Lỗ giun vũ trụ
Lỗ giun (wormhole) là một giả thuyết mà ở đó, con người có thể du hành vũ trụ qua “đường hầm” không gian-thời gian, một “lối tắt” để con người di chuyển nhanh hơn trong hành trình dài khám phá vũ trụ của mình. Khái niệm lỗ giun được đưa ra dựa trên thuyết tương đối rộng của Albert Einstein.
Bạn đang xem: Lỗ giun vũ trụ
Là một loài tò mò, từ lâu con người đã mơ ước đi đến những khoảng không xa xôi của vũ trụ. Vũ trụ bí ẩn với kích thước khổng lồ của nó, các hành tinh lân cận, ngôi sao và các thiên hà đều cách xa trái đất hàng ngàn năm ánh sáng.
Ví dụ, Proxima Centauri, ngôi sao gần Trái Đất nhất cũng cách 4.22 năm ánh sáng. Nếu tàu vũ trụ Voyager di chuyển với tốc độ tối đa để tiếp cận Proxima Centauri, thì nó sẽ cần đến 80.000 năm để đến được đó.
Vậy chúng ta khám phá vũ trụ như thế nào khi đa số chỉ sống không quá 100 tuổi? Đôi khi tốc độ không phải là một lựa chọn. Vậy làm thế nào để vượt qua khoảng cách khổng lồ của vũ trụ?
Trong số nhiều khái niệm mà các nhà nghiên cứu đã đưa ra, một kỹ thuật đặc biệt phổ biến trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng: cầu nối hoặc các đường hầm lý thuyết được gọi là lỗ giun – wormhole.
Nội dung bài viết
Lỗ giun là gì?
Cho đến đầu những năm 1900, thuyết lực hấp dẫn của Newton được đa số các nhà khoa học đồng thuận. Đó là ý tưởng, tất cả các vật thể trong vũ trụ, kể cả bạn và tôi đều có một sức mạnh bẩm sinh bên trong chúng ta thu hút các vật khác.
Đối tượng càng lớn, lực hấp dẫn nội tại càng mạnh. Điều này giải thích lý do tại sao chúng ta “dính” vào Trái đất thay vì bay vào không gian.
Nhưng vào năm 1915, Albert Einstein hoàn toàn tách rời ý tưởng đó. Ông lý luận rằng, lực hấp dẫn thực ra là kết quả của sự biến dạng trong không-thời gian (kết hợp giữa không gian và thời gian). Về cơ bản, sự tồn tại của một vật thể sẽ làm biến dạng không gian và thời gian xung quanh nó để tạo ra một dấu ấn trên vũ trụ.
Lỗ giun (wormhole) lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1916, mặc dù đó không phải là những gì nó được gọi vào thời điểm đó. Trong khi xem xét giải pháp của một nhà vật lý khác đối với phương trình trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, nhà vật lý người Áo Ludwig Flamm nhận ra một giải pháp khác là có thể.
Ông mô tả “lỗ trắng”, một sự đảo ngược lý thuyết của một “lỗ đen”. Lối vào của lỗ đen và trắng có thể được kết nối bằng một ống dẫn thời gian.
Vào năm 1935, Einstein và nhà vật lí Nathan Rosen đã sử dụng thuyết tương đối rộng để giải thích chi tiết về ý tưởng này, và đề xuất sự tồn tại của “cây cầu nối” trong vũ trụ.
Những “cây cầu” này kết nối hai điểm khác nhau trong không gian-thời gian, lý thuyết tạo ra một lối tắt mà con người có thể thông qua nó để đến những nơi xa xôi của vũ trụ mà không cần quan tâm đến tốc độ của phi thuyền. Lối tắt này được gọi là “cây cầu Einstein-Rosen” hoặc các lỗ giun vũ trụ.
Theo Einstein và đồng nghiệp Nathan Rosen, một lỗ giun (wormhole) sẽ được tạo ra nếu sự biến dạng của không gian theo cách như vậy để kết nối hai điểm khác nhau trong không gian-thời gian. Kết quả là một cấu trúc giống như đường hầm có thể thẳng hoặc cong, liên kết hai vùng của vũ trụ cách xa nhau.
Hãy tưởng tượng bạn đang cầm một tờ giấy và đánh dấu 2 điểm A và B cách xa nhau. Bây giờ uốn cong tờ giấy này một nửa nhưng không để cho 2 đầu chạm vào nhau.
