Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 32)

Một cái lỗ không bao giờ lấp đầy

Cho đến đây, tôi đã mô tả sự hình thành của một lỗ đen theo sự co sập hấp dẫn. Nhưng chúng ta đã biết quan điểm của Einstein về sự hấp dẫn là theo sự cong của không gian. Một lỗ đen còn có thể mô tả theo kiểu này. Hãy nghĩ tới thí dụ tôi đã dùng ở Chương 2: đặt một vật nặng ở chính giữa một tấm cao sau làm cho nó lõm xuống dưới sức nặng của vật đó. Sự lõm xuống này của tấm cao su là tương đương với sự cong của không gian dưới tác dụng của một vật khối lượng lớn. Nếu vật càng nặng thì cái lõm đó càng sâu. Một lỗ đen tương ứng với trường hợp khi một vật rất nặng, nhưng có kích cỡ chất điểm, làm cho tấm cao su (không gian) cong đi và căng xuống thành một cái lõm hình nón sâu vô hạn (hình 4.1). Chân trời sự kiện ở đây tương ứng với vòng tròn ở đâu đó bên trong cái vành của cái lỗ không đáy này mà vượt qua đó sẽ không gì có thể thoát ra nữa.

Hình 4.1 Một cái lỗ trong không gian 2D

Có hai quan sát thú vị chúng ta có thể thực hiện dựa trên bức tranh đơn giản này. Thứ nhất, một cái lỗ đen không bao giờ có thể nhét đầy hoặc lấp đầy vật chất. Vật chất bị nuốt vào trong lỗ đen càng nhiều thì nó càng to. Nó sẽ càng háu ăn và mau lớn.

Thứ hai, kích cỡ của một cái lỗ đen, đo theo thể tích bên trong chân trời sự kiện của nó, thật ra chỉ là một số đo nhìn từ phía một người quan sát bên ngoài. Lấy ví dụ, một lỗ đen hình thành bởi sự co lại của một ngôi sao gấp 10 lần khối lượng Mặt trời sẽ có bán kính Schwarzschild là 30 km, tức là lỗ đen đó cỡ bằng một thành phố lớn. Tất nhiên, một người quan sát bên ngoài không thể nhìn thấy vượt quá chân trời sự kiện và do đó có thể chẳng có ý niệm gì về cái bên trong trông ra làm sao. Nhưng nếu không gian bên trong chân trời sự kiện tạo ra một cái lỗ sâu vô hạn thì khoảng cách từ chân trời sự kiện đến điểm kì dị thật ra cũng phải là vô hạn. Trên thực tế, và như tôi sẽ mô tả ở phần sau, nếu bạn rơi vào trong một cái lỗ đen thì bạn chỉ mất một khoảng thời gian rất ngắn để đi tới điểm kì dị vì không gian và thời gian lộn xộn bên trong lỗ đen và người ta không thể sử dụng những quy tắc đơn giản như tốc độ bằng quãng đường chia cho thời gian.

Nhìn từ bên ngoài, mọi lỗ đen có cùng khối lượng thì trông giống hệt nhau; chúng ta không thể biết bất cứ điều gì về vật thể tạo ra lỗ đen đó lúc ban đầu, thậm chí chẳng biết thành phần hóa học ban đầu của nó là gì. Mọi thông tin đã bị mất khỏi Vũ trụ của chúng ta mãi mãi. William J Kaufmann đã làm sáng tỏ điểm này trong quyển sách tuyệt vời của ông, Vũ trụ. Ông xét hai lỗ đen giả thuyết – một sinh ra bởi sự co sập hấp dẫn của khối lượng sắt gấp 10 lần mặt trời và một sinh ra từ khối lượng bơ lạc gấp 10 lần mặt trời. Một khi chúng đã co lại quá chân trời sự kiện của chúng, chúng trở nên giống hệt nhau và chúng ta không thể nói lỗ đen nào được hình thành từ chất liệu nào.

Một quan niệm sai thường gặp về lỗ đen là cuối cùng chúng sẽ nuốt sạch mọi thứ trong Vũ trụ. Điều này không đúng. Lực hấp dẫn được cho hành xử theo kiểu tương đối tính trong một vùng trong đó các tiên đoán của lí thuyết Einstein khác biệt hẳn với các tiên đoán của lực hấp dẫn Newton. Thí dụ, một lỗ đen có bán kính Schwarzschild 30 km sẽ chỉ làm cho trường hấp dẫn xung quanh nó hành xử tương đối tính ra xa đến khoảng cách 1000 km. Ở bên ngoài ngưỡng này, lỗ đen tuân thủ các định luật hơi nhàm chán của lực hấp dẫn Newton và hành xử giống như những ngôi sao bình thường có khối lượng bằng như vậy thông qua ảnh hưởng của nó đối với những vật thể ở xa.

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian
Jim Al-Khalili
Bản dịch của Thuvienvatly.com

Phần tiếp theo >>