Mỗi lỗ đen có thể ẩn chứa một vũ trụ khác

Chúng ta có thể đang sống bên trong một lỗ đen. Ý tưởng kì cục này là kết luận của một nhà vũ trụ học dựa trên một biến thể của các phương trình của thuyết tương đối rộng Einstein làm thay đổi bức tranh của chúng ta về cái xảy ra tại tâm của một lỗ đen.

Trong một phân tích chuyển động của các hạt đi vào trong một lỗ đen, công bố hồi tháng 3, Nikodem Poplawski thuộc trường Đại học Indiana ở Bloomington, Mĩ, đã chứng minh rằng bên trong mỗi lỗ đen có thể tồn tại một vũ trụ khác nữa. “Có lẽ các lỗ đen khổng lồ tại tâm của Dải Ngân hà và các thiên hà khác là cầu nối dẫn đến những vũ trụ khác”, Poplawski nói. Nếu đúng như vậy – chữ NẾU viết hoa – thì không có gì để bác bỏ rằng bản thân vũ trụ của chúng ta đang nằm bên trong một lỗ đen.

Theo thuyết tương đối rộng Einstein (GR), bên trong của các lỗ đen là các “kì dị” – những vùng trong đó mật độ vật chất đạt tới vô hạn. Điểm kì dị đó là một điểm thật sự có mật độ vô hạn hay chỉ là một thiếu sót toán học của GR thì người ta không rõ, vì các phương trình của GR không áp dụng được cho bên trong các lỗ đen. Mặt khác, phiên bản sửa đổi của các phương trình Einstein mà Poplawski sử dụng thì xử lí được điểm kì dị đó.

Trong phân tích của ông, Poplawski chuyển sang một biến thể của GR gọi là thuyết hấp dẫn Einstein-Cartan-Kibble-Sciama (ECKS). Không giống như các phương trình Einstein, sự hấp dẫn ECKS xét đến spin hay xung lượng góc của các hạt sơ cấp. Tính cả spin của vật chất cho phép người ta tính được một tính chất của hình học không-thời gian gọi là sự xoắn.

Khi mật độ vật chất đạt tới những tỉ lệ khủng khiếp (hơn 10⁵⁰ kg/m³) bên trong một lỗ đen, thì sự xoắn tự biểu hiện dưới dạng một lực chống lại sự hấp dẫn. Lực này ngăn không cho vật chất nén lại vô hạn để đạt tới mật độ vô hạn, cho nên không có điểm kì dị. Thay vào đó, theo Poplawski, vật chất bị nảy trở ra và bắt đầu giãn nở trở lại.

Chúng ta có đang sống bên trong một lỗ đen ? (Ảnh: Serge Brunier/Clemson/NASA)

Bây giờ, trong một nghiên cứu chắc chắn gây tranh cãi, Poplawski áp dụng những ý tưởng này để lập mô phỏng hành trạng của không-thời gian bên trong một lỗ đen tại thời điểm nó bắt đầu bật trở ra. Kịch bản na ná như cái xảy ra lúc bạn nén một cái lò xo. Poplawski tính được lực hấp dẫn ban đầu thắng lực đẩy của sự xoắn và giữ vật chất nén lại, nhưng cuối cùng thì lực đẩy đủ mạnh nên vật chất ngừng co lại và bật trở ra. Các phép tính của Poplawski cho thấy không-thời gian bên trong lỗ đen giãn nở đến khoảng 1,4 lần kích thước nhỏ nhất của nó trong thời gian chừng 10^-46 giây.

Theo Poplawski, sự bật ngược nhanh đến bất ngờ này có thể là cái dẫn tới vũ trụ giãn nở mà chúng ta quan sát thấy ngày nay.

Làm thế nào chúng ta biết chúng ta có đang sống bên trong một lỗ đen hay không? Không khó đâu. Một lỗ đen đang quay sẽ truyền một phần spin sang không-thời gian bên trong nó, và tương tác này thể hiện dưới dạng một “hướng ưu tiên” trong vũ trụ của chúng ta. Một hướng ưu tiên như vậy sẽ mang lại sự vi phạm của một tính chất của không-thời gian gọi là đối xứng Lorentz, đối xứng liên hệ không gian và thời gian. Người ta cho rằng một sự vi phạm như vậy có thể là nguyên nhân cho các dao động đã quan sát thấy của neutrino từ dạng này sang dạng khác.

Buồn thay, không có điểm mốc nào để chúng ta tìm kiếm những vũ trụ khác bên trong các lỗ đen. Khi bạn tiếp cận một lỗ đen, trường hấp dẫn tăng dần làm cho thời gian càng lúc càng trôi chậm đi. Cho nên, đối với một người quan sát ở bên ngoài, bất kì vũ trụ mới nào ở bên trong đó cũng sẽ chỉ hình thành sau khi một khoảng thời gian vô hạn đã trôi qua.

Theo New Scientist

Bài trước | Bài kế tiếp