Có gì bên trong một hố đen?

Câu hỏi gốc: Hố đen được hình thành từ đâu?

Bạn có thể đã đọc các câu trả lời khác cũng như nhiều bài luận vật lý học rằng chúng ta không biết về những gì bên trong một hố đen. Tôi dám nói rằng chúng ta không những biết về hố đen mà chúng ta vẫn luôn chiêm nghiệm nó bấy lâu nay. Tôi hy vọng các bạn và quản trị viên Quora sẽ không phạt tôi vì cho rằng hố đen là chính vũ trụ nơi chúng ta đang sống. Nếu bạn lấy khối lượng của vũ trụ và tính bán kính Schwarzschild cho khối lượng đó, thì kết quả là 13,7 tỷ năm ánh sáng. Bạn có thấy khoảng cách này quen thuộc? Vâng, đó là bán kính vũ trụ hữu hình của chúng ta. Vì vậy, chúng ta đang ở trong một hố đen và có cả một thế giới thực ngoài ranh giới vũ trụ của chúng ta tự hỏi có gì bên trong hố đen khổng lồ này. Nếu bạn quá lúng túng trước ý niệm này, hãy cùng tôi nghĩ về nó như cốt truyện của một bộ phim khoa học viễn tưởng mới. Để từ đó trả lời câu hỏi của bạn, hố đen hình thành từ đâu hay đúng hơn là có gì bên trong hố đen.

Ý kiến rằng chúng ta không biết về những gì có trong hố đen xuất phát từ sự thật là không có ánh sáng hoặc thông tin nào có thể vượt qua chân trời sự kiện (event horizon). Nhưng nếu bạn đã ở trong hố đen đó (tức là gần bán kính Schwarzschild hơn so với điểm kỳ dị (the singularity) thì về cơ bản, không gì có thể ngăn cản bạn tìm hiểu về những gì bên trong nó. Bạn có thể giao tiếp với môi trường xung quanh bạn. Ánh sáng và thông tin truyền qua lại từ điểm này sang điểm khác bên trong chân trời sự kiện vì vậy điều này đồng nhất với sự tồn tại hiện thời của chúng ta.

Giờ bạn biết chúng ta ở trong một hố đen, bạn sẽ còn ấn tượng hơn với những điều phi thường khác. Bạn luôn nghe về hố đen như là một chiếc máy hút bụi khổng lồ nuốt chửng mọi thứ. Thậm chí một số câu trả lời nhấn mạnh rằng bên trong một hố đen, mọi thứ đều rơi vào tâm của điểm kì dị (the singularity). Miễn là không có thông tin nào có thể truyền ra ngoài hố đen, mọi suy đoán đều có thể đúng. Các tác giả có thể nói rằng bên trong hố đen là những chú lợn bay cũng được và người ta không thể tranh luận phản biện lại. Nhưng hãy nhìn xung quanh. Chúng ta ở bên trong một hố đen rất lớn được gọi là vũ trụ. Bạn có thấy mọi thứ rơi hướng về trung tâm không? Hơn nữa, trung tâm đó ở đâu? Trong vũ trụ của chúng ta, bất kỳ điểm nào, hãy coi cái góc bàn làm việc này của tôi là chính tâm của vũ trụ. Mặc dù tôi không thực sự cảm thấy mọi thứ đang hướng vào nó. Tiến xa hơn một chút, lý thuyết vụ nổ lớn (Big Bang Theory) và tranh luận về năng lượng tối (Dark Energy) là mọi thứ không những không hướng về, mà thực sự mọi thứ đang vận động tách xa nhau và vũ trụ còn liên tục giãn nở. Đó chẳng phải là điều phi thường bên trong hố đen ư?

Một suy nghĩ thú vị khác mà tôi nghĩ đến là lý thuyết hành tây. Chúng ta biết có những hố đen trong vũ trụ của chúng ta. Thế quái nào, có những hố đen cực đại tại tâm của hầu hết các thiên hà. Chúng ta không có thông tin về thứ nằm bên trong các hố đen đó vì ánh sáng không thoát ra từ bên trong chúng và bởi các thực thể tương tự trong các hố đen đó không biết về vũ trụ của chúng ta.

