Stephen Hawking thay đổi tư duy về lỗ đen vũ trụ như thế nào?

Khi Stephen Hawking đưa ra giả thuyết vào giữa những năm 1970, cho rằng lỗ đen (hố đen) vũ trụ xuất hiện tình trạng “rò rỉ” bức xạ, tan chậm như aspirin tan trong ly nước vậy, ông đã chính thức “lật đổ” nguyên lý cốt lõi về Vũ trụ.

Kể từ khi Albert Einstein công bố thuyết tương đối vào năm 1915, những dự đoán về sự tồn tại của các hố đen trên cơ sở học thuyết tương đối đã hướng tới giả định hố đen sẽ nuốt chửng tất cả mọi thứ xung quanh, bao gồm cả ánh sáng. Các hố đen được coi là những hố không đáy, từ đây, vật chất và năng lượng không bao giờ có thể thoát ra được khỏi đó.

Hình ảnh đầu tiên do kính thiên văn chụp lỗ đen với đường kính 10.000 km, tại chòm sao Sagittarius, cách Trái Đất khoảng 26.000 năm ánh sáng (Nguồn: The Japan Times News)

Nhưng đối với S. Hawking – một nhà vật lý có tầm ảnh hưởng nhất từ sau A. Einstein, đã đưa ra giả thuyết rằng các hố đen thực sự không có màu đen và phải giải phóng các hạt.

Bằng giả thuyết này, S. Hawking đã chấm dứt những thắc mắc dai dẳng của các nhà vật lý rằng: lý thuyết của Einstein vốn được thử nghiệm lâu dài cho tới nay đều không thể giải thích được cách di chuyển của các hạt ở bên trong nguyên tử và các khối cầu lượng tử.

Ban đầu, lý thuyết lỗ đen của S. Hawking trở thành một vấn đề mang tính tranh cãi. Tuy nhiên, lý thuyết này sau đó đã trở thành nền tảng căn bản gắn kết lý thuyết vật lý cơ bản (thuyết tương đối) và lý thuyết cơ học lượng tử.

S. Hawking đã nhận ra rằng những vật thể bên trong các lỗ đen được hình thành bởi trọng lực, và vì cơ học lượng tử thực sự có thể phát ra các hạt. Đây là một quá trình vật lý đầu tiên có thể liên kết lý thuyết cổ điển về lực hấp dẫn với cơ học lượng tử (theo nhận định của AFP).

Cơ chế này được đặt tên là cơ chế “bức xạ Hawking” (Hawking radiation) vào ngày mất của ông (14/3) – trùng với ngày sinh của Einstein.

S. Hawking đã chỉ rằng “khi các quy luật lượng tử điều khiển quá trình vật lý của nguyên tử và các hạt cơ bản được áp dụng cho các lỗ đen, thì kết quả cho thấy các lỗ đen thực sự phải phát xạ” (Raymond Volkas, Đại học Melbourne). Ông cho rằng các lỗ đen tỏa ra các phóng xạ nên chúng thực sự tồn tại nhiệt độ. Và trong quá trình mất đi khối lượng và năng lượng, các lỗ đen sẽ dần dần co lại và cuối cùng sẽ bay hơi. Điều này thực sự là một cú sốc thực sự.

Lý thuyết của Hawking trở thành lý thuyết của vạn vật (Theory of Everything), đã vẽ ra chân dung hoàn toàn mới về các lỗ đen. "Di sản quan trọng nhất của Hawking là ý tưởng cho rằng các hố đen dần dần tan ra như aspirin trong một ly nước” (Lisa Harvey-Smith, Đại học New South Wales).

Hình ảnh S. Hawking thừa nhận khả năng thông tin về lỗ đen cuối cùng sẽ biến mất

Tuy nhiên, vấn đề “bức xạ Hawking” một lần nữa lại đặt ra câu hỏi về một vấn đề mới, đó là “nghịch lý thông tin lỗ đen” (black hole information paradox). Nếu một lỗ đen biến mất, tất cả thông tin về vũ trụ học từ vật chất và năng lượng theo đó cũng sẽ biến mất. Trong khi, dự báo của vật lý học cho rằng thông tin không bao giờ có thể mất đi. Và khi Hawking đặt cược cho “sự biến mất”, vấn đề này ngay lập tức trở thành một chủ đề gây tranh cãi lớn, ảnh hưởng tới nhiệm vụ của “Vật lý học hiện đại” - thống nhất giữa thuyết tương đối và lý thuyết cơ học lượng tử.

Có thể thấy rằng, tầm ảnh hưởng của S. Hawking đã vượt quá mọi tính toán về khả năng hiểu biết khoa học của nhân loại.

Tham khảo: AFP.