Hố Đen

=== Hố Đen === (P1)

Được rồi, như các bạn đã biết, gần đây trong group của chúng ta đã có một cuộc tranh cãi liên quan đến kích thước của một vật thể thiên văn có tên là “hố đen”. Vì vậy, xin phép admin duyệt cái bài viết này hộ mình, mình đăng lên đây để giải quyết thắc mắc và vấn đề về hố đen.

1. Hố Đen Là Gì?

Khi nhắc đến hố đen, ta thường nghĩ đến một cái hố đen ngòm và hút mọi thứ, nhưng đó không phải là cách hiểu đúng nhất về hố đen. Hố đen là một vùng không – thời gian mà lực hấp dẫn mạnh tới nỗi không có vật thể, bức xạ hay kể cả ánh sáng cũng không thể thoát ra khi bị hút vào(trừ khi bạn nhanh hơn ánh sáng, điều này là không thể theo thuyết tương đối)

2. Hố đen hình thành thế nào?

Hố đen hình thành từ các ngôi sao, là một kết quả của quá trình tiến hóa sao. Hố đen hình thành khi một ngôi sao với khối lượng lớn hơn mặt trời của chúng ta gấp khoảng 10-20 lần khối lượng mặt trời(hoặc hơn) sụp đổ trong một siêu tân tinh.

3. Các loại hố đen

Cho tới nay, ta đã biết có 3 loại hố đen: hố đen sao, hố đen trung bình và hố đen siêu khối lượng.
Về hố đen sao, đây là lọai hố đen nhỏ nhất trong 3 loại hố đen nói trên, hố đen này hình thành từ sự sụp đổ của các ngôi sao siêu lớn. Một hố đen sao sẽ có khối lượng từ khoảng 3 lần khối lượng mặt trời trở lên. Bằng các bắt các vật thể trôi nổi ngoài không gian, “ăn” ngôi sao còn lại trong một hệ sao đôi hay hợp nhất với các hố đen khác, chúng trở nên lớn hơn.
Tiếp, hố đen trung bình, chúng có khối lượng từ khoảng hàng vạn đến hàng trăm nghìn lần khối lượng mặt trời. Là cầu nối giữa hố đen sao và hố đen siêu khối lượng, hiện nay, chúng mới được phát hiện nhưng chưa được nghiên cứu kĩ lắm, mình sẽ để lại link một bài báo về hố đen trung bình ở cuối bài viết.
Cuối cùng, hố đen siêu khối lượng. Nghe tên thôi chứa bạn cũng phần nào tưởng tượng được chúng khủng bố thế nào rồi chứ? Các hố đen siêu khối lượng này có khối lượng trong khoảng hàng triệu, hàng tỉ, thậm chí chục tỉ lần khối lượng mặt trời. chúng được tìm thấy ở trung tâm của mỗi thiên hà, thiên hà của ta có hố đen Sagittarius A* với khối lượng khoảng 4 triệu lần so với mặt trời chúng ta, con số ày là khá nhỏ so với một số con quái vật ngoài kia.

4. Chân trời sự kiện

Chân trời sự kiện: Khi ta nhìn vào cái khoảng trống đen ngòm trong hố đen, ta đang nhìn vào cái gì? Có thể nói ta đang nhìn vào chân trời sự kiện. Đây là phần ngoài của hố đen, là ranh giới tử thần một đi không trở về, khi đã đi quá ranh giới này thì chúng ta xác định là sẽ bị xé rách, cách hạt cơ bản của chúng ta sẽ tách ra và trở thành một phần của hố đen. Khái niệm này có phần giống Bán kính Schwarzschild. Bán kính Schwarzschild là là một khái niệm về mật độ của lỗ đen, mỗi vật có một Bán kính Schwarzschild riêng. Khi vật đó được nén lại sao cho bán kính thật của vật đó nhỏ hơn với Bán kính Schwarzschild của nó thì theo lí thuyết, một lỗ đen mới sẽ được hình thành. nếu ta lấy BKS của trái đất, thì nó sẽ chẳng lớn hơn một đồng xu, nên nếu bạn nói là cái hố đen nó lớn bằng một Dải Ngân Hà thì nó có nghĩa là cái hố đen đấy nó phải có khối lượng bằng hàng tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ lần mặt trời.
Dưới đây là hình minh họa, nếu lấy hố đen to lớn nhất ta từng phát hiện thì nó sẽ to như thế này

=== HỐ ĐEN ===(P2)

Vâng và lại là mình đây, hôm nay ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về hố đen và tiếp tục những kiến thức từ trong phần 1 của mình, nếu bạn chưa đọc phần 1 thì bạn có thể xem link bài viết ở phần cuối cái post này. Và chúng ta tiếp tục nào!