Bây giờ mở mang tầm hiểu biết của bạn. Chúng ta biết gì ngoài ranh giới vũ trụ hữu hình của chúng ta. Chúng ta không có bất kỳ thông tin nào. Tôi đoán có các vũ trụ lớn khác ngoài kia và có lẽ những sinh vật thông minh sống trên những lớp hành tây bên ngoài của củ hành tây này nhìn vào vũ trụ của chúng ta (cái mà nhìn từ điểm nhìn của họ, giống một hố đen) và tự hỏi điều kiện vật lý trong đó thế nào. Bây giờ có ai đánh cược về điều kiện vật lý ngoài đó ra sao không. Tôi sẵn sàng đánh cược rằng tốc độ ánh sáng nơi họ có thể khác với tốc độ ánh sáng của chúng ta? Và vâng, có lẽ cường độ điện trường giảm xuống với lập phương độ dài khoảng cách, chứ không phải bình phương. Nói cách khác, vật lý ở hai phía của một chân trời sự kiện có thể rất khác nhau và bạn sẽ không bao giờ biết được.

Ai mà biết được dù hình ảnh hành tây cũng có vẻ có lý đó. Cũng đáng cân nhắc đó. (vì trên có đề cập ý hành tây nên mình coi đây là minh họa tượng trưng, nguyên văn là “Who would have though onion is good food. Food for thought.”)

Bạn không phải là người đầu tiên suy đoán rằng vũ trụ của chúng ta tồn tại trong một hố đen và nếu bạn vẽ biểu đồ Penrose và thêm một hố đen Schwarzchild thì dường như có một hố trắng tồn tại ở đâu đó, ai biết được…

Nhưng vấn đề là bạn bị lẫn lộn giữa tuổi và kích thước của vũ trụ, 13,7 tỷ năm là tuổi của vũ trụ chúng ta chứ không phải là bán kính của nó. Bán kính của vũ trụ hữu hình là khoảng 46 tỷ năm ánh sáng, giúp chúng ta có thể thấy bên ngoài chân trời sự kiện của hố đen mà chúng ta sinh sống (Tôi đã không làm toán cho bán kính Schwarzchild của toàn bộ khối lượng vũ trụ , tôi chỉ sử dụng con số bạn đã đưa ra).

Mehran, với trí tưởng tượng của mình, bạn nên viết chuyện cho trẻ em. Hố đen là vật chất siêu dày đặc, không có gì khác, nếu mọi vật chất trên trái đất là hố đen dày đặc, thì đó sẽ là một quả bóng gôn siêu dày đặc. Hết chuyện.

Xin chào Leslie

Tôi có 3 đứa con và vâng, chúng đam mê khoa học, câu chuyện khoa học của tôi và khoa học viễn tưởng nhưng có lẽ đã quá muộn để tôi đổi nghề rồi.

Liên quan đến nhận xét của bạn rằng hố đen là vật chất siêu dày đặc, đó chính xác là những gì nhìn từ bên ngoài. Trong vũ trụ của chúng ta, chúng ta chỉ nhận được ba mẩu thông tin về hố đen và chúng là điện tích khối và mô men động lượng. Không ai có bất kỳ bằng chứng nào về những gì xảy ra với vật chất hay ánh sáng bên trong chân trời sự kiện. Nhưng những gì có vẻ siêu dày đặc đối với chúng ta lại có thể rất loãng và lan tỏa ra bên trong. Nhìn vào vũ trụ của chúng ta. Lập luận cho câu trả lời của tôi là một hố đen có bán kính 13,7 tỷ năm ánh sáng. Vũ trụ của chúng ta có thực sự dày đặc và được lèn chặt? Các thiên hà cách nhau hàng triệu năm ánh sáng và giữa chúng thực tế chỉ là không gian trống rỗng. Vậy nếu chúng ta ở bên trong, nó trông rất trống rỗng và có mật độ thấp.

Bảo trọng.

Mehran Moalem

———–

Nguồn ảnh: https://qr.ae/pNytJb

Cảm hứng cho bài dịch đến từ bộ phim tài liệu Black Hole Apocalypse mình xem gần đây và nhân dịp chúng ta mới phát hiện một hố đen gần nhất từ trước tới giờ, cách Trái Đất 1000 năm ánh sáng.