Nếu bạn muốn đi từ A sang B trong không gian bình thường (nghĩa là dọc theo tờ giấy), thì quãng đường mà bạn phải đi sẽ xa hơn nếu bạn đi theo đường hầm hoặc lỗ giun kết nối hai điểm trên giấy thông qua khoảng không gian giữa chúng. Lỗ giun có thể kết nối các điểm khác nhau trong một vũ trụ duy nhất hoặc chúng có thể kết nối các vũ trụ khác nhau (thuyết đa vũ trụ).
Các mô hình toán học của Einstein đã tiên đoán rằng, có lỗ giun như thế nằm đâu đó trong vũ trụ, nhưng cho đến nay khoa học vẫn chưa tìm thấy.
Fumio Abe, một nhà thiên văn học tại Đại học Nagoya, đã đề xuất một cách để tìm kiếm các lỗ giun rộng lớn (đủ lớn cho tàu vũ trụ) bằng cách nhìn vào độ sáng của ngôi sao khi nó di chuyển qua lỗ giun.
Một hiệu ứng được gọi là thấu kính hấp dẫn sẽ làm cho độ sáng dao động theo một cách duy nhất, lực hấp dẫn của lỗ giun sẽ ảnh hưởng đến ánh sáng đi qua.
Một số giải pháp của thuyết tương đối rộng cho phép tồn tại các lỗ giun, nơi miệng của lỗ đen. Tuy nhiên, một lỗ đen được hình thành bởi sự sụp đổ của một ngôi sao đang hấp hối, bản thân nó không thể tạo ra một lỗ giun.
Du hành vũ trụ thông qua lỗ giun
Khoa học viễn tưởng đã vẽ rất nhiều câu chuyện du hành vũ trụ thông qua các lỗ giun trên phim ảnh. Nhưng thực tế của chuyến đi đó phức tạp hơn rất nhiều, và không chỉ bởi vì chúng ta vẫn chưa tìm ra nó.
Xem thêm: Hổ Đánh Nhau Với Sư Tử Và Hổ, Những Trận Đấu “Lịch Sử” Giữa Sư Tử Và Hổ
Vấn đề đầu tiên là kích cỡ. Các lỗ giun nguyên thủy được dự đoán sẽ tồn tại ở mức độ cực nhỏ, khoảng 10 -33 cm. Tuy nhiên, khi vũ trụ mở rộng sau vụ nổ Bigbang, có thể một số đã được trải dài đến các kích thước lớn hơn.
Một vấn đề khác gây trở ngại cho việc du hành vũ trụ là sự ổn định của lỗ giun. Cây cầu Einstein-Rosen dự đoán sẽ không có ích cho việc du hành xuyên qua vì chúng sẽ sụp đổ nhanh chóng.
“Bạn sẽ cần một số loại vật chất rất kỳ lạ để ổn định một lỗ giun” Stephen Hawking nói, “và chúng ta cũng không rõ liệu những vật chất đó có tồn tại trong vũ trụ hay không.”
Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy, trong vũ trụ có chứa “vật chất kỳ lạ” có thể giữ lỗ giun mở và không thay đổi trong thời gian dài.
Vật chất ngoại lai, không lẫn lộn với chất tối hoặc phản vật chất, chứa mật độ năng lượng âm và áp lực âm lớn. Vấn đề này chỉ được nhìn thấy trong hành vi của một số trạng thái chân không như là một phần của thuyết trường lượng tử.
Nếu một lỗ giun chứa đầy các vật chất ngoại lai, dù tự nhiên hay nhân tạo, về mặt lý thuyết có thể được sử dụng như là một phương pháp gửi thông tin hoặc con người qua không gian. Thật không may, hành trình của con người qua các lỗ giun có thể là một thách thức lớn của nhân loại.
Mặc dù việc thêm các “vật chất lạ” vào lỗ giun có thể làm cho nó ổn định đến mức mà tàu vũ trụ có thể đi qua nó một cách an toàn nhưng vẫn có khả năng là việc bổ sung các “vật chất bình thường” sẽ đủ để gây bất ổn cho “cây cầu nối” này.
Công nghệ ngày nay không đủ để mở rộng hoặc ổn định các lỗ giun, ngay cả khi chúng có thể được tìm thấy. Tuy nhiên, các nhà khoa học tiếp tục khám phá khái niệm này như là một phương pháp du hành không gian với hy vọng rằng, sự phát triển của công nghệ sẽ đưa chúng ta đến những nơi xa nhất trong vũ trụ.
