Lỗ đen: Không kết thúc nhưng bắt đầu? nghiên cứu lý thuyết về lỗ trắng
Hiểu biết của chúng ra về các lỗ đen, thời gian và năng lượng tối bí ẩn lấn át trong vũ trụ này có thể được cách mạng hóa như nghiên cứu ở trường đại học Sheffield giúp mở ra bí ẩn này của vũ trụ.
Các lỗ đen – những vùng vũ trụ có hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi – từ lâu đã là chủ đề thu hút với các nhà vật lý thiên văn, vật lý lý thuyết và những nhà nghiên cứu khác để đi tìm những bí mật của chúng. Sự hấp dẫn về những điều chưa biết đã truyền cảm hứng cho nhiều nhà văn, nhà làm phim, với những tiểu thuyết và phim ảnh như “Interstellar” khám phá những vật thể bí ẩn khơi gợi sự tưởng tượng của chúng ta.
Theo thuyết tương đối của Einstein, bất cứ ai bị bẫy trong một lỗ đen có thể sẽ rơi vào tâm của nó và bị phá hủy bởi lực hấp dẫn vô cùng mạnh. Tâm lỗ đen hay còn được gọi là điểm kỳ dị là điểm mà vật chất của một ngôi sao khổng lồ, được tin là đã suy sụp để hình thành lỗ đen, đã bị ép xuống thành một điểm tí hon. Tại điểm kỳ dị này, hiểu biết của chúng ta về vật lý và thời gian đã bị phá vỡ.
Sử dụng các quy tắc cơ học lượng tử, một lý thuyết cơ bản miêu tả bản chất của vũ trụ tại quy mô hạt nhân và những hạt thậm chí còn nhỏ hơn, nghiên cứu mới đề xuất một quan điểm lý thuyết hoàn toàn khác biệt, thậm chí một điểm kỳ dị không chỉ là điểm kết thúc mà có thể biểu hiện như một điểm khởi đầu mới.
Bài báo này, “Độ phân giải điểm kỳ dị của lỗ đen trong hấp dẫn đơn mô đun từ nhất nguyên”, xuất bản trên Physical Review Letters, hướng đến việc vẽ ra điểm kỳ dị nơi việc hiểu thấu hiện thời của chúng ta về vật lý và thời gian còn bỏ ngỏ.
Trong khi các lỗ trắng thường được miêu tả như một thứ gì đó còn non nớt, sơ khởi, bao gồm cả thời gian, chuyển thành một điểm hư không, thì trong bài báo này, các lỗ trắng được giả thuyết là hành động để đảo ngược, loại bỏ vật chất, năng lượng và thời gian trở lại với vũ trụ.
Nghiên cứu mới sử dụng một mô hình lý thuyết được đơn giản hóa về một lỗ đen, gọi là lỗ đen hai chiều. Không giống lỗ đen thông thường, vốn có dạng hình cầu, đường biên của một lỗ đen hai chiều có bề mặt hai chiều, phẳng. Công trình nghiên cứu của họ đề xuất cùng cơ chế có thể ứng dụng cho lỗ đen thông thường.
“Có một câu hỏi tồn tại đã lâu về việc liệu cơ học lượng tử có thể làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về lỗ đen và trao cho chúng ta những cái nhìn vào bản chất thật của chúng”, TS. Steffen Gielen, từ trường Khoa học Toán học và vật lý của trường đại học Sheffield, đồng tác giả bài báo với Lucía Menéndez-Pidal ở trường đại học Madrid Complutense.
“Trong cơ học lượng tử, thời gian mà chúng ta hiểu không kết thúc như các hệ thay đổi và tiến hóa một cách hoàn hảo”.
Phát hiện của các nhà khoa học cho thấy cách sử dụng các quy luật của cơ học lượng tử, điểm kỳ dị của lỗ đen được thay thế bằng một vùng thăng giáng lượng tử lớn – những thay đổi nhỏ theo thời gian trong năng lượng của không gian – nơi không thời gian không kết thúc. Thay vào đó, không thời gian dịch chuyển thành một pha mới gọi là lỗ trắng – một vùng lý thuyết của không gian được cho là có chức năng theo cách đối nghịch với lỗ đen. Cũng như vậy, một lỗ trắng có thể là nơi thời gian bắt đầu.
“Trong khi thời gian, về tổng thể, được nghĩ là có liên quan đến người quan sát, trong nghiên cứu của chúng tôi, thời gian được trích xuất từ năng lượng tối bí ẩn tràn qua toàn bộ vũ trụ”, TS. Gielen tiếp tục.
“Chúng tôi đề xuất là thời gian được đo đạc bằng năng lượng tối có ở khắp nơi trong vũ trụ, và là nguyên nhân dẫn đến sự giãn nở hiện nay của vũ trụ. Đây là một ý tưởng mới cho phép chúng ta hiểu được sự xuất hiện của hiện tượng này bên trong một lỗ đen”.
Năng lượng tối là một lực bí ẩn tồn tại trên lý thuyết mà các nhà khoa học tin là điều hướng sự giãn nở gia tốc của vũ trụ. Nghiên cứu mới sử dụng năng lượng tối như một điểm tham chiếu, với năng lượng và thời gian như những ý tưởng bổ sung có thể được đo đạc để chống lại vật thể khác.
Thật đáng ngạc nhiên là những gì chúng ta thấy như một điểm kỳ dị trên thực tế là điểm bắt đầu đề xuất sự tồn tại của một thứ khác còn nhiều bí ẩn hơn ở khía cạnh khác của một lỗ đen.
“Về mặt giả thuyết bạn có thể là một người quan sát – một thực thể giả thuyết – xuyên qua một lỗ đen, dẫu cái chúng ta nghĩ về điểm kỳ dị và xuất hiện ở mặt khác của lỗ trắng. Đó là một khái niệm vô cùng mơ hồ của một người quan sát nhưng có thể xảy ra về mặt lý thuyết”, TS. Gielen cho biết thêm.
Vượt qua nhiều sự suy tưởng về lý thuyết, đề xuất một kết nối sâu sắc giữa bản chất thời gian tại cấp độ cơ bản bậc nhất và năng lượng tối bí ẩn chế ngự cả vũ trụ sẽ được khám phá trong những năm tiếp theo.
Nghiên cứu mới cũng đề xuất những cách tiếp cận mới để hòa giải hấp dẫn và cơ học lượng tử, tiến thêm trên con đường tiềm năng của những lý thuyết cơ bản mới và đem lại đột phá cho hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.
Anh Vũ dịch từ University of Sheffield
