Bạn đã bao giờ tự hỏi điều gì sẽ xảy ra nếu rơi vào hố đen chưa? Chắc chắn bạn sẽ chết, điều đó không thể tránh khỏi! Cơ thể bạn sẽ bị kéo dài như sợi mì, sau đó bị đốt cháy thành tro bụi. Nhưng theo Einstein, “cái chết” chỉ là một “ảo ảnh” bên ngoài. Thực tế, bạn vẫn sống và hoàn toàn bình yên. Nếu bạn từng xem bộ phim “Interstellar” của Christopher Nolan, bạn hẳn đã biết cảnh thuyền trưởng Cooper rơi vào hố đen Gargantua. Cooper hoàn toàn không hề hấn gì sau khi vượt qua chân trời sự kiện. Bạn có thể cho rằng, quá hư cấu! Nhưng theo Einstein, điều này hoàn toàn có thể.
Hố Đen: Không Chỉ Là “Hố”
Trước khi đi vào chi tiết, cần phải nhấn mạnh rằng “Interstellar” được xây dựng dựa trên những hiểu biết khoa học mới nhất của nhân loại. Hầu hết các cảnh trong bộ phim khoa học viễn tưởng này đều được Nolan vẽ ra sau khi tham khảo ý kiến của các nhà vật lý. Ví dụ, hình ảnh hố đen trong phim không phải là một “cái hố” mà là một hình cầu. Tại sao lại là hình cầu? Vì hố đen là điểm mà không-thời gian sụp đổ thành một điểm duy nhất. Không gian của chúng ta có ba chiều, nên sự sụp đổ của chúng co lại thành một điểm có hình dạng hình cầu. Tuy nhiên, trong hầu hết các hình ảnh hố đen mà bạn thấy, chúng được hiển thị dưới dạng xoáy nước. Lý do là vì không gian trong chúng được biểu diễn ở hai chiều và cách mô tả như vậy giúp người xem dễ hình dung hơn về bản chất của hố đen, những điểm “hút” mà ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra, giống như những con tàu vô tình đi vào xoáy nước và bị chìm trong đó. Nếu biểu hiện ở dạng hình cầu như trong “Interstellar”, nhiều người sẽ khó hiểu vấn đề. Trong bài viết này, chúng ta cũng sẽ sử dụng hình ảnh xoáy nước để nói về hố đen. Tất nhiên, không phải mọi thứ trong “Interstellar” đều là thật và hoàn toàn đúng, nhưng Nolan đã cố gắng tiếp cận những gì khoa học hiện đại nhất có thể.
Hai Góc Nhìn: Bên Trong và Bên Ngoài Hố Đen
Vậy nếu bạn rơi vào hố đen, liệu bạn có giống như Cooper, hoàn toàn không bị tổn hại gì không? Ở một mức độ nào đó, có lẽ là vậy. Gọi là “có lẽ” vì sự việc được quan sát bởi bất kỳ ai, chính bạn hay một người nào đó bên ngoài hố đen. Tùy thuộc vào quan điểm, mọi thứ sẽ hoàn toàn trái ngược nhau. Chúng ta hãy mượn hình ảnh của Cooper và Amelia, khi anh rơi vào Gargantua, trong khi cô ở bên ngoài hố đen quan sát mọi thứ. Mọi thứ sẽ khác nhau, tùy thuộc vào việc chúng ta nhìn từ góc độ của Cooper hay của Amelia.
Góc Nhìn Từ Amelia (Bên Ngoài Hố Đen)
Khi Cooper bắt đầu tiếp cận chân trời sự kiện, bạn sẽ thấy anh ấy bị kéo dài ra như mì sợi. Đó là do sự khác biệt về lực hút giữa điểm đầu và điểm cuối của Cooper. Giả sử Cooper đặt chân vào trước, lực hấp dẫn của hố đen lên nó sẽ lớn hơn nhiều so với đầu của bạn. Ngoài ra, kích thước của Cooper cũng sẽ nhỏ đi rất nhiều, Amelia cần sử dụng kính lúp hoặc kính thiên văn để theo dõi. Nhưng vấn đề không dừng lại ở đó. Amelia sẽ cảm thấy những gì mình nhìn thấy như một bộ phim quay chậm. Hình ảnh của Cooper đến với cô “chậm” hơn. Chính lực hấp dẫn cũng gây ra tình huống này. Hố đen đặc biệt đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi chúng nếu vô tình vượt qua chân trời sự kiện. Nhưng ngay cả khi các photon không bị hố đen nuốt chửng, tốc độ của chúng cũng bị giảm đáng kể, đặc biệt là khi chúng đến gần chân trời sự kiện. Tất nhiên, để giảm từ 300.000 km/s xuống 0 sẽ là một quá trình dần dần. Giả sử, nếu Cooper đang liên lạc với Amelia qua sóng radio (một loại bức xạ điện từ), tốc độ truyền cũng sẽ chậm lại khi anh di chuyển gần hơn đến chân trời sự kiện. Bạn sẽ nhận được các tín hiệu bị kéo dài và chậm lại. Và khi Cooper biến mất sau chân trời sự kiện, Amelia sẽ không nhận được thêm tín hiệu nào từ bạn. Tuy nhiên, trước đó, vào thời điểm Cooper vượt qua chân trời sự kiện, cô sẽ thấy anh bị đốt cháy thành tro bụi bởi bức xạ Hawking. Theo Hawking, khi sự cân bằng giữa môi trường có mật độ vật chất cao nhất trong vũ trụ, với một chân không không có vật chất bao quanh nó, hố đen sẽ dần mất khối lượng khi bức xạ phát ra ở chân trời sự kiện. Và Cooper trong mắt Amelia, “chết không kịp ngáp” vì lượng bức xạ khổng lồ này.
