Phát hiện bằng chứng Hố đen không hoàn toàn "đen"

Khi phát hiện ra điều đó, nhà vật lí học Stephen Hawking đã đưa ra một giả thuyết vào năm 1974 rằng các hố đen thực ra không “đen”, mà thay vào đó chúng phát ra phóng xạ, chúng mất năng lượng, và theo thời gian chúng sẽ teo nhỏ lại. Tuy nhiên, lượng phóng xạ phát ra quá nhỏ để quan sát trên các hố đen vật lí vũ trụ, vậy thì chúng ta sẽ kiểm chứng giả thuyết này như thế nào?

Giáo sư Jeff Steinhauer tại Viện Công nghệ Israel không chỉ tìm ra cách kiểm chứng, mà trong tờ báo Nature Physics, ông đã hé lộ bằng chứng rõ ràng nhất về sự tồn tại của những phóng xạ của hố đen, giờ được biết đến với tên gọi phóng xạ Hawking.

Steinhauer đã thiết kế một hố đen âm thanh – một cái bẫy mà có tần số lớn hơn nhiều so với năng lượng của âm thanh của các “hạt” (hạt phonon), mà chỉ có thể di chuyển với tốc độ của âm thanh.

“Nếu như có một hạt phonon ở trong hố đen, nó không thể đi ngược chiều bởi vì dòng chảy nhanh hơn vận tốc của âm thanh. Giống như là một người đang cố bơi ngược dòng nước. Nếu dòng nước chảy nhanh hơn tốc độ bơi của người đó, người đó sẽ bị lùi lại chứ không thể tiến lên,” giáo sư Steinhauer cho biết.

Điều này dường như đơn giản, nhưng nó là mô hình khá chính xác của hố đen thật. Và quan trọng hơn nữa, hố đen âm thanh này đã được quan sát thấy phát ra phóng xạ Hawking được tìm kiếm bấy lâu nay.

Ý tưởng của Hawking là rất cần thiết bởi vì thuyết tương đối và thuyết lượng tử khó có thể áp dụng cùng nhau. Hố đen cần cả hai thuyết này, nên có những nghiên cứu chuyên sâu không ngừng nghỉ vào tính chất của nó bằng cách lấy xấp xỉ những phương trình mà ta có.

“Ý nghĩa của việc nghiên cứu hố đen là để hiểu về quy luật của vật lí, chứ không phải chỉ để hiểu về mỗi chúng,” Steinhauer cho biết thêm.

Học thuyết về phóng xạ Hawking đến từ một trong những sự xấp xỉ này. Mỗi mẩu không-thời gian đều có năng lượng, và đôi khi năng lượng này có thể bất ngờ chuyển thành những cặp vật chất-phản vật chất trước khi phản ứng và chuyển lại về thành năng lượng.

Nếu quá trình sản sinh vật chất này xảy ra trên đường Chân trời Sự kiện (event horizon) của hố đen, một hạt vật chất có thể bị hút bởi trọng lực của vật thể và rơi vào đó, trong khi hạt vật chất còn lại sẽ thoát.

Hạt vật chất thoát khỏi có thể được liên kết với hạt đã mất trong hố đen, bằng loại tính năng gọi là sự rối loạn (engtanglement). Phóng xạ Hawking từ hố đen của Steinhauer đã cho thấy sự rối loạn này, cung cấp bằng chứng thí nghiệm xác thực nhất rằng phóng xạ Hawking là có thật.

Vân Trang (Theo IflScience)