Các nhà thiên văn học cho rằng họ có thể phát hiện ra hố đen rơi vào lỗ giun bằng cách sử dụng các gợn sóng trong không gian-thời gian, được gọi là sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, điều này chỉ xảy ra nếu lỗ giun thực sự tồn tại và một kịch bản như vậy đã từng xảy ra. Theo nhà vật lý thiên tài Albert Einstein, người đầu tiên dự đoán sự tồn tại của sóng hấp dẫn vào năm 1916, trọng lực là kết quả của cách khối lượng làm cong không gian và thời gian. Khi hai hoặc nhiều vật thể di chuyển trong một trường hấp dẫn, chúng tạo ra sóng hấp dẫn, lan truyền với tốc độ ánh sáng, kéo giãn và nén không-thời gian trên đường đi. Sóng hấp dẫn cực kỳ khó phát hiện vì chúng cực kỳ yếu. Ngay cả Einstein cũng không chắc chắn liệu chúng có thực sự tồn tại và có thể bị phát hiện hay không.
Bằng Chứng Về Sóng Hấp Dẫn
Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện ra bằng chứng trực tiếp đầu tiên về sóng hấp dẫn vào năm 2016. Chúng được phát hiện bằng Đài quan sát Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO). Sự thành công của LIGO là sự kết hợp giữa các ý tưởng xuất sắc và sự đổi mới trong các nguyên tắc hoạt động, sử dụng giao thoa ánh sáng và nghiên cứu đột phá về công nghệ. Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu một hố đen rơi vào một lỗ giun?
Hố Đen: Những Vật Thể Kỳ Lạ Trong Vũ Trụ
Hố đen là một trong những vật thể hấp dẫn kỳ lạ nhất được phát hiện trong không gian. Chúng là những vật thể cực kỳ đặc với lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra nếu đến đủ gần. Khi một ngôi sao đốt hết nhiên liệu, nó bắt đầu quá trình sụp đổ hấp dẫn trong lõi của ngôi sao và hình thành một hố đen. Các hố đen được tạo ra bởi sự sụp đổ của các ngôi sao đơn lẻ sẽ tương đối nhỏ, nhưng cực kỳ đặc. Mỗi vật thể như vậy sẽ có khối lượng gấp hơn ba lần Mặt Trời, nhưng kích thước chỉ tương đương với một thành phố. Các hố đen nhỏ rất phổ biến trong vũ trụ, nhưng anh em họ của chúng, các hố đen siêu lớn, còn chiếm ưu thế hơn nhiều. Chúng có khối lượng gấp hàng triệu hoặc thậm chí hàng chục tỷ lần Mặt Trời và được cho là nằm ở vùng trung tâm của hầu hết các thiên hà. Hố đen có khối lượng cực kỳ lớn nhưng chỉ chiếm một diện tích rất nhỏ. Do mối quan hệ giữa khối lượng và trọng lực, nên chúng có lực hấp dẫn rất lớn.
Lỗ Giun: Đường Tắt Trong Không Gian-Thời Gian
Khác với hố đen, lỗ giun, còn được gọi là lỗ sâu, là một con đường lý thuyết xuyên qua không-thời gian. Nó có thể tạo thành một lối tắt cho những khoảng cách dài trong không gian. Lỗ giun được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein. Năm 1935, các nhà vật lý Albert Einstein và Nathan Rosen đã sử dụng thuyết tương đối rộng để gợi ý sự hiện diện của các cầu nối xuyên không-thời gian. Những con đường này, được gọi là cầu Einstein-Rosen hay lỗ giun, kết nối hai điểm khác nhau trong không-thời gian, về mặt lý thuyết tạo ra một lối tắt, có thể giảm thời gian và khoảng cách di chuyển. Lỗ giun có hai miệng, được kết nối bằng một hầu họng. Miệng của lỗ giun có hình dạng như một hình cầu dẹt. Và cổ họng có thể là một đường thẳng, nhưng nó cũng có thể bị uốn cong, khiến nó đi xa hơn so với khoảng cách thông thường.
