Lỗ đen giống hologram?
Theo một công trình mới do các nhà nghiên cứu ở SISSA, ICTP và INFN thực hiện, các lỗ đen có thể là các hologram, trong đó mọi thông tin để tạo ra một hình ảnh ba chiều được mã hóa thành bề mặt hai chiều.
Khi được xác nhận bằng lý thuyết lượng tử, các lỗ đen có thể phức tạp một cách đáng kinh ngạc và tập trung một lượng thông tin khổng lồ trong các dạng hai chiều, như những chiếc đĩa cứng lớn nhất tồn tại trong tự nhiên. Ý tưởng này có thể đặt cạnh Thuyết tương đối của Einstein, vốn miêu tả các lỗ đen như những vật thể ba chiều, đơn giản, hình cầu và trơn tru, như được miêu tả trong hình ảnh đầu tiên về lỗ đen năm 2019. Tóm lại, lỗ đen xuất hiện trong hình dạng ba chiều như các hologram.
Nghiên cứu này kết nối hai lý thuyết trái ngược nhau mới được xuất bản trên Physical Review X “Black Holes in 4-D N=4 Super-Yang-Mills Field Theory”.
Bí ẩn của các lỗ đen
Với các nhà khoa học, lỗ đen cho thấy những thách thức về lý thuyết bởi nhiều nguyên nhân. Ví dụ chúng là những đại diện tiêu biểu của những khác biệt vô cùng của vật lý lý thuyết về sự kết hợp của những nguyên tắc trong Thuyết hấp dẫn tương đối rộng của Einstein với vật lý lượng tử của hấp dẫn. Theo thuyết tương đối, các lỗ đen là những vật thể đơn giản không có thông tin. Nhưng theo vật lý lượng tử, do Jacob Bekenstein và Stephen Hawking đề xuất, chúng là những hệ tồn tại trong trạng thái phức tạp nhất bởi chúng được biểu thị bằng những entropy cực lớn, vốn đảm bảo sự phức tạp của một hệ và do đó chứa rất nhiều thông tin.
Nguyên lý toàn ảnh ứng dụng với các lỗ đen
Để nghiên cứu các lỗ đen, hai tác giả của nghiên cứu mới là Francesco Benini (giáo sư SISSA, cố vấn khoa học của ICTP và nhà nghiên cứu ở INFN) và Paolo Milan (nhà nghiên cứu SISSA và INFN) đã sử dụng một ý tưởng đã tồn tại 30 nămgọi là nguyên lý toàn ảnh. Các nhà nghiên cứu viết, “Nguyên lý mang tính cách mạng và phản trực giác này đề xuất một vấn đề là hành xử của một hấp dẫn trong một vùng cho trước trong vũ trụ có thể được miêu tả bằng những thuật ngữ của một hệ khác biệt, trong đó chỉ tồn tại ở vùng rìa của vùng đó và do đó trong một chiều thấp hơn. Và quan trọng hơn, trong sự miêu tả thay thế này (gọi là holographic), hấp dẫn không xuất hiện một cách rõ ràng. Nói cách khác, nguyên lý toàn ảnh cho phép chúng ta miêu tả hấp dẫn bằng một ngôn ngữ không chứa hấp dẫn, do đó tránh được mâu thuẫn với cơ học lượng tử”.
Những gì Benini và Milan đã làm là ứng dụng thuyết nguyên lý toàn ảnh về các lỗ đen. Theo cách này, cá đặc tính động lực học bí ẩn của chúng đã trở nên hiểu một cách rõ ràng hơn nhiều: tập trung vào dự đoán là các vật thể này có một entropy cực lớn và quan sát chúng trong những thuật ngữ của cơ học lượng tử, người ta có thể miêu tả chúng như một hologram – vật thể hai chiều, trong đó hấp dẫn biến mất nhưng chúng được tái tạo thành một vật thể ba chiều.
Từ lý thuyết đến quan sát
Nghiên cứu này chỉ là bước tiến đầu tiên tới một hiểu biết sâu hơn về các vật thể vũ trụ này và của các đặc tính biểu thị rõ đặc điểm của chúng khi cơ học lượng tử gặp thuyết tương đối rộng. Điều quan trọng nhất hiện nay là tại một thời điểm khi các quan sát trong vật lý thiên văn đang không ngừng được thực hiện và phát triển. Hãy chỉ cần nghĩ đến việc quan sát các sóng hấp dẫn từ sự nóng chảy của các lỗ đen, kết quả của sự hợp tác giữa LIGO và Virgo, hoặc thậm chí là lỗ đen từ Kính viễn vọng Chân trời sự kiện đã tạo ra hình ảnh lạ thường đó. Ở tương lai gần, chúng ta có thể có khả năng kiểm nghiệm những dự đoán lý thuyết của chúng ta liên quan đến hấp dẫn lượng tử như những thứ được nhắc đến trong nghiên cứu này bằng quan sát. Và điều này, từ một góc nhìn khoa học, có thể là một điều hoàn toàn khác biệt.
Thanh Nhàn dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2020-06-black-holes-hologram.html.
