Lỗ sâu là một lối đi trên lý thuyết xuyên qua không-thời gian, tạo nên lối tắt cho các cuộc hành trình dài qua vũ trụ. Lỗ sâu được tiên đoán bởi thuyết tương đối rộng. Nhưng hãy thật thận trọng: lỗ sâu mang theo nó những mối nguy hiểm như sụp đổ đột ngột, bức xạ năng lượng cao hay tiếp xúc nguy hiểm với vật chất “lạ”.
Lý thuyết về lỗ sâu
Lỗ sâu lần đầu tiên được lý thuyết hoá vào năm 1916, mặc dù vào thời điểm đó, khái niệm “lỗ sâu” còn chưa được gọi tên như bây giờ. Trong khi đang xem xét các giải pháp do nhiều nhà vật lý đưa ra cho các phương trình trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, nhà vật lý học người Australia, Ludwig Flamm đã nhận ra các giải pháp đó là khả thi. Ông đã miêu tả một “lỗ trắng“, một giả định đảo ngược với lỗ đen. Lối vào cả hai lỗ đen và lỗ trắng có thể được liên kết bằng một “ống dẫn không-thời gian”.
Vào năm 1935, Einstein và nhà vật lý học Nathan Rosen đã vận dụng thuyết tương đối rộng dựng nên một ý tưởng, đề xuất sự tồn tại của “những cầu nối” xuyên qua không-thời gian. Những cầu nối này liên kết hai điểm khác nhau trong không-thời gian, nhờ đó trên lý thuyết tạo nên một lối tắt, có thể làm giảm thời gian và khoảng cách du hành. Những lối tắt đó được gọi là cầu Einstein-Rosen, hay lỗ sâu.
Giáo sư vật lý lý thuyết của đại học Oregon, Stephen Hsu cho biết: “Toàn bộ lý thuyết đó chỉ là giả định vào thời điểm này. Không ai nghĩ rằng chúng ta sẽ sớm tìm được một lỗ sâu.”
Lỗ sâu bao gồm hai “miệng”, với một “cái họng” liên kết chúng lại. Phần miệng lỗ có thể hình cầu, phần họng thẳng kéo dài, nhưng nó cũng có thể có hình cuộn vòng, khiến cho quãng đường đi dài hơn lộ trình thông thường.
Trên phương diện toán học, thuyết tương đối rộng của Einstein đã tiên đoán về sự tồn tại của lỗ sâu, nhưng cho đến nay, vẫn chưa có lỗ sâu nào được khám phá ra. Một lỗ sâu khối lượng âm có thể được phát hiện thông qua cách thức mà trọng lực của nó tác động lên ánh sáng đi ngang qua.
Một vài nghiệm của thuyết tương đối rộng cho phép lỗ sâu, với cửa miệng chính là một lỗ đen, tồn tại trong vũ trụ. Tuy nhiên, một lỗ đen đang tồn tại, hình thành từ sự sụp đổ của một ngôi sao sắp chết thì sẽ không tự tạo ra được lỗ sâu.
Đi qua lỗ sâu
Khoa học viễn tưởng chứa đầy những câu chuyện về việc đi xuyên qua lỗ sâu. Nhưng thực tế mỗi cuộc du hành phức tạp hơn nhiều, không chỉ bởi vì chúng ta chưa tìm ra được một lỗ sâu nào.
Vấn đề đầu tiên là kích thước. Lỗ sâu nguyên thuỷ ban đầu được tiên đoán tồn tại ở cấp độ vi mô, khoảng 10-33 cm. Tuy nhiên, khi vũ trụ mở rộng ra, một vài lỗ sâu sẽ bị kéo giãn ra tới kích thước rộng hơn.
