Wormholes là trụ cột trong khoa học viễn tưởng, cung cấp cho các anh hùng của chúng ta một cách nhanh chóng và dễ dàng để du hành ngay lập tức quanh Vũ trụ. Mặc dù khoa học viễn tưởng làm cho chúng trở nên phổ biến, nhưng lỗ sâu đục có nguồn gốc từ khoa học - làm biến dạng không thời gian như thế này về mặt lý thuyết là có thể. Nhưng theo Tiến sĩ Stephen Hsu từ Đại học Oregon xây dựng một lỗ sâu đục có lẽ là không thể.
Nghe cuộc phỏng vấn: Không thể sâu Wormholes (4,5 mb)
Hoặc đăng ký Podcast: iverseetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Bây giờ, tôi đã xem phần chia sẻ của tôi về các tập phim Star Trek. Làm thế nào điều này đã chuẩn bị cho tôi cho sự hiểu biết khoa học thực sự về một lỗ sâu đục?
Tiến sĩ Stephen Hsu: Trong Star Trek, họ không thực sự sử dụng lỗ sâu đục, nhưng có lẽ cách điều trị tốt nhất trong khoa học về bệnh giun sán là trong bộ phim Liên hệ, dựa trên một cuốn sách của Carl Sagan. Và thực ra trong lịch sử, khi Sagan đang viết tiểu thuyết - Sagan là một giáo sư thiên văn học - anh đã liên hệ với một chuyên gia về Thuyết tương đối rộng, một chàng trai tên là Kip Thorne, ở Caltech, và muốn chắc chắn rằng cách xử lý các lỗ sâu đục trong Liên hệ thực sự là gần được chính xác về mặt khoa học càng tốt. Và điều đó thực sự đã kích thích Thorne thực hiện rất nhiều nghiên cứu về lỗ sâu đục. Công việc của chúng tôi thực sự là một phần mở rộng của những điều mà anh ấy đã làm.
Fraser: Vì vậy, nếu bạn muốn xây dựng một lỗ sâu, theo lý thuyết, bạn sẽ làm gì?
Hsu: Bạn cần phải có một loại vật chất rất kỳ lạ hoặc kỳ lạ và vấn đề đó phải có áp lực tiêu cực cao. Nó chỉ ra rằng để ổn định cổ họng hoặc ống của lỗ giun bạn cần một vấn đề rất lạ và công việc của chúng tôi phải làm với khả năng loại vật chất đó sẽ như thế nào trong các mô hình vật lý hạt.
Fraser: Hãy nói rằng bạn xây dựng một giọt nước mắt trong không thời gian và bạn lấp đầy nó bằng vật chất kỳ lạ để giữ cho nó mở, và sau đó bạn có thể di chuyển hai điểm cuối của lỗ sâu đục xung quanh Vũ trụ và chúng sẽ kết nối cả trong không gian và thời gian.
Hsu: Nhưng trong một số câu chuyện khoa học viễn tưởng, họ nói rằng chỉ có một số lỗ sâu đục còn sót lại từ Vụ nổ lớn, và chúng ta sẽ chỉ khám phá một và bắt đầu sử dụng nó. Nhưng mô hình mang tính xây dựng là con người, hoặc một nền văn minh ngoài hành tinh nào đó, thực sự tự xây dựng, và trong trường hợp đó, hai đầu của lỗ sâu đục có thể khá gần nhau lúc ban đầu nhưng sau đó bạn kéo chúng ra xa nhau.
Fraser: Nghiên cứu của bạn đã dẫn bạn đến đâu để xem xét các lỗ sâu đục?
Hsu: Chúng tôi đã nghiên cứu các ràng buộc cơ bản trên một cái gì đó gọi là phương trình trạng thái vật chất, một tính chất, như áp suất hoặc mật độ năng lượng có thể có. Chúng tôi đã tìm thấy một số ràng buộc rất mạnh, và hóa ra những hạn chế đó rất tiêu cực đối với khả năng xây dựng một lỗ sâu đục.
Fraser: Họ sẽ có ảnh hưởng gì đến lỗ sâu đục?
Hsu: Để có được vật chất kỳ lạ rất kỳ lạ mà tôi đã đề cập trước đây với áp lực rất tiêu cực, hóa ra các phương trình cho thấy rằng khi bạn buộc áp lực đó là tiêu cực, luôn có một chế độ không ổn định trong vấn đề, có nghĩa là nếu bạn là để làm hỏng bộ máy của bạn, bạn có thể tìm thấy vật chất kỳ lạ - thứ đang ổn định lỗ sâu đục - chỉ sụp đổ thành một loạt các bức ảnh hoặc một cái gì đó.
Fraser: Đây có phải là vấn đề không làm hỏng bộ máy của bạn hay về mặt lý thuyết là không thể đạt đến điểm ổn định?
Hsu: Tôi muốn nói rằng về mặt lý thuyết, không thể xây dựng vật chất cổ điển ổn định và có thể ổn định lỗ sâu đục. Bạn có thể hỏi, có lẽ tôi sẽ tránh va chạm vào thứ đó, nhưng nếu bạn gửi một người qua lỗ sâu đục, chính nó sẽ cung cấp một vết sưng và rất có thể sẽ khiến toàn bộ sự việc sụp đổ.
Fraser: Hãy nói rằng bạn đã không muốn gửi người, bạn chỉ muốn một số cách gửi thông tin - nói ngược thời gian.
