Trong hàng thập kỷ, các nhà vật lý trên toàn địa cầu đã cố gắng để giải mã những bí mật của hố đen- những thực thể khổng lồ và có lực hấp dẫn rất mạnh mà không một vật thể nào- kể cả là ánh sáng- có thể thoát ra được. Các nhà vật lý vẫn không ngừng tìm kiếm những lỗ hổng, để công kích hoặc hỗ trợ thuyết lỗ đen (Black Hole) của Stephen Hawking và thậm chí là chính bản thân ông. Mới đây, giáo sư Chris Adami, thuộc Đại Học Michigan State chuyên ngành Vật Lý và Thiên Văn học đã đưa ra một giả thuyết mới, góp phần bổ sung để làm thuyết lỗ đen trở nên trọn vẹn hơn.
Các cuộc tranh luận về hành vi của lỗ đen đã được tiến hành từ năm 1975, và chính thức được khơi lại khi Hawking đăng một bài viết blog vào ngày 22/01/2014. Hawking, được coi là chuyên gia hàng đầu về lỗ đen, đã mất rất nhiều năm để cải thiện học thuyết của mình, và ông vẫn tiếp tục nghiên cứu để giải mã những bí ẩn của vũ trụ. Trong bài blog này, Hawking đã nói rằng “chân trời sự kiện” (event horizons)- ranh giới vô hình của lỗ đen- không hề tồn tại.
Một trong rất nhiều những nghi vấn của lỗ đen vẫn tồn tại hàng thập kỷ nay đó là chuyện gì xảy ra cho các thông tin- vật chất hoặc năng lượng và các đăc tính của chúng ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử, khi chúng tiến vào trong lỗ đen .
Giáo sư Adami cho biết, “vào năm 1975, Hawking đã khám phá ra rằng hố đen không phải hoàn toàn …đen. Thực ra chúng vẫn phát xạ một loại ánh sáng không có gì quá đặc biệt, mà ngày nay vẫn được gọi là bức xạ Hawking”. Trong giả thuyết gốc của mình, Hawking đã cho rằng, bức xạ đó sẽ dần dần bị hấp thụ bởi lỗ đen và nó thậm chí còn bị bốc hơi và biến mất. Điều đó dẫn đến kết luận rằng mọi thông tin và bất kỳ thứ gì khi tiến vào lỗ đen cũng sẽ bị mất đi vĩnh viễn.
Thế nhưng giả thuyết này đã làm phát sinh một vấn đề cơ bản, được gọi là nghịch lý thông tin (information paradox). Đây chính là vấn đề mà Adami tin rằng, ông đã tìm ra lời giải.
Ông cho biết “Theo các định luật của vật lý lượng tử, thông tin không thể bị biến mất. Sự mất đi của thông tin ám chỉ rằng bản thân vũ trụ sẽ đột nhiên trở nên khó lường mỗi khi lỗ đen hấp thụ một hạt vật chất. Điều này không thể tin được. Không có bất kỳ định luật vật lý nào mà chúng ta biết cho phép hiện tượng đó diễn ra cả.”
Vậy nên nếu lỗ đen thực sự hấp thụ thông tin bằng lực hấp dẫn siêu mạnh của nó, và sau đó các thông tin cũng như tất cả thứ khác đều biến mất hoàn toàn, thì làm thế nào để các định luật vật lý vẫn được bảo toàn ?
Lời giải được Adami đưa ra, đó là thông tin được chứa trong phát xạ cưỡng bức của phóng xạ (stimulated emission of radiation), và nó đi cùng với bức xạ Hawking- loại ánh sáng làm cho lỗ đen không còn đen như chúng ta vẫn nghĩ. Phát xạ cưỡng bức làm cho lỗ đen phát sáng trong chính thông tin mà nó đã hấp thụ.
“Phát xạ cưỡng bức là một quá trình vật lý cơ bản đằng sau LASERS (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation- khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức). Về cơ bản, nó hoạt động giống như một cái máy copy: bạn vứt một thứ gì đó vào cái máy, và hai “thứ gì đó” giống hệt nhau sẽ bay ra. Nếu bạn ném thông tin vào một lỗ đen, thì trước khi nó bị hấp thụ hoàn toàn, lỗ đen sẽ tạo ra một bản copy của thông tin và giữ nó nằm ngoài lỗ đen. Cơ chế copy đã được khám phá bởi Albert Einstein vào năm 1917, và nếu không có nó, vật lý sẽ không còn tính nhất quán,” Adami cho biết.
Liệu những nhà khoa học khác có đồng tình với giả thuyết của Adami về việc phát xạ cưỡng bức chính là mảnh ghép còn thiếu để giải quyết “nghịch lý thông tin” ?
Theo Paul Avies, một nhà vũ trụ học, sinh vật học vũ trụ và vật lý lý thuyết tại Đại Học Arizona State cho biết, “Theo quan điểm của tôi, Chris Adami đã xác định chính xác được giải pháp cho vấn đề mà ta vẫn gọi là nghịch lý thông tin của lỗ đen. Trớ true thay, nó lại ẩn giấu ngay trước mặt chúng ta trong hàng thập kỷ. Bức xạ lỗ đen nổi tiếng của Hawking là một ví dụ của phát xạ tự phát, thế nhưng đó chỉ là 1 phần của câu chuyện. Và phần còn lại đó là khả năng tồn tại của phát xạ cưỡng bức- quá trình đã đặt thêm chữ S vào trong cụm từ LASER.”
Với rất nhiều nhà nghiên cứu vẫn ngày đêm cố gắng hoàn thiện giả thuyết của Hawking, tại sao đến nay chúng ta mới phát hiện ra được lời giải “sờ sờ” ở trước mắt này.
Adami cho biết “Có một vài người đã nhận ra ảnh hưởng của phát xạ cưỡng bức là thứ còn thiếu trong tính toán của Hawking, thế nhưng họ không thể giải được nghịch lý nếu không có hiểu biết sâu sắc về thuyết thông tin lượng tử (quantum communication theory)”. Thuyết thông tin lượng từ được đặt ra để giải thích cách thông tin tương tác với hệ thống lượng tử, và Adami chính là một trong những người đi đầu trong thuyết này vào những năm 90.
Việc tìm kiếm lời giải cho nghịch lý thông tin này đã làm Adami phải thức trắng nhiều đêm, chứng minh bằng những quyển vở ghi chép dày, kín các tính toán toán học trong 10 năm trời. Theo quan điểm của Adami, giả thuyết của Stephen Hawking nay đã hoàn thiện. Lỗ hổng trong thuyết lỗ đen nay đã được lấp kín và ông đã có thể ngủ ngon vào các buổi tối.
Tất nhiên, Adami có thể sẽ ngủ ngon nhưng giả thuyết của ông sẽ khiến cho nhiều nhà vật lý phải thức để tìm cách chứng minh xem ông có thực sự đưa ra đáp án chính xác hay không. Nghiên cứu này có đồng tác giả là Greg Ver Steeg, Đại Học Southern California và được công bố online trên tạp chí Classical and Quantum Gravity.
Bạn có thể theo dõi bài nói của Adami trong video dưới đây:
[youtube link=”https://www.youtube.com/watch?v=2u1mnwcf9Vw” width=”590″ height=”315″]
Người dịch: Trungmaster, theo Phys.org
Link luận văn:
