Không ai biết rằng sự tồn tại của một lỗ đen có thể được chứng minh là có thật vào một ngày nào đó. Các lỗ sâu hay lỗ giun, cũng giống như lỗ đen, là một kết quả toán học của thuyết tương đối rộng của Einstein. Mặc dù chúng ta chỉ nhìn thấy lỗ sâu chỉ trong các bộ phim Khoa học viễn tưởng, nhưng các nhà nghiên cứu cũng cho thấy khả năng hình thành thực sự của chúng.
Lỗ sâu là gì?
Hãy tưởng tượng không gian như một tờ giấy rộng lớn. Bạn sống ở một đầu và bạn muốn đi du lịch đến đầu kia. Thông thường bạn phải lê bước trên toàn bộ chiều dài của trang để đến được đó. Nhưng nếu bạn gấp tờ giấy làm đôi thì sao? Đột nhiên, nơi bạn đang ở và nơi bạn muốn ở ngay bên cạnh nhau. Bạn chỉ đơn giản là phải nhảy qua khoảng cách nhỏ đó. Chúng ta gọi những vật thể này là lỗ sâu vì nó giống như một con sâu đang cố gắng xuyên qua quả táo. Để đi từ trên xuống dưới, nó có hai lựa chọn: Bò xung quanh bên ngoài, hoặc đục một con đường tắt qua giữa.
Albert Einstein và Nathan Rosen đưa ra giả thuyết rằng những đường hầm kỳ lạ này có thể tồn tại thông qua các lỗ đen. Điều này có thể tạo ra một liên kết giữa hai đầu trong không thời gian. Hãy tưởng tượng sau khi vào đường ống bồn tắm của bạn, bạn thoát ra tại một bồn tắm tương tự.
Cho đến gần đây, cơ hội tìm thấy những vật thể này của chúng ta - nếu chúng còn tồn tại - là rất ít. Nhưng điều đó đã thay đổi vào tháng 2/2016 khi các nhà khoa học đứng sau thí nghiệm LIGO (Đài quan sát Sóng hấp dẫn bằng Giao thoa kế Laser) công bố phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn. Đây là những gợn sóng nhỏ trong cấu trúc của không-thời gian, được tiên đoán bởi thuyết tương đối rộng, trải ra khắp vũ trụ giống như những gợn sóng trên một cái ao. Vitor Cardoso, một nhà vật lý tại Đại học Lisbon ở Bồ Đào Nha, nói: “Nó chính là kẻ thay đổi cuộc chơi”.
Hai lỗ đen - mỗi lỗ lớn hơn mặt trời khoảng 30 lần - đã đâm vào nhau 1,3 tỷ năm trước. Vụ va chạm dữ dội của chúng đã tạo ra một cơn sóng thần gồm sóng hấp dẫn ầm ầm xuyên qua không-thời gian, cuối cùng chạm tới thiết bị LIGO vào tháng 9/2015.
-
- Mô phỏng máy tính về một vụ va chạm lỗ đen. (Ảnh: Dự án Mô phỏng eXtreme Spacetimes)
Nghiên cứu của Cardoso cho thấy rằng hai lỗ sâu va chạm sẽ tạo ra một vụ nổ sóng hấp dẫn tương tự. Tuy nhiên, thật thú vị, ông nói rằng các sóng thu được sẽ hơi khác một chút, cho phép chúng ta phân biệt giữa lỗ đen và lỗ sâu.
Hai yếu tố liên tục giữ cho lỗ sâu xuất hiện - tính ổn định và tính nhỏ bé của nó. Theo thuyết tương đối rộng, bất kỳ vật chất nào đi qua lỗ sâu đều có thể đóng cửa đường hầm do lực hấp dẫn của nó. Cần có thêm một lực để ngăn chặn sự đóng cửa của nó, được đặt tên là vật chất 'ngoại lai'.
Chúng ta có thể đi xuyên qua một lỗ sâu không?
Trong chừng mực liên quan đến tính nhỏ bé của lỗ sâu, không tồn tại một công thức nào có thể cho phép di chuyển qua chúng ở cấp độ vĩ mô. Việc tạo ra một đường hầm như vậy đòi hỏi một loại vật chất ngoại lại nhưng có thể đạt được.
Cả hai thứ là quá trình hình thành và vật chất ngoại lai của lỗ sâu đều gần như có thể xảy ra. Vào cuối năm 2017, Ping Gao và Daniel Jafferis của Đại học Harvard, và Aron Wall của Viện Nghiên cứu Cao cấp, đã đạt được một tiến bộ về sự ổn định lâu dài của nó. Theo họ, ứng dụng của rối lượng tử sẽ rất hữu ích. Nó tạo ra liên kết giữa các trạng thái lượng tử của các vật thể không phân biệt khoảng cách. Rối lượng tử dễ tạo ra hơn trong khi khả năng đặc biệt của nó tạo ra một loại vật chất ngoại lai ổn định.
Tuy nhiên, khám phá trên có những hạn chế của nó. Nabil Iqbal và Simon Ross của Đại học Durham đã chứng minh về mặt lý thuyết rằng sự gián đoạn nhất định trong từ trường của lỗ đen có thể dẫn đến một lỗ sâu ổn định. Tuy nhiên, kích thước vượt quá mức siêu nhỏ của chúng vẫn còn là vấn đề.
Juan Maldacena và Alexey Milekhin đã chỉ ra rằng phải có một cách cụ thể để tác động đối với vật chất tối, để tạo ra các lỗ sâu lớn hơn. Nhưng những hoàn cảnh như vậy sẽ khó tồn tại.
Những tiến bộ trong nghiên cứu về lỗ sâu đang gia tăng từng ngày. Tuy nhiên, có một cơ hội rất nhỏ về một lỗ sâu thực sự phù hợp cho con người chui vào. Brianna Grado-White, một nhà vật lý và nhà nghiên cứu lỗ sâu tại Đại học Brandeis cho biết: “Trong một thời gian rất dài, chúng tôi không nghĩ rằng những thứ này có thể xây dựng được. Hóa ra là chúng ta có thể”.
Văn Thiện
