Hố đen vũ trụ có thể nuốt mọi thứ, kể cả ánh sáng. Nhưng tại sao nó không liên tục nở rộng ra, rồi nuốt gọn cả vũ trụ này?
Hố đen vũ trụ là một khái niệm bí ẩn và cực kỳ đáng sợ trong vũ trụ. Theo như định nghĩa, đó là một khối vật chất bị nén đến cực đại, khiến trường hấp dẫn xung quanh là cực kỳ lớn. Nó lớn đến nỗi đủ sức để hút mọi thứ, ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra.
Nhưng với lực hút kinh khủng như thế, tại sao vũ trụ của chúng ta vẫn còn tồn tại? Tại sao một hố đen không liên tục nở ra, và rồi đơn giản là nuốt trọn cả vũ trụ này? Nếu bạn cũng băn khoăn vì câu hỏi này thì yên tâm, một chuyên gia vật lý hàng đầu thế giới hiện nay đã đưa ra được câu trả lời.
Hố đen "mở rộng" vào bên trong, chứ không phải tỏa ra bên ngoài như những gì chúng ta tưởng tượng.
Người đứng đằng sau câu trả lời này không ai khác chính là Leonard Susskind, chuyên gia vật lý hàng đầu từ ĐH Stanford và là cha đẻ của Lý thuyết dây (string theory - một thuyết hấp dẫn lượng tử). Ông đã đề cập đến nó trong nghiên cứu mới đây, và lý do được đưa ra thực sự rất bất ngờ.
Theo đó, một hố đen vũ trụ sẽ phát triển bằng cách tăng độ phức tạp bên trong nó. Hay nói cách khác, hố đen "mở rộng" vào bên trong, chứ không phải tỏa ra bên ngoài như những gì chúng ta tưởng tượng.
Cần biết rằng nghiên cứu của Susskind chưa được công bố, cũng chưa được kiểm định bởi hội đồng khoa học. Đồng thời, đây là thể loại nghiên cứu mà tất cả chỉ thuần dựa trên lý thuyết. Tuy nhiên, ý tưởng của Susskind đang được rất nhiều người chú ý, và chúng ta hãy xem lý do là gì.
Sự tăng trưởng của một hố đen
Như đã nêu, hố đen là một khối vật chất dày đặc đến mức có thể bẻ cong không gian, hút được cả ánh sáng. Nền tảng lý thuyết về sự tồn tại của hố đen được đưa ra trong Thuyết tương đối của Einstein vào năm 1915. Và kể từ đó, rất nhiều vật thể có tính chất phù hợp với hố đen đã được tìm ra, trong đó đa số nằm ở trung tâm dải ngân hà.
Hố đen là một khối vật chất dày đặc đến mức có thể bẻ cong không gian.
Tưởng tượng vũ trụ như một tấm vải cao su. Một vật nặng đặt trên tấm vải ấy sẽ làm nó lõm xuống, uốn cong lại. Đó cũng là cách các vật thể nặng trong vũ trụ bẻ cong không-thời gian.
Nhưng về cơ bản, mọi vật thể đều sẽ nở rộng ra ngoài khi chúng ta bổ sung thêm nguyên liệu, chứ không hướng vào bên trong như cái cách Susskind đặt vấn đề. Trong trường hợp này, tấm vải cao su kia không còn hữu dụng trong việc minh họa nữa.
Để hiểu được câu chuyện này, chúng ta lại phải đến với một lĩnh vực khác mang tên "vật lý lượng tử". Về cơ bản, vật lý và vật lý lượng tử không phải lúc nào cũng đồng nhất. Những vật chất siêu nhỏ sẽ không có ý nghĩa gì nếu được phân tích theo Thuyết tương đối. Tương tự, một vật vĩ mô như hố đen vũ trụ cũng sẽ nghiền nát mọi định luật của vật lý lượng tử.
Điều này có nghĩa rằng chúng ta thiếu đi dữ kiện cực kỳ quan trọng, một mảnh ghép cho phép chúng ta phân tích Thuyết trương đối ở phạm vi khối lượng của một phân tử. Một giải pháp cho câu chuyện này là lý thuyết Ads/CFT (còn gọi là đối ngẫu AdS/CFT, AdS = không gian anti de Sitter, CFT = conformal field theory - lý thuyết trường conformal) do Juan Maldacena đưa ra vào năm 1997.
Bổ sung nhiên liệu càng nhiều, "bên trong" của nó càng nở ra chứ không phải bên ngoài.
Ads/CFT là một cách tiếp cận nối liền giữa thuyết tương đối và cơ học lượng tử, được ví với "lý thuyết dây trong không gian 4 chiều". Dựa trên lý thuyết này Susskind cho rằng độ phức tạp về lượng tử của một hố đen được thể hiện qua thể tích của nó. Cũng giống như một chiếc ổ cứng, bạn nhồi thêm dữ liệu chỉ để thấy khối dữ liệu ấy tăng trưởng "bên trong" ổ cứng thôi.
Với trường hợp của hố đen cũng vậy, bổ sung nhiên liệu càng nhiều, "bên trong" của nó càng nở ra chứ không phải bên ngoài. Mà thậm chí khi bổ sung thêm năng lượng, thể tích bên trong của nó cũng vậy.
Theo Susskind, ý tưởng của ông nghe có vẻ đi ngược lại thường thức. Tuy nhiên, thường thức có thể xây dựng trên sai lầm, còn hố đen thực chất không phải là một không gian bình thường, nên cũng không thể kỳ vọng nhiều ở thường thức tại đây.
Nghiên cứu được công bố tại arXiv.org.