Lỗ đen vũ trụ quả thật là con quỷ đáng sợ nhất vũ trụ với khả năng nuốt trôi mọi thứ ở gần miệng hố đen vào trong nó. Vậy sau khi vào lỗ đen, vật chất này phải chăng sẽ di chuyển đến một nơi khác trong vũ trụ như trong phim khoa học viễn tưởng? Hay vĩnh viễn biến mất khỏi vũ trụ? Trên thực tế, nguyên tắc của vật lý lượng tử quy định thông tin sẽ không bao giờ mất đi. Vì vậy, câu hỏi đặt ra là chuyện gì sẽ xảy ra với thông tin chứa trong một vật thể bị hút vào hố đen (Thông tin vật thể có thể là “hình ảnh, các loại sóng nó phát ra, nhiệt độ)
Đặt vấn đề
Vào những năm 1970, Hawking đã cho rằng hố đen có thể có nhiệt độ và có thể từ từ bị rò rỉ ra các hạt lượng tử. Và bởi vì các vật thể nóng bị mất nhiệt vào vũ trụ, nên số phận cuối cùng của một hố đen là bốc hơi mất. Và điều này lại làm nảy sinh một vấn đề khác. Các quy luật của thế giới lượng tử đòi hỏi thông tin không bao giờ bị mất đi. Vì thế, chuyện gì xảy ra với toàn bộ thông tin chứa trong một vật thể – ví dụ như bản chất các nguyên tử của Mặt trăng – khi nó rơi vào một hố đen?
Trong suốt cuộc đời của lỗ đen, nó nuốt rất nhiều thông tin dưới dạng các thiên thể, nhưng thông tin đó đi đâu? Các định luật vật lý cho rằng không có thông tin nào bị mất: Nếu thông tin tồn tại trong quá khứ, chúng ta có thể phục hồi nó. Do đó, nghịch lý xảy ra.
Nghịch lý thông tin lỗ đen
“Cái khó là nếu như ta ném một thứ gì đó vào hố đen, vật thể đó trông như là biến mất. Thông tin của vật thể đó làm thế nào có thể được phục hồi nếu như chính cái hố đen cuối cùng cũng biến mất?”
Công trình “nghịch lý thông tin lỗ đen” (Black Hole Entropy and Soft Hair) được hoàn thành chỉ vài ngày trước khi nhà vật lý Hawking qua đời (tháng 3-2018). Trong nghiên cứu cuối cùng của đời mình, Hawking cùng các cộng sự tìm cách chứng minh cách thức một số thông tin vẫn có thể được phục hồi. Khi ném một vật thể vào hố đen, nhiệt độ của hố đen sẽ thay đổi. Điều tương tự cũng xảy ra với đặc tính được gọi là “entropy”, thước đo sự rối loạn bên trong của một vật thể. Khi nhiệt độ của hố đen tăng lên, entropy của hố đen cũng tăng lên.
Các nhà vật lý Sasha Haco từ Đại học Cambridge và Andrew Strominger từ Đại học Harvard chứng minh rằng entropy của hố đen có thể được ghi lại bởi các photon bao quanh đường chân trời sự kiện của hố đen. Đây là điểm mà ở đó ánh sáng không thể thoát khỏi lực hút khổng lồ của hố đen. Các nhà khoa học gọi ánh sáng xuất hiện tại các photon, khi một vật thể bị hút vào hố đen, là “soft hair”. Nghiên cứu này mang lại một con đường giúp hiểu được entropy cho các hố đen vật lý thiên văn dựa trên các đối xứng của chân trời sự kiện. Các tác giả phải đặt ra nhiều giả thiết đáng nể, bước tiếp theo sẽ là chứng minh những giả thiết này là hợp lý.
Hiện tại, toàn bộ nghiên cứu đang được hoàn thiện bởi các đồng nghiệp của Hawking tại Đại học Cambridge và Harvard. Giáo sư vật lý lý thuyết Malcolm Perry của Đại học Cambridge cho biết không thể chắc chắn entropy giải thích cho tất cả mọi vật thể bị hố đen hút vào, vì vậy vẫn còn nhiều việc phải làm, dựa trên nền tảng nghiên cứu đã mang lại.
Kết luận
Nhà vật lý học Stephen Hawking cho rằng lỗ đen vũ trụ sẽ xóa sạch tất cả những gì vào trong bụng nó. Tuy nhiên lý thuyết này lại đi ngược lại với tiên đề cơ học lượng tử: vật chất không thể mất đi hoàn toàn mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. Tuy nhiên thì qua Nghịch lý thông tin lỗ đen có thể thấy rằng vật chất khi vào lỗ đen sẽ chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác và thông tin vật thể có khả năng vẫn tồn tại . Do đó các nhà khoa học khuyến cáo rằng: nếu bạn chẳng may bị hút vào lỗ đen thì hãy lạc quan lên vì thực ra cơ thể bạn vẫn đang tồn tại nhưng sẽ dưới hình hài khác, chẳng hạn như một mẩu bánh pizza…
Nguồn: The Guardian
