Language
Country/Area
No result found
Thế giới tuyệt vời của các lỗ đen: Tại sao năng lượng của chúng biến mất?
Trong vũ trụ bao la, lỗ đen thu hút vô số vật chất và ánh sáng bằng lực hấp dẫn mạnh mẽ và bí ẩn của chúng. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ, các nhà thiên văn học đã dần hiểu biết sâu sắc hơn về lỗ đen, nhưng có một câu hỏi vẫn tiếp tục khiến các nhà vật lý đau đầu: Làm thế nào mà lỗ đen mất năng lượng? Câu hỏi này liên quan đến khái niệm năng lượng âm, vốn có mối liên hệ chặt chẽ với bản chất của lỗ đen.
Năng lượng âm là một khái niệm được sử dụng trong vật lý để giải thích tính chất của một số trường nhất định, bao gồm trường hấp dẫn và các hiệu ứng trường lượng tử khác nhau.
Năng lượng hấp dẫn và lỗ đen
Năng lượng hấp dẫn hay thế năng hấp dẫn là thế năng mà một vật thể có khối lượng sở hữu do nằm trong trường hấp dẫn. Trong cơ học cổ điển, luôn tồn tại thế năng hấp dẫn giữa hai hoặc nhiều khối lượng. Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, năng lượng của trường hấp dẫn này phải âm nên giá trị của nó bằng 0 khi vật ở xa vô cùng. Khi hai vật đến gần nhau, trọng lực sẽ tăng tốc chuyển động của chúng, dẫn đến năng lượng dương của hệ tăng lên.
Trong một vũ trụ bị năng lượng dương thống trị, cuối cùng nó sẽ rơi vào tình trạng sụp đổ lớn; còn trong một vũ trụ "mở" bị năng lượng âm thống trị, nó sẽ giãn nở vô hạn hoặc cuối cùng tan rã.
Hố đen quay và chuyển hóa năng lượng
Đối với một lỗ đen quay cổ điển, quá trình quay của nó tạo ra một vùng gọi là "phốt pho năng lượng" bên ngoài chân trời sự kiện, nơi không thời gian cũng bắt đầu quay, một hiện tượng được gọi là lực kéo khung. Trong vùng này, năng lượng của hạt có thể biến đổi thành năng lượng âm, tức là dưới sự quay tương đối tính của vectơ Kilnin của nó. Khi các hạt năng lượng âm vượt qua chân trời sự kiện và đi vào lỗ đen, theo định luật bảo toàn năng lượng, lượng năng lượng dương tương đương phải thoát ra ngoài.
Trong quá trình Penrose, một vật thể tách thành hai phần, một phần nhận năng lượng âm và rơi vào lỗ đen, phần còn lại nhận cùng mức năng lượng dương và thoát ra ngoài.
Năng lượng âm trong hiệu ứng trường lượng tử
Năng lượng âm và mật độ năng lượng âm cũng khá nhất quán trong lý thuyết trường lượng tử. Trong lý thuyết lượng tử, nguyên lý bất định cho phép các cặp hạt-phản hạt ảo xuất hiện một cách tự nhiên trong chân không và tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn. Một số hạt ảo có thể mang năng lượng âm và tính chất này đóng vai trò then chốt trong một số hiện tượng quan trọng.
Trong hiệu ứng Casimir, khoảng cách giữa hai tấm phẳng giới hạn bước sóng mà các hạt lượng tử có thể tồn tại, dẫn đến giảm số lượng và mật độ của các cặp hạt ảo, dẫn đến mật độ năng lượng âm.
Bức xạ lỗ đen và sự biến mất năng lượng
Bên cạnh chân trời sự kiện của lỗ đen, một phần của cặp hạt ảo sẽ bị hút vào lỗ đen và năng lượng của một trong các hạt có thể trở nên âm do lực hút này. Các hạt dương có thể thoát ra và hình thành bức xạ Hawking, trong khi sự có mặt của các hạt năng lượng âm sẽ làm giảm tổng năng lượng của lỗ đen. Điều này tạo ra một hiện tượng thú vị: theo thời gian, lỗ đen có thể phát ra năng lượng từ từ, cuối cùng khiến nó biến mất.
Khả năng trong tương lai: lỗ sâu đục và chuyến bay nhanh hơn ánh sáng
Trong một số lý thuyết, năng lượng âm được coi là yếu tố cốt lõi của lỗ sâu đục có thể kết nối trực tiếp hai địa điểm cực kỳ xa nhau trong không gian và thời gian, khiến nó có thể đạt được sự di chuyển gần như tức thời. Tuy nhiên, một số nhà vật lý cho rằng những ý tưởng này quá phi thực tế.
Ý tưởng sử dụng các nguyên lý lý thuyết về năng lượng âm để thiết kế máy bay nhanh hơn ánh sáng (FTL) cũng là một ý tưởng hấp dẫn tiêu biểu nhất cho ý tưởng này là viên nang Alcubierre.
Việc khám phá những lý thuyết này không chỉ thách thức sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ mà còn khiến chúng ta phải suy nghĩ lại về mối quan hệ giữa năng lượng, thời gian và không gian. Trong vũ trụ đầy bí ẩn này, lỗ đen và năng lượng tiêu cực tiếp tục thúc đẩy tiến bộ khoa học, nhưng chúng ta vẫn phải đối mặt với một câu hỏi cơ bản: Chúng ta hiểu lỗ đen sâu đến mức nào?
