Thứ Hai, 13 tháng 4, 2015
CÂU CHUYỆN KHOA HỌC 43
Lý luận phản bác giả thuyết lỗ đen vũ trụ của Stephen Hawking |
Mới đây, phó giáo sư vật lý
Dejan Stojkovic cùng với nghiên cứu sinh Anshul Saini đã thực hiện
nghiên cứu phản bác lại giả thuyết lỗ đen của nhà khoa học Stephen
Hawking.
Phản bác giả thuyết lỗ đen vũ trụ của Stephen HawkingKhái niệm lỗ đen vũ trụ
Các nhà khoa học đã lý giải lỗ đen là một vùng trong không gian có trường hấp dẫn lớn
đến mức lực hấp dẫn của nó không để cho bất cứ một dạng vật chất nào,
kể cả ánh sáng thoát ra khỏi mặt biên (chân trời sự kiện) của nó, trừ
khả năng thất thoát vật chất khỏi lỗ đen nhờ hiệu ứng đường hầm lượng
tử.
Lỗ đen vũ trụ luôn là một ẩn số thu hút sự chú ý của các nhà khoa học
Vật chất muốn thoát khỏi lỗ đen phải có vận tốc thoát lớn hơn vận tốc ánh sáng trong chân không,
mà điều đó không thể xảy ra trong khuôn khổ của lý thuyết tương đối, ở
đó vận tốc ánh sáng trong chân không là vận tốc giới hạn lớn nhất có thể
đạt được của mọi dạng vật chất. Lỗ đen không biểu hiện như những ngôi
sao sáng bình thường, chúng chỉ được quan sát gián tiếp qua sự tương tác
trường hấp dẫn của lỗ đen đối với không gian xung quanh.
Lý thuyết về lỗ đen là một trong những lý thuyết vật lí hiếm hoi,
bao trùm mọi thang đo khoảng cách, từ kích thước cực nhỏ (thang Planck)
đến các khoảng cách vũ trụ rất lớn, nhờ đó nó có thể kiểm chứng cùng
lúc cả thuyết lượng tử lẫn thuyết tương đối. Sự tồn tại của lỗ đen được
dự đoán bởi lý thuyết tương đối rộng.
Các lý thuyết về hố đen vũ trụ
Năm 1970, Stephen Hawking cho rằng hố đen có khả năng bức xạ ra các hạt.
Thông qua quá trình này, năng lượng của lỗ đen sẽ dần mất đi và cuối
cùng chính lỗ đen cũng sẽ biến mất. Sau đó ông tiếp tục kết luận rằng
các hạt phát ra từ một lỗ đen sẽ không cung cấp một manh mối nào về
những gì nằm trong lỗ đen. Theo đó, những thông tin trong lỗ đen sẽ bị
mất đi hoàn toàn cùng với lỗ đen.
Phó giáo sư vật lý Dejan Stojkovic cùng với nghiên cứu sinh Anshul Saini đã đưa ra lý luận phản bác giả thuyết lỗ đen của Stephen Hawking
Tuy nhiên, đối với các nhà khoa học, điều này rất khó chấp nhận bởi theo cơ học lượng tử thì thông tin phải được bảo tồn. Thông tin chỉ trở nên khó tìm kiếm chứ không thể mất đi vì nó có liên hệ với thực tại và quá khứ. Khái niệm “Nghịch lý thông tin”
tồn tại từ thời điểm đó và được coi là một trong những vấn đề cơ bản
nhất và cũng phức tạp nhất trong vật lý hiện đại hơn 40 năm qua.
Tuy nhiên, trong một kết quả nghiên cứu
mới đây của phó giáo sư vật lý Dejan Stojkovic cùng với nghiên cứu sinh
Anshul Saini tại đại học Buffalo bằng các tính toán cụ thể đã chứng minh
được rằng, nghịch lý thông tin lỗ đen có thể không tồn tại bởi thông tin không hề mất đi.
Theo đó, các bức xạ hạt phát ra từ lỗ đen có thể chứa các thông tin bên
trong lỗ đen bao gồm đặc tính của các vật chất hình thành nên lỗ đen ở
thời điểm khởi đầu cũng như đặc tính của các vật chất và năng lượng ở
bên trong lỗ đen.
Theo phó giáo sư Stojkovic, đây là một phát hiện quan trọng, bởi mặc dù “nghịch lý thông tin” vẫn gây nhiều tranh cãi nhưng trước đó, ngay cả với những nhà vật lý có quan điểm trái chiều vẫn chưa thể giải thích một cách thuyết phục tại sao thông tin không bị mất đi.
|
Theo VietQ |
Lỗ đen và nghịch lý Hawking |
|||||||||||
Stephen
Hawking là khoa học gia nổi tiếng nhất hành tinh. Sách được nhiều người
biết đến của ông là cuốn A Brief History of Time (Sơ lược Lịch sử Thời
gian) khi phát hành đã trở thành hiện tượng.
Cuốn sách đứng nguyên trong danh sách những cuốn sách bán chạy nhất lâu hơn bất kỳ cuốn sách nào khác trong lịch sử.
Nhưng đằng sau khuôn mặt được nhiều người biết đến ấy là những lý luận đã gây nhiều tranh cãi suốt 30 năm.
