Quote from Trần Nhật Gia Bảo on 25/09/2021, 11:25

Các lỗ trắng từ lâu được cho là một hình ảnh của thuyết tương đối rộng được sinh ra từ các phương trình tương tự như anh em sao sụp đổ của chúng, lỗ đen. Tuy nhiên, gần đây, một số nhà lý thuyết đã hỏi liệu những cơn lốc kép của không thời gian này có thể là hai mặt của cùng một đồng xu hay không.

(Hình ảnh này cho thấy một máy bay phản lực nổ tung từ một lỗ đen gần tốc độ ánh sáng. Về lý thuyết, một lỗ trắng trông giống như một lỗ đen, nhưng thay vì hút vật chất vào, một lỗ trắng đẩy vật chất ra xa. )(Ảnh: NASA/JPL-Caltech)

Đối với một phi hành đoàn tàu vũ trụ quan sát từ xa, một lỗ trắng trông giống hệt như một lỗ đen. Nó có khối lượng. Nó có thể quay. Một vòng bụi và khí có thể tập trung xung quanh chân trời sự kiện - ranh giới bong bóng ngăn cách vật thể với phần còn lại của vũ trụ. Nhưng nếu họ tiếp tục theo dõi, phi hành đoàn có thể chứng kiến một sự kiện không thể xảy ra đối với một lỗ đen - một ợ hơi. "Chỉ trong khoảnh khắc khi mọi thứ xuất hiện, bạn mới có thể nói, 'ah, đây là một lỗ trắng'", Carlo Rovelli, một nhà vật lý lý thuyết tại Trung tâm Physique Théorique ở Pháp cho biết.

Các nhà vật lý mô tả một lỗ trắng là "sự đảo ngược thời gian" của lỗ đen, một video về một lỗ đen phát ngược, giống như một quả bóng nảy là sự đảo ngược thời gian của một quả bóng rơi. Trong khi chân trời sự kiện của lỗ đen là một quả cầu không thể quay trở lại, chân trời sự kiện của lỗ trắng là ranh giới không thể nhập viện - câu lạc bộ độc quyền nhất không-thời gian. Không có tàu vũ trụ nào sẽ đến được rìa khu vực.

Các vật thể bên trong một lỗ trắng có thể rời đi và tương tác với thế giới bên ngoài, nhưng vì không có gì có thể xâm vào, bên trong bị cắt đứt khỏi quá khứ của vũ trụ: Không có sự kiện bên ngoài nào sẽ ảnh hưởng đến bên trong. "Bằng cách nào đó, sẽ đáng lo ngại hơn khi có một điểm kỳ dị trong quá khứ có thể ảnh hưởng đến mọi thứ ở thế giới bên ngoài", James Bardeen, một nhà tiên phong về lỗ đen và giáo sư danh dự tại Đại học Washington cho biết.

Ranh giới không thuộc tầm kiểm soát

Các phương trình trường học của Einstein đã đánh vào vật lý như một cơn sóng thần vào năm 1915, và các nhà lý thuyết vẫn đang phân loại qua đống đổ nát. Ngoài việc mô tả lực hấp dẫn, các giả thuyết của ông cũng mang đến một thông điệp phá vỡ mô hình về bản chất của thực tế. Hơn cả một phông nền cứng nhắc, không gian và thời gian uốn cong và gấp lại cùng với khối lượng của các ngôi sao và hành tinh. Cái nhìn sâu sắc đó đã châm ngòi cho một cuộc đua để tính toán bao nhiêu không gian lạm dụng có thể lấy từ vấn đề trôi dạt qua nó.

Trong vòng một năm, nhà vật lý và thiên văn học Karl Schwarzschild đã tìm ra giải pháp chính xác đầu tiên cho các phương trình của Einstein, tính toán cách các đường cong không-thời gian xung quanh một quả bóng khối lượng duy nhất. Trong câu trả lời của ông đặt ra những hạt giống của cái mà các nhà vật lý ngày nay gọi là điểm kỳ dị - một khối hình cầu thu nhỏ xuống một điểm dày đặc vô hạn, bao bọc không gian xung quanh nó chặt chẽ đến nỗi khu vực bị chèn ép khỏi phần còn lại của vũ trụ. Nó tạo thành một vùng đất không có con người mà chân trời sự kiện phá vỡ mối liên hệ giữa nguyên nhân và kết quả.

Lỗ đen, điểm kỳ dị nổi tiếng nhất, là những vùng không gian bị cong vênh đến nỗi không có lối thoát nào tồn tại. Vũ trụ bên ngoài có thể ảnh hưởng đến bên trong đường chân trời của lỗ đen, nhưng bên trong không thể ảnh hưởng đến bên ngoài.

Khi nhà toán học Martin David Kruskal mở rộng mô tả lỗ đen của Schwarzchild vào năm 1960 để bao quát tất cả các lĩnh vực không gian và thời gian, bức tranh mới của ông chứa một sự phản ánh của điểm kỳ dị lỗ đen, mặc dù ông không nhận ra tầm quan trọng của nó vào thời điểm đó. Sau đó, khi các lỗ đen đi vào tiếng địa phương, một thuật ngữ tự nhiên xuất hiện cho cặp song sinh lý thuyết của chúng.

"Phải mất 40 năm để hiểu các lỗ đen, và chỉ gần đây mọi người mới tập trung vào các lỗ trắng", Rovelli nói.

