Lời nói đầu của Brian Greene
Tôi hy vọng rằng thông qua việc giải thích các thành tựu lớn của vật lý, bắt đầu từ Einstein và Heisenberg, cùng với những mô tả về sự phát triển vô cùng rực rỡ của các phát minh của họ thông qua những đột phá của thời đại chúng ta, cuốn sách này sẽ vừa làm giàu có thêm vừa thỏa mãn được nhu cầu bức xúc đó.
Trong ba mươi năm cuối cùng của cuộc đời mình, Albert Einstein đã không ngừng tìm kiếm cái được gọi là lý thuyết trường thống nhất, một lý thuyết có khả năng mô tả được tất cả các lực của tự nhiên trong một khuôn khổ duy nhất, nhất quán và bao quát được tất cả. Einstein không hề quan tâm tới sự giải thích một dữ liệu thực nghiệm cụ thể này hay khác. Thay vì thế, ông được thôi thúc bởi một niềm tin mê đắm rằng sự hiểu biết sâu sắc nhất về Vũ trụ sẽ hé lộ sự kỳ diệu đích thực nhất của nó: đó là tính đơn giản và sức mạnh của những nguyên lý nền tảng. Einstein muốn soi rọi cơ chế vận hành của Vũ trụ với một sự sáng tỏ chưa từng có, cho phép tất cả chúng ta phải sững sờ trước vẻ đẹp và sự thanh nhã thuần khiết của Vũ trụ.
Nhưng Einstein đã không thực hiện được ước mơ của mình, phần lớn là bởi vì có rất nhiều điều liên minh chống lại ông. Vào thời đó, người ta còn chưa biết hoặc may lắm thì cũng mới chỉ biết một cách nghèo nàn về nhiều đặc điểm rất căn bản của vật chất và các lực của tự nhiên. Trong suốt nửa thế kỷ qua, mỗi thế hệ mới các nhà vật lý đã từng bước xây dựng trên những phát minh của những người đi trước một sự hiểu biết ngày càng đầy đủ hơn về sự hoạt động của Vũ trụ. Và giờ đây, rất lâu sau khi Einstein dấn thân vào cuộc tìm kiếm một lý thuyết thống nhất và đã kết thúc gần như tay trắng, các nhà vật lý đã tin rằng họ cuối cùng đã tìm ra một khuôn khổ hợp nhất được tất cả những đóng góp đó thành một lý thuyết duy nhất, về nguyên tắc, có khả năng mô tả được tất cả các hiện tượng vật lý. Đó là lý thuyết siêu dây, đối tượng của cuốn sách này.
Tôi viết cuốn Giai điệu dây và bản giao hưởng vũ trụ này với hy vọng để cho các độc giả bình thường không được đào tạo về vật lý và toán học có thể tiếp cận được những ý tưởng xuất hiện ở tuyến trước của các nghiên cứu vật lý. Thông qua những cuộc nói chuyện với công chúng về lý thuyết dây trong mấy năm qua, tôi đã nhận thấy rằng thực sự có một nhu cầu muốn tìm hiểu những nghiên cứu đang tiến hành về các định luật cơ bản, về những đòi hỏi phải cấu trúc lại một cách căn bản quan niệm của chúng ta về Vũ trụ của những định luật đó, cùng với những thách thức đang ở phía trước trên con đường tìm kiếm một lý thuyết tối hậu. Tôi hy vọng rằng thông qua việc giải thích các thành tựu lớn của vật lý, bắt đầu từ Einstein và Heisenberg cùng với những mô tả về sự phát triển vô cùng rực rỡ của các phát minh của họ thông qua những đột phá của thời đại chúng ta, cuốn sách này sẽ vừa làm giàu có thêm vừa thỏa mãn được nhu cầu bức xúc đó.