Hawking
đột nhiên trở nên nổi tiếng trong giới vật lý học khi ông đưa ra bằng
chứng toán học cho thuyết Big Bang. Thuyết này cho rằng toàn bộ vũ trụ
đều bắt nguồn từ một điểm, một điểm không xác định với một độ dày đặc vô
hạn và một sức hút vô hạn.
Hawking
chứng minh điều này bằng thuật toán được Roger Penrose phát triển. Tuy
nhiên, thuật toán của Penrose được phát triển không phải để lý giải sự
bắt đầu của vạn vật mà để lý giải hố đen.
Khoa
học đã từ lâu dự báo rằng nếu một ngôi sao đủ lớn bị mất đi, tất cả
những vật chất còn lại của ngôi sao đó sẽ bị đẩy vào một điểm nhỏ vô
định với sức hút vô hạn và độ dày đặc vô hạn.
Hawking
nhận ra rằng vũ trụ chẳng qua là một vũ trụ lỗ đen; thay bằng việc vật
chất bị nén vào một điểm vô định, vũ trụ hình thành khi một điểm nào đó
được mở rộng ra để tạo nên vạn vật mà chúng ta nhìn thấy ngày nay - từ
những vì sao đến những hành tinh và con người.
Hawking
nhận thấy để có thể hiểu được vũ trụ một cách thấu đáo, ông phải làm
sáng tỏ những bí hiểm của lỗ đen. Hawking và các nhà vật lý học cùng làm
việc với ông đã tham gia vào một cuộc thám hiểm tri thức kỳ bí - tìm
hiểu lỗ đen.
Thời
kỳ từ đầu những năm 70 đến đầu những năm 80 được biết đến là "thời
hoàng kim" của những nghiên cứu về lỗ đen. Dần dần, các nhà vật lý đi
đến hiểu rõ hơn về tự nhiên.
Nhưng
Hawking nhận thấy vẫn còn thiếu một cái gì đó cho bức tranh toàn cảnh.
Tất cả những nghiên cứu về lỗ đen đến khi này đã sử dụng lý thuyết vật
lý về vũ trụ.
Sau
nhiều tháng nghiên cứu, Hawking đã có một phát hiện tuyệt vời. Những
đẳng thức toán học cho ông thấy có một cái gì đó đã nảy ra từ lỗ đen.
Điều
này tưởng chừng không thể xảy ra - bởi tất cả mọi người đều cho rằng
đối với các lỗ đen, chỉ có vật rơi vào đó, chứ không thể có gì lại từ đó
đi ra, kể cả ánh sáng.
Càng
kiểm tra, Hawking càng tin rằng ông đã đúng. Ông có thể thấy có bức xạ
tỏa ra từ lỗ đen. Bức xạ này về sau được gọi là bức xạ Hawking. Điều này
đưa ông đến kết luận rằng những bức xạ này sẽ làm lỗ đen bay hơi và
cuối cùng sẽ biến mất.
Mặc dù lý thuyết của Hawking về lỗ đen mang tính cách mạng, nhưng chúng cũng nhanh chóng được chấp nhận rộng rãi.
Phát hiện gây sốc
Hawking cảm thấy rằng nghiên cứu của ông có thể còn có những kết quả rộng lớn hơn.
Năm
1976, ông cho in một bài viết trong Physical Review D có tựa đề "Sự
thất bại của tính dự báo trong sự sụp đổ của lực hấp dẫn''.
Trong
bài viết này, ông nói không chỉ có lỗ đen mới biến mất. Theo ông thông
tin về mọi thứ đã từng ở trong lỗ đen cũng biến mất.
Trong
cuộc sống hàng ngày, chúng ta đã quen với việc mất thông tin, nhưng
theo các nhà vật lý, điều này không xảy ra, bởi vì theo họ, thông tin
không bao giờ thực sự mất đi mà chỉ trở nên khó tìm mà thôi.
Lý
do các nhà vật lý bám lấy ý tưởng rằng thông tin không thể mất đi là
bởi sự liên hệ của chúng với quá khứ hoặc tương lai. Nếu thông tin bị
mất đi, các nhà khoa học sẽ không bao giờ biết được quá khứ và đoán biết
được tương lai.
Trong nhiều năm, không ai chú ý đến ý tưởng của Hawking, cho đến cuộc họp định mệnh đó tại San Francisco.
Hawking
trình bày ý kiến của mình với một vài trong số những nhà vật lý hàng
đầu thế giới, và trong số người nghe còn có 2 nhà vật lý hạt là Gerard
t’Hooft và Leonard Susskind.
Hai
người này đã rất bất ngờ. Họ đều há hốc mồm trước việc lý thuyết của
Hawking không chỉ được áp dụng cho lỗ đen mà còn cho tất cả các quá
trình trong vật lý.
Theo
Susskind, nếu ý tưởng của Hawking là đúng thì nó sẽ ảnh hưởng tới toàn
bộ nền vật lý; sẽ không còn những liên hệ trực tiếp giữa nguyên nhân và
kết quả. Vật lý sẽ trở nên bất lực.
Kể
từ cuộc hội thảo đó, "nghịch lý thông tin" đã được coi là một trong
những vấn đề cơ bản nhất và cũng phức tạp nhất trong vật lý
|
Đăng ký:
Đăng Nhận xét (Atom)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét