Hố trắng mở ra khả năng du hành thời gian

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Khả năng tồn tại của lỗ trắng lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà vật lý thiên văn lý thuyết Igor Novikov vào năm 1964.

Lỗ trắng là một vùng giả định trong không thời gian được dự đoán là một phần của lời giải cho các phương trình trường của Einstein.

Nhưng hãy bắt đầu với lỗ đen vì chúng dễ giải thích hơn. Hố đen hình thành khi tâm của một ngôi sao lớn sắp chết chạm vào chính nó. Toàn bộ khối lượng bị ép ra thành một thể tích nhỏ vô hạn. Lực hấp dẫn của chúng trở nên lớn đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra khỏi nó.

Lỗ trắng hoàn toàn ngược lại với lỗ đen: mặc dù không gì có thể thoát ra khỏi chân trời sự kiện của lỗ đen, nhưng không gì có thể đi vào chân trời sự kiện của lỗ trắng. Nói một cách đơn giản, lỗ trắng phun mọi thứ ra ngoài và không có gì đi vào.

Khái niệm về một lỗ trắng là vô cùng phức tạp. Vì vậy, chúng tôi đã cố gắng giải thích nó trong các phần nhỏ. Đến cuối bài viết này, bạn sẽ hiểu thêm rất nhiều về hiện tượng hấp dẫn này.

Các lỗ trắng có tồn tại không?

Hố trắng chỉ là một khái niệm toán học lý thuyết và chưa được quan sát thấy trong vũ trụ. Hầu hết các cuộc thảo luận về lỗ trắng đều xoay quanh các từ giả thuyết, viển vông và không thực tế.

Chúng là một giải pháp tiềm năng cho các định luật tương đối rộng, ngụ ý rằng nếu các lỗ đen vĩnh cửu tồn tại, thì các lỗ trắng cũng phải tồn tại trong vũ trụ.

Chúng được cho là có các đặc tính như khối lượng, điện tích, mô men động lượng, nhưng bất cứ thứ gì tiếp cận lỗ trắng (ngay cả với tốc độ ánh sáng) sẽ không bao giờ chạm tới được. Về lý thuyết, không có đủ năng lượng trong vũ trụ của chúng ta để kéo bạn vào bên trong.

Chúng vi phạm định luật thứ hai của nhiệt động lực học

Một trong những lý do chính khiến các lỗ trắng bị coi là không có thực là chúng làm giảm entropi, điều này trái với quy luật nhiệt động lực học.

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học nói rằng tổng entropi của vũ trụ không ngừng tăng lên, vì vậy sự thay đổi trong entropi luôn luôn dương. Đây là lý do tại sao các lỗ trắng không phù hợp với mô hình vũ trụ hiện tại của chúng ta.

Bằng chứng cho các lỗ trắng

Trong khi bằng chứng và thông tin liên quan đến lỗ trắng vẫn chưa chắc chắn, một vụ nổ tia gamma, có tên GRB 060614, được phát hiện bởi Đài quan sát Swift của Neil Gerel vào năm 2006, được coi là sự kiện đầu tiên được ghi lại về lỗ trắng.

Không giống như các GRB thông thường, chỉ kéo dài vài giây, vụ nổ lai GRB 060614 kéo dài 102 giây đáng kể, nhưng không liên quan đến siêu tân tinh. Điều này đặt ra câu hỏi về sự đồng thuận khoa học trước đây liên quan đến lỗ đen và các loại thiên thể khác có thể phát ra vụ nổ tia gamma.

Các lỗ trắng có thể tạo nên vật chất tối

Vào năm 2018, các nhà khoa học cho rằng các lỗ trắng có đường kính siêu nhỏ có thể tạo nên vật chất tối. Các lỗ trắng nhỏ như vậy sẽ không phát ra bất kỳ bức xạ nào, và vì chúng ngắn hơn bước sóng ánh sáng nên chúng sẽ không nhìn thấy được.

Vật chất tối chiếm khoảng 27% vũ trụ của chúng ta, và mật độ cục bộ của nó là khoảng 1% khối lượng của Mặt trời trên mỗi parsec khối. Để tính toán mật độ này với các lỗ trắng, nhóm nghiên cứu ước tính rằng cần một lỗ trắng cực nhỏ (khoảng một phần triệu gam và nhỏ hơn nhiều so với một proton) trên 10.000 km khối.

