Tín dụng hình ảnh: NASA
Stephen Hawking và Kip Thorne có thể nợ John Preskill một bộ bách khoa toàn thư.
Vào năm 1997, ba nhà vũ trụ học đã đặt cược nổi tiếng là liệu thông tin đi vào lỗ đen có còn tồn tại hay không - nghĩa là, liệu bên trong lỗ đen có bị thay đổi hay không bởi các đặc điểm của các hạt xâm nhập vào đó.
Nghiên cứu của Hawking cho thấy các hạt không có tác dụng gì. Nhưng lý thuyết của ông đã vi phạm các định luật cơ học lượng tử và tạo ra một mâu thuẫn được gọi là nghịch lý thông tin.
Bây giờ các nhà vật lý tại Đại học bang Ohio đã đề xuất một giải pháp sử dụng lý thuyết dây, một lý thuyết cho rằng tất cả các hạt trong vũ trụ đều được tạo thành từ các chuỗi rung nhỏ.
Samir Mathur và các đồng nghiệp của ông đã đưa ra một loạt các phương trình cho thấy mạnh mẽ rằng thông tin vẫn tiếp tục tồn tại - bị ràng buộc trong một mớ dây khổng lồ lấp đầy một lỗ đen từ lõi đến bề mặt của nó.
Phát hiện cho thấy các lỗ đen không phải là thực thể trơn tru, không có gì đặc biệt như các nhà khoa học đã nghĩ từ lâu.
Thay vào đó, chúng là chuỗi? Fuzzballs.?
Mathur, giáo sư vật lý tại bang Ohio, nghi ngờ rằng Hawking và Thorne đã không đặc biệt ngạc nhiên trước kết quả của nghiên cứu, xuất hiện trong số ra ngày 1 tháng 3 của tạp chí Vật lý hạt nhân B.
Trong cuộc cá cược của họ, Hawking, giáo sư toán học tại Đại học Cambridge và Thorne, giáo sư vật lý lý thuyết tại Caltech, đặt cược rằng thông tin đi vào lỗ đen bị phá hủy, trong khi Preskill - cũng là giáo sư vật lý lý thuyết tại Caltech - đã lấy nhìn ngược lại. Các cổ phần là một bộ bách khoa toàn thư.
? Tôi nghĩ rằng hầu hết mọi người đã từ bỏ ý tưởng rằng thông tin đã bị phá hủy một khi ý tưởng về lý thuyết dây đã nổi lên vào năm 1995,? Mathur nói. "Chỉ là không ai có thể chứng minh rằng thông tin còn tồn tại trước đó."
Trong mô hình cổ điển về cách các lỗ đen hình thành, một vật thể siêu lớn, như một ngôi sao khổng lồ, sụp đổ để tạo thành một điểm rất nhỏ của lực hấp dẫn vô hạn, được gọi là điểm kỳ dị. Một vùng đặc biệt trong không gian bao quanh điểm kỳ dị và bất kỳ vật thể nào đi qua biên giới của vùng, được gọi là chân trời sự kiện, được kéo vào lỗ đen, không bao giờ quay trở lại.
Về lý thuyết, thậm chí ánh sáng không thể thoát ra khỏi lỗ đen.
Đường kính của chân trời sự kiện phụ thuộc vào khối lượng của vật thể hình thành nên nó. Ví dụ, nếu mặt trời sụp đổ vào một điểm kỳ dị, chân trời sự kiện của nó sẽ đo khoảng 3 km (1,9 dặm) trên. Nếu Trái đất theo sau, chân trời sự kiện của nó sẽ chỉ đo được 1 cm (0,4 inch).
Đối với những gì nằm trong khu vực giữa một điểm kỳ dị và chân trời sự kiện của nó, các nhà vật lý luôn vẽ một khoảng trống, theo nghĩa đen. Bất kể loại vật liệu nào hình thành nên điểm kỳ dị, khu vực bên trong chân trời sự kiện được cho là không có cấu trúc hoặc đặc điểm có thể đo lường được.
Và đó chính là vấn đề.
? Vấn đề với lý thuyết cổ điển là bạn có thể sử dụng bất kỳ tổ hợp hạt nào để tạo ra lỗ đen - proton, electron, sao, hành tinh, bất cứ điều gì - và nó sẽ không có gì khác biệt. Phải có hàng tỷ cách để tạo ra một lỗ đen, nhưng với mô hình cổ điển, trạng thái cuối cùng của hệ thống luôn giống nhau ,? Mathur nói.