Góc Nhìn Từ Cooper (Bên Trong Hố Đen)
Mọi thứ có vẻ tồi tệ từ phía Amelia (bên ngoài hố đen). Nhưng từ chính Cooper, mọi thứ hoàn toàn ngược lại. Theo Albert Einstein, cha đẻ của thuyết tương đối, thì Cooper sẽ không sao cả, anh ấy sẽ không bị kéo dài như mì sợi, cũng không bị đốt cháy thành tro bụi bởi bức xạ. Vấn đề duy nhất của Cooper là sau khi vượt qua chân trời sự kiện, bạn sẽ không thể liên lạc với Amelia được nữa. Thế giới dường như tách làm hai, sau khi Cooper vượt qua chân trời sự kiện. Thế giới của anh và của Amelia. Trong thế giới của Amelia, anh đã chết. Nhưng trong thế giới của Cooper (trong hố đen), anh vẫn sống. Tuy nhiên, đây là vấn đề. Theo các nhà vật lý, không-thời gian trong hố đen bị dịch chuyển so với thế giới bên ngoài của chúng ta. Tức là, trong hố đen chỉ có một chiều không gian, chiều xuyên tâm. Cooper sẽ chỉ có một hướng di chuyển, giống như sóng radio của bạn, không thể thoát ra ngoài. Vì vậy, ngay cả khi Cooper vẫn còn sống (theo Einstein), anh ấy cũng không có cách nào để nói cho Amelia và những người còn lại biết. Ngược lại, thời gian trong hố đen có nhiều chiều. Chúng ta chưa biết các chiều thời gian khác như thế nào, vì thế giới của chúng ta chỉ có một chiều hướng về tương lai. Nhưng có lẽ một trong những chiều đó, là hướng về quá khứ. Nolan đã tận dụng ý tưởng này trong phim của mình. Ông cho phép Cooper nhìn vào quá khứ, nhìn lại hình ảnh con gái và chính mình hàng chục năm về trước. Nolan thậm chí còn đẩy mọi thứ đến mức hư cấu, khi cho phép Cooper (trong hố đen), can thiệp vào Cooper (của quá khứ), khi gửi tọa độ trung tâm đến NASA bằng các cồn cát. Tuy nhiên, với trạng thái khoa học hiện tại, chúng ta không thể nói ý tưởng của Nolan là đúng hay không, vì nó dẫn đến nhiều nghịch lý. Ví dụ, nếu Cooper (trong hố đen) không gửi những tọa độ đó về quá khứ, có lẽ bây giờ anh ta vẫn là một ông già tóc bạc, chứ không phải thực hiện một chuyến đi xuyên thiên hà, tức là Cooper (trong hố đen) sẽ không tồn tại. Có lẽ Einstein đã đúng về số phận của Cooper. Nhưng đó chỉ là một giả thuyết, nó chưa được kiểm chứng. Thực tế, Einstein đã sai, khi chính ông đã thêm một hằng số vào phương trình vũ trụ của mình, để nó “không giãn nở”, mà sau này ông thừa nhận là “sai lầm ngớ ngẩn nhất” của mình.
Thử Nghiệm Lượng Tử: Chìa Khóa Giải Mã Bí Ẩn
Vậy, không có gì đảm bảo Einstein sẽ không sai một lần nữa. Nhưng để biết Einstein đúng hay sai, chỉ có trải nghiệm mới có thể xác nhận điều đó! Với thí nghiệm này, không chỉ đòi hỏi một người đủ dũng cảm, lấy cả mạng sống của mình để xác minh, mà còn đòi hỏi một phương thức giao tiếp hoàn toàn mới, vượt ra ngoài những gì chúng ta đã biết. Sự giao tiếp kỳ lạ này được gọi là “vướng víu lượng tử”. Và cơ học lượng tử lại là một sai lầm khác của Einstein. Nhà vật lý nổi tiếng này thực tế rất “anti” các lý thuyết lượng tử. Nổi tiếng với câu nói “Chúa không chơi trò xúc xắc”, Einstein kịch liệt phản đối ý tưởng cho rằng kết quả của các quan sát phụ thuộc vào người xem, chứ không phải vào sự thật. Tuy nhiên, các thí nghiệm khoa học mới nhất đã kết luận, Niels Bohr (cha đẻ của lý thuyết lượng tử) đã đúng, và Einstein đã sai. Trớ trêu thay, để tìm hiểu xem Einstein có đúng về hố đen hay không, các nhà vật lý đã đề xuất một thí nghiệm dựa trên lý thuyết lượng tử.
