Hãy t ưởn g t ượ n g, đâ u thiên hà, xác c ủ a m ột đậm đặc đến m ức ch ọc ch ủng k ết c ấu c ủ a không gian th ời gian Đậm đặc đến m ức nhai ng ấu nghi ến v ật ch ất xung quanh ti ến t ới g ần, hút chúng vào c ơn cu ồng n ộc ủ a l ực h ấp d ẫn mà ch ẳng có gì, th ậm chí ánh sáng, có th ểthoát Ảnh minh họa: Sandbox Studio Và vật chất băng qua điểm quay đầu, tức chân trời kiện, chuyển động xoắn ốc cách bất lực phía điểm nhỏ gần vô hạn, điểm không-thời gian uốn cong đến m ức tất lí thuyết sụp đổ: điểm kì dị Chẳng sống mà thoát Các lỗ đen nghe xa lạ để tin có thật Nhưng thật chúng phổ biến không gian Có hàng tá lỗ đen biết có khả hàng triệu lỗ đen Dải Ngân hà hàng tỉ lỗ đen ẩn náu Các nhà khoa học tin có siêu lỗ đen tâm thiên hà, kể thiên hà S ự đời động lực học trận cuồng phong quái dị không-th ời gian khiến nhà khoa học cảm thấy bối rối hàng kỉ qua Ảnh minh họa: Sandbox Studio Lịch sử lỗ đen Mọi chuyện bắt đầu nướ c Anh vào năm 1665, táo từ cành r xuống đất Quan sát từ khu vườn ông Woolsthorpe Manor, Isaac Newton bắt đầu nghĩ chuyển động rơi táo: hướ ng tư mà hai thập niên sau kết thúc v ới kết luận ông phải có loại lực vạn vật chi phối chuyển động táo đạn đại bác thiên thể Ông gọi l ực hấp dẫn Newton nhận vật có khối lượ ng có l ực hút hấp dẫn Ông tìm thấy khối lượ ng tăng lực hấp dẫn tăng Để thoát khỏi lực hấp dẫn vật, bạn cần đạt tới vận tốc thoát Để thoát khỏi lực hấp dẫn Trái đất, bạn cần chuyển động tốc độ chừng 11 km/s Chính nhờ khám phá định luật hấp dẫn chuyển động Newton mà 100 năm sau, Reverend John Michell, nhà bác học ng ườ i Anh, t ới kết luận có khối lượ ng lớn nhiều kích c ỡ nhỏ nhiều so v ới mặt trời, vận tốc thoát vượ t tốc độ ánh sáng Ông gọi vật thể “sao tối” M ười hai năm sau, nhà khoa học toán học ngườ i Pháp Pierre Simon de Laplace t ới kết luận tươ ng tự đưa chứng toán học cho s ự tồn ngày gọi lỗ đen Năm 1915, Albert Einstein công bố lí thuyết t ương đối tổng quát xem không gian th ời gian vật thể bốn chiều bị cong Thay xem lực hấp dẫn lực, Einstein xem uốn cong thân không gian th ời gian Một vật thể khối l ượ ng l ớn, ví dụ nh mặt trời, tạo vết lõm không thời gian, giếng hấp dẫn, làm cho vật xung quanh, ví dụ hành tinh hệ mặt tr ời chúng ta, theo quỹ đạo cong xung quanh Một tháng sau Einstein công bố lí thuyết này, nhà vật lí ng ười Đức Karl Schwarzschild tìm thấy thú vị phươ ng trình Einstein Schwarzschild tìm thấy nghiệm đưa nhà khoa học đến kết luận vùng không gian bị uốn cong đến m ức tạo giếng hấp dẫn mà chẳng vật thoát Mãi đến năm 1967 vùng bí ẩn không th ời gian m ới có tên gọi thống Các nhà khoa học lóng ngóng v ới tên gọi nh “sao sụp” hay “sao đóng băng” nói biểu đồ lực hấp dẫn thoát Tại hội nghị New York, nhà vật lí John Wheeler trình làng tên gọi “lỗ đen” Ảnh minh họa: Sandbox Studio Cách tìm kiếm lỗ đen Trong hình thành sao, lực hấp dẫn làm nén vật chất bị d ừng lại b ởi áp suất nội Nếu áp suất nội không làm dừng trình nén, đem lại đời lỗ đen Một số lỗ đen hình thành khối lượ ng l ớn suy sụp Nh ững lỗ đen khác, theo nhà khoa học, hình thành sớm vũ trụ, khoảng tỉ năm sau Vụ nổ Lớn Không có giới hạn mức đồ sộ lỗ đen, lớn gấp hàng tỉ lần khối lượ ng mặt trời Theo thuyết tươ ng đối tổng quát, gi ới hạn cho m ức nhỏ bé lỗ đen (mặc dù học lượ ng tử đề xuất ngượ c lại) Các lỗ đen tăng trưởng khối lượ ng chúng tiếp tục nuốt lấy vật chất xung quanh chúng