Nguyên nhân hố đen không nuốt cả vũ trụ

Hố đen có thể hút tất cả các loại vật chất (kể cả ánh sáng), nhưng tại sao nó không tiếp tục mở rộng và nuốt chửng cả vũ trụ?

Một trong những nhà vật lý học hàng đầu thế giới đã đưa ra một lời giải thích mới liên quan đến vấn đề này. Ý tưởng của ông cũng có thể hợp nhất 2 lý thuyết lớn nhất trong tất cả các lý thuyết vật lý.

Nhà nghiên cứu Leonard Susskind từ Đại học Stanford, còn được biết đến là cha đẻ của Lý thuyết dây (string theory – một thuyết hấp dẫn lượng tử). Ông đã đề cập đến nó trong nghiên cứu mới đây, và lý do được đưa ra thực sự rất bất ngờ.

Theo đó, một hố đen vũ trụ sẽ phát triển bằng cách tăng độ phức tạp bên trong nó. Hay nói cách khác, hố đen “mở rộng” vào bên trong, chứ không phải tỏa ra bên ngoài như những gì chúng ta tưởng tượng.

Mặc dù vậy, rõ ràng, báo cáo của ông Susskind mới chỉ được xuất bản trên trang web arXiv.org mà chưa được các nhà khoa học khác xem xét, đánh giá.

Hố đen là một khối vật chất dày đặc đến mức có thể bẻ cong không gian, hút được cả ánh sáng. Nền tảng lý thuyết về sự tồn tại của hố đen được đưa ra trong Thuyết tương đối của Einstein vào năm 1915.

Từ đó, rất nhiều vật thể có tính chất phù hợp với hố đen đã được tìm ra, trong đó đa số nằm ở trung tâm dải ngân hà.

Tưởng tượng vũ trụ như một tấm vải cao su. Một vật nặng đặt trên tấm vải ấy sẽ làm nó lõm xuống, uốn cong lại. Đó cũng là cách các vật thể nặng trong vũ trụ bẻ cong không gian – thời gian. Tuy nhiên, về cơ bản, mọi vật thể đều sẽ nở rộng ra ngoài khi chúng ta bổ sung thêm nguyên liệu thay vì hướng vào bên trong như cách ông Susskind tư duy. Trong trường hợp này, tấm vải cao su kia không còn hữu dụng trong việc minh họa nữa.

Để làm rõ vấn đề, người ta cần phải xem xét đến lĩnh vực khác mang tên “vật lý lượng tự”. Trên thực tế, vật lý và vật lý lượng tử không phải lúc nào cũng đồng nhất. Những vật chất siêu nhỏ sẽ không có ý nghĩa gì nếu được phân tích theo Thuyết tương đối. Tương tự, một vật vĩ mô như hố đen vũ trụ cũng sẽ nghiền nát mọi định luật của vật lý lượng tử. Như vậy nghĩa là, con người thiếu một mảnh ghép để phân tích Thuyết trương đối ở phạm vi khối lượng phân tử.

Một giải pháp cho vấn đề này là lý thuyết Ads/CFT (còn gọi là đối ngẫu AdS/CFT, AdS = không gian anti de Sitter, CFT = conformal field theory – lý thuyết trường conformal) do Juan Maldacena đưa ra vào năm 1997.

Ads/CFT là cách tiếp cận nối giữa thuyết tương đối và lượng tử, được ví với “lý thuyết dây trong không gian 4 chiều”. Dựa trên lý thuyết này, ông Susskind cho rằng độ phức tạp về lượng tử của một hố đen được thể hiện qua thể tích của nó. Theo đó, nếu hố đen bổ sung càng nhiều nhiên liệu, bên trong của nó càng nở ra thay vì bên ngoài.