Hút vào hố đen có thể thoát ra?

Hố đen hút những vật xung quanh. Ảnh: NASA

Theo Live Science, đó là bởi vì hố đen có thể bẻ cong không gian bên trong nó, đưa những điểm vốn cách xa nhau lại gần hơn. Về mặt lý thuyết, có những cách sau đây để thoát khỏi hố đen.

Thoát khỏi sức hút của hố đen theo thuyết bức xạ Hawking

Điểm đầu tiên phải xác định rằng hố đen không phải là một vùng không gian rỗng, mà là một nơi tập trung lượng vật chất cực lớn tại một khu vực cực kỳ nhỏ bé gọi là "điểm kỳ dị".

Khi di chuyển lại gần hố đen, vận tốc cần để thoát khỏi trường hấp dẫn của lỗ đen tăng lên. Ở một thời điểm nào đó, vận tốc thoát lớn hơn tốc độ ánh sáng (299.792 km/s). Vận tốc này lớn hơn rất nhiều so với vận tốc thoát ly khỏi bề mặt Trái Đất, hay còn gọi là tốc độ vũ trụ cấp hai, khoảng 11,2 km/s.

Không gì có thể nhanh hơn ánh sáng nên không gì có thể thoát khỏi hố đen.Tuy nhiên, cũng giống như máy hút bụi hay lỗ thoát nước trong bồn tắm, hố đen không hút tất cả mọi thứ xung quanh nó. Nó chỉ hút những thứ nằm bên trong chân trời sự kiện. Khi càng nhiều vật chất bị hút vào hố đen, bán kính của chân trời sự kiện càng mở rộng. Có thể tưởng tượng rằng hố đen như một quả bóng chỉ cho vật chất đi vào.

Tuy nhiên, điều ẩn trong chân trời sự kiện đến nay vẫn còn là một trong những bí ẩn. Phần lớn học giả cho rằnghố đen là một điểm kỳ dị. Tất cả vật chất mà hố đen hút vào sẽ bị nén lại tại một điểm có mật độ bằng vô cùng. Nếu bị rơi vào hố đen, trước tiên cơ thể người sẽ bị kéo dài ra như sợi mì spaghetti (hiệu ứng mì ống), sau đó sẽ tan thành hư vô. Vật chất của con người sẽ hòa vào bán kính chân trời sự kiện, cuối cùng thoát ra ngoài theo lý thuyết bức xạ Hawking.

Giếng trọng lực. Ảnh: Wikipedia

Những tính toán của ông hoàng vật lý Stephen Hawking chỉ ra rằng hố đen phát ra photon và do đó, hố đen mất dần khối lượng bởi theo công thức nổi tiếng của Einstein E=mc^2, năng lượng và khối lượng là tương đương. Như vậy theo thời gian, hố đen cũng bốc hơi, nhưng việc này cần một thời gian dài.

Một hố nhỏ với khối lượng bằng khối lượng Mặt Trời cần đến 10 mũ 87 năm để bốc hơi và biến thành một vụ nổ của tia gamma, trong khi tuổi của vũ trụ chỉ có 14 tỷ năm (14 x 10 mũ 9 năm). Tuy nhiên, theo lý thuyết của Hawking, thông tin của một hố đen bị mất không thể phục hồi khi nó bốc hơi, vì thế, thoát khỏi hố đen theo lý thuyết bức xạ Hawking không phải là ý tưởng hay.

Lỗ sâu (wormhole)

Thuyết lực hấp dẫn bẻ cong không gian có thể hình dung như những vết lõm để lại khi một đô vật Nhật Bản lăn trên tấm thảm. Bất kì vật thể nào cũng tạo nên một cái "giếng trọng lực" (gravity well). Giếng sẽ càng sâu khi tiến gần tâm của vật thể. Ví dụ, một hành tinh có giếng trọng lực, nhưng càng tiến về lõi của hành tinh hình cầu, giếng này sẽ ngày càng phẳng ra. Từ đó suy ra, bất kỳ vật thể thông thường nào cũng có một giếng có hình dạng giống như chỗ lõm có chiều sâu hữu hạn.

Hố đen không như những vật thể bình thường, nó bẻ cong không gian càng mạnh. Khi tiến đến điểm kỳ dị ở tâm hố đen, độ cong của không gian là vô cùng. Không gian bị bẻ cong như một cái hố có kích thước nhỏ dần và độ dốc càng lớn, cho đến khi thẳng đứng như một chỗ lõm kéo dài vô hạn.Đó là một bí ẩn.

Các nhà khoa học sử dụng thuyết tương đối của Einstein để mô tả sự bẻ cong không gian, nhưng những phương trình của Einstein bị phá vỡ tại những điểm kỳ dị. Những điểm kỳ dị này rất nhỏ, và ở đó chúng ta phải nhìn thấy những hiệu ứng của cơ học lượng tử. Tuy nhiên, vẫn chưa ai có thể tìm ra cách để làm cơ học lượng tử hoạt động với trọng lực để thấy được hố đen trông như thế nào.

Hơn nữa, hố đen không ở trạng thái tĩnh. Bất kì vật thể nào trong không gian cũng có xu hướng quay. Điều đó có nghĩa là nếu điểm kỳ dị quay đủ nhanh, nó có thể có hình dạng một đường cong thay vì một điểm. Một đường cong kỳ dị có thể là một cánh cổng đến các vũ trụ khác như trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng "Ring" của Stephen Baxter, nhà xuất bản HarperCollins. Như vậy hố đen có thể là một lỗ sâu, một cánh cổng xuyên không gian và thời gian.

Tuy nhiên, giả thuyết chiếc nhẫn kỳ dị như một cánh cổng là một điều chưa chắc chắn. Thứ nhất, không ai biết liệu chiếc nhẫn kỳ dị có thực sự tồn tại không. Một vấn đề khác là khi các nhà khoa học cố gắng mô phỏng lỗ sâu tạo từ lỗ đen bằng toán học, họ luôn gặp vấn đề để giữ cánh cổng ổn định.

Những nghiên cứu trước đây của các nhà vật lý lý thuyết chỉ ra rằng khả năng lớn nhất để tạo ra những lỗ sâu là vật chất kỳ lạ (exotic matter), loại vật chất có khối lượng âm. Nhưng vẫn chưa có ý tưởng rõ ràng về điều này.

Cuối cùng, theo nhà vật lý Hawking, chưa ai chứng kiến du hành xuyên thời gian. Vì thế, mọi lý thuyết về hố đen hay lỗ sâu đều mang tính tương đối.