Các Vấn Đề Với Lỗ Giun
Khoa học viễn tưởng chứa đầy những câu chuyện về du hành xuyên qua lỗ giun. Nhưng thực tế của mỗi cuộc hành trình phức tạp hơn nhiều, và không chỉ vì chúng ta chưa tìm thấy một lỗ giun nào. Vấn đề đầu tiên là về kích thước. Các lỗ giun nguyên thủy được dự đoán là tồn tại ở mức độ rất nhỏ, chỉ khoảng 10^-33cm. Tuy nhiên, khi vũ trụ giãn nở, có khả năng một số lỗ giun đã được kéo dài ra các kích thước lớn hơn. Một vấn đề khác đến từ tính ổn định của nó. Lỗ giun do Einstein-Rosen dự đoán sẽ không hữu ích cho việc di chuyển vì chúng tan rã nhanh chóng. Nhưng các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng một lỗ giun chứa vật chất lạ có thể mở ra và duy trì trạng thái ổn định trong một thời gian dài hơn. Vật chất lạ còn được gọi là “khối lượng âm”, không nên nhầm lẫn với vật chất tối hoặc phản vật chất. Chúng chứa mật độ năng lượng âm và áp suất âm lớn.
Tiềm Năng Của Lỗ Giun
Vật chất như vậy chỉ có thể thấy hành vi trong trạng thái chân không, được xác định là một phần của lý thuyết trường lượng tử. Nếu một lỗ giun chứa vừa đủ vật chất lạ, có thể được thêm vào một cách tự nhiên hoặc nhân tạo, thì về mặt lý thuyết nó có thể được sử dụng như một giải pháp liên lạc hoặc để mọi người di chuyển xuyên không gian. Lỗ giun có thể không chỉ kết nối hai khu vực riêng biệt trong vũ trụ mà còn có thể kết nối các vũ trụ khác nhau. Về nhiều mặt, lỗ giun khá giống với hố đen. Cả hai loại vật thể này đều đặc biệt và có lực hấp dẫn mạnh đối với các vật thể có kích thước tương tự.
Hố Đen Và Lỗ Giun: Sự Khác Biệt Quan Trọng
Sự khác biệt chính là về mặt lý thuyết, không có vật thể nào có thể quay trở lại sau khi đi vào chân trời sự kiện của hố đen, ngưỡng mà tốc độ cần thiết để thoát khỏi lực hấp dẫn của hố đen vượt quá tốc độ ánh sáng. Trong khi đó, bất kỳ vật thể nào đi vào lỗ giun về mặt lý thuyết đều có thể đảo ngược hướng đi. Nếu lỗ giun có thể tồn tại, các nhà khoa học đã nghiên cứu các tín hiệu hấp dẫn được tạo ra khi một hố đen quay quanh lỗ giun. Các nhà nghiên cứu cũng đã phát hiện ra điều gì có thể xảy ra khi hố đen đi vào một miệng của lỗ giun và đi ra miệng còn lại của lỗ giun, tại một điểm khác trong không-thời gian. Và sau đó, giả sử hố đen và lỗ giun liên kết với nhau bằng lực hấp dẫn, và hố đen rơi trở lại vào lỗ giun và xuất hiện ở phía bên kia.
Mô Phỏng Tương Tác Giữa Hố Đen Và Lỗ Giun
Trong các mô hình máy tính, các nhà nghiên cứu đã phân tích sự tương tác giữa một hố đen có khối lượng gấp 5 lần Mặt Trời và một lỗ giun có thể đi qua ổn định với khối lượng gấp 200 lần Mặt Trời, với một cổ họng lớn gấp 60 lần kích thước của hố đen. Các mô hình cho thấy rằng các tín hiệu hấp dẫn khác với bất kỳ tín hiệu nào đã từng được nhìn thấy cho đến nay sẽ xảy ra khi hố đen đi vào và đi ra khỏi lỗ giun. Khi hai hố đen xoắn ốc lại gần nhau hơn, tốc độ quỹ đạo của chúng tăng lên. Đổi lại, tần số của sóng hấp dẫn tăng lên, âm thanh mà các sóng hấp dẫn này tạo ra là một tiếng kêu rít, vì bất kỳ sự gia tăng tần số nào cũng tương ứng với sự gia tăng cao độ. Nếu quan sát một hố đen xoắn ốc vào một lỗ giun, người ta sẽ nghe thấy một tiếng kêu giống như hai hố đen gặp nhau, nhưng tín hiệu hấp dẫn từ hố đen sẽ nhanh chóng mờ đi khi nó phát ra phần lớn sóng hấp dẫn ở phía bên kia của lỗ giun. (Ngược lại, khi hai hố đen va chạm, kết quả là một vụ nổ sóng hấp dẫn khổng lồ.) Nếu quan sát một hố đen xuất hiện từ một lỗ giun, người ta sẽ thấy một “tiếng kêu chống lại sự can thiệp”. Cụ thể, tần số của sóng hấp dẫn từ hố đen sẽ giảm khi nó di chuyển ra xa lỗ giun.
