Các nhà khoa học tạo ra hố đen 5 chiều trên siêu máy tính để phá vỡ thuyết Tương đối rộng của Einstein

Trong khi sự kiện LIGO phát hiện sóng hấp dẫn khiến chúng ta thêm tin tưởng vào lý thuyết của Einstein, có một nghiên cứu mới đến từ Đại học Cambridge đang làm điều ngược lại.

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại đây có thể mô phỏng một hố đen 5 chiều hoàn hảo trên siêu máy tính. Điều này sẽ thêm phần sức nặng cho những lí thuyết về vũ trụ có nhiều chiều hơn là Einstein nói. Thuyết Tương đối rộng sẽ trở nên bất lực để giải thích và dự đoán trong trường hợp này.

Nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters.

Hố đen 5 chiều sẽ kết thúc sự hoàn hảo của lý thuyết Einstein

Để dễ hình dung, chúng ta hãy cùng bắt đầu với những hố đen. Trong một vũ trụ 4 chiều hợp bởi 3 chiều không gian và 1 chiều thời gian, hố đen uốn cong không thời gian như thuyết Tương đối rộng. Nó xuất hiện giống như một chiếc lỗ. Vì vậy, chúng ta có được cái tên "lỗ đen" hoặc "hố đen".

Tuy nhiên, trong một vũ trụ 5 chiều mà các nhà khoa học đề xuất. Hình dạng một hố đen có thể giống một chiếc nhẫn mỏng khổng lồ, chứ không phải hình lỗ. Hơn nữa, nó sẽ hoạt động để ngày càng phình ra và trở nên mỏng hơn. Theo thời gian, lỗ đen cuối cùng bị vỡ tung. Một vài hố đen siêu nhỏ khác có thể hình thành như một tàn dư của gian đoạn này.

Lỗ đen hình nhẫn lần đầu tiên được đề xuất năm 2002. Tuy nhiên, nó chưa từng được mô phỏng thành công trước đây. Quá trình mô phỏng sẽ giúp tạo ra hố đen này trên máy tính. Và bởi vì bất kể một hiện tượng khoa học nào đều có thể tạo ra được trên máy tính, theo chiều ngược lại, xây dựng mô phỏng thành công lỗ đen này là một bước chứng minh nó tồn tại thực sự.

Cỗ máy mà các nhà khoa học dùng để thực hiện điều này là COSMOS, siêu máy tính tại Đại học Cambridge, Vương Quốc Anh. Đây là cỗ máy có bộ nhớ chia sẻ lớn nhất tại Châu Âu. Nó có khả năng thực hiện 38,6 nghìn tỷ phép tính mỗi giây.

Hố đen 5 chiều được xây dựng trên siêu máy tính COSMOS

Vấn đề đối với một hố đen 5 chiều là nó dẫn đến sự thất bại của Thuyết tương đối rộng. Được đề xuất 100 năm trước đây, lý thuyết được xây dựng bởi Einstein dựa vào cách mà lực hấp dẫn điều khiển các hành vi trong vũ trụ.

Chúng ta đều biết, lực hấp dẫn khiến không thời gian bị bẻ cong. Điều này đã được xác nhận qua rất nhiều thử nghiệm, mới đây nhất là sự kiện phát hiện sóng hấp dẫn của LIGO. Mặc dù vậy, hố đen trong không gian 5 chiều tồn tại một vòng hấp dẫn cực lớn. Nó dẫn đến một thứ gọi là “điểm kì dị khỏa thân” và khiến mọi thứ đảo lộn.

Trở lại một vũ trụ 4 chiều, điểm kì dị được “bao bọc” trong một hố đen. Đó là nơi mà lực hấp dẫn là lớn nhất. Nó hoàn toàn nằm bên dưới chân trời sự kiện, rìa của hố đen. “Miễn là điểm kì dị nằm phía sau chân trời sự kiện, chúng không gây rắc rối. Thuyết tương đối rộng được duy trì và nó vẫn có thể dự đoán vũ trụ”, nhà vật lý lý thuyết Markus Kunesch đến từ Đại học Cambridge cho biết.

Hình ảnh đồ họa về một điểm kì dị phía ngoài chân trời sự kiện của hố đen

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu điểm kì dị tồn tại được bên ngoài chân trời sự kiện? Khi các nhà vật lý đưa ra giả thuyết vũ trụ có 5 hoặc thậm chí nhiều chiều hơn, một vật thể hoàn toàn có thể sụp đổ xuống một mật độ vật chất siêu lớn. Nó trở thành một điểm kì dị mà không hề bị ràng buộc bởi chân trời sự kiện. Họ gọi đó là “điểm kì dị khỏa thân”.

“Nếu một điểm kì dị khỏa thân tồn tại, thuyết tương đối sẽ bị phá vỡ”, Saran Tunyasuvunakool, một trong số các nhà nghiên cứu trong nhóm nói. “Khi đó, mọi thứ trở nên đảo lộn. Thuyết tương đối không còn được sử dụng để tiên đoán trong trường hợp này. Nó không còn là một lý thuyết để giải thích vũ trụ một cách hoàn hảo nữa”.

Vũ trụ có thể có nhiều chiều hơn, thay vì chỉ 4 chiều như Einstein nói

Có thể thấy rằng, nếu vũ trụ chỉ có 4 chiều, tất cả mọi thứ chúng ta có, kể cả thuyết Tương đối rộng vẫn hoàn hảo. Thế nhưng, nếu nó có nhiều hơn 4, thậm chí tới 10 chiều như nhiều nhà khoa học đề xuất, chúng ta phải xem xét lại những gì được coi là nền tảng của vật lý.

Cách duy nhất để xác nhận điều này là sử dụng cỗ máy gia tốc hạt lớn nhất hành tinh LHC, tại Cơ quan Nghiên cứu nguyên tử Châu Âu (CERN). Trong khi một hố đen 5 chiều được tạo ra hoàn hảo trên máy tính, nó sẽ thêm phần sức nặng cho những lí thuyết mới về vũ trụ. Sự chờ đợi một ngày nào đó, thuyết Tương đối rộng của Einstein bị phá vỡ, sẽ thêm phần hồi hộp.

Tham khảo Iflscience