5.1 Nguồn gốc của mọi thứ: Hạt là những phép màu giữa vô số lần thất bại

Trang chủ ／ Chương 5: Hạt vi mô

Vật lý hiện đại đo đạc tương tác rất chính xác, nhưng “câu chuyện hình thành” của hạt thường mờ nhạt. Phần này đưa ra một cách nhìn liên tục theo hướng vật liệu và quá trình—trong Lý thuyết Sợi Năng lượng (EFT)—để lý giải vì sao hạt ổn định vừa hiếm, vừa tất yếu khi xét đến số lần thử khổng lồ trên không–thời gian.

I. Vì sao cần viết lại “nguồn gốc của hạt” (những hạn chế của mô tả hiện nay)

• Các lý thuyết chủ đạo mô tả quy tắc tương tác và phép đo rất chuẩn. Tuy nhiên, khi hỏi vì sao hạt ổn định có thể ổn định, chúng hình thành từ đâu, và vì sao vũ trụ “đầy” các hạt ổn định, các câu trả lời thường dựa vào đối xứng, tiên đề hoặc các lát cắt đóng băng/chuyển pha. Những cách đó thiếu một bức tranh liên tục về vật liệu và quá trình.
• Hầu như không ai đưa “biển thất bại” vào sổ tay vật lý: đa số nỗ lực hình thành sẽ không bền. Bỏ qua thực tế này khiến ta đánh mất nguyên nhân cốt lõi: hạt ổn định vừa quý hiếm, vừa hiện diện khắp nơi.

II. Không bền mới là chuẩn tắc, không phải ngoại lệ (biển nền và đường cơ sở)

1. Chúng là gì
   Trong “biển năng lượng”, hễ có nhiễu động thích hợp và sai lệch tensor, các sợi năng lượng sẽ cố cuộn lại thành cấu trúc trật tự cục bộ. Phần lớn nỗ lực không lọt “cửa sổ tự duy trì” (Coherence Window) và chỉ tồn tại thoáng chốc. Gộp chung các nhiễu động trật tự ngắn hạn ấy với các hạt không bền theo nghĩa hẹp, ta gọi là Hạt không bền tổng quát (GUP); xem Mục 1.10. Từ đây trở đi, chỉ dùng Hạt không bền tổng quát.
2. Vì sao chúng quan trọng
   Mỗi nỗ lực đơn lẻ biến mất rất nhanh, nhưng phép chồng lên nhau khổng lồ trong không–thời gian tạo nên hai lớp nền:
   • Trọng lực tensor thống kê (STG): Trong thời gian tồn tại, những kéo nhẹ lên tensor của môi trường cộng dồn theo nghĩa thống kê thành một thiên lệch trơn hướng vào trong—ở vĩ mô giống như một lực “dẫn hướng bổ sung”.
   • Nhiễu cục bộ tensor (TBN): Khi các nỗ lực này tháo gỡ hoặc tiêu hủy, chúng phun vào biển những bó sóng dải rộng, độ kết hợp thấp, qua đó nâng nền khuếch tán và bơm vi nhiễu theo nghĩa thống kê.
3. “Bộ khung vô hình”
   Ở thang lớn, mọi thể tích nhỏ đều có thể thống kê được mức kéo và nền nhiễu. Tại các “địa hình tensor” cao như thiên hà, bộ khung vô hình này mạnh hơn, liên tục kéo và mài bóng cấu trúc. Hạt ổn định sinh ra trên nền thất bại thường trực ấy.

