Không thể tồn tại lỗ đen
Lỗ đen là trọng tâm của khoa học viễn tưởng và nhiều người tin rằng các nhà thiên văn đã trực tiếp quan sát được chúng. Song, một nhà vật lý Mỹ mới đây tuyên bố, những lỗ thủng điên cuồng trong không thời gian đó thực sự không thể tồn tại.
Trong vài năm gần đây, các quan sát về sự chuyển động của những thiên hà đã chỉ ra rằng khoảng 70% vũ trụ dường như được tạo thành từ một loại “năng lượng tối” kỳ dị, thứ vật chất khiến cho vũ trụ đang ngày một nở ra.
George Chapline, tại Phòng Thí nghiệm Lawrence Liverlnore ở California, tin rằng sự sụp đổ của những ngôi sao khổng lồ - xưa nay vẫn được xem là nơi sản sinh các lỗ đen - thực sự chỉ tạo thành những ngôi sao chứa năng lượng tối. “Gần như chắc chắn lỗ đen không tồn tại”, ông khẳng định.
Lỗ đen là một trong những dự đoán nổi tiếng nhất trong thuyết tương đối rộng của Einstein - lý thuyết lập luận rằng lực hấp dẫn của những vật thể khổng lồ làm uốn cong không thời gian bao quanh chúng. Theo dự đoán này, một ngôi sao có kích thước đủ lớn khi chết đi sẽ sụp đổ dưới tác dụng lực hấp dẫn của chính mình, trở thành một điểm duy nhất.
Song chính Einstein không tin vào các lỗ đen, Chapline nói. “Không may, ông ấy không thể lý giải tại sao”. Gốc rễ của vấn đề là ở một lý thuyết cách mạng khác trong vật lý học của thế kỷ 20 - lý thuyết Cơ học lượng tử - lý thuyết đã giúp nhà vật lý lừng danh xây dựng công thức.
Theo thuyết tương đối rộng, không có cái gì gọi là “thời gian phổ quát” khiến cho các kim đồng đồng chạy cùng tốc độ ở khắp mọi nơi. Ngược lại, lực hấp dẫn khiến cho các đồng hồ chạy nhanh chậm khác nhau ở những địa điểm khác nhau. Song Cơ học lượng tử - lý thuyết mô tả hiện tượng vật lý ở quy mô cực nhỏ - lại chỉ có ý nghĩa nếu thời gian là phổ quát. Nếu thời gian không đồng nhất như vậy, các phương trình của nó sẽ trở thành vô nghĩa.
Vấn đề sẽ đặc biệt khó xử ở biên giới (hay chân trời sự cố) của một lỗ đen. Trong những quan sát tốt nhất hiện nay, thời gian dường như dừng lại ở đó. Một phi thuyền rơi vào một lỗ đen - đối với người quan sát ở xa - dường như bị mắc kẹt vĩnh viễn tại biên giới này, mặc dù các nhà du hành trên tàu sẽ cảm thấy họ như thể đang tiếp tục rơi.
“Thuyết tương đối rộng dự đoán rằng chẳng có gì xảy ra ở chân trời sự cố cả”, Chapline cho biết.
Tuy nhiên, ngay từ năm 1975, các nhà vật lý lượng tử đã tranh luận rằng có điều lạ lùng xảy ra ở chân trời sự cố: Vật chất bị chi phối bởi các quy luật lượng tử trở nên quá nhạy cảm trước những xáo trộn nhỏ. “Kết quả này nhanh chóng bị bỏ quên” - Chapline nói - “vì nó không phù hợp với dự đoán của thuyết tương đối rộng. Nhưng thực tế, nó hoàn toàn chính xác”.
Phản ứng kỳ lạ này, theo ông, là dấu hiệu của “pha chuyển tiếp lượng tử” của không thời gian. Chapline lập luận một ngôi sao không đơn giản sụp đổ thành lỗ đen, thay vào đó, không thời gian bên trong nó được lấp đầy bởi vật chất tối và điều này đã kéo theo những hiệu ứng hấp dẫn: Bên ngoài “bề mặt” của một ngôi sao năng lượng tối, vũ trụ hành xử rất giống với một lỗ đen, nghĩa là tạo ra lực hút hấp dẫn cực mạnh. Nhưng bên trong, lực hút “âm” của năng lượng tối có thể khiến vật chất bật trở lại ra ngoài.
Nếu ngôi sao năng lượng tối đủ lớn, Chapline dự đoán, bất kỳ một electron nào bật ra ngoài sẽ bị chuyển hoá thành positron – dạng hạt sẽ huỷ các electron khác trong đợt phóng tràn bức xạ năng lượng cao. Điều này có thể lý giải cho bức xạ quan sát được từ tâm của thiên hà chúng ta, mà trước kia vẫn được xem là dấu hiệu của một lỗ đen khổng lồ.
Chapline cũng cho rằng vũ trụ có thể được lấp đầy bởi các ngôi sao năng lượng tối “nguyên thuỷ”. Chúng hình thành không phải từ sự sụp đổ của các ngôi sao, mà bởi sự dao động của chính bản thân không thời gian, giống như các giọt chất lỏng ngưng tụ một cách tự nhiên bên ngoài một thùng chứa gas lạnh. Chúng có thể bị lèn theo cách gây ra ảnh hưởng hấp dẫn tương tự như ở vật chất bình thường, song không thể nhìn thấy.
(Theo Nature)