Hsu: Điều đó không loại trừ. Nó chỉ ra những hạn chế mà chúng ta rút ra phải làm với vật chất trong đó hiệu ứng lượng tử tương đối nhỏ. Nếu bạn có vấn đề trong đó hiệu ứng lượng tử là rất lớn, thì bạn vẫn có thể có một lỗ sâu đục ổn định. Các lỗ sâu đục chính nó sẽ mờ theo cách lượng tử. Các ống của lỗ giun sẽ dao động như một trạng thái lượng tử. Bây giờ, điều đó không ngăn cản bạn gửi tin nhắn ngược thời gian; bạn có thể phải cố gắng gửi tin nhắn nhiều lần để đưa nó đi đến nơi bạn muốn. Nhưng, có lẽ bạn vẫn có thể gửi tin nhắn. Gửi một người có thể nguy hiểm nếu lỗ giun dao động vì người đó có thể ở sai vị trí hoặc sai thời điểm.
Fraser: Tôi đã nghe các ước tính rằng việc xây dựng một lỗ sâu sẽ cần nhiều năng lượng hơn toàn bộ Vũ trụ. Bạn đã có một số loại tính toán cho hiệu ứng đó?
Hsu: Tính toán của chúng tôi không cần thiết cho thấy điều đó. Phải mất một lượng lớn mật độ năng lượng để tạo ra một lỗ sâu đủ lớn để con người có thể chui qua. Nhưng, thường xem xét loại vấn đề này, bạn cho rằng bất cứ nền văn minh nào đang cố gắng làm điều này đều có công nghệ tiên tiến tùy tiện. Điều mà chúng tôi đang cố gắng hiểu là liệu có một giới hạn không đến từ công nghệ mà thực sự đến từ các định luật cơ bản của vật lý.
Fraser: Và nghiên cứu của bạn sẽ dẫn bạn đến đâu từ thời điểm này? Có điều gì đó mà bạn vẫn không chắc chắn về nó không?
Hsu: Kết quả của chúng tôi chủ yếu là phải đối phó với các lỗ sâu đục cổ điển, hoặc các lỗ sâu đục có thời gian không phải là cơ học lượng tử, và chúng tôi vẫn quan tâm xem liệu chúng tôi có thể mở rộng kết quả của mình để che các lỗ sâu không trong đó không thời gian mờ.
Fraser: Có một số công việc mới về năng lượng tối trong đó họ nói rằng hiệu ứng năng lượng tối dường như đang xảy ra trong Vũ trụ, rằng nó tăng tốc. Hoặc là ở đó, một dạng năng lượng mới mà không được nhìn thấy trước đây, hoặc có thể nó là một sự phá vỡ trong các lý thuyết Einstein ở một mức độ lớn. Nếu một số công việc đó bắt đầu cho thấy rằng có thể thuyết tương đối Einstein Einstein không thể giải thích nó ở cấp độ lớn hơn, liệu nó có ảnh hưởng đến sự hiểu biết cổ điển về lỗ sâu đục là gì không?
Hsu: Trong bối cảnh năng lượng tối, vì nó là thứ gì đó ảnh hưởng đến cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ, hành vi của Vũ trụ trên quy mô dài của megapixel, nên luôn có khả năng Thuyết tương đối rộng như một lý thuyết bị thay đổi ở khoảng cách rất lớn và bởi vì chúng tôi chưa thể kiểm tra nó trên những khoảng cách đó. Vì vậy, nó luôn luôn có thể kết luận bạn nhận được từ Thuyết tương đối không được áp dụng. Trong trường hợp của chúng tôi, thang đo chiều dài mà chúng tôi sử dụng Thuyết tương đối rộng là trên kích thước của con người. Vì vậy, sẽ hơi ngạc nhiên nếu Thuyết tương đối rộng đã bị phá vỡ ở các thang đo chiều dài đó, mặc dù điều đó có thể xảy ra.
Fraser: Vì vậy, nó rất nhiều về khía cạnh nhỏ mà bạn đang nhìn. Nó vẫn giải thích mọi thứ khá độc đáo ở quy mô này.
Hsu: Phải, có những thử nghiệm thực nghiệm mạnh mẽ hơn về Thuyết tương đối rộng, hoặc ít nhất là lực hấp dẫn của Newton, trên thang đo dài hơn mét so với trên megapixel. Vì vậy, chúng tôi tự tin hơn một chút rằng công thức toán học của trọng lực mà chúng tôi sử dụng là chính xác.
Fraser: Nếu tôi muốn đi qua Vũ trụ khá nhanh, thay vào đó tôi nên nhìn vào ổ đĩa dọc, hoặc có thể chỉ đơn giản là di chuyển cũ trong không gian thông thường.
Hsu: Tôi là một người hâm mộ khoa học viễn tưởng khổng lồ, và từ khi còn là một đứa trẻ, nhưng là một nhà khoa học, tôi phải nói rằng dường như Vũ trụ của chúng ta dường như không được tạo ra theo cách rất thuận tiện để con người có được từ sao đến sao. Và khoa học viễn tưởng mà chúng ta cuối cùng ở gần Mặt trời của chúng ta, nhưng chúng ta làm những điều tuyệt vời với kỹ thuật sinh học hoặc công nghệ thông tin hoặc A.I. dường như có thể thực hiện được với các quy luật vật lý của chúng ta, hơn là Star Trek.