5. Điểm kỳ dị (Dị điểm)

Thì trong phần 4, mình đã nói là Chân Trời Sự Kiện(Event Horizon) là phần ngoài của hố đen, thì bây giờ ta sẽ tìm hiểu về phần trong, là Dị Điểm(Singularity).
Khi nói đến định nghĩa của dị điểm, ta có thể định nghĩa nó là một điểm một chiều chứa một khối lượng lớn bị nén lại trong không gian nhỏ vô tận, chứa toàn bộ trọng lượng của hố đen. Tại đây, lực hấp dẫn và độ đậm đặc khổng lồ của chúng làm không – thời gian bị bẻ cong tới mức vô tận, khiến cho toàn bộ những quy luật vật lí ta biết hiện nay trở nên hoàn toàn vô nghĩa. Sự xuất hiện của dị điểm trong hố đen là minh chứng cho thấy thuyết tương đối rộng đã bị phá hỏng, vì vậy, chúng ta cần một thuyết cao hơn, đó là thuyết hấp dẫn lượng tử (bằng cách kết hợp các định luật vật lí lượng tử với thuyết tương đối, ta sẽ có thuyết hấp dẫn lượng tử, nhưng hiện nay, các nhà vật lí vẫn đang nghiên cứu cách kết hợp). (Pic 1 là hinh minh họa cho dị điểm)

