Nếu hố đen hút được đủ thứ vật chất kể cả ánh sáng, tại sao nó không to lên và nuốt chửng mọi thứ?

Hố đen có thể hút vào bất kì vật chất gì, đến cả ánh sáng cũng không thoát nổi chúng. Nhưng nếu "ăn" nhiều như thế, tại sao chúng không lớn lên, phát triển ngày một rộng ra và rồi nuốt chửng toàn bộ Vũ trụ? Để trả lời câu hỏi trên, một trong những nhà vật lý học hàng đầu đưa ra ý kiến của mình.

Và cũng tiện thể thay, ý tưởng ông Leonard Susskind - nhà vật lý học tới từ Đại học Stanford, một trong những người khai sinh ra thuyết dây - lại kết nối được hai giả thuyết lớn nhất ngành vật lý.

Giáo sư Leonard Susskind đang đứng lớp môn cơ học lượng tử tiên tiến.

Trong một chuỗi các báo cáo khoa học, ông Susskind đưa ra nhận định rằng hố đen phát triển rộng ra bằng cách tăng độ phức tạp của cấu trúc BÊN TRONG nó. Nhìn từ xa, ta sẽ chẳng thể biết được cấu trúc hố đen phức tạp và cách thức hoạt động chính xác ra sao. Nói một cách đơn giản hơn, thì hố đen tăng diện tích vào sâu bên trong, chứ không nở rộng ra.

Chưa hết cái hay: Thuyết mà ông Susskind đưa ra dường như đi ngược lại với khẳng định Vũ trụ vẫn đang mở rộng không ngừng. "Tôi có nhiều suy nghĩ về một câu hỏi rất thú vị, liệu rằng việc Vũ trụ nới rộng ra có kết nối với một thứ gì đó ngày một phức tạp lên theo thời gian không", ông Susskind nói với tờ The Atlantic.

"Và liệu cái đồng hồ Vũ trụ, sự tiến hóa của Vũ trụ, có nối kết với sự tiến hóa của mức độ phức tạo. Đó là điều tôi không hiểu được". Ông Susskind đề cập nhiều tới khía cạnh tiến hóa của Vũ trụ, nhưng những gì ông viết về hố đen phát triển sâu vào trong cũng rất đáng nói.

Phải làm rõ rằng nghiên cứu hiện tại của giáo sư Susskind chưa được xét duyệt bởi các nhà khoa học hàng đầu, vẫn còn mang rất nặng tính lý thuyết, nên không thể khẳng định những gì ông luận ra là sự thật hiển nhiên được.

Lật lại một chút kiến thức cũ: hố đen là một khối vật chất đặc, tác động được tới cả phần không gian xung quanh nó. Hố đen hút mọi thứ vào, kể cả ánh sáng. Lý thuyết đầu tiên chỉ ra rằng trong vũ trụ có những vật thể như thế chính là thuyết tương đối chung của Einstein, công bố năm 1915. Kể từ đó, người ta đã phát hiện thêm nhiều các vật thể không gian có tính chất trên, thường nằm tại trung tâm của một thiên hà. Tại Dải Ngân hà của chúng ta, tồn tại hố đen Sagittarius A*.

Khoảng không thời gian trên Vũ trụ có thể được mô tả là một tấm chăn lớn. Một vật thể cực nặng sẽ làm cả tấm chăn chùng xuống, tương đương với việc bẻ cong không thời gian. Bản chất của tấn chăn sẽ là lún xuống được rất sâu, vậy nên có thể xuất hiện những đường hầm lực hấp dẫn sâu xuống khỏi mức nền.

Đa số các sự vật khi nhận thêm vật chất sẽ bánh trướng ra chứ không sâu vào trong. Sự tồn tại của hố đen khiến cho phép so sánh Vũ trụ với một tấm chăn lung lay: khi bạn thả một quả bóng nặng lên nền tấm chăn được căng ra, nó sẽ kéo tấm chăn xuống sâu, đồng thời miệng của hố được tạo ra sẽ càng ngày càng rộng ra. Hố đen không như vậy, miệng không rộng ra mà lại ngày một sâu thêm.

Tại sao các hạt vật chất lại vận hành như vậy? May mắn là ngoài khái niệm vật lý của thuyết tương đối, ta còn một quyển sách "Cách vũ trụ vận hành" khác (không có quyển sách nào cả, chỉ là nói bóng gió thôi nhé), có tên cơ học lượng tử. Nó giải thích cách tương tác của các hạt và các lực xung quanh hạt, tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đọc nhiều năm vẫn chưa hiểu hết được cuốn cơ học lượng tử.

Mà bản thân thuyết tương đối và thuyết cơ học lượng tử cũng chẳng ăn khớp với nhau. Những sự vật khổng lồ như hố đen không tuân theo cơ học lượng tử, những hạt vật chất nhỏ bé không tuân theo thuyết tương đối. Tìm được cầu nối giữa hai thứ, ta sẽ mở khóa được (gần như) tất cả bí ẩn Vũ trụ.

Quay lại nghiên cứu của giáo sư Leonard Susskind.

Một trong những cầu nối tiềm năng là thuyết tương ứng anti-de Sitter/trường thích ứng, viết tắt là Ads/CFT, gồm hai nửa là lực hấp dẫn lượng tử và giả thuyết về trường lượng tử. Dựa trên những khung sườn Ads/CFT dựng lên, độ phức tạp lượng tử của một hố đen – số bước cần để một hố đen quay ngược lại trạng thái khi chưa trở thành hố đen – liên quan chặt chẽ tới thể tích của chính hố đen.

Nói đơn giản lại, thì độ phức tạp bên trong của hố đen chính là thứ đã khiến nó ngày một sâu, và nó chỉ sâu xuống/phức tạp hơn khi nhận vào vật chất, chứ không bành trướng ra mọi nơi, nuốt chửng mọi thứ. Hố đen khác biệt với phần còn lại của vũ trụ, nên cũng không thể đòi hỏi nó tuân theo những quy luật mà ta biết được.

Dù rằng vẫn chưa có ai phân tích kĩ càng để khẳng định nghiên cứu của giáo sư Leonard Susskind là đúng, nhưng ta không thể ngó lơ lời của chuyên gia được. Nếu xưa kia, người ta không coi trọng những lời giả thuyết của Albert Einstein, liệu nhân loại sẽ phát triển chậm như thế nào?