Mặc cho nhiều nỗ lực từ giới vật lý lý thuyết, điểm kỳ dị trong hố đen – nơi được cho là phá vỡ mọi định luật vật lý – vẫn chưa thể được loại bỏ một cách thuyết phục.
Khái niệm điểm kỳ dị (singularity) ra đời từ những phương trình trường của thuyết tương đối rộng do Albert Einstein công bố năm 1916. Theo đó, tại tâm của hố đen, khối lượng vật chất được nén lại đến mức vô hạn, khiến không-thời gian bị bẻ cong vô tận. Đây là nơi mà các định luật vật lý, bao gồm cả chính lý thuyết đã dự đoán ra nó, không còn hiệu lực.
Đây chính là nghịch lý khiến giới vật lý học không thể ngồi yên. Họ không chấp nhận được việc có một vùng trong vũ trụ nơi mọi công thức hiện có đều trở nên vô nghĩa.
Một trong những nhà nghiên cứu đi đầu trong việc “xóa bỏ điểm kỳ dị” là Robie Hennigar, hiện đang làm việc tại Đại học Durham (Anh). Trong nghiên cứu công bố đầu năm nay, nhóm của ông đã đề xuất một mô hình sửa đổi thuyết tương đối rộng bằng cách thay đổi cách lực hấp dẫn hoạt động trong các vùng có độ cong không-thời gian cao. Theo đó, thay vì một điểm vô hạn, tâm hố đen sẽ là một vùng tĩnh được bẻ cong mạnh.
Tuy nhiên, không phải ai cũng đồng tình với quan điểm này. Nhà vật lý lý thuyết người Ba Lan Nikodem Poplawski, hiện giảng dạy tại Đại học New Haven (Mỹ), đã chỉ ra ba điểm yếu lớn trong mô hình của Hennigar.
Thứ nhất, mô hình này giả định sự tồn tại của không gian 5 chiều, trong khi mọi quan sát thực nghiệm cho thấy vũ trụ của chúng ta chỉ có 4 chiều (3 chiều không gian và 1 chiều thời gian). Dù nhiều lý thuyết lớn như thuyết dây cũng cần đến 11 chiều, nhưng cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng thực nghiệm nào xác nhận các chiều phụ này.
Thứ hai, mô hình cho rằng bên trong hố đen là một không gian tĩnh, trong khi các phương trình hấp dẫn cho thấy không-thời gian bên trong chân trời sự kiện (event horizon) luôn luôn biến đổi.
Thứ ba, mô hình của Hennigar thêm vào một loạt các thành phần toán học không có động cơ vật lý rõ ràng, khiến nó giống như một bài toán lý thuyết thuần túy hơn là một mô hình mô phỏng thực tế vũ trụ.
Trong khi đó, nhiều nhà khoa học khác lại theo đuổi hướng tiếp cận dựa trên lý thuyết lượng tử – cố gắng hợp nhất thuyết tương đối rộng với cơ học lượng tử để tạo ra một lý thuyết thống nhất, còn gọi là trọng lực lượng tử (quantum gravity). Một ứng viên nổi bật là thuyết dây, nơi các hạt cơ bản không còn là điểm mà là những sợi dây dao động.
Dù vậy, thuyết dây cũng không tránh khỏi chỉ trích. Poplawski cho biết: “Thuyết dây cần đến các hạt siêu đối xứng và nhiều chiều không gian, nhưng chưa có bằng chứng thực nghiệm nào xác nhận điều đó. Hơn nữa, nó có quá nhiều phiên bản, khiến việc kiểm chứng gần như bất khả.”
Theo Poplawski, những nỗ lực loại bỏ điểm kỳ dị bằng các công cụ toán học cổ điển sẽ thất bại vì thiếu nền tảng vật lý vững chắc. Tuy nhiên, ông cũng thừa nhận rằng các khám phá toán học trong quá trình này có thể đem lại giá trị cho những lĩnh vực khác trong vật lý.
Poplawski từng phát triển một giả thuyết táo bạo: nếu mỗi hố đen sinh ra một vũ trụ mới, và chính vũ trụ của chúng ta cũng được tạo ra từ một hố đen trong một vũ trụ khác, thì lúc đó con người có thể hiểu được điều gì thực sự xảy ra bên trong hố đen. Ông cho rằng điều này có thể kiểm nghiệm thông qua các dấu vết trong bức xạ phông vi ba vũ trụ (CMB) hoặc thông qua các tín hiệu như sóng hấp dẫn và neutrino trong tương lai.
“Phải mất 100 năm để con người phát hiện được sóng hấp dẫn sau khi Einstein tiên đoán,” Poplawski chia sẻ. “Vì thế, có thể phải mất vài thập kỷ nữa trước khi chúng ta hiểu được điều gì thực sự diễn ra bên trong hố đen.”
Cuộc truy tìm sự thật về điểm kỳ dị trong hố đen vẫn chưa dừng lại, và hành trình đó có lẽ sẽ tiếp tục thử thách trí tưởng tượng và khả năng lý giải của nhân loại trong nhiều năm tới.