6. Bức xạ Hawking Và Nghịch lý thông tin của hố đen

Trước khi nói về vấn đề này thì mình xin nói thêm một chút về hố trắng, chúng là một bản sao hoàn toàn đối lập với hố đen, thay vì hút mọt thứ vào và không gì thoát ra được khỏi trường trọng lực của chúng, chúng đẩy mọi thứ ra ngoài và không gì có thể vào bên trong chúng. Nó cũng có nghĩa là Big Bang thực chất là một cái hố trắng.
+ Theo cơ học lượng tử, thông tin không thể bị phá hủy, thông tin được bảo toàn như năng lượng. Không có khái niệm “thông tin”, mọt thứ trong vũ trụ này sẽ giống nhau y xì như đúc. Mọi thông tin rơi vào trong hố đen sẽ đều trở thành một phần của cái hố đen đó và bổ sung thêm bào khối lượng của nó. Nếu hố đen không được bổ sung thêm khối lượng thì sẽ có một quá trình xảy ra, gọi là Bức xạ Hawking. Ở trong chân không, luôn có các cặp hạt – phản hạt liên tục được tạo ra và phá hủy lẫn nhau trong nháy mắt, khi điều này xảy ra ở rìa hố đen, hạt mang năng lượng dương sẽ là hạt thực còn hạt kia mang năng lượng âm sẽ là hạt ảo. Vật mang năng lượng dương khi đặt gần một vật nặng sẽ có năng lượng nhỏ hơn khi ở xa vì nó phải mất năng lượng để chống lại hấp dẫn nên khi ở trong lỗ đen thì một hạt thực sẽ mang năng lượng âm vì hấp dẫn quá lớn của hố đen. Do đó hạt ảo khi rơi vào lỗ đen cũng có thể thành hạt thực và bay ra ngoài, tạo thành bức xạ Hawking, quá trình này khiến cho hố đen mất dần khối lượng của chúng qua thời gian. Nhưng quá trình này chậm đến mức không tưởng, nếu lấy một hố đen với 1 khối lượng mặt trời, chúng sẽ mất khoảng 10^66(1 nghìn tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ) năm để chúng mất đi khoảng 1×10^-8%(0,0000001%) khối lượng của chúng. Khi chúng chỉ còn một phần nhỏ khối lượng, chúng sẽ bốc hơi đi mất, để lại một phần nhỏ bức xạ và biến mất trong vụ nổ to như một siêu tân tinh.
+. Nhưng vấn đề xuất phát ở đây, bức xạ Hawking còn có thể nguy hiểm hơn cả chính hố đen, chúng có thể khiến thông biến mất. Đây là nghịch lý thông tin của hố đen. Khi thông tin đi vào trong hố đen, chúng bị giữ lại trong đó, nhưng do bức xạ Hawking, chúng có thể bị biến mất và chỉ còn xót lại một chút bức xạ. Điều này hoàn toàn ngược lại với hiểu biết của ta về thông tin, đây là một vấn đề quan trọng, nếu hiểu biết về vật lí lượng tử là sai, ta sẽ phải chỉnh sửa hoặc xóa đi toàn bộ kiến thức vật lí hiện tại và nghiên cứ các định luật vật lí mới. Nhưng hiện nay, ta có 3 lời giải cho nghịch lý này:
-Thông tin bị phá hủy: Đây là trường hợp tệ nhất có thể xảy ra, mình vừa nhắc ở trên thì chắc bạn cũng tưởng tượng được rồi chứ?
-Thông tin vẫn ổn, nhưng nó bị chuyển đến một vũ trụ con khác: Nếu đã có bạn nào đọc bài viết về du hành thời gian của mình thì các bạn chắc cung hiểu chứ? Nếu không thì mình sẽ giải thích lại. Nếu bạn du hành trong không(thời) gian bằng hố đen, sẽ có 3 trường hợp xảy ra: bạn di chuyển đến một địa điểm nào đó trong cùng một vũ trụ, bạn di chuyển đến một thời điểm nào đó trong cùng một vũ trụ, bạn đi đến một vũ trụ song song khác. Có thể phần nào đó trong hố trắng tạo ra một vũ trụ con khác, với toàn bộ thông tin mà hố đen của nó đã từng hút vào sẽ được thóat ra ở đây. Vì vậy, thông tin vẫn ổn, chỉ là ta không tiếp cận được với chúng.
-Thông tin vẫn ổn chúng không mất cũng không đi đâu cả: Có thể khi nói đến nghịch lý này, ta chỉ nhìn vào mặt tối của vấn đề, ta chưa nghĩ đến việc thông tin sẽ bị làm sao, ta chỉ biết thông tin sẽ bị hố đen hút vào. Mỗi khi có một lượng thông tin bị hút vào, hố đen sẽ nở một lượng tương ứng thông tin bị hút vào. Tức là càng nhiều thông tin thì hố đen càng lớn, chúng làm được cách này là nhờ chúng có thể lưu trữ thông tin dưới dạng pixel vô cùng nhỏ, chúng mã hóa thông tin trên bề mặt của chúng.Đây gọi là nguyên tắc hình ba chiều, nếu nguyên tắc này đúng thì mọi hiểu biết của chúng ta về vũ trụ là sai. Nếu thông tin được mã hóa và lưu trữ ở chân trời sự kiện, có lẽ bức xạ Hawking đã sao chép lại thông tin và mang chúng đi dưới dạng bức xạ, nó giống kiểu Ctrl + C Ctrl + V. Vì vậy, thông tin không biến mất đi, các định luật vật lí vẫn đúng và nghịch lý đã được giải quyết, nhưng chúng ta sẽ phải thay đổi nhận thức về “thực tại”. Nếu vật chất 3D được mã hóa trên một mặt phẳng 2D thì ta gọi chúng là “hình chiếu”. Nếu những người sống trong hố đen vẫn trải nghiệm cuộc sông 3D bình thường của họ, thì những người bên ngoài sẽ chỉ thấy họ là một hình chiếu 2D, nếu sự tương quan này là đúng với hố đen, thì có lẽ cũng đúng với tòan bộ vũ trụ, nên ta sẽ phải chỉnh sửa lại tòan bộ nhận thức về thực tại.
Có lẽ mình nên kết thúc ở đây chứ mình thấy bài này nó dai quá, hẹn gặp các bạn trong bài viết tiếp theo.
NOTE: Nếu bài viết có sai, hãy giúp mình chỉnh sửa, hãy đóng góp ý kiến hay câu hỏi của bạn để gây dựng bài viết. Đây là một cộng đồng có tri thức và văn hóa, nên đừng có tí tí ra là chửi thế này thế nọ

Tác giả : Chu Thành Đạt