III. Vì sao tạo được hạt ổn định là cực khó (các ngưỡng vật liệu—phải thỏa đồng thời)

Để một nỗ lực đơn lẻ “thăng hạng” thành hạt ổn định sống lâu, tất cả các ràng buộc sau phải được thỏa cùng lúc—mỗi ràng buộc vốn đã hẹp, cộng lại càng hẹp hơn:

• Đóng vòng topo: Vòng phải kín, không để đầu hở dễ bung.
• Cân bằng ứng suất: Ứng suất uốn–xoắn–kéo phải tự cân bằng, không có điểm “quá chặt/quá lỏng” gây tử vong.
• Khóa nhịp: Các đoạn vòng phải khóa nhịp để tránh tự xé kiểu “đuổi–chạy”.
• Cửa sổ hình học: Kích thước–độ cong–mật độ tuyến phải cùng rơi vào cửa sổ tổn hao thấp và cho phép đóng vòng; quá nhỏ thì đứt, quá lớn thì bị cắt xé bởi môi trường.
• Môi trường dưới ngưỡng: Cắt–nhiễu xung quanh phải thấp hơn ngưỡng chịu đựng của vòng non trẻ.
• Khuyết tật tự chữa: Mật độ khuyết tật đủ thấp để cơ chế nội tại có thể tự vá.
• Sống qua những nhịp đầu: Vòng mới phải vượt qua những nhiễu động mạnh nhất ở các nhịp đầu để bước vào quỹ đạo sống lâu.

Điểm mấu chốt: Mỗi điều kiện riêng lẻ đều “bình thường”; nhưng khi đòi hỏi đồng thời, xác suất thành công rơi thẳng xuống mức cực thấp—đó là gốc rễ vì sao hạt ổn định hiếm.

IV. Cần bao nhiêu “nền không bền” (khối lượng tương đương của nền hạt không bền)

Dịch ngược “dẫn hướng bổ sung” ở vĩ mô thành mật độ khối lượng tương đương của Hạt không bền tổng quát theo cùng một phương pháp thống kê (bỏ qua phép suy dẫn), ta có:

• Trung bình toàn vũ trụ: khoảng 0,0218 microgam trong mỗi 10.000 km³ không gian.
• Trung bình Ngân Hà: khoảng 6,76 microgam trong mỗi 10.000 km³ không gian.

Diễn giải: Những con số này rất nhỏ nhưng hiện diện khắp nơi; chồng lên mạng vũ trụ và cấu trúc thiên hà, chúng đúng bằng nền lực cần thiết cho “nâng đỡ trơn tru” và “mài nhẵn tinh vi”.

V. Sơ đồ tiến trình: từ một nỗ lực đến “sống rất lâu”

• Kéo sợi: Trường ngoài/hình học/nguồn kích kéo nhiễu động trong biển thành trạng thái sợi.
• Bó và điều phối: Trong dải cắt, các sợi được bó lại và điều phối để hạ dần tổn hao.
• Đóng vòng: Vượt ngưỡng đóng để hình thành vòng topo.
• Khóa pha: Trong cửa sổ tổn hao thấp, nhịp và pha được khóa.
• Tự duy trì: Ứng suất cân bằng và vòng vượt bài kiểm tra ứng suất môi trường → hạt ổn định.

Nhánh thất bại: Trượt ở bất kỳ bước nào, cấu trúc sẽ tan trở lại biển: trong thời gian tồn tại, nó góp vào Trọng lực tensor thống kê; khi tháo gỡ, nó bơm Nhiễu cục bộ tensor.

VI. Bậc độ lớn: một “sổ cái” thành công có thể hình dung

Quá trình là ngẫu nhiên nhưng có thể đo ở mức thô. Dùng “sổ cái thứ nguyên” toàn vũ trụ (bỏ qua chi tiết, tuân thủ Lý thuyết Sợi Năng lượng):

• Tuổi vũ trụ: ≈ 13,8 × 10⁹ năm ≈ 4,35 × 10¹⁷ s.
• Tổng khối lượng vật chất thấy được (toàn vũ trụ): ≈ 7,96 × 10⁵¹ kg.
• Tổng khối lượng vật chất không thấy được (toàn vũ trụ): nguồn chính của Trọng lực tensor thống kê, xấp xỉ 5,4× khối lượng thấy được, ≈ 4,3 × 10⁵² kg.
• Cửa sổ tuổi thọ điển hình (Hạt không bền tổng quát): 10⁻⁴³–10⁻²⁵ s.
• Số lần nhiễu trên một đơn vị khối lượng suốt lịch sử vũ trụ: 4,3 × 10⁶⁰–4,3 × 10⁴² lần trên kg·lịch sử.
• Xác suất một lần thử “hóa” thành hạt ổn định: khoảng 10⁻⁶²–10⁻⁴⁴.

