Đúng 100 năm trước, Albert Einstein tìm được mối liên hệ kỳ diệu giữa khối lượng và năng lượng thông qua công thức nổi tiếng e = mc^2. Các ngôi sao trên bầu trời đang chuyển hóa khối lượng của nó thành năng lượng và bức xạ ánh sáng ra ngoài không gian.

Mặt Trời của chúng ta, nặng 2.(10^30) kg – hai ngàn tỉ tỉ tỉ kg, đang chuyển hóa dần H thành He. Cứ mỗi giây, Mặt Trời mất 5 tỉ kg từ phản ứng hợp nhân đó và theo công thức e = mc^2, khối lượng bị bức xạ thành ánh sáng.

Mặt Trời ngày càng nhẹ đi, lực hấp dẫn có khuynh hướng kéo vật chất lại gần bị suy yếu nên Mặt Trời sẽ nở to ra. Ước tính 6 tỉ năm nữa, Mặt Trời sẽ to đến mức độ nuốt trọn cả Trái Đất. Khi đó, lớp vỏ ngoài còn là tro bụi, vỡ tan ra, toàn bộ H chuyển hóa hoàn toàn thành He. Mặt Trời chỉ còn trơ ra lõi cực nóng, kích thước tương tự Mặt Trăng hiện nay, tiếp tục chuyển He thành C. Khi đó, 10 tỉ năm nữa, người ta gọi nó là sao “lùn trắng” chỉ là một khối Cacbon rất nóng. Nó sẽ nguội dần đi để cuối cùng thành “lùn đen” bay lang thang trong vũ trụ. Đó là cái chết của Mặt Trời.

Ngay khi chưa đến 20 tuổi, Chandrasekhar, một sinh viên người Ấn Độ, đã phát hiện ra con số kỳ diệu 1,4. Theo đó, các ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,4 khối lượng Mặt Trời sẽ có cái chết cuối cùng thành “lùn đen”. Nếu khối lượng sao lớn hơn, lực hấp dẫn không suy giảm nhiều lắm nên, khi đến gần cái chết, sao sẽ nhỏ lại.

Tuy nhiên, một cái chết ghê gớm cho một ngôi sao có khối lượng lớn hơn 10 lần Mặt Trời. Sao sẽ nhỏ lại đến một mức độ nào đó thì mật độ khối lượng sẽ rất lớn và nó biến thành lỗ đen.

“Lực” là một phát kiến vĩ đại của Isaac Newton. Nó giải thích được sự chuyển động của thiên thể, sự quay với quỹ đạo ellips của các hành tinh quanh Mặt Trời. Tuy nhiên, đầu thế kỷ XX, Einstein lại bảo là chính khối lượng Mặt Trời mới là yếu tố quyết định quỹ đạo bay của các hành tinh. Chỉ bằng vài phép tính đơn giản của định luật vạn vật hấp dẫn, bất kỳ sinh viên nào cũng có thể chứng minh được rằng: đem Mộc Tinh vào vị trí của Trái Đất thì nó cũng quay quanh Mặt Trời 365 ngày, mặc dù lực hấp dẫn Mặt Trời – Mộc Tinh lớn hơn rất nhiều so với Mặt Trời – Trái Đất.

Tầm quan trọng của trường hấp dẫn, do khối lượng các ngôi sao, tạo nên thành công cho Thuyết Tương Đối rộng: trường hấp dẫn tạo nên không gian cong. Ngay cả ánh sáng cũng bị bẻ cong đường bay ngang qua ngôi sao.

Lỗ đen là nơi trường hấp dẫn vô cùng lớn nên không gian cực kỳ cong khiến cho photon không thể thoát ra được nó. Con photon nghĩ rằng nó được bay “thẳng” ra khỏi lỗ đen nhưng lại bay một vòng về nơi cũ (do không gian cong). Con photon không thể hiểu được cái "đường bay thẳng" kỳ lạ này. Chung quanh bất kỳ một lỗ đen nào cũng tồn tại một mặt cầu, được gọi là “chân trời sự kiện”. Bên trong “chân trời sự kiện” vật chất không thể thoát ra ngoài, ngay cả ánh sáng.

Không gian cực kỳ cong quanh lỗ đen dẫn đến thời gian trôi chậm vô hạn trong lỗ đen. Nếu bạn ở trong một lỗ đen nào đó thì trong vòng duy nhất một ngày thôi, bạn có thể quan sát được toàn bộ diễn tiến lịch sử 13,7 tỉ năm của vũ trụ từ Big Bang tới ngày hôm nay.

Giả sử có một chiếc phi thuyền đang bay về hướng lỗ đen và cứ mỗi giây, phi hành gia phát ra một tín hiệu về Trái Đất.

