Roger Penrose - Người chứng minh hố đen có thể tồn tại

Nhà nghiên cứu 89 tuổi người Anh đã sử dụng toán học để chứng minh hố đen là kết quả tự nhiên từ thuyết tương đối và không phải khoa học viễn tưởng.

Nếu từng chật vật với môn toán ở trường, bạn không đơn độc. Sir Roger Penrose, nhà nghiên cứu đoạt giải Nobel Vật lý hôm 6/10, cũng từng vò đầu trong lớp. "Tôi luôn rất chậm chạp. Tôi học toán tốt, nhưng không làm giỏi trong những bài kiểm tra", học giả sinh năm 1931 ở Colchester hồi tưởng. "Nhưng giáo viên nhận ra nếu thầy cho tôi đủ thời gian, tôi sẽ làm tốt. Về cơ bản, tôi phải làm mọi thứ bằng cách tính toán từ những nguyên lý cơ bản". Bất kể giáo viên đó là ai, chúng ta vẫn phải cảm ơn ông vì lòng kiên nhẫn với cậu học trò nhỏ.

Nhà toán học Roger Penrose. (Ảnh: APA Picturedesk Gmbh).

Sir Roger đã trở thành một ngôi sao sáng trong lĩnh vực toán học, đầu tiên ở Đại học London và sau đó ở Đại học Cambridge, nơi ông theo học thạc sĩ. Sir Roger rất hứng thú với topo, bộ môn toán mô tả đặc điểm của vật thể hình học khi chúng bị xoắn hoặc kéo căng. Chính nhánh toán học này đã giúp ông chứng minh sự tồn tại của hố đen, những vùng không gian đặc biệt nơi vật chất sụp đổ vào bên trong và lực hấp dẫn mạnh đến mức không thứ gì có thể thoát ra, ngay cả ánh sáng.

Ngày nay, chúng ta đã quen sử dụng kính viễn vọng để chụp ảnh hố đen, hoặc ít nhất là rìa của nó. Chúng ta cũng không mấy xa lạ khi dùng giao thoa kế để phát hiện cặp hố đen va chạm và sáp nhập. Tuy nhiên, cách đây vài thập kỷ, cuộc tranh cãi về tính xác thực của hố đen rất gay gắt. Sir Roger đã nhảy vào "vạc dầu" này khi bắt đầu ứng dụng một số nguyên lý trong topo vào hố đen. Trước bài báo công bố năm 1965 của ông, các mô hình có thể mô tả cách hố đen hình thành. Tuy nhiên, đó là những tình huống lý tưởng với sự đối xứng hoàn hảo. Chúng chắc chắn không thể xảy ra trong thế giới thực nên thường bị giới nghiên cứu bác bỏ.

Nghiên cứu đột phá của Sir Roger sử dụng cách tiếp cận mới, bao gồm công cụ topo để chứng minh một điểm kỳ dị (một điểm có mật độ siêu đặc và áp suất lớn vô cùng) có thể tồn tại nếu tập trung đủ vật chất, bất kể đối xứng hay không. "Tôi nghĩ về hình khối của những gì xảy ra (bên trong hố đen). Các tia sáng hoạt động như thế nào, chúng sẽ ra sao khi tụ lại và ta có thể ngăn chúng tụ lại hay không. Đây chính là ý tưởng mà sau này tôi gọi là bề mặt bẫy (trapped surface), biểu thị khi sự sụp đổ đã đạt tới điểm không thể quay lại. Nó không phụ thuộc vào tính đối xứng hay bất kỳ thứ gì khác", Sir Roger giải thích. Ông nhận thấy nếu các nhà thiên văn học tìm kiếm và xem xét những nơi phù hợp, họ sẽ tìm thấy bằng chứng.

"Trong khi thuyết tương đối tổng quát của Einstein dự đoán sự tồn tại của hố đen, bản thân Einstein không tin chúng thực sự tồn tại", giáo sư Jim Al-Khalili, người từng phỏng vấn Sir Roger năm 2016, cho biết. "Penrose là người đầu tiên dùng toán học vào năm 1965 để chứng minh hố đen là kết quả tự nhiên từ thuyết tương đối và không phải khoa học viễn tưởng".

Sir Roger từng làm việc với Stephen Hawking. (Ảnh: Đại học Oxford).

Bất cứ khi nào nghĩ về hố đen, công chúng thường liên tưởng tới nhà vũ trụ học quá cố Stephen Hawking. Ít người biết Hawking và Sir Roger đã làm việc cùng nhau trong thời gian dài vào cuối thập niên 1960 và 1970 thông qua sự giới thiệu từ người hướng dẫn cao học của Hawking là Dennis Sciama. cả hai đều thu hút đông đảo sự quan tâm qua tác phẩm khoa học nổi tiếng. Đối với Hawking, đó là cuốn Lược sử thời gian. Với Sir Roger, chính cuốn sách Trí não mới của hoàng đế và Con đường tới thực tiễn đã kết nối với với độc giả.

Giải Nobel Vật lý là thành tựu lớn nhất trong sự nghiệp của Sir Roger trong số rất nhiều giải thưởng ông từng được trao tặng. Dù đã 89 tuổi, ông vẫn tiếp tục nghiên cứu nhiều đề tài phong phú, bao gồm ứng dụng thuyết lượng tử vào sinh học. Sir Roger thú nhận một thứ ông chắc chắn không thể lĩnh hội dù có dành thêm nhiều thời gian tìm hiểu là thuyết trình bằng PowerPoint. "Tôi thực sự ghét dùng PowerPoint. Thi thoảng tôi phải sử dụng phần mềm này và đó luôn là một thảm họa", Sir Roger nói.

• Lần đầu tiên trong lịch sử, các chuyên gia phải nhờ đến kẻ đạo mộ "giải cứu" bảo vật quốc gia bị kẹt trong mộ
• Đào móng xây nhà phát hiện bảo vật quốc gia duy nhất, tiết lộ truyền thuyết hiếu kỳ
• Thảm họa trong một thành phố ở Brazil, nơi covid-19 không còn vật chủ để lây vì 44 - 66% dân số đều đã nhiễm

Từ khóa liên quan:

hố đen

nhà nghiên cứu Roger Penrose

giải nobel vật lý 2020

nghiên cứu hố đen

thuyết tương đối

lỗ đen