Các lỗ trắng thậm chí có thể có trước Vụ nổ lớn

Một giả thuyết hấp dẫn khác được các nhà nghiên cứu đưa ra là lỗ trắng có thể giải thích vụ nổ Big Bang, vì đây là một trường hợp khác khi một lượng lớn vật chất và năng lượng xuất hiện một cách tự nhiên.

Trên thực tế, người ta cho rằng Vụ nổ lớn là kết quả của một vụ nổ lỗ trắng, được cho là phun ra tất cả vật chất và thông tin bị lỗ đen hấp thụ.

Rõ ràng, chúng ta không biết lý thuyết đó có đúng hay không, nhưng một lần nữa, thật buồn cười khi nghĩ rằng sự sống nảy sinh từ một lỗ trắng.

Hố trắng và hố đen thông qua một hố sâu

Một trong những lý do chính để nghiên cứu sự tồn tại của lỗ trắng là chúng có thể giải đáp được một bí ẩn: điều gì đang xảy ra ở trung tâm của một lỗ đen. Điều gì xảy ra với tất cả thông tin bị hút vào?

Một số giả thuyết cho rằng có một lỗ trắng ở đầu kia của lỗ đen. Tất cả vật chất và thông tin bị hố đen hấp thụ sẽ bị hố trắng ném sang một vũ trụ khác.

Việc "đi vào" lỗ đen và "lối ra" của lỗ trắng có thể liên quan đến hai vũ trụ hoàn toàn khác nhau. Và thứ khiến mối liên hệ này có thể thực hiện được được gọi là lỗ sâu: nó có thể được coi như một đường hầm có hai đầu, mỗi đầu ở một vị trí khác nhau trong không thời gian.

Thuyết tương đối rộng có các phương trình thực tế bao gồm các lỗ sâu, tuy nhiên, chúng vẫn chưa được quan sát thấy trong vũ trụ. Một lỗ sâu có thể kết nối các khoảng cách ngắn (vài mét), khoảng cách cực xa (hàng triệu năm ánh sáng) hoặc các vũ trụ khác nhau.

Năm 1935, các nhà khoa học đã phát hiện ra một hố sâu loại 1, được gọi là hố sâu Schwarzschild, sử dụng thuyết tương đối rộng của Einstein. Toàn bộ chỉ số Schwarzschild bao gồm một lỗ trắng, một lỗ đen và hai thế giới riêng biệt được kết nối tại chân trời sự kiện của chúng thông qua một lỗ sâu.

Giải pháp của Schwarzschild có hai phương trình thực - căn bậc hai âm và dương. Điều thứ hai giải thích rằng lỗ đen đang di chuyển ngược thời gian, nó cũng là một lỗ trắng.

Hố trắng mở ra khả năng du hành thời gian

Trong những điều kiện nhất định, một lỗ sâu có thể kết nối hai điểm trong thời gian thay vì hai điểm trong không gian. Do đó, một vật thể bị hố đen nuốt chửng có thể đi qua hố sâu và phun ra như một hố trắng trong một vùng thời gian [hoặc không gian] khác.

Tuy nhiên, khái niệm này có vô số nhược điểm. Ví dụ, một vật thể rơi vào lỗ đen sẽ không thể chịu được lực hấp dẫn cực lớn của nó. Và vì lỗ sâu này cực kỳ không ổn định, nó sẽ ngay lập tức tự sụp đổ.

Tuy nhiên, một số nhà vật lý đã chỉ ra rằng lỗ giun (nếu nó tồn tại) có thể cho phép du hành trong cả không gian và thời gian. Giáo sư Kip Thorne của Viện Công nghệ California, người từng đoạt giải Nobel, cho rằng ba hiện tượng này (lỗ đen, lỗ sâu và lỗ trắng) có thể cho phép con người du hành ngược thời gian (hàng nghìn năm).

Thành thật mà nói, có hàng trăm giả thuyết liên quan đến lỗ trắng, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra bằng chứng thuyết phục để chứng minh cho sự tồn tại của chúng. Thậm chí có thể có một vị trí dành cho họ trong vũ trụ bí ẩn rộng lớn của chúng ta.