầu không khí tại hội thảo Frankfurt đã khiến tôi điều chỉnh chiến lược, vì vậy tiêu đề video tiếp theo sẽ là:
JANUS 21: Lỗ đen, ra đời từ việc diễn giải sai nghiệm tìm được bởi Karl Schwarzschild năm 1916
Và đây cũng sẽ là bài phát biểu tôi trình bày tại hội thảo COSMO 17 ở Paris. Hiện tại, tôi không định đề xuất một mô hình thay thế, mà chỉ nói:
- Như hiện tại, mô hình của đối tượng mà các bạn gọi là lỗ đen là không nhất quán, nó không khớp với nghiệm tìm được bởi Schwarzschild năm 1916, và tôi sẽ chứng minh điều đó.
Nhà toán học Karl Schwarzschild, qua đời tại Potsdam ngày 11/05/1916 ở tuổi 43, ba tháng sau khi công bố bài báo tháng 01/1916
Nghiệm tìm được bởi Karl Schwarzschild năm 1916
là:
Trong bài báo này, ông định nghĩa rõ ràng một tọa độ r như một "tọa độ cực":
Nhưng ông giới thiệu một đại lượng phụ trợ R, và chính qua R mà ông biểu diễn nghiệm nổi tiếng tháng 1/1916:
Ông qua đời tại Potsdam ngày 11/05/1916 ở tuổi 43, ba tháng sau khi công bố bài báo tháng 1/1916
Không cần phải là thiên tài toán học để thấy rằng, trong trường hợp r được chọn bởi Schwarzschild (ông định nghĩa rõ ở trên) là dương nghiêm ngặt, thì đại lượng trung gian R không tự do mà có một giới hạn dưới là alpha:
Khi tái hiện công trình này, trong một bài báo tháng 12/1916, nhà toán học vĩ đại người Đức
David Hilbert, 54 tuổi vào năm 1916
cho rằng cách biểu diễn nghiệm này là không đáng quan tâm, vì theo ông, "nó chỉ chuyển kỳ dị (ở R = alpha) về gốc tọa độ, tại r = 0". Ông đưa ra "quan điểm cá nhân" này trong bài báo ngày 23/12/1916 (Schwarzschild đã qua đời vào tháng 5):
Thực tế, Hilbert đã làm việc tích cực cho bài báo này từ nhiều năm trước, với tiêu đề "Nền tảng của Vật lý" (!...). Người ta thường hình dung Einstein là nhà vật lý, còn Hilbert là nhà toán học thuần túy. Thật vậy, người ta thường trích dẫn một câu chuyện đùa rằng một ngày kia Hilbert được mời thay thế đồng nghiệp toán học Felix Klein, người mỗi năm đều thuyết trình cho sinh viên kỹ thuật tại một trường học. Hilbert bắt đầu bài giảng bằng một câu đùa:
- Người ta nói rằng toán học và vật lý khó giao tiếp với nhau. Thực ra không phải vậy. Họ đơn giản là không có gì để làm cùng nhau!
Tác phẩm toán học của Hilbert thực sự đồ sộ, vĩ đại. Nhưng nếu bạn tò mò tìm đọc tài liệu này, bạn sẽ thấy ông đang cố gắng đặt nền móng cho một vật lý được toán học hóa cao độ (thực chất là một "vật lý toán học"). Điều đó có nghĩa là Hilbert, so với câu nói trong buổi thuyết trình tại trường kỹ thuật, đã hoàn toàn thay đổi quan điểm, có lẽ do gặp Einstein, hoặc nói rộng hơn là do trao đổi với các nhà vật lý lớn thời đó. Dĩ nhiên, khi muốn đóng góp riêng, ông nghĩ lớn ngay lập tức. Một vị vua khoa học không thể lý luận ở mức độ tầm thường, xử lý những vấn đề phụ trợ. Bài báo này đặt nền tảng cho một "tiếp cận Lagrange" cho toàn bộ vật lý, tức là cả hấp dẫn lẫn điện từ. Trong văn bản này, rõ ràng Hilbert tham vọng gom tất cả vật lý thời đó vào một "lý thuyết trường thống nhất", một công trình Einstein đã cố gắng thực hiện đến cuối đời nhưng thất bại, vì không thể bao gồm hai hình thức này trong chỉ bốn chiều, như được chứng minh bởi Souriau năm 1954 (trong chương VII của tác phẩm "Geométrie et Relativité", xuất bản bởi Hermann). Cần thêm một chiều nữa: "chiều Kaluza".
Khi Hilbert công bố bài báo 22 trang này vào ngày 23/12/1916, đó không phải là một sự ngẫu hứng sau các bài báo tháng 1 và tháng 2/1916 của Schwarzschild. Thực tế, đây là bài báo ông đã trình bày vào tháng 11/1915 (rồi rút lại, vì cho rằng chưa đủ chặt chẽ), được bổ sung các phát triển khác, trong đó có nghiệm phi tuyến của phương trình trường, đồng thời đề cập ngẫu nhiên rằng Schwarzschild đã từng tìm ra nghiệm này.
Việc Schwarzschild tìm ra nghiệm này vào tháng 1 không phải là điều quan trọng đối với Hilbert, mà chỉ là một chi tiết nhỏ trong bức tranh rộng lớn ông đang trình bày. Ông biết về cái chết của Schwarzschild, mà Einstein đã thông báo tại Viện Hàn lâm Khoa học Phổ điển vào ngày 18/06/1916. Nói cách khác, đối với Hilbert, như một bài điếu văn, thì quá ngắn gọn.
Tất cả nằm ở đoạn trích sau:
Ông giới thiệu bốn tọa độ w1, w2, w3, w4 và ngay lập tức nhấn mạnh rằng ba tọa độ không gian đầu tiên có thể được biểu diễn như ông làm, bằng cách sử dụng tọa độ cực. Vì ông cho rằng vấn đề trường hấp dẫn xung quanh một điểm khối lượng thuộc về "đối xứng tâm" (zentrischsymmetrisch), điều này dường như hiển nhiên.
Trong dòng cuối cùng, ông còn đi xa hơn, viết rằng biểu thức G(r) của ông được xác định bằng bình phương của "