Trong nhiều thập kỷ, các nhà bác học đã thử tìm lời giải cho dấu chấm hỏi lỗ đen là gì. Liệu trong đó chứa lỗ giun hay một vũ trụ thu nhỏ?
Trên lý thuyết, có rất nhiều loại lỗ đen: loại có điện tích hoặc không, một số đứng yên hoặc quay, vài lỗ đen được quấn quanh bởi vật chất, một số lại là là dự trữảng trống rỗng.
Vài loại lỗ đen đã được minh chứng có thật. Lỗ đen quay và quấn quanh bởi vật chất rất phổ biến, thậm chí đã được chụp lại.
Tuy nhiên, một số loại lỗ đen chỉ mới tồn tại trên lý thuyết. Dù vậy, các nhà bác học vẫn rất chú ý tìm hiểu các đồ vật bí ẩn này. Bằng cách tìm hiểu các cơ sở toán học của lỗ đen, ta có thể nhận ra những mối quan hệ, tương quan với các lý thuyết vật lý nhằm áp dụng cho thực tế.
Trong lỗ đen siêu dẫn, đường chân trời biểu kiến bên trong và cả các lỗ sâu đều bị phá vỡ. (Ảnh: Livescience).
Chất siêu dẫn 3 chiều
Trong lỗ đen siêu dẫn, đường chân trời biểu kiến bên trong và cả các lỗ sâu đều bị phá vỡ. (Ảnh: Livescience).
Lỗ đen mang điện nằm trong không gian anti-de Sitter là loại lỗ đen rất thú vị, dù chỉ tồn tại trên lý thuyết. Không gian anti-de Sitter là không gian hyperbolic có độ uống âm, như một cái yên ngựa.
Dù lỗ đen mang điện chưa được minh chứng là có thật, từ nghiên cứu các lỗ đen này, giới khoa học sẽ hiểu hơn về lỗ đen quay đã được minh chứng có trong thực tế. Cả hai loại có nhiều điểm chung, phù trợ nhau trong các tính toán.
Các nhà vật lý phát hiện rằng khi các lỗ đen này nguội, chúng hình thành “đám mây” trường lượng tử xung quanh bề mặt. Đám mây này dính vào bề mặt, bị lực hấp dẫn của lỗ đen rụt lại trong rồi lại bị hất ra bởi sức đẩy electron của chính lỗ đen đó. Đám mây trường lượng tử hoạt động giữ nguyên trên một bề mặt còn được gọi là chất siêu dẫn.
Các chất siêu dẫn có ứng dụng trong đời thực. Vì vậy, việc nghiên cứu chất siêu dẫn hoạt động như thế nào trong những trường hợp đặc biệt như thế giúp chúng ta hiểu được kết cấu toán học của chúng, từ đó áp dụng vào thực tế.
Các lỗ đen mang điện nằm trong không gian bình thường của vũ trụ thường có vài vùng khác thường bên trong. Nằm phần trong đường chân trời biểu kiến sự kiện (ranh giới xung quanh lỗ đen, hút mọi vật chất bên trong) là vùng chứa khí lực lượng tử đậm đặc được gọi là đường chân trời biểu kiến bên trong. Phía trong nữa là vực thẳm nối với lỗ trắng, theo lý thuyết.
Mặt cầu của không gian anti-de Sitter có độ uống dương, mặt có hình yên ngựa là ví dụ của không gian có độ uống âm. (Ảnh: Phys).
Trong thực tế, các nhà bác học vẫn chưa thể khẳng định lỗ sâu có tồn tại, bởi các nguyên lý toán học không trả lời được sự tồn tại của các vật sau đường chân trời biểu kiến sự kiện. Tuy nhiên, các lỗ đen mang điện quấn quanh bởi không gian anti-de Sitter, hay còn gọi là lỗ đen siêu dẫn, không mắc vào vấn đề này.
Trong lỗ đen siêu dẫn, đường chân trời biểu kiến bên trong và cả các lỗ sâu đều bị phá vỡ. Thay vào đó, không gian bên trong các lỗ đen này dao động theo kết quả Josephson như các hạt trong chất siêu dẫn bình thường.
Hiệu ứng Josephson là hiện tượng của dòng siêu dòng, tức dòng điện chạy vô thời hạn mà không có bất kỳ điện áp nào được áp dụng trên dụng cụ hữu danh chỗ nối Josephson, gồm hai chất siêu dẫn được ghép bởi một liên kết yếu.
Vũ trụ fractal
Sau khoảng không – thời gian rung động là vùng sâu nhất của lỗ đen siêu dẫn. Các nhà nghiên cứu phát hiện những vùng trong cùng này có thể tạo ra vũ trụ đang giãn nở một cách bất thường, với không gian kéo dài, biến đổi theo tỉ lệ và hướng khác nhau.
Hơn nữa, tùy thuộc vào nhiệt độ cơ thể của lỗ đen, một số vùng không gian này có thể kích hoạt vòng rung động mới. Sau đó, nó lại tạo ra vùng không gian mở rộng rãi hơn, kích hoạt vòng rung động khác, cứ lặp đi lặp lại như vậy cho đến khi tạo ra vòng rung động quy mô thứ yếu.
Cần có thêm những lý thuyết mới về lực hấp dẫn để biện giải những gì xảy ra bên trong điểm khác thường. (Ảnh: Livescience).
Điều này tạo ra vũ trụ có hình fractal phân dạng và lặp lại không ngừng, từ quy mô lớn đến quy mô nhỏ. Tại tâm điểm của hố đen hỗn độn và lạ thường này là điểm khác thường, điểm có mật độ vô hạn, ngôi nhà của mọi vật chất từng rơi vào lỗ đen.
Fractal là dạng hình học thường dích dắc trên mọi tỉ lệ phóng đại, có thể tách ra thành từng phần với mỗi phần giống như hình tổng thể song ở tỉ lệ thu thứ yếu. Đây là dạng do nhà toán học Mandebrot sáng tạo.
Tuy nhiên, với các công thức toán học và nguyên lý vật lý hạn chế, giới khoa học vẫn chưa biện giải được điều gì đang diễn ra tại điểm khác thường. Do đó, cần có thêm thời gian để những lý thuyết mới bổ túc cho lực hấp dẫn được trọn vẹn, điều có thể không bao giờ là đủ.