Stephen Hawking: Hố đen có "tóc"

Giả thuyết mới do nhà vật lý thiên văn Stephen Hawking và cộng sự đề xuất cho rằng hố đen có thể khoác lên mình một mái tóc làm từ những hạt "ma" không mang năng lượng.

Theo bản thảo công bố vào hôm 5/1 trên tạp chí arXiv, một số thông tin bị hố đen hút vào được lưu trữ trong những sợi "tóc" này.

Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu không giúp chứng minh tất cả thông tin đi vào trong hố đen được bảo toàn. "Chúng tôi không thể giải đáp câu hỏi liệu tất cả thông tin bên trong hố đen có được lưu trữ theo cách này hay không", nhà vật lý Andrew Strominger tại Đại học Harvard, Mỹ, một trong những tác giả nghiên cứu, cho biết.

Theo thuyết tương đối tổng quát của Einstein, hố đen là vật thể vũ trụ có mật độ thể tích vô cùng dày đặc đủ để làm cong không gian - thời gian. Lực hấp dẫn của hố đen mạnh đến mức không có ánh sáng hay bất kỳ vật chất nào thoát khỏi sức hút của chúng. Theo Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA), một số hố đen nguyên thủy hình thành ngay sau vụ nổ Big Bang với kích thước của một nguyên tử nhưng nặng tương đương một ngọn núi. Những hố đen khác hình thành khi các ngôi sao khổng lồ chết và co lại và hố đen siêu lớn tồn tại ở trung tâm của hầu hết thiên hà.

Trong thập niên 1960, nhà vật lý John Wheeler và đồng nghiệp từng đưa ra giả thuyết hố đen "không có tóc", cách nói ẩn dụ để chỉ hố đen không có đặc tính phức tạp. Theo đề xuất của Wheeler, mọi hố đen đều giống hệt nhau ngoại trừ đại lượng vật lý spin, xung lượng góc và khối lượng.

Một hố đen bao quanh bởi đĩa khí, bức xạ và từ trường. (Ảnh: ESO/L).

Sau đó, vào những năm 1970, Stephen Hawking nêu ra khái niệm mang tên "bức xạ Hawking". Trong công thức của Hawking, tất cả hố đen đều mất dần khối lượng thông qua các hạt lượng tử "ma" thoát từ hố đen ra không gian. Cuối cùng, bức xạ Hawking khiến hố đen bốc hơi hoàn toàn. Vùng chân không lưu lại sau khi hố đen bốc hơi không có khả năng lưu trữ thông tin về hố đen.

Do bức xạ Hawking thoát ra từ hố đen một cách ngẫu nhiên, thông tin bên trong hố đen biến mất theo thời gian và không có cách nào để tìm hiểu về nguồn gốc của chúng. Tuy nhiên, điều này tạo ra một nghịch lý. Theo lý thuyết lượng tử, thông tin đã tồn tại trong quá khứ nên hoàn toàn có thể thu hồi. Trong những năm gần đây, Hawking đã xem xét lại các khái niệm về sự mất thông tin và thừa nhận rằng lỗ đen có lưu trữ thông tin.

Sau nhiều năm, Strominger đã rút ra một số kết luận quan trọng. Thông qua tính toán, Strominger cùng với Hawking và Malcolm Perry, hai nhà vật lý tại Đại học Cambridge, Anh, phát hiện khi thêm photon "mềm" - một hạt ánh sáng không có năng lượng, vùng chân không sau khi hố đen bốc hơi có năng lượng không đổi nhưng xung lượng góc sẽ thay đổi. Điều đó có nghĩa là trạng thái chân không của các hố đen bốc hơi không giống nhau. Những đặc tính riêng của vùng chân không này phụ thuộc vào nguồn gốc và lịch sử của nó.

"Nó giống như một ổ cứng dung lượng lớn có thể lưu trữ số lượng thông tin vô hạn dưới dạng những hạt photon và graviton không mang năng lượng", Strominger trao đổi với Live Science. Tuy nhiên, các thông tin rất hỗn độn.

Theo Aidan Chatwin-Davies, nhà vật lý tại Viện Công nghệ California, Mỹ, kết quả nghiên cứu mới không phải là câu trả lời cuối cùng cho vấn đề tìm kiếm thông tin trong hố đen, nhưng nó là một bước đi đúng hướng.