Giải Mã Nghịch Lý Của Lỗ Đen: Khám Phá Thế Giới Hấp Dẫn Của Vũ Trụ

Nghịch lý Hawking, một trong những bí ẩn lâu đời của vũ trụ học, đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà vật lý trong gần nửa thế kỷ qua. Theo lý thuyết, lỗ đen sẽ tiêu hủy mọi thông tin liên quan đến nguồn gốc của chúng trong quá trình biến mất, điều này hoàn toàn trái ngược với các quy tắc của vật lý lượng tử. Mới đây, một nghiên cứu đã đưa ra lời giải cho vấn đề này.

Stephen Hawking, nhà vật lý tài ba, đã đưa ra khái niệm về “bức xạ Hawking”, mô tả quá trình lỗ đen mất dần khối lượng do phát xạ một lượng bức xạ nhất định. Tuy nhiên, bức xạ này lại mang tính chất nhiệt, khiến cho mọi thông tin về nguồn gốc của lỗ đen cũng bị xóa bỏ theo. Điều này dẫn đến một câu hỏi quan trọng: thông tin có thực sự biến mất không?

Thông tin về sự hình thành lỗ đen có thể được tìm thấy dưới dạng bức xạ mà nó phát ra, theo nghiên cứu mới giải thích nghịch lý Hawking. (Ảnh: NASA).

Quy luật vật lý lượng tử khẳng định rằng thông tin không thể bị phá hủy. Do đó, tuy lỗ đen vẫn cho thấy không có dấu vết của những nguyên tố phức tạp đã hình thành nên chúng, nhưng lý thuyết cho rằng thông tin có thể được phục hồi thông qua bức xạ mà chúng phát ra.

Tìm Hiểu Về Nghịch Lý Hawking

Lỗ đen được biết đến là những vật thể với lực hấp dẫn mạnh mẽ đến mức mọi thứ, kể cả ánh sáng, không thể thoát khỏi chúng. Chúng hình thành khi các ngôi sao lớn tự sụp đổ. Trong vật lý cổ điển, lỗ đen chỉ được đặc trưng bởi ba thông số cơ bản: khối lượng, động lượng góc và điện tích, không như các ngôi sao phức tạp mà chúng xuất phát từ đó. Theo Xavier Calmet, một giáo sư tại Đại học Sussex, điều này tạo ra một nghịch lý thú vị vì các thuộc tính phức tạp của ngôi sao không thể bị loại bỏ.

Hình ảnh đầu tiên chụp được một lỗ đen, ở trung tâm dải ngân hà M87, cách Trái đất gần 54 triệu năm ánh sáng. (Ảnh: EHT Collaboration).

Mặc dù lỗ đen không để lại dấu hiệu của chất liệu ban đầu, nhưng các quy tắc vật lý lượng tử cho phép ta hy vọng rằng chỉ từ các bức xạ phát ra, thông tin về ngôi sao ban đầu có thể được tái tạo.

Năm 1976, Stephen Hawking đã cho rằng các lỗ đen phát ra bức xạ dẫn đến việc chúng dần bốc hơi và cuối cùng biến mất. Tuy nhiên, điều này dẫn đến một nghịch lý mới, khi thông tin về ngôi sao đã tạo ra lỗ đen cũng biến mất, mà điều này mâu thuẫn với luật pháp vật lý lượng tử.

Giải Quyết Nghịch Lý Của Lỗ Đen

Trên hành trình giải mã nghịch lý này, Calmet đã dành gần ba năm để nghiên cứu. Trong nghiên cứu mới, ông đã xem xét lại các tính toán của Hawking năm 1976, nhưng lần này kết hợp với tác động của “lực hấp dẫn lượng tử” – một yếu tố mà Hawking đã không xem xét. Calmet cho biết: “Mặc dù các hiệu chỉnh hấp dẫn lượng tử rất nhỏ nhưng chúng lại cực kỳ quan trọng trong quá trình bốc hơi của lỗ đen, giúp bức xạ Hawking không chỉ là năng lượng nhiệt mà còn có thể chứa thông tin”.

Nhóm nghiên cứu của Calmet đã phát hiện ra rằng thông tin có thể thoát khỏi lỗ đen thông qua bức xạ Hawking, và có khả năng phục dựng lại lỗ đen và ngôi sao ban đầu bằng cách sử dụng một thiết bị đủ nhạy để đo lường bức xạ này. Tuy nhiên, hiện tại thiết bị đó vẫn chưa tồn tại.