Hố đen không phải là kết thúc, mà có thể là khởi đầu của thời gian?

Trong suốt nhiều thập kỷ, hố đen vẫn được xem là “điểm kết thúc tuyệt đối” của vũ trụ – nơi vật chất, ánh sáng và thậm chí cả thời gian đều biến mất. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới từ University of Sheffield đang đặt lại câu hỏi căn bản này. Theo nhóm tác giả, hố đen có thể không phải là dấu chấm hết của mọi thứ, mà là cánh cửa dẫn sang một trạng thái mới của không–thời gian, được gọi là hố trắng.

Nếu giả thuyết này được xác nhận, nó có thể làm thay đổi cách chúng ta hiểu về thời gian, năng lượng tối và cấu trúc sâu xa nhất của vũ trụ.

Hố đen và giới hạn của vật lý hiện đại

Theo thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, hố đen hình thành khi một ngôi sao khổng lồ sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính nó. Ở tâm hố đen tồn tại một kỳ dị (singularity) – nơi mật độ vật chất trở nên vô hạn và các định luật vật lý quen thuộc không còn hiệu lực. Bất cứ thứ gì rơi vào đó đều được cho là bị nghiền nát hoàn toàn.

Vấn đề nằm ở chỗ: kỳ dị là dấu hiệu cho thấy lý thuyết hiện tại của chúng ta đã chạm giới hạn. Khi không gian và thời gian “vỡ vụn” trong các phương trình, điều đó cho thấy cần một khung lý thuyết sâu hơn để mô tả thực tại.

Cơ học lượng tử mở ra một cách nhìn khác

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tiếp cận hố đen bằng công cụ của cơ học lượng tử – lĩnh vực mô tả thế giới ở cấp độ hạt cơ bản. Khác với thuyết tương đối, cơ học lượng tử không cho phép thời gian “kết thúc” hoàn toàn, bởi mọi hệ lượng tử đều liên tục biến đổi.

Dựa trên cách tiếp cận này, nhóm nghiên cứu cho rằng kỳ dị không phải là điểm kết thúc, mà là một vùng có dao động lượng tử cực mạnh, nơi không–thời gian chuyển pha sang trạng thái khác. Sau pha chuyển này, hố đen có thể biến thành hố trắng – một cấu trúc lý thuyết hoạt động ngược lại hố đen, tức là phát ra vật chất, năng lượng và thậm chí cả thời gian.

Hố trắng – nơi thời gian có thể bắt đầu

Hố trắng từ lâu đã tồn tại trong các phương trình vật lý, nhưng thường bị xem là quá “kỳ lạ” để tồn tại trong thực tế. Tuy nhiên, nghiên cứu này cho thấy hố trắng có thể là hệ quả tự nhiên của hố đen khi xét dưới góc nhìn lượng tử.

Theo mô hình được đề xuất, một “quan sát viên” mang tính lý thuyết hoàn toàn có thể đi xuyên qua hố đen, vượt qua vùng từng được gọi là kỳ dị, và xuất hiện ở phía bên kia – trong một hố trắng. Dù kịch bản này hiện chỉ tồn tại trên giấy, nó mở ra khả năng rằng thời gian không bị hủy diệt trong hố đen, mà được tái sinh.

Vai trò bất ngờ của năng lượng tối

Một điểm đột phá khác của nghiên cứu là mối liên hệ giữa thời gian và năng lượng tối – thành phần bí ẩn chiếm phần lớn năng lượng của vũ trụ và chịu trách nhiệm cho sự giãn nở gia tốc của không gian.

Thay vì coi thời gian là một đại lượng độc lập, nhóm nghiên cứu đề xuất rằng thời gian có thể được “đo” thông qua năng lượng tối, vốn hiện diện khắp vũ trụ. Trong khung lý thuyết này, năng lượng và thời gian trở thành hai đại lượng bổ sung cho nhau, giúp mô tả những hiện tượng cực đoan như bên trong hố đen.

Ý nghĩa đối với vật lý nền tảng

Dù vẫn mang tính lý thuyết cao, công trình này gợi ý một con đường mới để hòa giải thuyết tương đối và cơ học lượng tử – hai trụ cột của vật lý hiện đại vốn chưa thống nhất được với nhau. Nếu đúng, hố đen sẽ không còn là “ngõ cụt” của vũ trụ, mà là mắt xích trong chu trình sâu hơn của không–thời gian.

Trong tương lai, hướng nghiên cứu này có thể giúp con người tiến gần hơn tới một lý thuyết thống nhất, qua đó hiểu rõ hơn về nguồn gốc thời gian, cấu trúc vũ trụ và những gì thực sự xảy ra ở các vùng cực hạn của không gian.

Nguồn

Steffen Gielen, Lucía Menéndez-Pidal. Black Hole Singularity Resolution in Unimodular Gravity from Unitarity. Physical Review Letters, 2025; 134 (10) DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.101501