Tôi cũng hy vọng rằng cuốn Giai điệu dây và bản giao hưởng vũ trụ sẽ được tất cả những ai đã có một kiến thức nhất định về khoa học quan tâm. Đối với các sinh viên và giáo viên khoa học, tôi hy vọng rằng các bạn sẽ tìm thấy trong cuốn sách này một sự cô đúc những kiến thức cơ bản của vật lý hiện đại, như thuyết tương đối hẹp, thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử đồng thời cùng chia sẻ sự nhiệt thành có sức lôi cuốn lớn lao của các nhà nghiên cứu đang tiến gần tới một lý thuyết thống nhất đã được tìm kiếm từ lâu. Đối với các độc giả ham thích khoa học đại chúng, tôi đã cố gắng giải thích nhiều tiến bộ rất đáng khích lệ trong sự hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ trong chục năm trở lại đây. Đối với các đồng nghiệp của tôi trong các lĩnh vực khác, tôi hy vọng cuốn sách này sẽ giúp họ hiểu được một cách đúng đắn và công bằng về việc tại sao các nhà lý thuyết dây lại quá nhiệt thành như vậy đối với những tiến bộ trong cuộc tìm kiếm một lý thuyết tối hậu của tự nhiên.
Lý thuyết siêu dây bao trùm một lĩnh vực rộng lớn. Đó là một đề tài vừa sâu vừa rộng, huy động nhiều phát minh cơ bản của vật lý. Vì nó thống nhất các định luật của thế giới vô cùng lớn và thế giới vô cùng bé ? từ những quy luật chi phối vật lý ở những thang thiên văn cực lớn tới những quy luật chi phối hành trạng của những hạt nhỏ bé nhất của vật chất, nên lý thuyết dây có thể được đề cập theo nhiều cách khác nhau. Tôi đã chọn cách tập trung vào sự tiến hóa của quan niệm về không gian và thời gian của chúng ta. Tôi cho rằng đó là một con đường phát triển cực kỳ hấp dẫn, cho phép ta tiếp cận được những phát minh cơ bản nhất trong những năm gần đây. Einstein đã chứng tỏ rằng không gian và thời gian có hành trạng rất lạ lùng. Giờ đây, những phát minh của ông đã được sáp nhập vào thế giới lượng tử với nhiều chiều ẩn giấu được cuộn lại trong cấu trúc của không ? thời gian và hình học phức tạp của những chiều mới này có thể sẽ cho ta chìa khóa để trả lời một số câu hỏi cơ bản nhất đã từng được đặt ra. Mặc dù một số khái niệm đó rất tinh tế, nhưng chúng ta sẽ thấy rằng chúng vẫn có thể lĩnh hội được thông qua những sự tương tự trong đời thường. Và một khi những ý tưởng đó đã được nắm bắt, chúng sẽ cho ta một cái nhìn hoàn toàn bất ngờ về Vũ trụ của chúng ta.
Trong suốt cuốn sách này, tôi đã cố gắng bám thật sát thực tiễn khoa học, nhưng đồng thời cũng cho độc giả một cách hiểu trực giác ? thông qua các hình ảnh tương tự và ẩn dụ ? những cách thức mà các nhà nghiên cứu đã đi tới những quan niệm hiện nay của họ về Vũ trụ. Tôi cũng đã cố gắng tránh sử dụng các phương trình và một ngôn ngữ quá kỹ thuật. Tuy nhiên, do một số khái niệm còn quá mới mẻ, nên độc giả đôi khi nên tạm dừng để đọc lại một số chương mục này hay khác hoặc ngẫm nghĩ về một giải thích nào đó, mới theo dõi được toàn vẹn sự tiến triển của các ý tưởng. Một số đoạn của phần thứ tư (mô tả những tiến bộ mới đây nhất) hơi khó đọc hơn các phần khác, tôi cũng đã thận trọng báo trước độc giả và cố gắng cấu trúc cuốn sách để có thể đọc lướt hoặc bỏ qua mà ít bị ảnh hưởng nhất đến dòng chảy lôgic của cuốn sách. Tôi cũng đưa vào cuối sách một danh mục các thuật ngữ khoa học để độc giả dễ dàng tra cứu và nhớ lại. Những độc giả muốn tìm hiểu sâu hơn một số vấn đề có thể xem phần chú thích.
Cuối cùng, từ tận đáy lòng, tôi xin cảm ơn những người đã giúp đỡ tôi thực hiện cuốn sách này mà chắc hẳn thiếu điều đó cuốn sách này không bao giờ có thể ra đời được.
Brian Greene