Những thách thức này không chỉ là những vấn đề kỹ thuật mà còn đặt ra câu hỏi cơ bản về bản chất khoa học của lý thuyết.
Thách thức lớn nhất và được thảo luận nhiều nhất là vấn đề “landscape” – bức tranh toàn cảnh của Lý thuyết Dây. Khi các nhà vật lý cố gắng “nén” các chiều bổ sung của Lý thuyết Dây để thu được vật lý bốn chiều giống như vũ trụ chúng ta, họ phát hiện ra rằng có một số lượng khổng lồ các cách để làm điều này. Ước tính hiện tại cho thấy số lượng “chân không” (vacuum) khả thi – mỗi chân không tương ứng với một vũ trụ có các định luật vật lý khác nhau – có thể lên đến 10⁵⁰⁰ hoặc thậm chí 10²⁷²,⁰⁰⁰. Đây là một con số không thể hình dung nổi – lớn hơn nhiều so với số nguyên tử trong vũ trụ quan sát được (khoảng 10⁸⁰). Với một “bức tranh toàn cảnh” rộng lớn như vậy, việc xác định chân không nào mô tả vũ trụ của chúng ta trở nên gần như bất khả thi, và lý thuyết dường như không đưa ra được những tiên đoán cụ thể có thể kiểm chứng.
Vấn đề thứ hai liên quan chặt chẽ đến vấn đề đầu tiên: Lý thuyết Dây chưa đưa ra được bất kỳ tiên đoán nào có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm trong tầm với của công nghệ hiện tại hoặc tương lai gần. Năng lượng đặc trưng mà tại đó hiệu ứng dây trở nên quan trọng gần bằng năng lượng Planck – khoảng 10¹⁹ GeV, cao hơn hàng nghìn tỷ lần so với năng lượng mà Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) tại CERN có thể đạt được. Để thăm dò trực tiếp các dây, chúng ta cần một máy gia tốc có kích thước bằng hàng năm ánh sáng – một điều hoàn toàn phi thực tế. Trong khi đó, Mô hình Chuẩn – lý thuyết mà Lý thuyết Dây hy vọng thay thế – tiếp tục đưa ra những tiên đoán chính xác đến từng phần triệu.
Một số tiên đoán “gián tiếp” của Lý thuyết Dây, như sự tồn tại của siêu đối xứng ở thang năng lượng có thể tiếp cận được, cũng chưa được xác nhận. LHC đã tìm kiếm các hạt siêu đối xứng trong nhiều năm nhưng không phát hiện được gì. Điều này không loại bỏ hoàn toàn siêu đối xứng – các hạt có thể có khối lượng cao hơn dự kiến – nhưng nó làm suy yếu một trong những “tiên đoán” được quảng bá nhiều nhất của lý thuyết. Một tiên đoán khác – sự tồn tại của các chiều bổ sung có kích thước đủ lớn để phát hiện được – cũng chưa được xác nhận bởi bất kỳ thí nghiệm nào.
Thách thức thứ ba là về bản chất toán học không hoàn chỉnh của chính lý thuyết. Mặc dù M-theory được coi là khuôn khổ thống nhất của tất cả các phiên bản siêu dây, cho đến nay không ai biết định nghĩa đầy đủ và không nhiễu loạn (non-perturbative) của nó là gì. Hầu hết những gì chúng ta biết về Lý thuyết Dây đều đến từ các phép tính xấp xỉ nhiễu loạn (perturbative approximations), chỉ có giá trị khi các tương tác dây yếu. Chúng ta vẫn chưa có một công thức hoàn chỉnh cho lý thuyết trong chế độ tương tác mạnh – nơi mà nhiều hiện tượng vật lý thú vị nhất có thể xảy ra.
- Lý thuyết Dây là gì?
- Lý thuyết Dây mô tả các hạt trong vũ trụ như thế nào?
- Tại sao Lý thuyết Dây đề xuất các chiều không gian bổ sung?
- Lý thuyết Dây nhằm thống nhất các lực trong vũ trụ như thế nào?
- Lý thuyết Dây đã đóng góp như thế nào vào sự hiểu biết của chúng ta về lỗ đen?
- Tại sao một số nhà khoa học chỉ trích Lý thuyết Dây
Vấn đề thứ tư liên quan đến hằng số vũ trụ (cosmological constant) – đại lượng đo năng lượng của chân không và chi phối sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ. Các quan sát thiên văn cho thấy hằng số này có giá trị dương rất nhỏ nhưng khác không. Tuy nhiên, các tính toán đơn giản trong Lý thuyết Dây dự đoán một giá trị lớn hơn khoảng 55 bậc độ lớn (hoặc thậm chí 120 bậc) so với giá trị quan sát được. Đây được coi là một trong những tiên đoán sai lệch nhất trong lịch sử vật lý lý thuyết.