Kết luận (nghĩa thứ nguyên): Mỗi hạt ổn định tương ứng với mức 10¹⁸–10²⁴ tỉ tỉ tỉ tỉ lần thất bại trước khi có một lần “trúng”. Điều này vừa giải thích sự hiếm có (xác suất đơn lẻ cực nhỏ), vừa giải thích tính tự nhiên (bộ ba “không gian–thời gian–song song” khuếch đại tổng sản lượng).

VII. Vì sao vũ trụ vẫn có thể “đầy” hạt ổn định (ba bộ khuếch đại)

• Khuếch đại theo không gian: Vũ trụ sớm có số miền vi mô kết hợp khổng lồ, gần như thử ở mọi nơi.
• Khuếch đại theo thời gian: Cửa sổ hình thành dù hẹp vẫn gồm các bước thời gian cực dày, gần như thử mọi lúc.
• Khuếch đại song song: Thử nghiệm không diễn ra nối tiếp mà đồng thời ở vô số vị trí.

Ba cơ chế này nhân xác suất đơn lẻ bé tí thành sản lượng tổng đáng kể. Hạt ổn định “chất đống” một cách tự nhiên.

VIII. Những lợi ích trực giác (một bức tranh gom nhiều hiện tượng rời rạc)

• Hiếm nhưng tự nhiên: Khó ở mức đơn lẻ → hiếm; khuếch đại không gian–thời gian–song song → tự nhiên. Không hề mâu thuẫn.
• Thất bại là đường cơ sở: Hạt không bền tổng quát là nền thường trực, liên tục tạo Trọng lực tensor thống kê (kéo làm phẳng) và Nhiễu cục bộ tensor (nâng nền khuếch tán).
• Vì sao “trọng lực vô hình” phổ biến: “Dẫn hướng bổ sung” ở vĩ mô chính là thiên lệch trơn của Trọng lực tensor thống kê, đủ để giải thích phần lớn hiện tượng học mà không cần giả định thêm thành phần mới.
• Vì sao có “linh kiện chuẩn”: Khi đã “đóng băng” trong cửa sổ, các ràng buộc vật liệu chốt hình học và phổ về cùng một chuẩn—electron là electron, proton là proton.

IX. Tóm lại

• Biển mẹ là biển thất bại: Vũ trụ đầy những nỗ lực liên tục của Hạt không bền tổng quát; trong thời sống, chúng cộng dồn thành Trọng lực tensor thống kê; khi tan rã, chúng bơm Nhiễu cục bộ tensor.
• Định hình rất khó nhưng khả dĩ: Chỉ khi đồng thời thỏa đóng vòng, cân bằng, khóa nhịp, cửa sổ hình học, môi trường dưới ngưỡng, tự chữa, sống qua nhịp đầu, nỗ lực ngắn hạn mới “nhảy” sang sống lâu.
• Một sổ cái dễ đọc: Mật độ khối lượng tương đương (chuẩn vũ trụ/thiên hà), cùng với tuổi vũ trụ–cửa sổ tuổi thọ–số lần thử–xác suất thành công, đưa ra những con số có thể hình dung.
• Phép màu thường nhật: Mỗi hạt ổn định là một phép màu sinh ra từ vô số thất bại; trên một sân khấu đủ lớn và đủ lâu, phép màu trở thành chuyện thường ngày. Đó là câu chuyện vật lý liên tục, thống kê và tự nhất quán của Lý thuyết Sợi Năng lượng về “mọi thứ đến từ đâu”.