Nghiên cứu mới mô tả cách phát hiện hố giun - những cánh cổng cho phép ta du hành tới những vùng không gian khác

Thuyết tương đối rộng của Einstein đã thay đổi cách cả thế giới đánh giá những khái niệm cơ bản của vật lý, từ không gian, thời gian cho tới tương tác của các vật thể khổng lồ lơ lửng trong Vũ trụ. Thế nhưng, cũng như đại đa số những khám phá vĩ đại khác, nó mở ra thêm nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời.

Một trong số những thắc mắc vương vấn bao năm nay là hố giun - wormhole, thứ được cho là cầu nối giữa các điểm trong không thời gian và trên lý thuyết, nó có thể là đường tắt cho phép các nhà du hành nhanh chóng di chuyển những chặng đường xa hàng năm ánh sáng.

Không giống như hố đen, hố giun vẫn chỉ tồn tại trong tưởng tượng. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu cho rằng ta sẽ sớm có bằng chứng cho thấy hố giun tồn tại. Những những tháng vừa rồi, một loạt những báo cáo khoa học mới được xuất bản đã tăng khả năng hố giun tồn tại ngoài thực tế.

Hố đen và hố giun là những đáp án đặc biệt sinh ra từ công thức của Einstein, xuất hiện khi cấu trúc không thời gian bị lực hấp dẫn uốn cong.

Ví dụ, khi vật chất đặc quánh, tấm nền không thời gian sẽ bị uốn cong xuống tới mức nhanh như hạt photon cũng không bay thoát được. Thứ này được gọi là hố đen.

Học thuyết của Einstein cho thấy tấm nền không thời gian có thể bị kéo giãn, bẻ cong hay tồn tại theo bất cứ hình dạng nào. Năm 1935, Einstein và nhà vật lý học Nathan Rosen mô tả cách thức hai tấm nền không thời gian có thể liên kết với nhau vào nhau, tạo ra một cầu nối giữa hai thế giới. Đây là một dạng hố giun và từ thời điểm thuật ngữ này xuất hiện, đã thêm nhiều dạng hố giun nữa được các nhà khoa học mường tượng ra.

Một số hố giun cho phép vật chất di chuyển giữa chúng, tức là chúng ta có thể du hành không gian bằng những lối tắt này. Để con đường không gian được rộng rãi và quang đãng, chúng phải có kích cỡ lớn và mang một lượng “năng lượng âm” khổng lồ để giữ cho lỗ hổng trên tấm nền không thời gian rộng mở. Nó phải đủ sức chống lại thế lực tự nhiên có tên lực hấp dẫn.

Chúng ta đã biết năng lượng âm tồn tại, thậm chí ta còn tạo ra được chúng trong phòng thí nghiệm. Ta cũng biết rằng nhờ tác động của thứ năng lượng âm này, Vũ trụ mới tiếp tục giãn nở về mọi hướng. Dựa trên những dữ kiện này, ta có thể tin vào việc tự nhiên tìm ra cách kiến tạo hố giun.

Thế nhìn hố giun như thế nào?

Làm thế nào để chứng minh hố giun tồn tại? Trong một báo cáo khoa học mới được xuất bản, các nhà thiên văn học Nga nhận định chúng có thể tồn tại ở trung tâm của một số thiên hà rực sáng, họ còn đưa ra một số phương pháp quan sát hố giun đầy tiềm năng.

Sử dụng toán học, họ phát hiện ra rằng khi vật chất thoát ra va chạm với những vật chất bị hút vào hố giun, chúng có thể tạo ra một loạt những tia gamma. Ta hoàn toàn có thể phát hiện ra những tia gamma này bằng kính viễn vọng vô tuyến.

Bức xạ này còn có thể là dấu hiệu nhận biết hố giun và hố đen; trước đây, khoa học chỉ nhìn vẻ ngoài của các thiên thể này mà đưa nhận định. Hố đen sản sinh ra ít tia gamma hơn và bắn thành một tia dài, trong khi đó các bức xạ sinh ra từ hố giun sẽ tạo ra một hình cầu.

Dù vậy, loại hố giun được nhắc tới trong nghiên cứu này - hố giun tồn tại ở trung tâm một thiên hà - dù nối được hai điểm không gian, nhưng nhiệt độ cao của khu vực này sẽ khiến chuyến đi không mấy dễ chịu, thậm chí là bất khả thi. Nhiệt độ cao của khu vực trung tâm thiên hà sẽ đốt cháy những thứ vật liệu “tầm thường” dùng trong chế tạo tàu du hành.

Tuy nhiên, ta vẫn còn thể đặt hy vọng vào những hố giun nằm cách xa điểm nóng này.

Không giống hố đen, hố giun có thể rò rỉ lực hấp dẫn sinh ra từ những thiên thể nằm ở “đầu đường” bên kia. Tác động kỳ lạ này có thể làm thay đổi đường đi của các ngôi sao lơ lửng tại trung tâm thiên hà. Theo nghiên cứu mới, khi thiết bị quan sát của chúng ta đủ nhạy bén, ta sẽ đo đạc được những hiệu ứng đặc biệt này.

Cũng mới đây thôi, một nhóm nghiên cứu khác công bố phát hiện mới: có những vòng tròn sóng vô tuyến kỳ lạ tồn tại trong không gian. Những đường tròn này lớn vô cùng mà lại chẳng có mối liên hệ với thiên thể nào cả. Ở thời điểm hiện tại, khoa học chưa giải thích được chúng nên ta hoàn toàn có thể “đổ tại” hố giun.

Hố giun > Hố đen

Chúng ta thích hố giun hơn hố đen: bởi một thứ cho ta khả năng du hành tới những miền đất mới mà thỏa cái đam mê khám phá trong mình, còn một thứ chỉ dẫn tới tang thương và chết chóc. Thậm chí, cuốn sách cuối cùng của Stephen Hawking còn nêu lên giả định rằng hố giun là con đường đưa chúng ta du hành ngược về quá khứ.

Khái niệm hố giun còn xuất hiện trong cả vật lý lượng tử, vốn để mô tả cách các hạt tí hon tương tác với nhau. Theo cơ học lượng tử, hạt có thể xuất hiện trong không gian rồi ngay lập tức biến mất; thậm chí ta đã có cả thử nghiệm chứng minh sự tồn tại của sự kiện kỳ lạ này. Và nếu hạt có thể tự nhiên hình thành, tại sao hố giun lại không thể làm vậy?

Các nhà vật lý học tin rằng hố giun có thể hình thành trong thời kỳ Vũ trụ còn non trẻ, từ những cụm hạt lượng tử xuất hiện và biến mất liên tục. Có thể những hố giun “cổ đại” này vẫn còn tồn tại đâu đó trong không gian bao la.

Những thí nghiệm gần đây về “dịch chuyển tức thời lượng tử” - là cách truyền thông tin lượng tử từ điểm này tới điểm khác - hoạt động tương tự với cách hai hố đen liên kết với nhau bởi một hố giun. Dường như những thí nghiệm này giải thích được “ nghịch lý thông tin hố đen ”, vốn cho rằng thông tin vật lý có thể biến mất vĩnh viễn bên trong hố đen.

Với việc hố giun có liên hệ tới cả lực hấp dẫn lẫn vật lý lượng tử, chúng không chỉ mang tiềm năng cho phép ta du hành liên sao, mà còn có thể trở thành cầu nối giữa hai khái niệm vật lý dù đúng nhưng chẳng ăn khớp với nhau. Chúng ta có thể chưa tìm thấy hố giun, nhưng khi ngày đó đến, ắt chúng sẽ đẹp lắm.

Tham khảo The Conversation