Năm ngoái, nhà vật lý lý thuyết nối tiếng người Anh, Stephen Hawking đã úp mở về một nghiên cứu của ông và một vài đồng nghiệp có thể giải quyết vấn đề nghịch lý thông tin lỗ đen.
Cuối cùng nghiên cứu cũng được đăng tải và hứa hẹn một giải Nobel cho ai chứng minh được nó một cách trọn vẹn.
Trước hết, nhắc lại những gì chúng ta cần biết về nghịch lý thông tin lỗ đen, nó là một vấn đề khiến Hawking và rất nhiều nhà khoa học trăn trở trong nhiều thập kỷ.
Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, bởi cách mà lực hấp dẫn tương tác với mọi thứ bên trong vũ trụ, tất cả thông tin đi qua chân trời sự kiện để vào bên trong lỗ đen sẽ biến mất mãi mãi.
Tuy nhiên, năm 1970, Hawking nói rằng vũ trụ bị lấp đầy bởi các cặp hạt và phản hạt. Theo cơ học lượng tử, nếu một cặp hạt như vậy tiếp xúc với nhau, chúng sẽ ngay lập tức triệt tiêu.
Trừ trường hợp chúng xuất hiện ở ranh giới lỗ đen, một hạt sẽ đi vào, hạt còn lại đi ra.
Các hạt thoát ra ngoài sẽ lấy năng lượng từ lỗ đen. Chính vì vậy, chúng bị mất khối lượng theo thời gian mà theo cách gọi của Hawking là cuối cùng lỗ đen sẽ “bốc hơi”.
Các bức xạ còn lại theo Hawking sẽ không chứa thông tin hữu ích gì về lỗ đen, bao gồm cách nó hình thành và những gì nó đã hút vào.
Vậy là theo lý thuyết Hawking đề nghị, thông tin sẽ biến mất mãi mãi khi một lỗ đen “bốc hơi”, còn cơ học lượng tử không cho phép điều đó. Nghịch lý thông tin lỗ đen được hình thành từ đây.
Năm 1973, nhà vật lý lý thuyết người Mỹ, John Wheeler đặt ra một giả thuyết rằng chỉ có 3 thông số đặc trưng cho một lỗ đen bao gồm khối lượng, điện tích và mômen động lượng.
Ông nói rằng “lỗ đen không có tóc”, ẩn dụ cho ý nó không có những thông số khác, mà sau này được đặt luôn thành tên cho giả thuyết.
Các cuộc tranh luận xung quanh giả thuyết này sau đó được gọi với những cái tên ẩn dụ rất thú vị. Nếu một lỗ đen “hói”, các nhà khoa học nói sẽ không thể phân biệt nổi 2 lỗ đen nếu chúng có cùng 3 thông số trên.
Mặc dù những lỗ đen này được cho là khác nhau và hút vào những thứ khác nhau.
Mặt khác, nếu một lỗ đen có “tóc”, nó có thể là một dị tật trong không- thời gian, chúng ta có thể biết một số loại thông tin mà lỗ đen đã nuốt vào.
Hawking cũng đã tham gia cuộc tranh luận này trong nhiều năm và ông nói rằng điều đó đã giải quyết được nghịch lý thông tin lỗ đen.
“Tôi đề nghị một lý thuyết rằng thông tin thực chất không bị giam bên trong lỗ đen mà nó ở ranh giới của nó, chính là chân trời sự kiện”, Hawking nói trong một bài giảng vào tháng 8 năm ngoái.
“Thông điệp của bài giảng của tôi là lỗ đen không như những gì chúng ta đã từng vẽ ra. Chúng không hẳn là một nhà tù vĩnh cửu. Có những thứ có thể đi ra từ lỗ đen hoặc đi vào trong nó để tới một vũ trụ khác”.
Trong công trình mới nhất được công bố trực tuyến tại arXiv.org, Hawking và các đồng nghiệp của ông, nhà vật lý Malcolm J. Perry đến từ Đại học Cambridge và Andrew Strominger đến từ Đại học Harvard, cho rằng:
Họ đã thực hiện một số bước cụ thể để chứng minh làm thế nào thông tin có thể thoát ra khỏi một lỗ đen sau khi chúng bị hút vào.
“Chúng tôi quan sát một hạt điện tích đi vào, sau đó nó sinh ra một photon mềm. Nó chính là “tóc” của lỗ đen”, Strominger cho biết.
Ý tưởng ở đây là khi một hạt điện tích đi vào lỗ đen, một dạng thông tin của nó vẫn được lưu lại trên chân trời sự kiện. Chúng ta có thể khai thác các dấu vết này để biết về chúng khi mà chúng biến mất thật sự bên trong lỗ đen.
Hiện nay, bài báo của Hawking và các đồng nghiệp vẫn chưa được chính thức đăng trên một tạp chí khoa học nào.
Quá trình phản biện của các nhà khoa học khác trên công trình cũng chưa phải là chính thức. Tuy nhiên, các tác giả vẫn chào đón mọi lời đánh giá.
“Chưa một ai thấy được sai lầm nào trong tính toán của Hawking. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học khác đã bắt đầu nhận thấy lý thuyết này chưa đầy đủ.
Tôi không tin hoàn toàn vào ý tưởng mới của Hawking, Perry và Strominger”, phó giáo sư Sabine Hossenfelder đến từ Viện Vật lý lý thuyết Bắc Âu viết trên blog của mình.
Về phía các tác giả, Perry cũng thừa nhận ông, Strominger và cả Hawking đều không chắc chắn 100% về công trình mới của mình.
Chính vì vậy, bài báo mới đang được công bố trên mạng cho bất kỳ ai cũng có thể phản biện. “Chúng tôi coi đó là một bước trên con đường tìm ra câu trả lời cuối cùng”, Perry nói.
Có thể thấy rằng, mặc dù ai sử dụng internet cũng có thể tải về bài báo của Hawking và đồng nghiệp trong thời điểm này, chi tiết về vấn đề nó thảo luận đang nằm ngoài phạm vi hiểu biết của đa số chúng ta.
Tuy nhiên, nếu có thể đứng ở góc độ của một nhà vật lý lý thuyết, bạn sẽ thấy những ngày tháng thảo luận sôi nổi về công trình mới này là thời điểm tuyệt vời để sống.