Phi hành gia luôn cảm thấy sau một giây một tín hiệu được phát ra. Nếu anh ta nhìn ra bầu trời thì các ngôi sao bỗng càng gần nhau hơn trước vì không gian bị uốn cong đi. Ánh sáng nhận được từ các ngôi sao trông sáng hơn và có bước sóng càng lúc ngắn hơn khi tiến gần về phía lỗ đen. Các ngôi sao trước đây phát ra ánh sáng màu vàng đỏ, giờ bỗng trở thành màu lục, lam rồi đến tím. Càng gần đến lỗ đen thì anh ta càng phải chống chọi với các tia sóng ngắn như tia X, gamma từ mọi nơi bay về. Nếu chân phi hành gia hướng về lỗ đen thì đến một lúc nào đó vùng gần chân bị kéo dài ra hơn so với phần đầu do lực hấp dẫn mạnh hơn về phía chân. Dần dần, anh ta kéo giãn ra rất dài rồi bị xé nát ra. Đến khi lọt vào “chân trời sự kiện” thì anh ta bị xé nát hoàn toàn, không còn gì và không biết như thế nào.

Người trên Trái Đất nhận tín hiệu từ con tàu phát về ngày càng lâu hơn. Lúc đầu giữa hai tín hiệu là 1 giây, sau đó tăng lên 2 giây,… Tần số liên lạc của tín hiệu ngày càng giảm xuống hay bước sóng liên lạc càng lúc càng dài hơn. Người trên Trái Đất phải thay đổi máy thu. Đến khi, khoảng cách giữa hai tín hiệu tăng lên vô cùng hay tần số tín hiệu liên lạc xuống còn 0 Hz thì chiếc phi thuyền đã lọt vào trong “chân trời sự kiện”. Vô phương cứu chữa.

Thông tin duy nhất mà con người có thể nhận được từ vũ trụ chính là ánh sáng. Thế nhưng, lỗ đen không cho phép photon bay ra ngoài nên người ta không thể hiểu nhiều bên trong lỗ đen là như thế nào. Thế nên, vô số giả thuyết viễn tưởng được dựng lên cho lỗ đen.

Trước năm 1970, người ta nghĩ rằng lỗ đen, giống như con quái vật vũ trụ, ngày càng “đen” hơn do ăn thịt các ngôi sao đáng thương khi bay gần nó. Điều này dẫn đến sự “sụp đổ” thời gian và không gian trong lỗ đen. Tức là, không tồn tại không gian trong lỗ đen và thời gian không phải là trôi qua rất chậm mà là thời gian không trôi nữa, thời gian dừng lại, hay không tồn tại thời gian trong lỗ đen.

Tuy nhiên, lỗ đen của Stephen Hawking thì lại khác: “Nếu bạn rơi vào lỗ đen, đừng bỏ cuộc! Luôn có lối thoát”. Lỗ đen không phải là nhà tù vĩnh viễn của vật chất. Lỗ đen theo Hawking là “không đen lắm” vì nó sẽ bức xạ năng lượng ra ngoài cũng tương tự như vật đen tuyệt đối. Vật đen tuyệt đối giống như một cái áo màu đen, hấp thu toàn bộ năng lượng tới nên sau đó bức xạ nhiệt rất mạnh (chính vì vậy mà trời lạnh, người ta nên mặc áo màu đen). Nếu lỗ đen bức xạ năng lượng ra nhiều thì đến lúc nào đó nó bị “bốc hơi”. Lỗ đen biến mất và vật chất thoát ra từ lỗ đen có thể chuyển thành một dạng tồn tại mới. Cũng có thể là một vũ trụ mới được hình thành, một vũ trụ song song, và cũng có thể là một không gian mới được xuất hiện. Thế nên, đừng tuyệt vọng khi đã bước vào lỗ đen.

Một trong những vấn đề nóng bỏng nhất của lý thuyết lỗ đen hiện nay là: Vật chất đang tồn tại bị rơi vào lỗ đen, theo Hawking thì đến lúc nào đó lỗ đen bị bốc hơi và hình thành lại vật chất. Vậy thì thông tin ban đầu của vật chất có bị lỗ đen phá hủy hay không? Thông tin có được phục hồi không?

Giả sử có một con electron nào đó thoát ra khỏi lỗ đen bằng bức xạ, nó có còn là electron y như khi trước khi vào lỗ đen không, thông tin của nó có được phục hồi không? Rồi nếu có một ai đó bị lọt vào lỗ đen, liệu có được "tái sinh" nguyên vẹn vào cảnh giới làm "người" không, sau khi được thoát thai? Nếu được như vậy thì Thiên Đường chính là lỗ đen, không cần tìm kiếm đâu xa.

Nói tóm lại, lỗ đen của Stephen Hawking là một lỗ đen thân thiện với con người. Lỗ đen chính nơi cứu rỗi của loài người.

Ảnh: Lỗ đen ăn thịt một ngôi sao và chung quanh lỗ đen rất sáng do sự va chạm vật chất khi bay vào lỗ đen

https://vi.wikipedia.org/wiki/L%E1%BB%97_%C4%91en