Are Black Holes the SOURCE of Dark Energy?


 00:00

Vào tháng 2 năm 2023, một nghiên cứu mới hấp dẫn đã được công bố đang tạo ra tiếng vang lớn trong giới vũ trụ học và công chúng nói chung. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ 9 quốc gia tuyên bố đã tìm ra lời giải cho năng lượng tối, vốn là một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ học. Nghiên cứu của họ dường như cho thấy mối liên hệ với năng lượng tối và các lỗ đen siêu nặng.
Nếu những gì họ đề xuất là đúng, thì đó sẽ là khám phá lớn nhất kể từ khi phát hiện ra năng lượng tối cách đây 25 năm và sẽ là một bước ngoặt trong sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Nhưng tất cả có thể chỉ là vô nghĩa cường điệu? Hãy xem xét kỹ hơn. Điều đó sắp xảy ra ngay bây giờ… Vũ trụ của chúng ta bắt đầu ở một trạng thái rất nóng và đặc được gọi là Vụ nổ lớn khoảng 13,8 tỷ năm trước.
Sự kiện này khiến vũ trụ giãn nở và nó vẫn tiếp tục giãn nở kể từ đó. Nhưng vì tất cả các ngôi sao và thiên hà trong vũ trụ đều có lực hấp dẫn nên người ta cho rằng điều này cuối cùng sẽ khiến quá trình giãn nở chậm lại. Đó là những gì chúng tôi nghĩ, nhưng vào cuối những năm 1990, hai nhóm nghiên cứu độc lập đã phát hiện ra rằng vũ trụ không hề chậm lại mà thực sự đang tăng tốc. Việc mở rộng đã được tăng tốc. Đó là một bí ẩn tại sao.
Giả thuyết tốt nhất mà chúng ta có là ý tưởng rằng có một loại năng lượng chưa biết nào đó chứa trong không gian, được gọi là Năng lượng tối. Nó bao trùm toàn bộ không gian và hoạt động như một lực phản trọng lực, hoặc áp suất âm đẩy mọi thứ ra xa nhau. Từ đó chúng ta biết rằng lượng năng lượng này lớn đến mức nó chiếm hơn 2/3, tức khoảng 70% tổng năng lượng của vũ trụ.
Tất cả những vật chất hữu hình mà chúng ta có thể nhìn thấy, bao gồm bạn và tôi, trái đất, các ngôi sao và thiên hà mà kính viễn vọng của chúng ta thu được, chỉ chiếm khoảng 5%. 25% còn lại là vật chất tối. Năng lượng tối hoạt động như thể nó là một dạng năng lượng vốn có của chính không gian.
Vì vậy, thay vì loãng đi khi không gian giãn nở, giống như vật chất hoặc bức xạ, nó tăng lên khi thể tích không gian tăng lên. Nhóm các nhà khoa học trong bài báo này đã kết nối Năng lượng tối bí ẩn với một vật thể hơi bí ẩn khác, các lỗ đen. Tuyên bố chung là các lỗ đen, và cụ thể là các lỗ đen siêu lớn, kết hợp với sự giãn nở của Vũ trụ trên quy mô vũ trụ lớn nhất và cách thức cụ thể mà chúng phải kết hợp có khả năng giải thích một phần hoặc thậm chí toàn bộ năng lượng tối mà chúng ta quan sát được. Để hiểu mối liên hệ này,
hãy để tôi dành một phút nhanh chóng để giải thích về lỗ đen. Quảng cáo Magellan: Để hiểu mối liên hệ này, hãy để tôi dành một phút nhanh chóng để giải thích về lỗ đen. Bây giờ tôi sẽ giải thích vấn đề này một cách nhanh chóng nhưng nếu bạn muốn xem giải thích kỹ lưỡng hơn về Hố đen hoàn chỉnh với đồ họa và hình minh họa tuyệt vời, thì tôi thực sự khuyên bạn nên xem một bộ phim tài liệu có tên, “Hố đen mạnh nhất trong vũ trụ” có sẵn trong 4K trên Magellan TV, nhà tài trợ hôm nay. Những gì bạn sẽ học được trong bộ phim tài liệu này là cách các sự kiện vũ trụ tự nhiên có thể dẫn đến sự
hình thành của những con quái vật này và cách chúng trở thành một lực lượng lớn và mạnh mẽ như vậy ở trung tâm của một thiên hà. Bạn cũng sẽ biết rằng chúng có thể cho chúng ta biết về các cực của thời gian và không gian. MagellanTV hoàn toàn không có quảng cáo và bao gồm một bộ sưu tập ngày càng tăng các video 4K mới như thế này được bổ sung hàng tuần.
Bạn thực sự có thể xem miễn phí bộ phim tài liệu này và phần còn lại của bộ sưu tập hơn 3000 phim tài liệu phong phú của Magellan TV ngay bây giờ bằng cách tận dụng ưu đãi của họ dành cho người xem Arvin Ash bằng cách nhấp vào liên kết đặc biệt trong phần mô tả. Nó ở ngay đây trên màn hình. Bây giờ trở lại lời giải thích ngắn gọn của tôi. Chúng ta không biết nhiều về lỗ đen nhưng chúng đã được Karl Schwarzschild dự đoán về mặt lý thuyết dựa trên một số nghiệm đầu tiên của phương trình Einstein.