Loại đồng nhất đó vi phạm định luật cơ học lượng tử của tính thuận nghịch, ông giải thích. Các nhà vật lý phải có khả năng theo dõi sản phẩm cuối cùng của bất kỳ quá trình nào, bao gồm cả quá trình tạo ra lỗ đen, trở lại các điều kiện đã tạo ra nó.
Nếu tất cả các lỗ đen đều giống nhau, thì không có lỗ đen nào có thể được truy trở lại từ đầu duy nhất của nó và bất kỳ thông tin nào về các hạt tạo ra nó sẽ bị mất mãi mãi tại thời điểm lỗ được hình thành.
? Không ai thực sự tin rằng bây giờ, nhưng không ai có thể tìm thấy bất cứ điều gì sai với lập luận cổ điển ,? Mathur nói. Bây giờ chúng ta có thể đề xuất những gì đã sai.
Năm 2000, các nhà lý thuyết dây đã đặt tên cho nghịch lý thông tin số tám trong danh sách mười vấn đề vật lý hàng đầu của họ sẽ được giải quyết trong thiên niên kỷ tiếp theo. Danh sách đó bao gồm các câu hỏi như: thời gian tồn tại của một proton là bao nhiêu ?? và? Làm thế nào lực hấp dẫn lượng tử có thể giúp giải thích nguồn gốc của vũ trụ ??
Mathur bắt đầu nghiên cứu về nghịch lý thông tin khi ông là giáo sư trợ lý tại Viện Công nghệ Massachusetts và ông đã tấn công vấn đề toàn thời gian sau khi gia nhập khoa Ohio State vào năm 2000.
Với nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Oleg Lunin, Mathur đã tính toán cấu trúc của các vật thể nằm giữa các trạng thái chuỗi đơn giản và các lỗ đen cổ điển lớn. Thay vì là những vật thể nhỏ bé, chúng hóa ra lại lớn. Gần đây, anh và hai sinh viên tiến sĩ - Ashish Saxena và Yogesh Srivastava - phát hiện ra rằng cùng một hình ảnh của một "fuzzball? tiếp tục đúng với các vật thể gần giống với một lỗ đen cổ điển. Những kết quả mới xuất hiện trong Vật lý hạt nhân B.
Theo lý thuyết dây, tất cả các hạt cơ bản của vũ trụ - proton, neutron và electron - được tạo thành từ các tổ hợp dây khác nhau. Nhưng nhỏ như dây, Mathur tin rằng chúng có thể tạo thành các lỗ đen lớn thông qua một hiện tượng gọi là căng thẳng phân đoạn.
Dây đàn có thể kéo dài, ông nói, nhưng mỗi dây mang một độ căng nhất định, cũng như dây đàn guitar. Với lực căng phân đoạn, lực căng giảm khi chuỗi dài hơn.
Cũng giống như một dây đàn guitar dài dễ gảy hơn dây đàn guitar ngắn, một chuỗi dài của các chuỗi cơ học lượng tử được nối với nhau sẽ dễ kéo dài hơn một chuỗi đơn, Mathur nói.
Vì vậy, khi rất nhiều chuỗi kết hợp với nhau, vì chúng sẽ tạo thành nhiều hạt cần thiết cho một vật thể rất lớn như lỗ đen, quả bóng dây kết hợp rất co giãn và mở rộng ra đường kính rộng.
Khi các nhà vật lý của bang Ohio đưa ra công thức của họ về đường kính của một lỗ đen mờ làm bằng dây, họ thấy rằng nó khớp với đường kính của chân trời sự kiện lỗ đen được đề xuất bởi mô hình cổ điển.
Vì phỏng đoán của Mathur cho thấy các chuỗi tiếp tục tồn tại bên trong lỗ đen và bản chất của các chuỗi phụ thuộc vào các hạt tạo nên vật liệu nguồn ban đầu, sau đó mỗi lỗ đen là duy nhất như các ngôi sao, hành tinh hoặc thiên hà đã hình thành nó. Các chuỗi từ bất kỳ vật liệu tiếp theo nào đi vào lỗ đen cũng sẽ có thể truy nguyên được.
Điều đó có nghĩa là một lỗ đen có thể được truy trở lại các điều kiện ban đầu và thông tin còn tồn tại.
Nghiên cứu này được Bộ Năng lượng Hoa Kỳ hỗ trợ một phần.
Nguồn gốc: Thông cáo báo chí của Đại học bang Ohio
