Cách tính diện tích hố đen trong vũ trụ từ 50 năm trước được xác nhận là đúng

Một trong những định lý nổi tiếng nhất của Stephen Hawking đã được chứng minh là đúng, sử dụng các gợn sóng trong không-thời gian gây ra bởi sự hợp nhất của hai hố đen ở xa. Các khu vực của hố đen gắn liền với số lượng rối loạn trong vũ trụ.

Hố đen vũ trụ là một vùng không-thời gian nơi trường hấp dẫn mạnh đến mức không có gì, không hạt vật chất hay cả bức xạ điện từ như ánh sáng, có thể thoát khỏi nó. Thuyết tương đối tổng quát tiên đoán một lượng vật chất với khối lượng đủ lớn nằm trong phạm vi đủ nhỏ sẽ làm biến dạng không- thời gian để trở thành hố đen.

Định lý diện tích hố đen, mà Hawking đưa ra vào năm 1971 từ thuyết tương đối rộng của Einstein  tuyên bố rằng diện tích bề mặt của hố đen không thể giảm theo thời gian. Quy tắc này khiến các nhà vật lý quan tâm vì nó có liên quan mật thiết đến một quy tắc khác dường như ấn định thời gian chạy theo một hướng cụ thể: định luật thứ hai của nhiệt động lực học, nói rằng entropy, hay sự rối loạn, của một hệ kín phải luôn tăng. Vì entropy của hố đen tỷ lệ với diện tích bề mặt của nó, nên cả hai luôn phải tăng.

Cách tính diện tích hố đen trong vũ trụ từ 50 năm trước được xác nhận là đúng
Các đặc tính của hố đen là manh mối quan trọng cho các quy luật ẩn chi phối vũ trụ.

Loading...

Theo nghiên cứu mới, xác nhận của các nhà nghiên cứu về quy luật diện tích dường như ngụ ý rằng các đặc tính của hố đen là manh mối quan trọng cho các quy luật ẩn chi phối vũ trụ. Thật kỳ lạ, định luật diện tích dường như mâu thuẫn với một định lý khác đã được chứng minh của nhà vật lý nổi tiếng rằng, các hố đen sẽ bay hơi theo quy mô thời gian cực kỳ dài, vì vậy việc tìm ra nguồn gốc của sự mâu thuẫn giữa hai lý thuyết có thể tiết lộ vật lý mới.

"Không thể giảm diện tích bề mặt của hố đen, điều này giống như định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Nó cũng có bảo toàn khối lượng, vì bạn không thể giảm khối lượng của nó, vì vậy điều đó tương tự như bảo toàn năng lượng", tác giả chính Maximiliano Isi, một nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ Massachusetts, cho biết.

Ông chia sẻ thêm: "Ban đầu, mọi người nói về một sự song song tuyệt vời, nhưng chúng tôi nhanh chóng nhận ra rằng điều này là cơ bản. Các hố đen có một entropy, và nó tỷ lệ với diện tích của chúng. Đó không chỉ là một sự trùng hợp vui mà đó là một sự thật sâu sắc về thế giới mà chúng tiết lộ". 

Diện tích bề mặt của hố đen được thiết lập bởi một ranh giới hình cầu được gọi là chân trời sự kiện - ngoài điểm này, không có gì, thậm chí cả ánh sáng, có thể thoát khỏi lực hấp dẫn mạnh mẽ của nó.

Theo cách giải thích của Hawking về thuyết tương đối tổng quát, khi diện tích bề mặt của hố đen tăng lên cùng với khối lượng của nó, và bởi vì không có vật thể ném vào bên trong có thể thoát ra ngoài, nên diện tích bề mặt của nó không thể giảm. Nhưng diện tích bề mặt của hố đen cũng co lại khi nó quay, vì vậy các nhà nghiên cứu tự hỏi liệu có thể ném một vật thể vào bên trong đủ cứng để làm cho hố đen quay đủ để giảm diện tích của nó hay không.

"Bạn sẽ khiến nó quay nhiều hơn, nhưng không đủ để làm đối trọng với khối lượng mà bạn vừa thêm vào. Dù bạn làm gì, khối lượng và độ xoáy sẽ làm cho nó có diện tích lớn hơn", Isi cho biết.

