Các đồng nghiệp vừa công bố bài báo cuối cùng của Hawking trên arXiv (tạp chí dạng pre-print). Nghiên cứu được tổng hợp và hoàn thành một vài ngày trước khi ông qua đời hồi tháng Ba.
Đây là bài thứ ba trong một loại bài đương đầu với khái niệm nghịch lý thông tin lỗ đen (black hole’s information paradox) mà Hawking đã dành hàng thập kỷ để suy tư.
Lỗ đen là vật thể cực kỳ đặc, có khả năng làm cong vênh không – thời gian, được hình thành từ sự va chạm của các ngôi sao hoặc sự sụp đổ của những sao khổng lồ. Vật lý chính thống thường tin rằng, không gì có thể thoát ra ngoài lỗ đen, kể cả ánh sáng. Nhưng trong thập niên 1970, Hawking lại đề xuất, rằng trên lỗ đen có thể có nhiệt độ, và từ đó làm rò rỉ các hạt lượng tử – tiền đề cho hiệu ứng “bức xạ Hawking” (Hawking radiation), phát biểu như sau: sau cùng, lỗ đen cũng có thể bị bốc hơi và để lại một khoảng chân không, hiện tượng này là như nhau đối với tất cả mọi lỗ đen, bất kể nó ăn gì trong suốt vòng đời.
Lỗ đen nuốt rất nhiều thông tin dưới dạng các thiên thể trong suốt vòng đời của nó, nhưng những thông tin đó đi đâu? Trong khi các định luật vật lý quả quyết rằng không hề có thông tin nào bị mất, và nếu thông tin đã tồn tại trong quá khứ thì hoàn toàn có cách để khôi phục lại nó. Như vậy, đây chính là nghịch lý.
Năm 2016, Hawking và nhóm của ông đề xuất, rằng các lỗ đen có thể có những “soft hair” (sợi lông mềm) được tạo thành từ các photon (hạt ánh sáng) hoặc graviton (hạt hấp dẫn giả định), và chúng sẽ lưu trữ ít nhất một số thông tin. Theo đó, các soft hair sẽ phải bao quanh đường“chân trời sự kiện” (event horizon) của lỗ đen – ranh giới mà không gì, thậm chí cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được.
Bài báo cũng trình bày một cơ chế mà nhóm của Hawking đã tìm ra – dựa trên những giả định chưa được chứng minh, để “tính toán” số lượng thông tin mà các soft hair có thể mang theo. “Đó chính là công thức nổi tiếng hiện được khắc trên bia mộ của Stephen”, nhà vật lý gạo cội Andrew Strominger cho biết. Công thức mà ông đề cập đến ở đây thường được gọi là “phương trình Hawking” và nó mô tả cách mà lỗ đen phát ra “bức xạ Hawking”.
Khi một lỗ đen nuốt các vật thể, nhiệt độ của nó sẽ thay đổi, nghĩa là mức entropy của nó – chỉ sự hỗn độn của các hạt bên trong – cũng phải thay đổi theo (nhiệt độ cao hơn đồng nghĩa với việc các hạt sẽ di chuyển nhanh hơn, làm gia tăng sự hỗn độn). Theo The Guardian, trong bài báo mới, Hawking cùng các cộng sự đã chỉ ra, rằng “soft hair” thực sự có thể ghi lại entropy của một lỗ đen.
Một đồng nghiệp của Hawking, giáo sư vật lý lý thuyết Malcolm Perry tại Đại học Cambridge nói với The Guardian, rằng nhà vật lý quá cố đã “biết trước kết quả cuối cùng” của công trình, cho nên sau khi nghe Perry giải thích trước khi qua đời một vài ngày, “ông chỉ đơn giản là đã nở một nụ cười.”
Mặc dù vậy, hiện vẫn còn rất nhiều điều mà chúng ta chưa biết liên quan đến cách những soft hair lưu trữ thông tin, và liệu chúng có lưu trữ tất cả hay chỉ một phần thông tin bị các lỗ đen nuốt. “Đây thực sự là một bước tiến xuất sắc, nhưng chúng ta vẫn còn rất nhiều việc phải làm”, Strominger nói.