Lỗ sâu - Chìa khóa giải quyết mâu thuẫn của vật lý hiện đại

Một phương trình mới được tìm ra liên quan đến lỗ sâu có thể giải quyết mâu thuẫn giữa lý thuyết cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát của vật lý hiện đại.

Các nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Stanford, Anh cho rằng phương trình kết hợp hai lý thuyết này với nhau có thể được tìm thấy trong đường hầm không thời gian vẫn được biết đến với cái tên "lỗ sâu", theo Science Alert.

Phương trình này được viết dưới dạng đơn giản ER = EPR, dựa theo tên viết tắt của một số nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng.

ER là viết tắt của Albert Einstein và Nathan Rosen. Họ đã cùng nhau viết một bài báo năm 1935 mô tả về lỗ sâu, được gọi là cầu Einstein-Rosen.

EPR là viết tắt của Einstein, Rosen và Boris Podolsky, đồng tác giả một bài báo khác về vướng víu lượng tử cũng trong năm 1935.

Từ năm 2013, nhà vật lý Leonard Susskind thuộc Đại học Stanford và Juan Maldacena thuộc Viện nghiên cứu tiên tiến tại Princeton cho rằng hai bài báo trên có thể mô tả về cùng một thứ duy nhất mà chưa ai nghiên cứu về lĩnh vực này từng xem xét nó, kể cả Einstein.

Chìa khóa thống nhất hai lý thuyết có thể nằm trong lỗ sâu. (Ảnh: Mopic).

Đầu tiên, hãy xem xét từng vế riêng biệt của phương trình. Theo thuyết tương đối tổng quát của Einstein, lỗ sâu là đường hầm nối giữa hai nơi trong vũ trụ. Nếu rơi vào một đầu của lỗ sâu, gần như ngay lập tức bạn sẽ xuất hiện ở đầu bên kia.

Nhưng không chỉ có thế, lỗ sâu còn là đường nối giữa hai thời điểm trong vũ trụ, nghĩa là bạn sẽ xuất hiện tại đâu đó trong vũ trụ, ở một thời điểm nào đó.

Vướng víu lượng tử, mặt khác, lại mô tả cách mà hai hạt tương tác như thể chúng chia sẻ sự tồn tại, nghĩa là bất cứ cái gì xảy ra với một hạt sẽ tác động ngay lập tức tới hạt kia, dù có thể chúng ở cách nhau khoảng cách tính theo năm ánh sáng.

Trong bài báo mới của mình, Susskind đề xuất một kịch bản, với hai nhân vật tưởng tượng Alice và Bob tham gia trong vướng víu lượng tử. Mỗi người mang một hạt trong cặp hạt, bay theo hai hướng ngược nhau về hai phía của vũ trụ

Tại mỗi nơi, Alice và Bob đồng thời đập vỡ hai hạt bằng một lực lớn và tạo ra hai hố đen riêng biệt. Khi đó, theo Susskind, hai hố đen này sẽ bị vướng víu lượng tử với nhau, hay nói cách khác là liên kết với nhau thông qua một lỗ sâu khổng lồ.

"Nếu phương trình ER = EPR là đúng, một lỗ sâu sẽ liên kết các lỗ đen đó với nhau, vì thế, có thể mô tả chúng bằng dạng hình học của lỗ sâu", biên tập viên Tom Siegfried của trang Science News cho biết.

"Đáng chú ý hơn là, có khả năng hai hạt hạ nguyên tử vướng lượng tử với nhau có liên kết với nhau theo cách nào đó qua một dạng lỗ sâu lượng tử. Do lỗ sâu là sự biến dạng hình học của không thời gian, được mô tả bằng các phương trình hấp dẫn của Einstein, đồng nhất chúng với vướng víu lượng tử có thể sẽ tạo ra một liên kết giữa hấp dẫn và cơ học lượng tử".

Ngoài Susskind, đầu năm 2016, một nhóm nghiên cứu của Viện công nghệ California, Mỹ, cũng đưa ra giả thuyết tương tự về liên kết giữa sự thay đổi các trạng thái lượng tử với sự cong không thời gian.

Theo nhóm này, mối liên hệ tự nhiên giữa năng lượng và sự cong thời gian ở đây được cho bởi phương trình thuyết tương đối tổng quát của Einstein. Nói cách khác, không khó để có được hấp dẫn bên trong cơ học lượng tử

Tuy phương trình này còn cần được kiểm chứng, nhưng có thể "cơ học lượng tử và hấp dẫn có mối liên hệ chặt chẽ hơn chúng ta tưởng rất nhiều", Sean Carroll, một thành viên của nhóm nghiên cứu nhận định.