“Bạn sẽ cần một số công nghệ siêu việt, và ở thời điểm hiện tại, con người sẽ không thể làm điều này bất cứ lúc nào trong tương lai gần.” Stephen Hawking
Lỗ giun không phải lúc nào cũng gần hơn
Theo lý thuyết thì lỗ giun sẽ giúp chúng ta đi từ A sang B bằng con đường ngắn nhất, nhưng thực tế thì không phải lúc nào cũng vậy. Ta có thể lấy quả táo làm ví dụ đường đi của con kiến từ điểm đầu đến điểm cuối quả táo.
Theo lý thuyết thì con kiến sẽ chui qua lỗ giun được đục xuyên qua thân quả táo từ trên xuống thay vì đi nữa vòng tròn trên bề mặt. Nhưng không có lý do cụ thể nào để đảm bảo lỗ giun đó sẽ tạo một lối tắt thẳng từ trên xuống, mà nó có thể xoắn ốc, vòng vèo bên trong thân quả táo. Vì thế, lối vào và lối ra của lỗ giun sẽ gần nhau hơn nếu con kiến di chuyển trên bề mặt.
Du hành thời gian trở về quá khư thông qua lỗ giun
Lỗ giun có thể không chỉ kết nối hai vùng riêng biệt trong vũ trụ, chúng cũng có thể kết nối hai vũ trụ khác nhau. Tương tự như vậy, một số nhà khoa học tin rằng, nếu một miệng của lỗ giun được di chuyển một cách cụ thể, nó sẽ cho phép chúng ta du hành xuyên thời gian để trở về quá khứ.
“Bạn có thể đến tương lai hay về quá khứ nếu sử dụng lỗ giun”, nhà vật lý thiên văn Eric Davis phát biểu trên LiveScience. Nhưng nó sẽ không dễ dàng: “Sẽ có một nỗ lực Herculean để biến lỗ giun thành một cỗ máy thời gian.”
Các nhà lý luận đã tìm ra các giải pháp khác, giải pháp này kết nối các loại hình học trên cả hai miệng của lỗ giun. Một khía cạnh tuyệt vời của lỗ giun là nó được tạo ra bởi sự uốn cong của không gian và thời gian, vì thế, lỗ giun sẽ cho phép chúng ta du hành xuyên thời gian! Nếu chúng ta đi nhanh hơn ánh sáng, nghĩa là chúng ta có thể giao tiếp với quá khứ.
Không cần phải nói, khả năng này là một điều đáng lo ngại, du hành thời gian sẽ cho phép một loạt các tình huống nghịch lý, chẳng hạn như trở lại quá khứ và giết ông nội của bạn trước khi cha của bạn được sinh ra.
Câu hỏi đặt ra là liệu chúng ta có thể xây dựng một lỗ giun và di chuyển nó theo một cách để trở thành một cỗ máy thời gian có thể sử dụng được.
Mặc dù hiện tại dường như không có khả năng tự nhiên để chứng minh sự tồn tại của các lỗ giun vĩ mô nhưng vẫn còn đó những lập luận cho phép các nhà vật lý lý thuyết tiếp tục nghiên cứu khía cạnh kỳ quặc và hấp dẫn của không gian-thời gian.
Kết luận
Cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa xác định được sự tồn tại của lỗ giun trong vũ trụ. Tuy nhiên, theo nhà vật lý thiên văn Stephen Hawking, hố đen có thể tồn tại trong bọt lượng tử, môi trường nhỏ nhất trong vũ trụ.
Ở đây, các đường hầm nhỏ thường xuyên nhấp nháy trong và ngoài sự tồn tại, trong giây lát liên kết các địa điểm và thời gian riêng biệt như trò chơi “Chutes and Ladders” luôn thay đổi.
Lỗ giun là một giả thuyết tuyệt vời, chủ đề này thu hút không chỉ với các nhà khoa học mà còn với những người bình thường như chúng ta. Nó sẽ giải đáp rất nhiều bí ẩn của vũ trụ, sự sống ngoài trái đất, người ngoài hành tinh hay thế giới khác mà những người tốt sau khi chết sẽ được tái sinh ở đó.
Nhưng có lẽ, chúng ta phải đợi một thời gian rất lâu nữa thì công nghệ mới phát triển kịp để giải đáp mọi thắc mắc của con người ở thời điểm hiện tại.
