Một nhóm các nhà vật lý Ấn Độ đã tìm ra cách có thể tạo ra một lỗ sâu mà các nhà du hành thực sự có thể đi qua, nhưng điều đó xảy ra chỉ khi vũ trụ của chúng ta có thêm các chiều không gian phụ.
Để tạo ra một lỗ sâu, bạn cần kết nối các phần của vũ trụ bằng một cây cầu hoặc một đường hầm, thường được gọi là "cổ họng". Cổ họng này có thể to hoặc dài tùy thích, nhưng thông thường, bạn muốn nó ngắn hơn khoảng cách trong không gian ba chiều để đến đích. Trong thuyết tương đối rộng của Einstein, việc tạo ra một lỗ sâu khá đơn giản: Bạn chỉ cần kết nối một lỗ đen với một lỗ trắng là bạn đã có một đường hầm xuyên qua không-thời gian.
Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất với các lỗ sâu là chúng rất không ổn định. Ngay sau khi chúng hình thành, lực hấp dẫn khổng lồ của chúng sẽ xé chúng ra thành từng mảnh nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Cách duy nhất được biết đến để lỗ sâu ổn định là sử dụng một số dạng vật chất kỳ lạ. Vật chất này có thể có khối lượng âm, thứ dường như không tồn tại trong vũ trụ và vi phạm các điều kiện về năng lượng trong thuyết tương đối rộng. Các điều kiện năng lượng chỉ ra rằng nhà du hành nên trải nghiệm năng lượng dương gần như ở mọi nơi họ đi qua. Tuy nhiên, để ổn định một lỗ sâu, nhà du hành sẽ phải đi qua một vùng năng lượng âm. Năng lượng âm này sẽ cân bằng năng lượng dương do khối lượng của chính nhà du hành, giữ cho lỗ sâu luôn mở khi họ đi qua nó.
Lực hấp dẫn có thể truyền xuyên qua nhiều chiều không gian
Lực hấp dẫn là cực kỳ yếu; nó yếu hơn hàng tỷ tỷ lần so với bất kỳ lực lượng nào khác của tự nhiên. Sự thật này khiến các nhà vật lý khó hiểu, bởi vì khi một thứ gì đó quá khác biệt so với phần còn lại của vũ trụ, thì thường có một số lời giải thích vật lý thú vị đằng sau nó.
Nhưng hiện tại các nhà vật lý vẫn chưa có lời giải thích nào về lý do tại sao lực hấp dẫn lại yếu như vậy. Một ý tưởng là vũ trụ có nhiều dạng tồn tại mà chúng ta chưa nhìn thấy. Lấy cảm hứng từ khái niệm của lý thuyết dây về nhiều chiều không gian phụ quy mô siêu nhỏ, một số lý thuyết đề xuất cần có thêm các chiều không gian phụ, bên cạnh ba chiều không gian thông thường.
Theo những lý thuyết này, không gian ba chiều của chúng ta chỉ là một "màng mỏng", màng mỏng này tồn tại trong một "khối" có chiều cao hơn. Các chiều không gian bổ sung đó không quá lớn; nếu có, chúng ta sẽ nhìn thấy các hạt hoặc hành tinh xuất hiện và biến mất khỏi chiều không gian phụ. Nhưng kích thước các chiều phụ có thể lớn hơn các kích thước nhỏ nhất của lý thuyết dây - có thể lớn bằng một milimét.
Trong kịch bản này, tất cả các lực và các hạt của tự nhiên sau đó được giới hạn trong màng ba chiều, duy chỉ riêng lực hấp dẫn có đặc quyền di chuyển xuyên qua chiều cao hơn. Do đó, lực hấp dẫn có thể mạnh ngang với mọi lực khác, nhưng nó bị pha loãng quá nhiều giữa tất cả các chiều phụ đến mức nó có vẻ yếu đối với trải nghiệm ba chiều của chúng ta.
Du hành qua lỗ sâu
Những ý tưởng về màng cho thấy những nỗ lực của các nhà khoa học để tìm hiểu lực hấp dẫn. Chúng mở ra những cơ hội mới để khám phá bản chất của các lỗ sâu. Trong một nghiên cứu, các nhà khoa học đến từ Ấn Độ đề xuất rằng, mặc dù kiến thức của chúng ta về lỗ sâu bị chi phối bởi thuyết tương đối rộng, nhưng có lẽ sự hiện diện của các chiều phụ sẽ làm thay đổi cách thức hoạt động của thuyết tương đối rộng, do đó khiến cho lỗ sâu trở nên khả thi.
Trong bài báo, các nhà nghiên cứu Ấn Độ đã khám phá liệu có thể xây dựng một lỗ sâu trong mô hình "thế giới màng" do các nhà vật lý Lisa Randall và Raman Sundrum đề xuất lần đầu tiên vào năm 1999 hay không.
Các tác giả của bài báo phát hiện ra rằng họ thực sự có thể xây dựng một lỗ sâu ổn định, có thể đi qua. Họ thậm chí không cần đến bất kỳ vật chất kỳ lạ nào để làm điều đó.
Mặc dù nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng tình huống này vẫn vi phạm các điều kiện năng lượng của thuyết tương đối rộng, nhưng họ lập luận rằng vi phạm này là một thuộc tính, không phải lỗi. Thay vì đòi hỏi một số yếu tố kỳ lạ để xây dựng một lỗ sâu, bản chất của lực hấp dẫn trong các chiều không gian phụ đã tự nhiên dẫn đến sự vi phạm các điều kiện năng lượng. Một khi những điều kiện đó bị phá vỡ, các lỗ sâu sẽ trở thành một hệ quả tự nhiên, theo các nhà nghiên cứu.
Các nhà nghiên cứu Ấn Độ thậm chí còn đi xa đến mức gợi ý rằng nếu chúng ta trực tiếp quan sát hoặc tạo ra một lỗ sâu, thì điều này có thể chỉ ra rằng vũ trụ có nhiều chiều không gian hơn ba chiều thông thường.
Như với tất cả các công trình lý thuyết về chủ đề lỗ sâu, nghiên cứu của nhóm Ấn Độ không phải là lời cuối cùng. Không ai biết lý thuyết Randall-Sundrum, hay bất kỳ lý thuyết nào khác dựa trên màng và chiều không gian phụ, có đúng hay không. Và không ai có một lý thuyết lượng tử về lực hấp dẫn - một lý thuyết về lực hấp dẫn mạnh ở quy mô nhỏ - mà gần như chắc chắn sẽ thay đổi các tính toán, có lẽ một lần nữa loại bỏ khả năng tồn tại lỗ sâu. Tuy các lỗ sâu có thể tồn tại hoặc không, nhưng các kết quả của nghiên cứu chắc chắn sẽ nâng cao hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.
Văn Thiện
