Sự tồn tại của hố trắng, cấu trúc vũ trụ khổng lồ đẩy bật mọi vật thể tới gần, vẫn còn gây nhiều tranh cãi và được xem là những “bóng ma” ra đời từ toán học của thuyết tương đối rộng.
Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện chụp ảnh hố đen siêu khối lượng ở trung tâm thiên hà M87. Ảnh: EHT Collaboration
Hố đen là những vùng suy sụp hấp dẫn hoàn toàn, nơi lực hấp dẫn lấn át mọi lực khác trong vũ trụ và nén một khối vật chất xuống một điểm nhỏ vô hạn gọi là điểm kỳ dị. Bao quanh điểm kỳ dị là chân trời sự kiện, không phải là một ranh giới vật lý rắn chắc mà chỉ là đường viền xung quanh điểm kỳ dị, nơi lực hấp dẫn mạnh đến mức không thứ gì, kể cả ánh sáng, thoát ra được.
Khi một ngôi sao lớn chết đi, trọng lượng khổng lồ của nó đè lên lõi, dẫn đến sự hình thành hố đen. Bất cứ vật chất hay bức xạ nào tới quá gần hố đen đều bị lực hấp dẫn mạnh giữ lại và kéo xuống dưới chân trời sự kiện, dẫn đến diệt vong.
Các chuyên gia hiểu quá trình hình thành hố đen này và cách hố đen tương tác với môi trường thông qua thuyết tương đối rộng của Einstein. Thuyết tương đối rộng không quan tâm đến dòng chảy thời gian. Các phương trình mang tính đối xứng thời gian, nghĩa là vẫn hoạt động tốt về mặt toán học dù tiến lên hay lùi lại theo thời gian.
Nếu quay phim về sự hình thành của hố đen rồi tua ngược lại, ta sẽ thấy một vật thể phát ra bức xạ và các hạt. Cuối cùng, nó sẽ nổ tung, để lại một ngôi sao khổng lồ. Đó chính là hố trắng, và theo thuyết tương đối rộng, kịch bản này hoàn toàn khả thi.
Hố trắng là cấu trúc vũ trụ trên lý thuyết, hoạt động theo cách ngược lại với hố đen. Ảnh: Future/Adam Smith
Hố trắng thậm chí còn kỳ lạ hơn hố đen. Chúng vẫn sẽ có điểm kỳ dị ở trung tâm và chân trời sự kiện ở viền ngoài. Chúng vẫn là những vật thể khối lượng lớn, với lực hấp dẫn mạnh. Nhưng bất kỳ vật chất nào tiến tới hố trắng sẽ lập tức bị đẩy ra với tốc độ nhanh hơn ánh sáng, khiến hố trắng tỏa sáng mạnh. Mọi thứ bên ngoài hố trắng sẽ không thể lọt vào trong, vì chúng cần di chuyển nhanh hơn ánh sáng mới có thể lọt vào qua chân trời sự kiện.
Tuy nhiên, sự tồn tại của hố trắng vẫn là điều gây tranh cãi vì thuyết tương đối rộng không phải lý thuyết duy nhất trong vũ trụ. Có những nhánh vật lý khác giải thích về cách vũ trụ vận hành, ví dụ như các lý thuyết về điện từ và nhiệt động lực học.
Trong nhiệt động lực học có khái niệm entropy, hiểu đơn giản là thước đo sự hỗn loạn trong một hệ thống. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học cho biết, entropy của các hệ kín không thể giảm.
Ví dụ, nếu ném một cây đàn piano vào máy băm gỗ, đầu ra sẽ là hàng loạt mảnh vụn. Sự hỗn loạn trong hệ thống tăng lên, thỏa mãn định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Nhưng nếu ném các mảnh vỡ ngẫu nhiên vào cùng chiếc máy băm gỗ này, đầu ra sẽ không thể là một cây đàn piano hoàn chỉnh vì như vậy sẽ làm giảm sự hỗn loạn. Theo đó, không thể đơn giản tua ngược lại quá trình hình thành hố đen để thu được hố trắng, vì điều này làm giảm entropy, các ngôi sao không thể hình thành từ một vụ nổ dữ dội.
Như vậy, cách duy nhất để hố trắng hình thành là có một quá trình kỳ lạ nào đó diễn ra trong vũ trụ sơ khai, tránh được rắc rối với việc giảm entropy. Chúng đơn giản là tồn tại từ thời sơ khai của vũ trụ.
Tuy nhiên, hố trắng vẫn sẽ rất không ổn định. Chúng kéo vật chất về phía mình, nhưng không gì có thể vượt qua chân trời sự kiện. Bất cứ thứ gì, kể cả một photon (hạt ánh sáng) cũng sẽ bị tiêu diệt ngay khi tiếp cận hố trắng. Hạt sẽ không thể vượt qua chân trời sự kiện, khiến năng lượng của hệ tăng vọt. Cuối cùng, hạt có nhiều năng lượng đến mức khiến hố trắng sụp đổ thành hố đen, chấm dứt sự tồn tại của nó. Vì vậy, dù rất thú vị, hố trắng có vẻ không phải là một cấu trúc trong vũ trụ thực mà chỉ là những “bóng ma” ra đời từ toán học của thuyết tương đối rộng.
Thu Thảo (Theo Space)
