thumbnail - Lỗ trắng - "người anh em song sinh" bí ẩn của lỗ đen
Thu Hà
Hà Nội

Lỗ trắng - "người anh em song sinh" bí ẩn của lỗ đen

Bạn đã từng nghe nhiều về hố đen vũ trụ, đó là một trong những sự kiện bí ẩn nhưng hấp dẫn nhất trong không gian sâu thẳm, nhưng có thể bạn chưa biết rằng, chúng có một "người anh em song sinh" trên lý thuyết, còn gọi là lỗ trắng.

"Lỗ trắng" là gì?

Cách đơn giản nhất để hình dung về lỗ trắng, đó là một hố đen đảo ngược. Tuy nhiên, bất chấp tên gọi của chúng, lỗ trắng được cho là rất giống với lỗ đen, nếu không muốn nói là chúng giống hệt nhau - một cặp song sinh của vũ trụ.

Giả sử nhóm phi hành gia tiếp cận một lỗ đen hoặc lỗ trắng khó có thể nhận ra sự khác biệt này. Tuy nhiên, những nhà du hành vũ trụ của chúng ta có một thông báo khi gặp một lỗ trắng: chúng không có trọng lực lớn sẽ đe dọa hút họ khi bay quá gần. Đó cũng là lý do mà lỗ đen và lỗ trắng được xem là sự đảo ngược của nhau, có thể được coi là những mặt đối lập chức năng của nhau.

Lỗ trắng - "người anh em song sinh" bí ẩn của lỗ đen 

Trong khi một lỗ đen có khả năng hút tất cả vật chất lân cận, nghiền nát với một lực đủ để kéo nó ra ở cấp độ nguyên tử, thì các lỗ trắng lại không có bất kỳ lực kéo nào như vậy. Vậy liệu rằng theo cách nào đó, một lỗ trắng có thể "đối diện" với một lỗ đen hay không? Tất cả đều nằm ở đặc điểm chính của lỗ đen, bất chấp lỗ đen được miêu tả là hút vật chất lân cận vào một vực thẳm vũ trụ, đặc điểm xác định thực tế của chúng là có trường hấp dẫn mạnh đến mức, không có vật chất, bức xạ hay ánh sáng nào có thể thoát ra ngoài.

Trong trường hợp có một lỗ trắng sẽ cho thấy điều ngược lại, không có gì có thể bị hút vào được. Đó là một cánh cổng vũ trụ mà không gì có thể vượt qua. Một lỗ trắng sẽ liên tục phát ra vật chất và ánh sáng, nhưng khi vật chất bên trong lỗ trắng có thể rời đi, một khi đã thoát ra thì sẽ không có đường vào lại.

Lý thuyết về sự hình thành lỗ trắng

Vì các lỗ trắng được đưa ra giả thuyết là có liên quan chặt chẽ với các lỗ đen, nên có một số giả thuyết về cách chúng có thể hình thành. Nguồn gốc lý thuyết của lỗ trắng có thể bắt nguồn từ nhà vũ trụ học người Nga Igor Novikov, vào năm 1964. Ông đã đưa ra ý tưởng về lỗ trắng như một loại vũ trụ sinh đôi với lỗ đen, giống như một phần của lời giải cho các phương trình trường của Einstein. 

Lý thuyết này dựa trên công trình của nhà vật lý người Đức Karl Schwarzchild, người đã mô tả hình học không thời gian của không gian trống bao quanh bất kỳ khối cầu nào. Schwarzchild đã đưa ra các giải pháp cho các phương trình trường của Einstein, bao gồm dự đoán rằng nếu một khối lượng bị nén bên trong một bán kính tới hạn (hiện được gọi là bán kính Schwarzschild), thì lực hấp dẫn của nó sẽ trở nên mạnh đến mức thậm chí ánh sáng cũng không thể thoát ra - nói cách khác, nó sẽ trở thành hố đen.

Tuy nhiên, mô tả này cũng bao gồm khả năng tồn tại một 'cặp song sinh' trên lý thuyết đối với lỗ đen, cũng hư cái mà ngày nay chúng ta thường gọi là lỗ sâu - các nếp gấp trong không thời gian mà vật thể về lý thuyết có thể đi qua gần như ngay lập tức, vượt qua những khoảng cách lớn - giữa sự kiện chân trời của một lỗ đen và một phiên bản lý thuyết 'tiêu cực' của điểm kỳ dị.

Lỗ trắng - "người anh em song sinh" bí ẩn của lỗ đen 

Năm 1960, nhà toán học Martin David Kruskal đã mở rộng công trình của Schwarzchild để bao gồm sự phản ánh của điểm kỳ dị lỗ đen, nhưng Novikov là người đã phát triển điều này thành khái niệm về lỗ trắng.

Cho đến gần đây, các nhà vật lý đã coi khả năng xuất hiện lỗ trắng như là một bài tập toán học, chúng có thể được chứng minh là khả thi về mặt toán học, nhưng được coi là không thể xảy ra trong “cuộc sống thực”. Một lý do giải thích cho điều này là không ai có thể đưa ra cơ chế chính xác về cách chúng thực sự có thể hình thành - một lỗ đen được hình thành khi một ngôi sao sụp đổ, nhưng điều ngược lại - một lỗ đen phun trào thành một ngôi sao, dường như sẽ vi phạm định luật entropi.  Một giả thuyết khác cho rằng lỗ trắng không phải là cặp song sinh của lỗ đen, mà là một dạng hình thái của lỗ đen xảy ra khi nó chết, mặc dù trong một khoảnh khắc rất ngắn. 

