Lỗ đen có thể đưa ta đi xuyên qua không gian và thời gian?

Sự xuất hiện lỗ đen

Năm 1915, Albert Einstein đã đưa ra thuyết tương đối rộng và vài tháng sau đó được bổ sung thêm phương trình trường mô tả không-thời gian bị biến dạng do sự có mặt của khối lượng. Lý thuyết này chỉ ra rằng hấp dẫn trên thực tế không phải hay ít ra là không hẳn là một lực, mà nó là hệ quả của sự biến dạng của không-thời gian do khối lượng. Vùng không-thời gian bị biến dạng quanh một vật thể mang khối lượng được gọi là trường hấp dẫn. Chỉ vài tháng sau khi Einstein công bố lý thuyết của mình, một nhà vật lý khác là Karl Schwarzschild đã tính ra một nghiệm đặc biệt của phương trình trường, cho biết rằng khi một vật thể có khối lượng M bị nén xuống một bán kính đủ nhỏ, nó sẽ sụp đổ do khối lượng của chính mình.

Khi một vật thể như vậy bị sụp đổ, nó sẽ tạo thành một điểm có mật độ vô hạn ở trung tâm, được các nhà vật lý gọi là kỳ dị. Tại kỳ dị này, mọi định luật vật lý mà chúng ta đã biết được cho rằng sẽ không như vậy mà hành xử theo một cách hoàn toàn khác do độ cong của không-thời gian. Kỳ dị này là tâm của một mặt cầu có bán kính chính bằng bán kính Schwarzschid. Đường bao của mặt cầu đó được gọi là chân trời sự kiện. Toàn bộ bên trong chân trời sự kiện đó chính là thứ được chúng ta gọi là lỗ đen.

Trường hấp dẫn của lỗ đen mạnh tới mức nó uốn cong không-thời gian bên trong chân trời sự kiện tới độ cong vô hạn, khiến cho đường đi của mọi loại vật chất (trong đó có ánh sáng) khi chạm tới chân trời sự kiện đều bị uốn vào phía trong của nó và không thể đi ra ngoài. Vì lý do này, lỗ đen thường được hiểu nhầm là vật thể có thể hút mọi thứ với sức hút vô hạn. Lỗ đen có thể dẫn ta đi xuyên qua không gian và thời gian? Từ nhiều năm trước, các nhà vật lý lý thuyết sớm đã dự đoán sự tồn tại của một thực tể đối lập với lỗ đen gọi là lỗ trắng. Hiển nhiên chưa từng có lỗ trắng nào được phát hiện ra cả.

Quay về quá khứ qua đường hầm hố sâu

Sự tồn tại của lỗ đen và lỗ trắng đến nay mới chỉ là lập luận giả tưởng. Thậm chí ngay cả lý thuyết thì sự tồn tại của nó cũng là không thể trong vũ trụ của chúng ta. Nếu có, nó cần tồn tại trong một vũ trụ khác hoặc một không - thời gian hoàn toàn khác và là điểm đến của vật chất đi vào trong lỗ đen. Một cặp lỗ đen và lỗ trắng như vậy có thể được nối với nhau bởi một đường hầm gọi là lỗ sâu. Vậy giả sử rằng lỗ trắng và lỗ sâu thực sự tồn tại, bạn cần có cơ hội nào để đi vào lỗ đen và đi ra một vùng không - thời gian khác (chẳng hạn một thiên hà khác, hoặc là quay ngược về quá khứ) hay không? Điều đó sẽ không xảy ra.

Mặc dù không có ánh sáng hay bất cứ khúc xạ nào khác có thể đi ra từ bên trong của chân trời sự kiện và do đó cúng ta không thể biết điều gì xảy ra bên trong lỗ đen, nhưng các nhà khoa học vẫn có thể cho bạn biết số phận của bạn ngay trước khi rơi vào phía trong của ranh giới đó.

Khi một vật thể tới rất gần chân trời sự kiện của lỗ đen, nó sẽ nhận một gia tốc cực lớn. Vì hấp dẫn có sự khác biệt do chênh lệch khoảng cách, hấp dẫn càng mạnh thì sự chênh lệch gia tốc theo khoảng cách càng rõ nét. Ở rất gần chân trời sự kiện, chênh lệch gia tốc ở đầu và chân một nhà du hành sẽ kéo giãn anh ta như một sợi mì trước khi xé đứt hoàn toàn - một hiện tượng được gọi là sự gián đoạn triều. Cả cơ thể cũng như mọi thứ đi cùng nhà du hành sẽ bị xé nát cho tới khi trở thành những hạt cơ bản nhỏ nhất khi chúng rơi vào lỗ đen.  

Nếu như lỗ trắng và lỗ sâu có sự tồn tại và có thể đưa mọi thứ đi qua để tới nơi nào đó khác, thì những gì đi ra được khỏi lỗ trắng cũng chỉ có thể là một tập hợp các hạt cơ bản, không hơn. Cuối cùng, chúng ta hãy tính tới khả năng thực tế nhất, hay ít ra là khả năng có nhiều cơ hội là sự thật nhất. Lỗ trắng chỉ là một giả định để cân bằng với sự tồn tại của lỗ đen trong mô hình của Schwarzschild. Việc nó tồn tại đã không chắc chắn, chưa nói tới việc liệu có một thứ gì gọi là lỗ sâu nối giữa nó với lỗ đen hay không.

Đặng Vũ Tuấn Sơn (Chủ tịch Hội Thiên văn học trẻ Việt Nam)