Stephen Hawking đúng: Nghiên cứu mới cho thấy lỗ đen có thể bốc hơi

Vào năm 1974, Stephen Hawking đã đưa ra một trong những dự đoán nổi tiếng nhất của ông: các lỗ đen cuối cùng sẽ bốc hơi hoàn toàn.

Theo lí thuyết của Hawking, các lỗ đen không hoàn toàn “đen” mà thay vậy, chúng thật sự phát ra các hạt. Theo Hawking, sự phát bức xạ này cuối cùng có thể tuồn đủ năng lượng và vật chất ra khỏi lỗ đen và làm chúng biến mất. Lí thuyết của ông được đông đảo mọi người giả định là đúng, song người ta nghĩ hầu như không thể nào chứng minh được.

Tuy nhiên, lần đầu tiên nay các nhà vật lí đã có thể chỉ ra sự phát bức xạ Hawking này – chí ít là trong phòng thí nghiệm. Mặc dù bức xạ Hawking quá yếu để phát hiện trong không gan bởi các thiết bị hiện nay của chúng ta, nhưng nay các nhà vật lí đã nhìn thấy sự phát bức xạ này ở một tương đương lỗ đen được tạo ra bằng sóng âm và một số vật chất lạnh nhất, lạ lùng nhất trong vũ trụ.

Các cặp hạt

Các lỗ đen tác dụng một lực hấp dẫn vô cùng mạnh đến mức kể cả photon, hạt chuyển động ở tốc độ ánh sáng, cũng không thể thoát ra. Trong khi chân không của không gian thường được xem là trống rỗng, thì sự bất định của cơ học lượng tử nói rằng chân không tràn ngập những hạt ảo thoắt ẩn thoắt hiện dưới dạng các hạt vật chất-phản vật chất. (Các hạt phản vật chất có khối lượng y hệt như đối hạt vật chất, nhưng có điện tích ngược dấu).

Thông thường, sau khi một cặp hạt ảo xuất hiện, chúng lập tức hủy lẫn nhau. Tuy nhiên, ở gần một lỗ đen thì lực hấp dẫn cực mạnh sẽ hút cặp hạt ra xa nhau, với một hạt bị lỗ đen hấp thụ còn hạt kia bay vọt vào không gian. Hạt bị hấp thụ có năng lượng âm, thành ra làm giảm năng lượng và khối lượng của lỗ đen. Nuốt đủ những cặp hạt ảo này thì lỗ đen cuối cùng sẽ bốc hơi. Hạt thoát ra được gọi là bức xạ Hawking.

Bức xạ này quá yếu nên hiện nay chúng ta không thể quan sát nó trong không gian, nhưng các nhà vật lí vừa nghĩ ra những cách rất sáng tạo để đo nó trong phòng thí nghiệm.

Thác chân trời sự kiện

Nhà vật lí Jeff Steinhauer và các đồng sự tại Technion – Viện Công nghệ Israel ở Haifa vừa sử dụng một chất khí cực lạnh gọi là ngưng tụ Bose-Einstein để mô phỏng chân trời sự kiện của một lỗ đen, ranh giới vô hình mà vượt quá đó thì chẳng gì có thể thoát ra. Trên dòng chảy của chất khí này, họ đặt một vách thẳng đứng, tạo ra một cái “thác” chất khí; khi chất khí chảy qua thác, nó biến đủ thế năng thành động năng để chảy nhanh hơn tốc độ âm thanh.

Thay cho các cặp vật chất và phản vật chất, các nhà nghiên cứu sử dụng các cặp phonon, hay các sóng âm lượng tử, trong dòng chất khí. Phonon ở phía chậm có thể truyền ngược dòng chất khí, ra xa cái thác, còn phonon ở phía nhanh thì không thể, nó bị giữ lại bởi “lỗ đen” chất khí siêu thanh.

“Nó tựa như việc bạn đang cố bơi ngược dòng chảy đang trôi nhanh hơn tốc độ bạn có thể bơi,” Steinhauer nói. “Bạn cảm thấy như mình đang đi về phía trước, nhưng thật ra bạn đang trôi lùi. Và đó là cái tương tự với một phonon trong một lỗ đen đang cố thoát ra khỏi lỗ đen nhưng bị lực hấp dẫn hút ngược trở lại.”

Hawking dự đoán rằng bức xạ gồm các hạt phát ra sẽ rơi vào một phổ liên tục bước sóng và năng lượng. Ông còn nói rằng nó có thể được mô tả bằng một nhiệt độ chỉ phụ thuộc vào khối lượng của lỗ đen mà thôi. Thí nghiệm mới đây xác thực của hai dự đoán này ở lỗ đen siêu thanh.

“Các thí nghiệm này đúng là một thành tựu,” phát biểu của Renaud Parentani, một nhà vật lí lí thuyết tại Phòng thí nghiệm Vật lí Lí thuyết thuộc Đại học Paris-Sud. Parentani cũng nghiên cứu các tương đương lỗ đen nhưng từ một góc độ lí thuyết; ông không tham gia trong nghiên cứu mới này. “Đó là một thí nghiệm rất chính xác. Nhìn từ mặt thực nghiệm, Jeff hiện nay đúng là chuyên gia hàng đầu thế giới về việc sử dụng các nguyên tử lạnh để khảo sát vật lí học lỗ đen.”

Tuy nhiên, Parentani nhấn mạnh rằng nghiên cứu này mới là “một bước thôi trên một quá trình lâu dài”. Đặc biệt, nghiên cứu này không chỉ ra được các cặp phonon có tương liên ở cấp độ lượng tử hay không, đó là một khía cạnh quan trọng khác của các dự đoán của Hawking.

“Câu chuyện sẽ còn tiếp tục,” Parentani nói. “Mọi thứ chưa dừng lại ở đây đâu.”

Nguồn: Live Science

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 74)
22/08/2019
Nguyên lí vị nhân sinh Một trong những khía cạnh lạ nhất của Vũ trụ chúng ta là cách mà nhiều hằng số cơ bản ẩn dưới
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 73)
22/08/2019
Một lí thuyết kiểm tra được ư? Cách hiểu đa thế giới đem lại một giải pháp thuyết phục cho những phương diện phản
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 56)
22/08/2019
Đồng Đồng đứng bắt cầu giữa thế giới cổ đại và hiện đại. Được tìm thấy vừa ở dạng nguyên tố tự nhiên vừa
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 55)
22/08/2019
Cobalt Các thợ khai mỏ bạc thời trung cổ ở Saxony hình dung họ bị quấy rầy bởi lũ kobold – những con quỷ dưới lòng đất
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 18)
22/08/2019
LÝ THUYẾT [KHÔNG.THỜI GIAN] VỀ Ý THỨC SPACE.TIME THEORY OF CONSCIOUSNESS Tôi đã đề xuất một lý thuyết mà tôi gọi là “lý
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 17)
22/08/2019
LỊCH SỬ A.I Vào năm 1955, một nhóm các nhà nghiên cứu được tuyển chọn đã gặp nhau tại Dartmouth và tạo ra lĩnh vực trí
Tìm hiểu nhanh về vật lí hạt (Phần 1)
21/08/2019
Chúng ta được làm bằng gì? Công bằng mà nói thì chúng ta vẫn có thể sống một cuộc đời vui vẻ, lợi lộc, và/hoặc ý
Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 31)
21/08/2019
Chương 6 NGÂN HÀ   Sao tôi lại cảm thấy cô đơn thế này? Lẽ nào hành tinh chúng ta không nằm trong Ngân Hà sao? - HENRY

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com