Có thể dò được lỗ đen trong không thời gian

Một nhóm các nhà vật lý lý thuyết đã khám phá ra một cấu trúc lạ trong không thời gian mà với một người quan sát bên ngoài có thể nhìn thấy một cách chính xác là giống một lỗ đen. Tuy nhiên khi tới gần hơn để kiểm tra thì có thể không thấy bất cứ thứ gì: chúng có thể bị khuyết trong chính kết cấu của vũ trụ này.

Thuyết tương đối rộng của Einstein đã dự đoán được sự tồn tại của các lỗ đen, được hình thành khi các ngôi sao khổng lồ suy sụp. Nhưng cũng cùng lý thuyết này dự đoán là trung tâm của nó có những điểm kỳ dị, vốn có những điểm có mật độ vô hạn. Kể từ khi chúng ta biết những mật độ vô hạn trên thực tế có thể không xảy ra trong vũ trụ, chúng ta chấp nhận điều này như một dấu hiệu mà lý thuyết của Einstein chưa đầy đủ. Nhưng sau gần một thế kỷ tìm kiếm mở rộng, chúng ta vẫn chưa thể xác nhận là có được một thuyết tương đối tốt hơn.

Nhưng dẫu sao chúng ta đã có các ứng cử viên, bao gồm lý thuyết dây. Trong lý thuyết dây, tất cả các hạt của vũ trụ trên thực tế là dao dộng vi mô của các vòng dây. Để hỗ trợ cho các hạt và các lực mà chúng ta quan sát trong vũ trụ này, các dây không thể chỉ dao động trong ba chiều không gian. Thay vào đó, phải mở rộng các chiều không gian cuộn vào chính mình thành những đa tạp nhỏ đến mức chúng trốn thoát khỏi sự chú ý và trải nghiệm hằng ngày.

Cấu trúc ngoại lai trong không thời gian trao cho một nhóm các nhà nghiên cứu các công cụ họ cần để nhận diện một lớp vật thể mới, thứ mà có thể gọi chúng là soliton tô pô, trong đó soliton là một gói sóng phi tuyến định xứ, rất bền vững, giữ nguyên được hình dạng trong khi lan truyền một cách tự do với vận tốc không đổi và phục hồi ngay cả sau khi va chạm với các gói sóng định xứ khác còn soliton tôpô là những bất thường hoặc gián đoạn xảy ra trong các trường liên tục hoặc các trạng thái có trật tự của vật chất.

Trong phân tích của mình, họ phát hiện ra là các soliton tôpô có khiếm khuyết bền vững trong không thời gian. Chúng không cần đến vật chất hay những lực khác tồn tại – chúng tồn tại một cách tự nhiên với kết cấu không thời gian như những vết nứt trên băng.

Các nhà khoa học nghiên cứu những soliton đó bằng việc kiểm tra hành xử của ánh sáng có thể đi qua gần chúng như thế nào. Bởi chúng là những vật thể của không thời gian cực đoan, chúng quấn không gian và thời gian quanh mình, ảnh hưởng lên đường đi của ánh sáng. Với một người quan sát ở khoảng cách xa, những soliton này có thể xuất hiện một cách chính xác như chúng ta dự đoán các lỗ đen xuất hiện. Chúng có thể có bóng tối, các vòng ánh sáng… Những hình ảnh của Kính thiên văn Chân trời sự kiện và các tín hiệu sóng hấp dẫn dò được có thể có mọi hành xử của những thứ tương tự.

Chỉ khi tới gần hơn, bạn mới thật sự nhận ra là bạn không hề nhìn vào một lỗ đen. Một trong những đặc điểm chính của một lỗ đên là chân trời sự kiện của nó, một bề mặt tưởng tượng mà nếu bạn băng qua nó, bạn sẽ không có thể trốn thoát. Các soliton tô pô, kể từ khi không còn là những điểm kỳ dị, không mô tả những chân trời sự kiện. Vì vậy bạn có thể, về nguyên tắc, xuôi theo một soliton và nắm lấy nó trong tay mình, giả sử như bạn có thể sống sót sau cuộc chạm trán đường chân trời này.

Các soliton tô pô đó là vật thể giả thuyết, dựa trên hiểu biết của chúng ta về lý thuyết dây, vốn chưa được chứng minh là một bản cập nhật khả thi cho hiểu biết của chúng ta về vật lý. Tuy nhiên, các vật thể ngoại lai đó đóng vai trò như những nghiên cứu thử nghiệm quan trọng. Nếu các nhà nghiên cứu có thể khám phá ra một sự khác biệt trong quan sát quan trọng giữa những soliton tô pô và các lỗ đen truyền thống, điều này có thể giúp chúng ta tiến xa hơn trên con đường tìm kiếm một cách để kiểm tra lý thuyết dây.

Lê Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2023-05-black-holes-defects-spacetime.html

https://www.space.com/black-holes-may-actually-be-tangles-in-space-time