Cuộc chiến về Lỗ đen (Black hole)

Trên Tạp chí La Recherche số tháng 2.2009 có đăng bài báo của hai tác giả Paul Davies và Leonard Susskind xung quanh vấn đề: Thông tin về lỗ đen và vật chất bị nó hút vào có biến mất vĩnh viễn hay không khi lỗ đen bốc hơi?
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cuộc chiến về Lỗ đen (Black hole) Cuộc chiến về Lỗ đen (Black hole) Trên Tạp chí La Recherche số tháng 2.2009 có đăng bài báo của hai tácgiả Paul Davies và Leonard Susskind xung quanh vấn đề: Thông tin về lỗ đenvà vật chất bị nó hút vào có biến mất vĩnh viễn hay không khi lỗ đen bốc hơi?Câu hỏi này không chỉ liên quan đến lỗ đen mà còn đến bài toán số một củavật lý là thống nhất lượng tử với hấp dẫn. Vấn đề thông tin quanh lỗ đen đãphân chia các nhà vật lý thành hai nhóm trong vòng hơn 20 năm: Nhóm thứnhất với Stephen Hawking cho rằng, thông tin nói trên sẽ bị mất vĩnh viễn;nhóm thứ hai với Leonard Susskind thì suy nghĩ ngược lại. Vậy ai đúng ai sai?Tạp chí Hoạt động Khoa học xin giới thiệu cùng độc giả bài báo lý thú này đểbiết quan điểm nào đúng và mối liên quan của vấn đề thông tin này với bàitoán số một của vật lý. Lỗ đen là gì? Các ngôi sao với khối lượng lớn hơn hai lần khối lượng của mặt trời, sau khi đã tiêu hao hết năng lượng hạt nhân của mình sẽ bắt đầu co lại dưới lực hấp dẫn lớn. Quá trình co xảy ra tương đối nhanh, dẫn đến hình thành một lỗ đen. Đó là một vật thể có mật độ vật chất cao, bán kính bằng bán kính hấp dẫnRg (bán kính hấp dẫn của mặt trời bằng 3 km). Một người quan sát từ bên ngoàikhông thể nhận được thông tin về sự tồn tại của lỗ đen, vì ở đấy trường hấp dẫnquá lớn nên ánh sáng và vật chất (do đó mọi tín hiệu) đều không thoát ra được. Lúc đầu người ta cho rằng, phát hiện một vật thể “chết” như thế là một điềuvô vọng, nhưng sau này, người ta thấy rằng, lỗ đen được bao quanh bởi môitrường khí vũ trụ nên nó hút môi trường này như một máy hút bụi khổng lồ, vậtchất bị hút sẽ nóng lên và trở thành nguồn bức xạ tia X rất mạnh, đặc thù cho lỗđen. Bên ngoài lỗ đen có một ranh giới gọi là chân trời sự cố chia không - thờigian thành hai miền: Miền ngoài, tín hiệu có thể đi ra vô cực và miền trong tín hiệukhông thoát ra vô cực được. Trên đường chân trời sự cố, nón ánh sáng chúcnghiêng vào phía trong lỗ đen nên ánh sáng không thoát ra ngoài được (hình 1).Sau chân trời sự cố là lỗ đen. Một người quan sát từ bên ngoài không thể biết gì vềnhững điều xảy ra sau chân trời sự cố. Chân trời sự cố giống như một màng mànăng lượng và thông tin có thể đi vào song không thể thoát ra được. Bức xạ Hawking Năm 1975, Stephen Hawking, nhà toán học vàvật lý lý thuyết thuộc Đại học Cambridge, tác giảcuốn“ Lược sử thời gian”2 đã chứng minh rằng, lỗđen không hoàn toàn là đen: Vì hiệu ứng lượng tửsinh cặp, một hạt có thể rơi vào lỗ đen còn hạt kiavượt được hàng rào thế và thoát ra ngoài vô cựcvà lỗ đen sẽ bức xạ nhiệt, quá trình này dẫn đến lỗđen sẽ bốc hơi theo thời gian. Đó là bức xạ Hawkingnổi tiếng. Kết quả lý thuyết xuất sắc này đã đưaStephen Hawking lên hàng những nhà vật lý lýthuyết lỗi lạc nhất của thời đại. Song đi đôi với kết quả này là một câu hỏi hóc búađược đặt ra: Liệu thông tin về lỗ đen và vật chất bị lỗ đen hút vào có biến mấttrong vũ trụ khi lỗ đen bốc hơi? Câu hỏi này được gọi là nghịch lý thông tin trong lỗđen. Quan điểm của Hawking về vấn đề thông tin liên quan đến lỗ đen trướcnăm 2004 Thông tin về các đặc trưng (loại hạt, vị trí, phương thức chuyển động...) củalỗ đen và vật chất rơi vào lỗ đen theo Hawking sẽ bị điểm kỳ dị của lỗ đen nuốt mấtvà khi lỗ đen bốc hơi thì điểm kỳ dị cũng mất luôn cùng với các thông tin chứatrong đó. Stephen Hawking cho rằng, lỗ đen là một thực thể vi phạm nguyên lý bảotoàn thông tin trong lý thuyết lượng tử (và trong vật lý nói chung), một thực thể xénuốt thông tin. Năm 1997, John Preskin (Viện Công nghệ California) đánh cược với Hawkingrằng, thông tin không thể biến mất được trong quá trình bốc hơi của lỗ đen, tráivới điều Hawking suy nghĩ. Quan điểm của Leonard Susskind Nhiều nhà vật lý không đồng tình với quan điểm của Hawking. Leonard Susskind (Đại học Utrecht), một trong những cha đẻ của lý thuyết dây đã xuất bản tại Mỹ cuốn sách mang tên “Cuộc chiến về lỗ đen” (The Black Hole War) mô tả cuộc tranh luận nảy sinh từ năm 1976 giữa nhóm của ông và nhóm của Hawking xung quanh vấn đề thông tin liên quan đến lỗ đen. Theo thuyết lượng tử (và cổ điển) thì thông tin không thể mất được. Ví dụ,khi hai hạt tương tác với nhau chúng ta sẽ có những hạt thứ cấp nào đó, song khiđo các đặc trưng của các hạt thứ cấp này bao giờ chúng ta cũng có thể khôi phục lạiđược các thông tin về hai hạt ban đầu. Như vậy, thông tin không biến mất. Đó làmột định luật cơ bản quan trọng của thuyết lượng tử và nói chung của vật lý học. Thông tin có ...