Loại trừ các điểm kỳ dị: Miêu tả việc tạo ra lỗ đen bằng hấp dẫn thuần túy
Những lỗ đen truyền thống, như những lỗ đen được thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, chứa đựng những thứ mà người ta gọi là các điểm kỳ dị, vì đó là nơi chưa thể giải thích được bằng các quy luật vật lý. Việc nhận diện cách các điểm kỳ dị được lý giải trong bối cảnh hấp dẫn lượng tử là một trong những vấn đề cơ bản của vật lý lý thuyết.
Hiện tại, một nhóm chuyên gia của Viện Các khoa học Vũ trụ của trường đại học Barcelona (ICCUB) trở thành những người lần đầu tiên miêu tả được việc tạo ra các lỗ đen thông thường từ các hiệu ứng hấp dẫn, không cần đến sự tồn tại của các vật chất lạ mà một số mô hình trước đây đòi hỏi phải có.
Phát hiện này, được xuất bản trên tạp chí Physics Letters B, mở ra những tầm nhìn mới để gia tăng hiểu biết của chúng ta về bản chất lượng tử của hấp dẫn và cấu trúc thực của không – thời gian.
Các lỗ đen không điểm kỳ dị
Thuật ngữ vật chất lạ là để chỉ một loại vật chất có những đặc tính khác thường, không có ở vật chất thông thường. Nó thường có mật độ năng lượng âm, tạo ra những hiệu ứng hấp dẫn đẩy và có thể vi phạm các điều kiện năng lượng nhất định trong thuyết tương đối rộng.
Vật chất lạ được miêu tả về mặt lý thuyết và chưa từng được quan sát trong tự nhiên, tuy nhiên nó được đưa vào các mô hình để khám phá các khái niệm như lỗ sâu đục, du hành với vận tốc nhanh hơn vận tốc ánh sáng và phân tích các điểm kỳ dị của lỗ đen.
Nghiên cứu mới miêu tả về mặt toán học một loạt vô hạn các tương quan hấp dẫn bậc cao có thể loại trừ những điểm kỳ dị và dẫn đến cái gọi là các lỗ đen thường.
Không giống như những mô hình trước đây, vốn đòi hỏi vật chất lạ, mô hình mới này tiết lộ hấp dẫn thuần túy – không có thêm trường vật chất – có thể tạo ra các lỗ đen thường, không có các điểm kỳ dị.
Phát hiện này mở ra một lối đi mới khác biệt với lý thuyết cũ và đơn giản hóa các điều kiện cần thiết cho các lỗ đen thường.
“Vẻ đẹp của cấu trúc chúng tôi tạo ra là nó chỉ dựa trên những biến đổi các phương trình Einstein được dự đoán một cách tự nhiên bởi hấp dẫn lượng tử”, nhà nghiên cứu Pablo A. Cano, Phòng Vật lý lượng tử và Vật lý thiên văn, Khoa Vật lý và ICCUB.
Các lý thuyết do nhóm nghiên cứu ở ICCUB phát triển đã được áp dụng vào chiều bất kỳ của không thời gian nào lớn hơn hoặc bằng năm. “Lý do của việc xem xét các chiều không thời gian cao hơn thuần túy là vì kỹ thuật”, Cano nói, “vì nó cho phép chúng tôi giảm đi được độ phức tạp về mặt toán học của vấn đề”.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng “các kết luận tương tự phải áp dụng cho không thời gian bốn chiều của chúng ta”.
“Phần lớn các nhà khoa học đều đồng ý với nhau là các điểm kỳ dị của thuyết tương đối cuối cùng phải được giải quyết, dẫu chúng ta chưa biết nhiều về việc có thể đạt được quá trình này như thế nào. Công trình của chúng tôi đem lại cơ chế đầu tiên để đạt được theo một cách thuyết phục, mặc dù trong những giả định đối xứng nhất định”, Robie Hennigar, UB và ICCUB, giải thích.
“Vẫn không rõ là tự nhiên ngăn sự hình thành của các điểm kỳ dị trong vũ trụ như thế nào nhưng chúng tôi hi vọng là mô hình của mình sẽ giúp chúng ta có được cái hiểu tốt hơn về quá trình này”, Hennigar nói.
Khám phá các kịch bản vật lý thiên văn
Nghiên cứu này cũng khám phá các đặc tính nhiệt động lực học của các lỗ đen thường và tiết lộ là chúng tuân theo lực nhiệt động lực học thứ nhất. Các lý thuyết được phát triển để đem đến một khung vững chắc cho việc hiểu nhiệt động lực học của lỗ đen trong một vũ trụ hoàn chỉnh và theo cách rõ ràng. Điều này làm tăng thêm sự khả tín và tính ứng dụng tiềm năng của phát hiện.
Các nhà nghiên cứu lên kế hoạch mở rộng công trình của mình cho không thời gian bốn chiều và khám phá những gợi ý từ phát hiện của mình trong vô số kịch bản vật lý thiên văn. Họ cũng hướng tới việc tìm hiểu tính bền và những tín hiệu có thể quan sát được của những lỗ đen thường.
“Những lý thuyết đó không chỉ dự đoán các lỗ đen không kỳ dị mà còn cho phép chúng tôi hiểu cách các vật thể đó hình thành và số phận của vật chất rơi vào một lỗ đen. Chúng tôi đang nghiên cứu về những câu hỏi đó và chờ đợi tìm thấy những kết quả thú vị “, Cano kết luận.
Anh Vũ dịch từ University of Barcelona
