Giải Nobel Vật lý 2020: Bí mật của lỗ đen

Khoa Học 10/10/2020 - 07:51

Giải Nobel Vật lý năm nay đã thuộc về ba nhà khoa học vì những khám phá liên quan đến lỗ đen - một trong những hiện tượng kỳ lạ nhất trong vũ trụ.

Giải Nobel Vật lý 2020: Bí mật của lỗ đen - ảnh 1

Ba nhà khoa học đoạt giải Nobel Vật lý 2020: Roger Penrose, Reinhard Genzel và Andrea Ghez.

Ông Roger Penrose (nhà vật lý nổi tiếng người Anh) đã chỉ ra rằng lỗ đen là hệ quả trực tiếp của thuyết tương đối rộng.

Roger Penrose đã phát triển các phương pháp toán học để mô tả những vật thể bất thường này. Ông chứng minh rằng không có gì, thậm chí là ánh sáng, có thể thoát khỏi “những con quái vật vũ trụ này”.

Vào đầu những năm 1990, ông Reinhard Genzel (nhà vật lý thiên văn người Đức) và bà Andrea Ghez (nhà thiên văn học người Mỹ) cùng một số đồng nghiệp đã tập trung nghiên cứu trung tâm của Dải Ngân hà. Họ lập bản đồ quỹ đạo những ngôi sao sáng nhất với độ chính xác ngày càng cao và phát hiện ra một điều bất thường.

Đó là một vật thể “vô hình”, buộc các ngôi sao quay xung quanh trục của chúng. Vật thể này, với khối lượng lớn hơn 4 triệu lần khối lượng Mặt trời, bị nén trong một không gian không lớn hơn Hệ Mặt trời, là một lỗ đen siêu lớn – lỗ đen Sagittarius A *.

Thuyết tương đối rộng của Einstein dự đoán sự tồn tại của các đường hầm không – thời gian (lỗ sâu). Các đường hầm này đòi hỏi những điều kiện trọng trường khắc nghiệt, vì vậy chúng có khả năng nằm xung quanh các lỗ đen siêu lớn.

Các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp tìm kiếm lỗ sâu trong lân cận của siêu lỗ đen Sagittarius A* ở trung tâm Dải Ngân hà. Nếu một hố sâu tồn tại xung quanh Sagittarius A*, các ngôi sao ở một bên của “hành lang đường hầm” sẽ có ảnh hưởng hấp dẫn đối với các ngôi sao ở phía bên kia.

Việc phát hiện những thay đổi nhỏ trong quỹ đạo của các ngôi sao như S2 gần siêu lỗ đen Sagittarius A* có thể cho thấy ngôi sao này đang ở gần một đường hầm không – thời gian.

Các phương pháp đo lường hiện tại không đủ nhạy bén để phát hiện những thay đổi này, nhưng các kỹ thuật được phát triển trong những thập kỷ tới có thể tỏ ra hiệu quả.

Ngay cả khi chúng ta tìm thấy một đường hầm không – thời gian, thì chúng ta cũng không thể đi xuyên qua nó. Để giữ một đường hầm không – thời gian mở đòi hỏi phải có năng lượng âm, còn các nhà khoa học không biết làm thế nào để thực hiện điều này.

Vũ trụ hình thành từ lỗ đen! Các nhà vật lý đã đưa ra kết luận như vậy bằng cách phân tích thuyết hấp dẫn lượng tử vòng (HLV), theo đó không - thời gian bao gồm các vòng nhỏ không thể phân chia thêm được nữa.

HLV cố gắng dung hòa cơ học lượng tử với thuyết tương đối rộng. Nếu HLV là chính xác, thì mỗi lỗ đen trong quá trình tiến hóa sẽ đạt đến thời điểm mà ở đó nó không còn nén thêm được vật chất nữa và do đó xảy ra hiện tượng giống như phản xạ.

Áp suất bên trong khiến cho lỗ đen biến đổi thành một lỗ trắng và gây ra một vụ nổ. Lúc này, lỗ đen trở nên hoàn toàn trái ngược với nó - thay vì hút mọi thứ, bao gồm cả ánh sáng vào bên trong, nó phát ra tất cả vật chất và năng lượng tích lũy vào không gian vũ trụ.