Chu Kỳ Đi Vào Và Đi Ra Của Hố Đen
Khi hố đen tiếp tục di chuyển vào và ra khỏi mỗi miệng của lỗ giun, nó sẽ tạo ra một chu kỳ vào và ra. Khoảng thời gian giữa mỗi lần vào và ra sẽ giảm theo thời gian, cho đến khi hố đen bị mắc kẹt trong cổ họng của lỗ giun. Việc phát hiện ra loại tín hiệu hấp dẫn này có thể hỗ trợ trong việc phát hiện sự tồn tại của lỗ giun. Mặc dù lỗ giun mang tính chất suy đoán cao, nhưng thực tế là chúng ta có thể chứng minh hoặc ít nhất là tin tưởng vào sự tồn tại của chúng.
Kết Cục Của Hố Đen Trong Lỗ Giun
Trong kịch bản này, hố đen cuối cùng sẽ ngừng rơi vào và ra khỏi lỗ giun, và hố đen sẽ nằm gần cổ họng của lỗ giun. Kết quả cuối cùng như vậy sẽ phụ thuộc vào các đặc tính hoàn toàn mang tính suy đoán của vật chất kỳ lạ được tìm thấy trong cổ họng của lỗ giun. Một khả năng là hố đen sẽ làm tăng đáng kể khối lượng của lỗ giun và lỗ giun có thể không có đủ vật chất lạ để giữ ổn định. Do sự gián đoạn trong không-thời gian, hố đen sẽ chuyển khối lượng của nó thành năng lượng, dưới dạng một lượng sóng hấp dẫn bất thường. Miễn là lỗ giun có khối lượng lớn hơn bất kỳ hố đen nào mà nó gặp phải, nó sẽ vẫn ổn định.
Sự Bất Ổn Định Của Lỗ Giun
Và nếu một lỗ giun gặp một hố đen lớn hơn, hố đen đó có thể phá vỡ vật chất lạ của lỗ giun, điều này sẽ gây ra sự bất ổn định, khiến lỗ giun sụp đổ và có khả năng hình thành một hố đen mới. Vẫn không chắc chắn điều gì có thể xảy ra nếu một hố đen chỉ cắt các cạnh của lỗ giun, với một phần của hố đen đi vào miệng của lỗ giun và phần còn lại nằm bên ngoài nó. Có lẽ sẽ có một số hành vi kỳ lạ trên chân trời sự kiện của hố đen, tạo ra nhiều sóng hấp dẫn hơn và mất nhiều năng lượng hơn. Một vụ va chạm như vậy cũng có thể phá vỡ vật chất lạ của lỗ giun, “dẫn đến các lỗ giun không ổn định”.
Nghiên Cứu Tương Lai Về Lỗ Giun
Các nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá sự tương tác giữa vật chất kỳ lạ của lỗ giun và bất kỳ vật chất bình thường nào đi vào lỗ giun, cũng như các kịch bản phức tạp hơn, chẳng hạn như điều gì có thể xảy ra nếu lỗ giun quay. Các hướng nghiên cứu khác có thể chỉ ra cách sóng hấp dẫn tương tác với cả vật chất bình thường và vật chất kỳ lạ trong những tình huống này, cũng như “sự đa dạng của các quỹ đạo có thể có giữa các lỗ giun và một vật thể trong không gian”.
Lỗ Giun Và Các Hiện Tượng Bí Ẩn
Trong những năm gần đây, mọi người cũng đã nhiều lần cố gắng giải thích những hiện tượng bí ẩn, như sự biến mất đột ngột của con người, hoặc tàu thuyền, các chuyến bay… rằng họ đã lạc vào lỗ giun, mở ra ngay trên Trái Đất. Tuy nhiên, tất cả sự tồn tại của lỗ giun cho đến nay chỉ tồn tại trên lý thuyết, và bản thân mô hình lý thuyết cũng cho thấy rằng, rất khó có khả năng một lỗ giun tồn tại trong vũ trụ quan sát được của chúng ta.