“Vướng Víu Lượng Tử”: Cánh Cửa Liên Lạc Với Hố Đen
Nhưng tại sao cần đến “vướng víu lượng tử”? Theo Cơ học Lượng tử, bằng cách nào đó, nếu hai hạt vật chất “vướng” vào nhau, khi trạng thái của hạt này thay đổi, hạt kia sẽ ngay lập tức “biết” và thay đổi theo, bất kể khoảng cách giữa chúng. Ví dụ, 2 electron có tổng độ quay là 0, nếu 1 hạt quay ngược chiều kim đồng hồ, các hạt còn lại sẽ quay theo hướng ngược lại để đảm bảo tổng độ quay của chúng không đổi. Einstein đã chế nhạo hiện tượng kỳ lạ này là “hành vi ma quái ở một khoảng cách”. Nhưng bất chấp sự phản đối của Einstein, hiện tượng này vẫn tồn tại. Dựa trên điều này, các nhà vật lý hiện đại đề xuất một giải pháp liên lạc cho Cooper. Bên ngoài hố đen, Amelia sẽ đặt một bộ thu thập thông tin lượng tử, mà hố đen phát ra. Bất kể Cooper còn sống hay chỉ còn là tro tàn, Amelia sẽ nhận được một loạt dữ liệu A. Điều quan trọng là, A sẽ “vướng” vào dữ liệu Cooper để lại. Nếu Cooper chết, nó sẽ tạo ra dữ liệu B. Và Cooper vẫn sống sau hố đen, sự hiện diện của bạn sẽ tạo ra dữ liệu C. Nhưng A sẽ chỉ “vướng” với B hoặc C, chứ không phải cả hai cùng một lúc. Khi Amelia giải mã xong gói A, chúng ta sẽ biết Cooper có thực sự còn sống hay không. Vấn đề duy nhất ở đây, theo các nhà khoa học, là liệu Amelia có thể giải mã được gói dữ liệu A hay không. Dữ liệu lượng tử có thể quá lớn và quá nhiều tham số, ngay cả những siêu máy tính nhanh nhất mà con người có, cũng không đảm bảo có thể giải quyết chúng ngay lập tức. Họ lo sợ rằng, thời gian để đưa ra câu trả lời B hoặc C, có thể là hàng tỷ năm.
Hố Đen và Hành Trình Du Hành Vũ Trụ
Nhưng liệu việc biết Cooper sống hay chết sau khi rơi vào hố đen có quan trọng không? Câu trả lời là có! Vì hố đen có thể nắm giữ chìa khóa cho du hành vũ trụ, đó là “vực sâu”. Về bản chất, lỗ sâu cũng là một hố đen, nhưng nó có 2 đầu ra (vào và ra), một đầu chuyên hút vật chất, và đầu còn lại “xả” mọi thứ vào một nơi xa xôi khác trong vũ trụ. Những gì Nolan mô phỏng cho chúng ta thấy trong “Interstellar”. Khi nói đến thực tế, các ngôi sao và hành tinh gần chúng ta nhất cũng cách chúng ta hàng ngàn năm ánh sáng. Không có gì cho thấy, nhân loại có thể chế tạo một con tàu có thể di chuyển với tốc độ ánh sáng. Thêm vào đó, ngay cả khi chúng ta đến được đó, việc khám phá các thiên hà cách hàng tỷ năm ánh sáng cũng là điều không thể. Năng lượng mà hành tinh này có, không đủ cho những hành trình dài như vậy.
Kết Luận
Vậy, bên trong hố đen có thể tồn tại nhiều chiều thời gian hay không? Liệu có thể liên lạc với người đã rơi vào hố đen? Câu trả lời vẫn còn là một ẩn số. Nhưng những khám phá khoa học, đặc biệt là về cơ học lượng tử, đang mở ra những hướng đi mới đầy hứa hẹn. Chúng ta có thể chưa biết hết về những bí ẩn của vũ trụ, nhưng chính sự tò mò và khát khao khám phá sẽ là động lực thúc đẩy con người tiến về phía trước, vượt qua những giới hạn mà chúng ta từng cho là không thể.
Tài liệu tham khảo:
- Phim Interstellar (2014)
- Các bài báo khoa học về hố đen và cơ học lượng tử
- Các bài phỏng vấn và phân tích của các nhà vật lý về chủ đề hố đen.