Hố đen là gì? Sự thật, lý thuyết và sự nhầm lẫn về cách các lỗ đen được hình thành và hoạt động

Nghe những từ 'hố đen' và bạn có thể nghĩ về một xoáy nước đang quay, hút mọi thứ vào đầu của nó giống như chú của bạn trong một bữa tiệc cưới tự chọn. Bạn có thể hình dung một ngôi sao đang bị kéo về phía nó giống như một miếng mì Ý, đập vào khoảng không cho đến khi nó biến mất. Thực tế không đơn giản hay ngon như vậy. Đây là mồi của chúng tôi.

Hố đen là gì?

Các lỗ đen đã khiến các nhà vật lý bối rối trong nhiều thế kỷ nhưng một mô tả đơn giản sẽ là một khu vực trong không thời gian có lực hấp dẫn mạnh đến mức, ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi lực kéo của nó.

Một trong những điều đầu tiên cần hiểu về lỗ đen là chúng không phải là không gian trống, mà là vật chất được nén lại thành một khu vực rất nhỏ. Ví dụ, một lỗ đen có thể có khối lượng bằng 20 ngôi sao, nhưng chỉ bằng kích thước của trung tâm London. Mật độ đó gây ra những điều kỳ lạ đối với các quy luật thời gian và không gian, một trong số đó là sự xuất hiện của một rào cản lý thuyết được gọi là chân trời sự kiện.

ĐỌC TIẾP THEO: Đột phá lỗ đen tiết lộ các tia lửa lắc lư do siêu máy tính phát hiện

Xem liên quan Bước đột phá của lỗ đen tiết lộ các tia lửa lắc lư do siêu máy tính phát hiện Lỗ đen siêu lớn nhất từng được tìm thấy được phát hiện cách xa 13,7 tỷ năm ánh sáng

Trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, chân trời sự kiện là một điểm không thể quay trở lại. Khi một vật thể tiến gần đến chân trời sự kiện, ngày càng có nhiều đường đi của các hạt của nó uốn cong về phía lỗ đen. Một khi chân trời sự kiện bị phá vỡ, sự biến dạng của không thời gian trở nên lớn đến mức không có cách nào để các hạt di chuyển ra ngoài.

Đây là điểm mà lỗ trở thành màu đen, khi ánh sáng không thể thoát ra khỏi bị kéo về phía trước, trở đi, hướng tới điểm kỳ dị hấp dẫn; một điểm mà không thời gian đã trở nên quá méo mó, độ cong của nó là vô hạn. Ở đây, tất cả các định luật vật lý mà chúng ta hiểu được đều bị ném ra ngoài cửa sổ. Không ai thực sự biết điều gì xảy ra ở điểm kỳ dị.

Các lỗ đen lớn như thế nào?

Có bốn lớp lỗ đen, mặc dù hai trong số này là giả thuyết. Ở đầu trên cùng của quang phổ là các lỗ đen siêu lớn, được cho là nằm ở trung tâm của hầu hết các thiên hà. Thiên hà trong Dải Ngân hà của chúng ta, được gọi là Sagittarius A *, được cho là có khối lượng bằng 4 triệu mặt trời với chân trời sự kiện trải dài 44 triệu km.

Ở cuối dưới cùng của quang phổ là lỗ đen siêu nhỏ, có thể nhỏ bằng một nguyên tử, mặc dù chúng tôi vẫn chưa thực sự đo được một lỗ đen có kích thước như thế này. Ở giữa hai loại này là các lỗ đen có khối lượng trung bình giả thuyết và các lỗ đen sao - được tạo ra bởi sự sụp đổ của các ngôi sao có khối lượng gấp ba lần hoặc hơn mặt trời của chúng ta.

(Ấn tượng của các nghệ sĩ về hố đen saoCygnus X-1. Tín dụng:NASA / CXC / M.Weiss)

Một danh mục hấp dẫn khác có thể xảy ra là lỗ đen nguyên thủy, được đề xuất lần đầu tiên bởi Stephen Hawking vào năm 1971. Những lỗ đen giả định này có thể được hình thành trong quá trình khai sinh vũ trụ, trước khi các ngôi sao ra đời, và có thể giữ những lời giải thích quan trọng cho sự tồn tại của vật chất tối .

ĐỌC TIẾP THEO: Mô phỏng chi tiết nhất về vũ trụ của chúng ta từng kéo dài một tỷ năm ánh sáng đáng kinh ngạc

Những nỗ lực tìm kiếm chúng cho đến nay vẫn cạn kiệt, mặc dù điều này có thể thay đổi nhờ quan hệ đối tác Ligo-Virgo và việc phát hiện sóng hấp dẫn của nó. Việc có thể phát hiện các gợn sóng trong cấu trúc của không thời gian có thể mở đường cho các cuộc điều tra sâu hơn, nhìn ngược thời gian về các vụ sáp nhập lỗ đen có trước các ngôi sao.

Điều gì sẽ xảy ra với tôi nếu tôi rơi vào một lỗ đen?

Nếu bạn không may mắn thấy mình bị hút vào một lỗ đen (sự thất vọng của tôi), một số điều kỳ lạ sẽ xảy ra với bạn, và một số điều kỳ lạ thậm chí sẽ xảy ra với ai đó đang quan sát bạn từ một khoảng cách an toàn.

Điều gì sẽ xảy ra khi một vật thể vi phạm chân trời sự kiện là điều không dễ hiểu, và đó là vì đây là điểm khi hai mô hình vật lý khác nhau - cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng - mâu thuẫn với nhau.

Có một bản viết tuyệt vời về quadrum này - được gọi là Nghịch lý thông tin về lỗ đen - bởi Amanda Gefter choBBC . Ý chính của nó là thế này: đối với một người nào đó theo dõi bạn vi phạm chân trời sự kiện, bạn sẽ bị xóa sổ từ từ bởi sự biến dạng của không gian, sự chậm lại của thời gian và sức nóng của bức xạ Hawkings - thứ gì đó cũng sẽ làm tiêu tan hố đen.

Vậy là bạn đã chết, phải không? Không chính xác. Theo thuyết tương đối rộng, bạn sẽ thực sự đi qua chân trời sự kiện, không nhận thấy tác động của lực hấp dẫn bởi vì bạn sẽ rơi tự do (cái mà Einstein gọi là ý nghĩ hạnh phúc nhất ), ngã nhào về phía điểm kỳ dị.

Nhưng làm thế nào bạn có thể du hành xuyên không gian và bị thiêu rụi cùng một lúc? Điều khó khăn này xảy ra bởi vì vật lý lượng tử nói rằng thông tin không thể bị mất, và do đó cơ thể bạn phải ở bên ngoài đường chân trời. Tuy nhiên, nếu bạn không vượt qua chân trời sự kiện, bạn sẽ vi phạm định luật tương đối rộng. Các nhà khoa học đã mặc nhiên đưa ra một số giải pháp để điều hòa các quy luật mâu thuẫn này của tự nhiên, nhưng nghịch lý là một dấu hỏi vẫn tiếp diễn ở trung tâm của vật lý học.

Khi nói đến lỗ đen, không chỉ ánh sáng không thể thoát ra, mà còn là bộ não của nhiều thế hệ nhà tư tưởng.

tắt chế độ windows 10 s

Tín dụng hình ảnh chính: Wikimedia Commons