Buzz
Kể từ khi được công bố vào năm 1915, thuyết tương đối rộng đã thành công trong việc lý giải hàng loạt hiện tượng vũ trụ, từ sự hình thành của các hố đen, cấu trúc bí ẩn của sao neutron, đến quá trình tiến hóa của vũ trụ. Tuy nhiên, lý thuyết này vẫn không tránh khỏi những hạn chế nhất định.
Một trong những nghịch lý lớn nhất của vật lý hiện đại – điểm kỳ dị của hố đen – có thể sắp được giải quyết. Các nhà vật lý lý thuyết đưa ra giả thuyết rằng bằng cách điều chỉnh phương trình trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, trung tâm hố đen – nơi không-thời gian bị uốn cong đến vô hạn – có thể không phải là một điểm kỳ dị, mà là một khu vực có độ cong cực lớn nhưng vẫn tuân theo các định luật vật lý.
Kỳ dị hố đen – Liệu có phải là lỗ hổng trong lý thuyết Einstein?
Theo lý thuyết hiện tại, hố đen được hình thành khi một ngôi sao khổng lồ sụp đổ, tạo ra một vùng không-thời gian mà ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra. Tại trung tâm của nó tồn tại một điểm kỳ dị – nơi mật độ và độ cong của không-thời gian đạt đến giá trị vô hạn.
Tuy nhiên, điều này lại mâu thuẫn với cơ học lượng tử, vốn không cho phép sự tồn tại của những điểm có mật độ vô hạn trong vũ trụ. Robie Hennigar, nhà nghiên cứu tại Đại học Durham (Anh), chia sẻ:
"Nếu các điểm kỳ dị thực sự tồn tại, đó sẽ là một thảm họa đối với khoa học. Các phương trình vật lý sẽ mất khả năng dự đoán tương lai dựa trên hiện tại và quá khứ."
Phần lớn các nhà khoa học đều đồng ý rằng các điểm kỳ dị không tồn tại trong thực tế, mà chúng chỉ là dấu hiệu cho thấy thuyết tương đối rộng cần được nâng cấp bằng một lý thuyết toàn diện hơn.
Điều chỉnh phương trình của Einstein
Kể từ khi ra đời vào năm 1915, thuyết tương đối rộng đã thành công trong việc giải thích nhiều hiện tượng thiên văn, từ sự hình thành hố đen, cấu trúc của sao neutron đến quá trình tiến hóa của vũ trụ. Tuy nhiên, lý thuyết này vẫn có những hạn chế đáng kể.
Nó không tương thích với cơ học lượng tử – ngành khoa học nghiên cứu thế giới vi mô, và nó dự đoán sự tồn tại của các điểm kỳ dị. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã áp dụng ý tưởng về lực hấp dẫn lượng tử – một nỗ lực nhằm kết hợp thuyết tương đối rộng với cơ học lượng tử.
Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physics Letters B, nhóm nghiên cứu cho rằng ở những mức năng lượng cực cao hoặc kích thước cực nhỏ, phương trình của Einstein cần được mở rộng với một chuỗi vô hạn các điều chỉnh bổ sung. Điều này giúp loại bỏ điểm kỳ dị: thay vì một điểm có mật độ vô hạn, lõi hố đen sẽ trở thành một vùng không-thời gian có độ cong cực lớn nhưng vẫn có thể mô tả bằng các định luật vật lý hiện đại.
Mặc dù đã được chứng minh về mặt toán học, lý thuyết này cần được kiểm chứng thông qua quan sát thực tế. Tuy nhiên, đây là một thách thức lớn vì nếu điểm kỳ dị không tồn tại, nó cũng nằm sâu bên trong hố đen – nơi mà không gì có thể thoát ra để chúng ta quan sát được.
Pablo Cano, nhà nghiên cứu tại Đại học Barcelona, chia sẻ:
"Việc xác nhận sự không tồn tại của điểm kỳ dị là cực kỳ khó khăn, vì nó xảy ra bên trong hố đen hoặc ở thời điểm khởi đầu của vũ trụ."
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tin rằng có một số phương pháp gián tiếp để tìm kiếm dấu hiệu của lý thuyết này. Một trong số đó là phân tích sóng hấp dẫn – những gợn sóng trong không-thời gian được tạo ra bởi sự va chạm giữa các hố đen. Nếu các phương trình mới là chính xác, sóng hấp dẫn từ những vụ va chạm này sẽ mang những đặc điểm khác biệt so với dự đoán của thuyết tương đối rộng.
Bên cạnh đó, vũ trụ sơ khai cũng có thể là một nơi để tìm kiếm bằng chứng. Nếu lý thuyết mới này ảnh hưởng đến quá trình lạm phát của vũ trụ sau Big Bang, dấu vết của nó có thể được phát hiện trong các sóng hấp dẫn nguyên thủy.
Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục kiểm tra xem liệu những hố đen không có điểm kỳ dị có thể hình thành một cách tự nhiên từ quá trình sụp đổ hấp dẫn hay không. Họ cũng đang khám phá xem liệu lý thuyết mới này có thể giải quyết các điểm kỳ dị khác, chẳng hạn như điểm kỳ dị Big Bang hay không.
Pablo Bueno, đồng tác giả của nghiên cứu, chia sẻ:
"Chúng tôi đã chứng minh rằng một số dạng vật chất có thể sụp đổ để tạo thành những hố đen không có điểm kỳ dị. Chúng tôi muốn mở rộng nghiên cứu này sang nhiều trường hợp khác, bao gồm cả mô hình vũ trụ dao động – nơi Big Bang không phải là điểm khởi đầu, mà chỉ là một giai đoạn trong chuỗi mở rộng và co lại vô tận của vũ trụ."
Nếu lý thuyết này được xác nhận, nó có thể mở ra một hướng đi hoàn toàn mới cho vật lý hiện đại, giải quyết một trong những nghịch lý lớn nhất của khoa học về vũ trụ.
