Nghịch lý gần 50 năm của lỗ đen đã có lời giải
Nghịch lý Hawking cho rằng trong quá trình biến mất, lỗ đen tiêu hủy mọi thông tin về nguồn gốc của chúng, trái với những quy tắc của vật lý lượng tử. Nghịch lý này đã có lời giải.
Theo nhà vật lý lý thuyết Stephen Hawking, các lỗ đen từ từ biến mất vì chúng rò rỉ một lượng bức xạ, được gọi là “bức xạ Hawking”, nhưng dưới dạng năng lượng nhiệt. Bức xạ có thể mang thông tin về nguồn phát ra nó, nhưng nhiệt thì không. Vì thế, khi các lỗ đen dần biến mất, mọi thông tin về ngôi sao đã tạo ra chúng cũng biến mất theo.
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).
Điều này trái với các định luật của cơ học lượng tử, nói rằng thông tin không thể bị phá hủy và trạng thái cuối cùng của một vật thể có thể tiết lộ manh mối về trạng thái ban đầu. Đây được gọi là “nghịch lý thông tin Hawking”.
Nghịch lý Hawking
Lỗ đen là những vật thể nặng đến mức không gì có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của chúng, kể cả ánh sáng. Chúng hình thành khi những ngôi sao khổng lồ tự sụp đổ.
Trong vật lý cổ điển, lỗ đen được coi là những vật thể rất đơn giản, có thể được đặc trưng bởi ba con số - khối lượng, động lượng góc và điện tích, Xavier Calmet, giáo sư vật lý tại Đại học Sussex, giải thích. Tuy nhiên, ngôi sao ban đầu sinh ra lỗ đen là một vật thể vật lý thiên văn phức tạp, bao gồm proton, electron và neutron kết hợp với nhau để tạo thành các nguyên tố hóa học của ngôi sao đó, Calmet lưu ý.
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 các lỗ đen không mang dấu vết về các nguyên tố hóa học phức tạp này, các quy tắc của vật lý lượng tử nói rằng thông tin không thể bị xóa khỏi vũ trụ. Do đó, về lý thuyết, từ các bức xạ mà lỗ đen phát ra, vẫn có thể khôi phục thông tin về ngôi sao phức tạp ban đầu.
Vào năm 1976, Stephen Hawking đã "làm hỏng" quy tắc này khi cho rằng lỗ đen liên tục phát ra một loại bức xạ. Sự rò rỉ bức xạ này khiến các lỗ đen dần bốc hơi và cuối cùng là biến mất hoàn toàn. Nhưng bức xạ này phát ra dưới dạng nhiệt, đồng nghĩa với việc mọi thông tin về ngôi sao sinh ra lỗ đen cũng đã biến mất.
“Điều này đi ngược với các quy tắc vật lý lượng tử, cho rằng "cuộc sống" của lỗ đen có thể được tua lại, và thông qua bức xạ có thể hình dung lại lỗ đen và ngôi sao đã tạo ra nó”, Calmet nói.
Giải mã nghịch lý lỗ đen
Calmet đã dành gần 3 năm để giải mã nghịch lý Hawking. Trong nghiên cứu mới, ông đã đánh giá lại các tính toán của Hawking năm 1976, nhưng lần này tính đến tác động của “lực hấp dẫn lượng tử” - mô tả lực hấp dẫn theo các nguyên tắc của cơ học lượng tử - điều mà Hawking đã không làm.
“Mặc dù những hiệu chỉnh hấp dẫn lượng tử này rất nhỏ, nhưng rất quan trọng đối với sự bốc hơi của lỗ đen. Chúng tôi đã có thể chỉ ra rằng những hiệu ứng này làm bức xạ Hawking không còn là năng lượng nhiệt, và có thể chứa thông tin", Calmet nói.
Nhóm nghiên cứu của Calmet cũng đã xác định được hiện tượng vật lý mà theo đó thông tin thoát ra khỏi lỗ đen thông qua bức xạ Hawking, và cách một người quan sát bên ngoài có thể lấy được thông tin này để phục dựng lỗ đen và ngôi sao ban đầu. Dù vậy quy trình này chưa thể thực hiện được trên thực tế, vì đòi hỏi một thiết bị đủ nhạy để đo bức xạ Hawking, hiện chưa tồn tại.
Khám phá dự án "Hộp đen của Trái đất": Thiết bị ghi lại quá trình tuyệt chủng của nhân loại
Dù đã đạt được nhiều bước tiến trong công nghệ, nhưng con người dường như vẫn chưa nguôi nỗi lo lắng khi nhắc đến nguy cơ tuyệt chủng đang tới gần.
Nghiên cứu mới về vụ nổ lớn thứ hai sau Big Bang
Một nghiên cứu mới cho thấy trong vòng một tháng sau Vụ nổ lớn (Big Bang), một vụ nổ thứ hai có thể đã mang lại cho vũ trụ vật chất tối vô hình.
Một thiên thể bạn đang nhìn thấy được Trái đất sinh ra chỉ trong vài giờ
Một mô phỏng siêu máy tính mới dựa trên các dữ liệu đã biết về Trái đất, Mặt trăng và hành tinh giả thuyết Theia vừa chỉ ra một đoạn lịch sử gây sốc của địa cầu.
Lộ diện hành tinh suýt "ăn thịt" Trái đất, có thể nhìn được bằng mắt thường
Hệ Mặt Trời sở hữu một hành tinh quái vật, hình thành bằng cách nuốt chửng nhiều hành tinh nhỏ hơn.
NASA tiếp cận mỏ vàng trị giá gấp 70.000 lần kinh tế toàn cầu
Tiểu hành tinh Psyche được coi là một nguồn tài nguyên quý giá, với lượng vàng và kim cương khổng lồ, trị giá gấp 70.000 lần nền kinh tế thế giới.
Tử thần 11,5 tỉ năm trước dội bom NASA: Dự báo rùng rợn cho chúng ta
Một trong những vật thể tử thần đáng sợ, dữ dội bậc nhất vũ trụ đã ập vào ống kính của thợ săn Hubble một cách vô tình sau khi xuyên không từ thế giới 11,5 tỉ năm trước.