Tại sao lỗ trắng không tồn tại

Trong khi thuyết tương đối rộng mô tả các lỗ trắng trong lý thuyết, không ai biết làm thế nào người ta thực sự có thể hình thành. Một lỗ đen phong tỏa một chút không gian của nó khi một ngôi sao sụp đổ thành một âm lượng nhỏ, nhưng phát video này ngược lại không có ý nghĩa vật lý. Một chân trời sự kiện bùng nổ thành một ngôi sao chức năng sẽ trông giống như một quả trứng tự tháo ra - một sự vi phạm luật thống kê yêu cầu vũ trụ trở nên lộn xộn hơn theo thời gian.

Ngay cả khi các lỗ trắng lớn hình thành, chúng có thể sẽ không treo xung quanh quá lâu. Bất kỳ vật chất đi ra sẽ va chạm với vật chất trên quỹ đạo, và hệ thống sẽ sụp đổ thành một lỗ đen. "Một lỗ trắng tồn tại lâu dài, tôi nghĩ, là rất khó xảy ra", Hal Haggard, một nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Bard ở New York cho biết.

 

Tại sao lỗ trắng có thể tồn tại

Trong một thời gian, các lỗ trắng dường như chia sẻ số phận của các lỗ sâu đục - những biến dạng được phép toán học của không-thời gian có thể bị cấm bởi thực tế. Nhưng trong những năm gần đây, một số nhà vật lý đã mang các lỗ trắng trở lại trong nỗ lực giúp người anh em Lỗ đen của chúng tránh khỏi cái chết không đáng có.

Kể từ khi Stephen Hawking nhận ra vào những năm 1970 rằng các lỗ đen rò rỉ năng lượng, các nhà vật lý đã tranh luận về cách các thực thể có thể co lại và chết. Nếu một lỗ đen bốc hơi đi, nhiều người hỏi, điều gì sẽ xảy ra với hồ sơ nội bộ của mọi thứ nó nuốt phải? Thuyết tương đối rộng sẽ không để thông tin ra ngoài và cơ học lượng tử cấm xóa nó.

"Lỗ đen chết như thế nào? Chúng tôi không biết. Một lỗ trắng được sinh ra như thế nào? Có lẽ một lỗ trắng là cái chết của lỗ đen", Rovelli nói. "Hai câu hỏi kết hợp độc đáo, nhưng bạn phải vi phạm các phương trình tương đối rộng trong đoạn văn từ cái này sang câu khác."

Rovelli là người sáng lập lực hấp dẫn vòng lượng tử, một nỗ lực không đầy đủ để vượt ra ngoài thuyết tương đối rộng bằng cách mô tả chính không gian được xây dựng từ các hạt kiểu Lego. Được hướng dẫn bởi các công cụ từ khung này, ông và những người khác mô tả một kịch bản mà một lỗ đen phát triển quá nhỏ đến nỗi nó không còn tuân theo các quy tắc thông thường của các ngôi sao và quả bóng bi-a. Ở cấp độ hạt, sự ngẫu nhiên lượng tử chiếm lấy và lỗ đen có thể biến thành một lỗ trắng.

Bấm vào đây để biết thêm video Space.com...

 

Một lỗ trắng có kích thước microgam như vậy, có khối lượng tương tự như tóc người, sẽ không có bộ phim hấp dẫn nào của tổ tiên lỗ đen của nó, theo Haggard, nhưng sẽ che giấu một bên trong hang động chứa thông tin về mọi thứ nó đã nuốt trong kiếp trước. Quá nhỏ để thu hút vật chất quỹ đạo, lỗ trắng có thể vẫn đủ ổn định để cuối cùng nhổ ra tất cả thông tin được tích lũy bởi tiền thân của nó.

Trong bức tranh này, một ngày nào đó các lỗ trắng sẽ thống trị vũ trụ, sau khi các ngôi sao đã bị đốt cháy và các lỗ đen đã héo 2. Bất kỳ nhà quan sát nào sau đó cũng có thể dễ dàng phát hiện các vật thể như các hạt tương đối lớn mà Haggard suy đoán, nhưng những ngày đó gấp vô số nghìn tỷ lần tuổi hiện tại của vũ trụ trong tương lai. "Đó là thang thời gian điên rồ nhất mà tôi từng thấy trong vật lý", Haggard nói.

Lỗ trắng cuối cùng

Ngoài ra, hậu quả của một lỗ trắng có thể tồn tại ở khắp mọi nơi. Đối với các nhà vật lý lỗ đen, sự bùng nổ vật chất và năng lượng của Big Bang trông giống như hành vi lỗ trắng tiềm năng. "Hình học rất giống nhau trong hai trường hợp", Haggard nói. "Thậm chí đến mức đôi khi giống hệt nhau về mặt toán học."

Các nhà vũ trụ học gọi bức tranh này là "Big Bounce", và một số tìm kiếm các đặc điểm lỗ trắng đặc trưng trong ánh sáng quan sát sớm nhất của vũ trụ. Rovelli cũng tự hỏi liệu các vụ nổ vô tuyến dữ dội có đại diện cho tiếng kêu của các lỗ đen nhỏ lý thuyết còn sót lại từ Vụ nổ lớn khi chúng chuyển đổi sớm vào lỗ trắng (mặc dù lời giải thích này dường như ngày càng khó xảy ra).

Vũ trụ có thể không tự biến thành tất cả các hình dạng mà thuyết tương đối rộng cho phép, nhưng Haggard nghĩ rằng các nhà vật lý nên theo lỗ thỏ này đến cuối cùng. "Tại sao bạn không điều tra xem chúng có hậu quả thú vị hay không", ông nói. "Có thể những hậu quả đó không phải là những gì bạn mong đợi, nhưng sẽ thật ngu ngốc nếu bỏ qua chúng."

Nguồn: White Holes | Space