Theo một nghiên cứu mới, lỗ đen có thể thực sự là những khuyết tật kỳ lạ trong không-thời gian được gọi là sao topo (topological stars), được tạo ra bởi các chiều vũ trụ ẩn giấu.

• Một buổi ăn tối và bài học về sự cảm thông
• Michael Jackson và Macaulay Culkin, tình bạn vượt qua nghi ngờ
• Giám đốc Công ty bánh kẹo: “Chỉ cần tu tâm, con đường tự mở lối”

Sao topo hoàn toàn là giả thuyết và chỉ tồn tại dưới dạng các cấu trúc toán học ở thời điểm hiện tại. Tuy nhiên, chúng có tiềm năng giúp giải quyết những nghịch lý khó hiểu của vũ trụ, bao gồm bản chất thực sự của lỗ đen và những ý tưởng khiến đầu óc choáng ngợp từ lý thuyết dây (string theory), một khung lý thuyết cố gắng hòa hợp các định luật vật lý dường như mâu thuẫn thành một lý thuyết thống nhất.

Lý thuyết dây đề xuất rằng các hạt trong vũ trụ thực chất là những dây rung động được neo vào nhiều chiều không gian bổ sung mà chúng ta không thể nhận biết. Các nhà khoa học tại Đại học Johns Hopkins (JHU) đã làm việc nhiều năm để hình dung các vật thể và hiện tượng có thể tồn tại trong một vũ trụ như vậy, bao gồm sao topo, hay còn gọi là soliton topo, những bong bóng "không gì cả" hình thành trong cấu trúc của không-thời gian.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng để chứng minh rằng các soliton topo sẽ trông “giống hệt lỗ đen về kích thước biểu kiến và tính chất tán xạ, nhưng lại mịn màng và không có chân trời sự kiện”, theo một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Physical Review D. Nói cách khác, những vật thể giả thuyết này sẽ trông gần như giống hệt lỗ đen từ góc nhìn của chúng ta, mở ra khả năng hấp dẫn rằng chúng có thể thực sự đang ẩn náu trong vũ trụ của chúng ta.

“Lý thuyết dây là một lý thuyết hòa hợp vật lý lượng tử và hấp dẫn thành một lý thuyết hấp dẫn lượng tử,” Pierre Heidmann, nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại JHU, người dẫn đầu nghiên cứu, chia sẻ trong cuộc gọi với Motherboard cùng với các đồng tác giả, các nhà vật lý JHU Ibrahima Bah và Emanuele Berti. “Thông thường khi bạn có một lý thuyết mới như vậy, nó sẽ mang theo những bậc tự do mới, và bạn có thể thử xem những vật thể cơ bản mới nào có thể xuất hiện từ đó.”

“Đó là một câu hỏi thú vị: Liệu có thứ gì khác ngoài lỗ đen” có thể “gợi ý cho bạn về hình dạng của vật lý mới?” Bah bổ sung. “Nhưng trước khi đi đến đó, bạn cần biết cách phân biệt liệu đó có phải là lỗ đen hay không, và để làm được điều đó bạn cần một số ví dụ mẫu về những thứ không phải lỗ đen để so sánh.”

Lỗ đen là một trong những vật thể hấp dẫn và bí ẩn nhất từng được quan sát trong vũ trụ của chúng ta. Những thực thể khổng lồ đặc này có lực hấp dẫn mạnh đến mức không gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra khỏi ranh giới của chúng, được gọi là chân trời sự kiện. Các nhà khoa học đã chụp ảnh lỗ đen bằng Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện và ghi nhận những gợn sóng mà các vật thể này tạo ra trong không-thời gian, được gọi là sóng hấp dẫn.

Mặc dù chúng ta có thể phát hiện các dấu hiệu thực sự của lỗ đen trong không gian, vẫn còn rất nhiều câu hỏi mở về bản chất của những vật thể kỳ lạ này. Chẳng hạn, quan niệm hiện tại của chúng ta về lỗ đen đặt một điểm có mật độ vô hạn, được gọi là điểm kỳ dị (singularity), ở trung tâm của lỗ.

Tuy nhiên, các vùng có mật độ vô hạn không thể tồn tại theo lý thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, điều này có nghĩa là ý tưởng về điểm kỳ dị chỉ là một chỗ giữ chỗ tạm thời cho đến khi chúng ta tìm ra điều gì thực sự đang xảy ra bên trong lỗ đen.

Lý thuyết dây có thể giúp giải quyết vấn đề này vì nó đưa ra một khung mới để thống nhất vũ trụ ở quy mô vũ trụ lớn, nơi lý thuyết tương đối rộng ngự trị, với thế giới quy mô nhỏ của nguyên tử, được chi phối bởi cơ học lượng tử.

Heidmann và Bah đã làm việc nhiều năm để khám phá khả năng này bằng cách xây dựng các mô hình toán học của sao topo. Trong sự hợp tác mới nhất với Berti, người chuyên về vật lý hấp dẫn, họ đã tạo ra các hình ảnh hóa về những vật thể này sẽ trông như thế nào trong không gian, cho thấy chúng trông gần như giống hệt lỗ đen.

“Đột phá lớn mà [Heidmann và Bah] đạt được vài năm trước là họ cuối cùng đã xây dựng được các soliton không mang điện tích khi nhìn từ rất xa, và đó là đặc tính quan trọng của lỗ đen thiên văn,” Berti nói. “Nhiều người trong cộng đồng lý thuyết tương đối rộng tiêu chuẩn bắt đầu chú ý sau đó vì những thứ này có thể có ý nghĩa quan sát nếu có cách nào đó để chúng thực sự tồn tại trong vũ trụ vật lý.”

Mặc dù các soliton có sự tương đồng đáng kinh ngạc với lỗ đen, nhưng về lý thuyết vẫn có những khác biệt chính có thể được phát hiện bởi một người quan sát tiếp cận gần. Những vật thể này giống như những nếp nhăn trong không-thời gian, không chứa vật chất đặc trưng dày đặc như lỗ đen, nghĩa là ánh sáng sẽ bị bẻ cong và tán xạ bởi chúng, nhưng vẫn có thể thoát ra.

Kết quả là, sao topo về lý thuyết sẽ phát ra các dấu hiệu ánh sáng và sóng hấp dẫn là “bằng chứng không thể chối cãi cho các thí nghiệm hình ảnh trong tương lai”, theo nghiên cứu. Có lẽ một ngày nào đó các nhà khoa học sẽ tìm kiếm những dấu hiệu này để xem liệu sao topo có đang ẩn náu trong vũ trụ, ngụy trang thành lỗ đen hay không, nhưng nhóm JHU cho biết khả năng này còn rất xa vời vì thậm chí chưa rõ liệu chúng có thể tồn tại hay không.

“Chúng tôi chỉ có các giải pháp cơ bản và cố gắng xem mức độ liên quan của chúng, nhưng chúng tôi còn rất xa so với bất kỳ dự đoán nào về sự tồn tại của chúng trong thế giới thực,” Heidmann nói.

“Sẽ có rất nhiều điều thú vị để nhiều người trong chúng tôi làm, và đây là một tập hợp câu hỏi thú vị để khám phá” đòi hỏi “rất nhiều công việc chăm chỉ và rất nhiều sáng tạo,” Bah kết luận. “Nhưng liệu cái hang thỏ này có đáng để chui vào không? Tôi nghĩ câu hỏi đó đã được giải quyết rất rõ ràng.”

Mỹ Mỹ biên tập
Nguồn Vice