Vấn đề khác là sự ổn định của nó. Các lỗ sâu giả thuyết Einstein-Rosen sẽ không có tác dụng gì đối với việc du hành vì chúng sụp đổ quá nhanh. “Ta sẽ cần một vài loại vật chất lạ để ổn định lỗ sâu, và những vật chất đó chưa chắc đã tồn tại trong vũ trụ”, giáo sư Hsu cho biết. “Nhưng nhiều cuộc nghiên cứu gần đây cho thấy lỗ sâu chứa vật chất “lạ” có thể mở lối vào và duy trì không đổi trong khoảng thời gian dài.”
Vật chất lạ, không nên nhầm lẫn với vật chất tối hoặc phản vật chất, có mật độ năng lượng âm và áp suất âm lớn. Vật chất như vậy chỉ có thể quan sát được thông qua biểu hiện của trạng thái chân không xác định, như là một phần của lý thuyết trường lượng tử.
Nếu một lỗ sâu chứa lượng đủ lượng vật chất lạ, dù tự có hay được tác nhân bên ngoài thêm vào, thì theo lý thuyết có thể sử dụng lỗ sâu này để gửi thông tin hoặc đưa hành khách đi xuyên qua không gian. Thật không may, việc con người du hành xuyên qua những đường hầm không gian này có lẽ là một thử thách lớn.
Nhà vật lý học Kip Thorne, một trong những chuyên gia hàng đầu thế giới về thuyết tương đối, hố đen và lỗ sâu cho biết: “Chưa có ai hiện thực hoá điều này, nên chúng ta chỉ chưa biết được. Nhưng có những dấu hiệu chắc chắc rằng lỗ sâu mà con người du hành xuyên qua sẽ bị ngăn cấm bởi các định luật vật lý. Thật đáng buồn, điều đó thật không may, nhưng đó lại là chiều hướng mà mọi thứ đang hướng tới.”
Lỗ sâu có lẽ không chỉ liên kết hai vùng riêng biệt trong vũ trụ, chúng có thể cũng liên kết hai vũ trụ khác nhau. Tương tự như thế, một số nhà khoa học đã phỏng đoán rằng nếu một miệng của lỗ sâu được di chuyển theo đúng cách, nó sẽ cho phép việc du hành thời gian.
“Ta có thể đi đến tương lai hoặc trở về quá khứ bằng cách dùng các lỗ sâu cho phép du hành”, nhà vật lý thiên văn Eric Davis cho biết. Nhưng điều đó sẽ không dễ dàng bởi “Sẽ cần một nỗ lực phi thường để biến lỗ sâu thành một cỗ máy thời gian. Chinh phục một lỗ sâu chắc chắn sẽ rất khó khăn.”
Tuy nhiên, nhà vũ trụ học người Anh Stephen Hawking phản biện lại rằng điều đó không thể xảy ra. Nhà khoa học Eric Christian của NASA cũng bổ sung thêm: “Một lỗ sâu không hẳn có nghĩa là du hành ngược thời gian, nó là một đường tắt, cho nên cái gì đó ở xa sẽ gần hơn rất nhiều”.
Mặc dù thêm vật chất lạ vào trong lỗ sâu có thể làm ổn định nó tới mức độ để hành khách con người có thể du hành xuyên qua nó an toàn, vẫn có khả năng rằng việc thêm vật chất “ thông thường” cũng đủ khiến cổng không thời gian này trở nên bất ổn.
Công nghệ hiện nay vẫn chưa đủ để mở rộng hay ổn định lỗ sâu, kể cả khi chúng được phát hiện ra. Tuy vậy, các nhà khoa học vẫn tiếp tục khám phá các ý tưởng để du hành thời gian với hy vọng rằng tiến bộ công nghệ cuối cùng có thể ứng dụng được chúng.
Giáo sư Hsu khẳng định: “Ta sẽ cần đến các công nghệ cực kỳ, cực kỳ tân tiến. Con người sẽ vẫn chưa làm được điều này trong tương lai gần.”
Đá Rêu – Hội Thiên văn Nghiệp dư Hà Nội
Dịch từ Space