Các lỗ đen nhỏ bồi tụ vật chất từ đồng hành lỗ đen l ớn thâu tóm vật chất tiến t ới gần Các lỗ đen có chứa chân trời s ự kiện, vượ t qua ánh sáng thoát Bởi chẳng có ánh sáng lọt ngoài, nên ta nhìn thấy v ượt bề mặt lỗ đen Nhưng bạn nhìn thấy lỗ đen, điều nghĩa bạn chẳng thể phát chúng Các nhà khoa học phát lỗ đen cách nhìn vào chuyển động chất khí lân cận vật chất bồi tụ từ vùng xung quanh Vật chất chuyển động xoắn ốc xung quanh lỗ đen, tạo đĩa phẳng gọi đĩa bồi tụ Vật chất xoáy tít dần lượ ng giải phóng b ức xạ dạng tia X b ức xạ điện t khác trướ c cuối vượ t qua chân trời s ự kiện Đây cách mà nhà thiên văn học nhận Cygnus X-1 hồi năm 1971 Cygnus X-1 tìm thấy phận hệ đôi cực nóng sáng gọi siêu kềnh xanh tạo đĩa bồi tụ xung quanh vật thể không nhìn thấy Hệ đôi phát tia X, xạ không th ường tạo b ởi siêu kềnh xanh Bằng cách tính toán nhìn thấy chuyển động bao nhanh bao xa, nhà thiên văn học tính khối lượ ng vật thể không nhìn thấy Mặc dù bị nén vào thể tích nhỏ Trái đất, khối l ượ ng vật thể gấp sáu lần mặt trời Có số thí nghiệm khác nghiên cứu lỗ đen Kính thiên văn Chân tr ời S ự kiện khảo sát lỗ đen tâm thiên hà thiên hà láng giềng, M87 Độ phân giải đủ cao để chụp ảnh chất khí phát sáng xung quanh chân tr ời s ự kiện Các nhà khoa học tiến hành lập đồ tiếng vọng, sử dụng kính thiên văn tia X để tìm kiếm chênh lệch thời gian b ức xạ đến t nh ững n khác gần lỗ đen, nhằm tìm hiểu quỹ đạo chất khí photon xung quanh lỗ đen Đài thiên văn Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser, hay LIGO, tìm cách nhận dạng h ợp hai lỗ đen, kiện phát xạ hấp dẫn, hay sóng hấp dẫn, hai lỗ đen hợp Ngoài đĩa bồi tụ, lỗ đen có gió vòi vật chất c ực kì sáng phát t chúng dọc theo trục quay chúng, bắn vọt vật chất xạ gần tốc độ ánh sáng Các nhà khoa học tìm cách hiểu hình thành vòi vật chất Ảnh minh họa: Sandbox Studio Cái Các nhà khoa học biết lỗ đen thật không đen nh ng ườ i ta t ừng nghĩ Một sốthông tin thoát khỏi chúng Năm 1974, Stephen Hawking cho công bố kết chứng minh lỗ đen phải phát xạ l ượ ng, hay phát xạ Hawking Các cặp vật chất-phản vật chất liên tục tạo khắp vũ trụ, kể bên chân trời kiện lỗ đen Thuyết lượ ng tử tiên đoán hạt bị hút vào trướ c cặp hạt có hội hủy nhau, hạt thoát dạng b ức xạ Hawking Điều mâu thuẫn với tranh thuyết tương đối tổng quát vẽ nên lỗ đen chẳng thoát Nhưng lỗ đen phát xạ Hawking, t t bốc h cuối biến Vậy chuyện xảy với toàn thông tin mã hóa chân tr ời nó? Thông tin có thật biến không, vi phạm học lượ ng t ử? Hay bảo toàn, học lượ ng tử dự đoán? Một lí thuyết cho xạ Hawking chứa toàn thông tin Khi lỗ đen bốc biến mất, bảo toàn thông tin th ứ rơi vào nó, phát xạ thông tin vào vũ trụ Lỗ đen đem lại cho nhà khoa học hội kiểm tra thuyết tươ ng đối tổng quát trườ ng hấp dẫn cực mạnh Họ xem lỗ đen hội để trả l ời nh ững câu hỏi lớn lí thuyết vật lí hạt sơ cấp: Tại dung hòa c học lượ ng tử với thuyết tươ ng đối tổng quát? Vượ t chân trời kiện, lỗ đen uốn cong thành nh ững bí ẩn tăm tối vật lí học Các nhà khoa học giải thích xảy vật băng qua chân trời kiện xác xoắn ốc phía điểm kì dị Thuyết tươ ng đối tổng quát học lượ ng tử xung đột phươ ng trình Einstein phát sinh vô hạn Các lỗ đen chí tiềm chứa cánh cổng mở sang nh ững vũ trụ khác mà ng ười ta gọi lỗ sâu đục dòng lượng vật chất tuôn dội gọi lỗ trắng, khả vũ trụ cho phép tồn cấu trúc Đôi thực kì lạ truyện viễn tưởng