Để kiểm tra lý thuyết này, các nhà nghiên cứu đã phân tích các sóng hấp dẫn, hoặc các gợn sóng trong cấu trúc của không-thời gian, được tạo ra cách đây 1,3 tỷ năm bởi hai hố đen khổng lồ khi chúng chuyển động xoắn ốc về phía nhau với tốc độ cao. Đây là những sóng đầu tiên từng được phát hiện vào năm 2015 bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser tiên tiến (LIGO), một chùm tia laser dài 1.864 dặm (3.000km) có khả năng phát hiện những biến dạng nhỏ nhất trong thời gian vũ trụ bằng cách chúng thay đổi đường đi của nó chiều dài.

Bằng cách chia tín hiệu thành hai nửa - trước và sau khi các hố đen hợp nhất - các nhà nghiên cứu đã tính toán khối lượng và spin của cả hai hố đen ban đầu và một lỗ mới kết hợp. Những con số này cho phép họ tính toán diện tích bề mặt của mỗi hố đen trước và sau vụ va chạm.

Diện tích bề mặt của hố đen mới được tạo ra lớn hơn diện tích của hai hố ban đầu cộng lại, khẳng định định luật diện tích của Hawking với mức độ tin cậy hơn 95%.

Các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện của họ vào ngày 26/5 trên Tạp chí Physical Review Letters.

Từ khóa liên quan:
Loading...
TIN CŨ HƠN
Khinh khí cầu du lịch vũ trụ thử nghiệm bay cao 32km

Khinh khí cầu du lịch vũ trụ thử nghiệm bay cao 32km

Công ty du lịch vũ trụ Space Perspective thành công đưa bản mô phỏng của tàu chở người Neptune One lên không trung bằng khinh khí cầu khổng lồ.

Đăng ngày: 23/06/2021
Gần 100.000 người ký 2 kiến nghị không cho tỉ phú Jeff Bezos trở lại Trái đất

Gần 100.000 người ký 2 kiến nghị không cho tỉ phú Jeff Bezos trở lại Trái đất

Cuộc kiểm phiếu mới nhất cho thấy có gần 100.000 người đã ký tên vào 2 bản kiến ​​nghị Không cho phép tỉ phú Jeff Bezos quay trở lại Trái đất, sau khi ông được phóng lên không gian vào tháng 7.

Đăng ngày: 23/06/2021
Hình ảnh ngoạn mục khi 2 thiên hà sáp nhập với nhau từ kính viễn vọng Hubble

Hình ảnh ngoạn mục khi 2 thiên hà sáp nhập với nhau từ kính viễn vọng Hubble

Kính thiên văn Hubble đã ghi lại cuộc va chạm ngoạn mục của “những kẻ khổng lồ” trên bầu trời khi 2 thiên hà đang trong quá trình sáp nhập với nhau.

Đăng ngày: 23/06/2021
Phát hiện hành tinh khác thường sắp tiến gần Mặt trời

Phát hiện hành tinh khác thường sắp tiến gần Mặt trời

Các nhà thiên văn học ghi nhận một hành tinh nhỏ sắp tới gần Mặt Trời nhất trên quỹ đạo kéo dài hơn 600.000 năm.

Đăng ngày: 23/06/2021
Cuộc sống của phi hành gia Trung Quốc trên trạm Thiên Cung

Cuộc sống của phi hành gia Trung Quốc trên trạm Thiên Cung

Module lõi Thiên Hà được thiết kế để đem lại sự thoải mái tối đa cho các phi hành gia trong thời gian 3 tháng.

Đăng ngày: 22/06/2021
Phi hành gia đi bộ ngoài không gian để thay pin năng lượng Mặt trời

Phi hành gia đi bộ ngoài không gian để thay pin năng lượng Mặt trời

Các phi hành gia Pháp và Mỹ đã đi bộ ngoài không gian 6 giờ để lắp đặt các tấm pin Mặt trời mới, nhằm tăng cường khả năng cung cấp năng lượng cho Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).

Đăng ngày: 22/06/2021
Khi NASA kêu gọi giúp đỡ đặt tên cho hình nộm trên Mặt trăng

Khi NASA kêu gọi giúp đỡ đặt tên cho hình nộm trên Mặt trăng

NASA đang kêu gọi sự giúp đỡ để đặt tên cho hình nộm trong sứ mệnh Artemis I lên Mặt Trăng dự kiến vào tháng 11/2021.

Đăng ngày: 22/06/2021
Tiêu điểm
Khoa Học News