Công trình của nhà vật lý Stephen Hawking đã chứng minh, các lỗ đen trên thực tế có thể phát ra bức xạ nhiệt (bức xạ Hawking), do sự biến đổi ổn định của các dao động chân không lượng tử gần lỗ đen thành các cặp hạt và phản hạt. Trong đó hạt phản dương thoát ra, còn hạn hạt phản âm rơi vào làm cho lỗ đen bị mất khối lượng. Theo thời gian, bức xạ Hawking làm giảm khối lượng và năng lượng quay của lỗ đen và về mặt lý thuyết có thể khiến một lỗ đen bốc hơi.

Tuy nhiên, công trình này cũng đặt ra một số câu hỏi khác. Chẳng hạn, nếu một lỗ đen có thể bay hơi đi, thì điều gì sẽ xảy ra với những gì mà nó nuốt vào? Theo lý thuyết tương đối rộng, thì những vật thể  này không thể thoát ra, và theo cơ học lượng tử, nó cũng không thể biến mất. Đối với một số nhà vật lý lý thuyết, câu trả lời là nó biến mất xuống một lỗ sâu và xuất hiện từ một lỗ trắng.

Một số nhà vật lý khác cũng cho rằng, khi một lỗ đen phát triển với kích thước đủ nhỏ, nó có thể biến đổi thành một lỗ trắng. Lỗ trắng này bên ngoài rất nhỏ nhưng bên trong sẽ chứa nhiều thông tin bị hố đen nuốt chửng, sau đó sẽ xuất hiện theo thời gian. Tuy nhiên, những người khác cho rằng vụ nổ Big Bang trên thực tế có thể là sự xuất hiện của thông tin từ một lỗ trắng.

Liệu các lỗ trắng có thực sự tồn tại không?

Lỗ trắng - "người anh em song sinh" bí ẩn của lỗ đen 

Hiện tại, không có bằng chứng nào chỉ ra sự tồn tại của lỗ trắng trong vũ trụ. Hiện tại, lỗ trắng chỉ là một khái niệm lý thuyết thuần túy. Điều gần nhất mà chúng ta từng thấy về khả năng xuất hiện một lỗ trắng trong không gian đến từ một bài báo được xuất bản vào năm 2011 . Các nhà khoa học suy đoán rằng vụ nổ tia gamma GRB 060614 đã biết có thể là tàn tích của một lỗ trắng. Bên cạnh đó, mọi thứ mà chúng ta biết về lỗ trắng chỉ hoàn toàn là lý thuyết. Mặc dù vậy, một số nhà khoa học hy vọng rằng sự tồn tại của các lỗ trắng cuối cùng sẽ được chứng minh. Cũng như việc Einstein đã công bố Thuyết Tương đối Tổng quát của mình vào năm 1915, thuyết này tiên đoán về sự tồn tại của các lỗ đen, nhưng phải đến năm 1971 trước khi lỗ đen đầu tiên thực sự được xác định. 

Trong khi nhiều nhà khoa học coi lỗ trắng như một bài tập toán học thuần túy thì những người khác hy vọng rằng cuối cùng chúng ta sẽ có thể phát hiện ra sự kiện chiêm tinh hiếm gặp này. Cũng như Stephen Hawking đã chỉ ra rằng lỗ trắng và lỗ đen có thể hoạt động theo cách giống hệt nhau, khiến chúng hầu như không thể phân biệt được, do đó, nhiệm vụ này có thể rất khó khăn. 

Phần lớn sự không chắc chắn với các lỗ trắng xuất phát từ hiểu biết hiện tại của chúng ta về vật lý thiên văn. Vì các lỗ trắng, về bản chất, được cho là không ổn định, đó là một sự kiện vũ trụ không thể tồn tại đủ lâu để lọt vào kính thiên văn của một nhà thiên văn học.

Một số suy đoán khác nói rằng khi các lỗ trắng bắt đầu đào thải vật chất, một khi vật chất bị trục xuất va chạm với bất kỳ vật chất nào trên quỹ đạo, hệ thống sẽ ngay lập tức sụp đổ thành một lỗ đen, có thể tạo ra một vòng lặp vô hạn các lỗ trắng biến thành lỗ đen và ngược lại.

Phương pháp tiếp cận trọng lực bí ẩn của lỗ trắng

Giống như cách những gì diễn ra tại tâm điểm kỳ dị của lỗ đen đòi hỏi phải mở rộng hiểu biết về lực hấp dẫn cổ điển, các lỗ trắng cũng có thể cần được nhìn qua một lăng kính lý thuyết đặc biệt để được chứng minh. Điều gần nhất với điều này mà chúng ta đẫ thấy là ý tưởng về lực hấp dẫn lượng tử vòng - hiện đang là một lý thuyết xa vời ngoài rìa của vật lý chính thống.

Theo lý thuyết này thì, không gian - thời gian - một khái niệm cơ bản trong công trình đột phá của Einstein về thuyết tương đối - được tạo thành từ một loạt các 'vòng lặp' ở cấp độ cơ bản của chúng liên kết mọi thứ lại với nhau trong một mạng lưới các nút liên tục. Các vòng này sẽ liên kết không gian với nhau, được hiểu là các khối theo lý thuyết này, và có thể ngăn các ngôi sao sắp chết sụp đổ thành các điểm có mật độ vô hạn, thay vào đó sẽ biến thành các lỗ trắng.

Nếu phương pháp tiếp cận của lực hấp dẫn lượng tử vòng đối với lỗ trắng được chứng minh, thì nhiều siêu tân tinh mà các nhà thiên văn quan sát trong nhiều năm có thể trở thành dấu hiệu của sự hình thành và chết của lỗ trắng, giống như một số giả thuyết xung quanh vụ nổ GRB 060614.


>>> Liệu có còn sinh vật thần thoại nào chưa được khám phá?

Nguồn: IE.

Chủ đề liên quan

Chủ đề khác