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.
Tìm thấy những ngôi sao "ma" lang thang khắp nơi hàng tỉ năm
Kính viễn vọng Hubble phát hiện nhiều ngôi sao "ma" trong các thiên hà khổng lồ. Chúng lang thang như những linh hồn lạc lối, với ánh sáng mờ ảo ma quái.
Mưa kim cương rơi ngập hành tinh "có dấu hiệu sự sống"
Theo nghiên cứu được trích dẫn trên tờ PHYS, để xuất hiện mưa kim cương, một hành tinh cần sở hữu hai điều kiện đặc biệt.
Mặt trăng bí ẩn có "khí độc" nhiều gấp hàng trăm lần Trái đất: Nếu bốc cháy sẽ ra sao?
Không ngờ Mặt trăng Tithane, vệ tinh của sao Thổ, lại chứa nhiều loại khí dễ cháy hơn Trái đất. Tuy nhiên, nếu chúng vô tình bốc cháy thì kết quả sẽ ra sao?
Liên tục trúng "bom vũ trụ", Mặt trăng lăn đi 10 độ
Nghiên cứu mới của NASA cho thấy Mặt trăng của chúng ta liên tục phải đi lang thang trên chính trục của nó do chịu đựng quá nhiều cú tấn công từ vũ trụ.
James Webb chụp được "hành tinh từ hư không" cách 2.000 năm ánh sáng
Vật thể không gian nửa hành tinh, nửa sao, khó lý giải và khó tìm kiếm bậc nhất vũ trụ đã lọt vào mắt thần của siêu kính viễn vọng 9 tỉ USD James Webb.
Hành tinh này đã tồn tại trong Hệ Mặt trời hàng tỷ năm và liệu có sự sống ở nơi đây?
Trên thực tế, sao Diêm Vương có rất nhiều cấu trúc bề mặt khổng lồ. Nhờ những cấu trúc địa chất kỳ lạ này, các nhà khoa học đã nhận ra rằng sao Diêm Vương có khả năng có một đại dương dưới bề mặt.