Hố đen hình thành sau khi một ngôi sao lớn hết nhiên liệu, đôi khi là kết quả của siêu tân tinh. Khi một ngôi sao không còn nhiên liệu để đốt cháy, nó không còn có thể hỗ trợ khối lượng của nó và vì vậy nó sụp đổ. Thường thì sự sụp đổ này dẫn đến các vật thể cực kỳ đặc được gọi là sao lùn trắng hoặc sao neutron.
Mặt trời của chúng ta sẽ biến thành sao lùn trắng trong khoảng 5 tỷ năm nữa sau khi hết nhiên liệu. Nhưng nếu khối lượng của ngôi sao đủ lớn, ít nhất gấp 3 lần hoặc hơn mặt trời của chúng ta, thì về mặt lý thuyết, nó sẽ tiếp tục co lại thành một vật thể nhỏ vô hạn với khối lượng hữu hạn nhưng mật độ vô hạn gọi là điểm kỳ dị.
Lực hấp dẫn của vật thể này rất mạnh rằng ghi nhận từ nó có thể thoát ra, thậm chí không có ánh sáng. Đó là lý do tại sao nó trông có màu đen và được gọi là hố đen. Lỗ đề cập đến thực tế là không có gì có thể thoát khỏi nó. Nó giống như một lỗ hổng trong không thời gian. Trong khi lỗ đen loại steller điển hình có thể nhỏ bằng 3 lần khối lượng mặt trời hoặc gấp 3 lần khối lượng mặt trời của chúng ta, thì cũng có những lỗ đen siêu nặng từ hàng triệu đến hàng tỷ khối lượng mặt trời. Chúng được cho là trung tâm của hầu hết các thiên hà mà chúng ta quan sát được.
Được rồi, bây giờ câu hỏi đặt ra là làm thế nào mà các nhà nghiên cứu này đột nhiên giải quyết được bí ẩn về năng lượng tối, một trong những bí ẩn lớn nhất trong vũ trụ học, bằng cách liên kết nó với lỗ đen? Các lỗ đen siêu lớn được biết là tăng kích thước theo thời gian. Có hai cách để chúng có thể phát triển.
Bằng cách ăn hết các ngôi sao, khí và các vật chất khác đến gần nó hoặc bằng cách hợp nhất với các lỗ đen khác. Có thể nói , bất cứ thứ gì đến quá gần lỗ đen đều sẽ bị ăn thịt. Chúng thường sẽ tạo thành một đĩa bồi tụ rất sáng. Cái đĩa được làm bằng vật chất bị kéo căng và tách ra bởi lực hấp dẫn to lớn của lỗ đen. Vì vật chất này chịu những lực rất lớn khi nó quay với tốc độ rất cao, ma sát và các tương tác khác bên trong vật chất đó tạo ra rất nhiều năng lượng mà chúng ta thấy ở dạng ánh sáng.
Các lỗ đen cũng có thể phát triển bằng cách hợp nhất với các lỗ đen khác. Nhưng nếu không có gì gần đó, thì không có gì để ăn. Vì vậy, chúng tôi cho rằng chúng sẽ ngừng phát triển vào một thời điểm nào đó sau khi chúng đã tiêu thụ hết mọi thứ ở gần chúng. Đây là những gì nhóm các nhà khoa học quyết định điều tra.
Họ quan sát cái gọi là các thiên hà ngủ đông với các lỗ đen siêu lớn bên trong. Đây là những lỗ đen rất cũ đã tích tụ phần lớn khối lượng gần đó và không hoạt động, nghĩa là chúng không có đĩa bồi tụ cũng như không hợp nhất với các lỗ đen khác. Do đó, chúng tôi cho rằng chúng sẽ không phát triển đáng kể, vì chúng tôi không biết bất kỳ quá trình vật lý thiên văn nào có thể cho phép chúng tích tụ thêm bất kỳ khối lượng hoặc năng lượng nào.
Điều đáng kinh ngạc mà họ phát hiện ra là trong khoảng thời gian 9 tỷ năm, các lỗ đen siêu lớn trong các thiên hà dường như tăng gấp 7-20 lần khối lượng của chính chúng, điều mà chúng ta không ngờ tới. Vì vậy, nó đặt ra câu hỏi, những lỗ đen này lấy khối lượng hoặc năng lượng từ đâu để phát triển? Họ đang ăn gì? Đây là nơi năng lượng tối xuất hiện vì các nhà khoa học đề xuất rằng các lỗ đen có mối liên hệ với năng lượng tối và chúng phát triển nhờ nó, trên thực tế, năng lượng tối có thể được chứa bên trong các lỗ đen.
Bây giờ bạn có thể nói, chờ một giây. Làm thế nào mà họ đo lường được những lỗ đen này trong hàng tỷ năm? Con người đã không tồn tại quá lâu; hãy để một mình thực tế là chúng ta chỉ phát triển kính viễn vọng đủ mạnh trong thế kỷ trước. Những gì họ đã làm là đưa ra một giả định đơn giản, rằng các loại thiên hà không hoạt động như vậy đều sẽ hành xử giống nhau trong suốt cuộc đời của chúng.
Vì vậy, bằng cách kiểm tra các thiên hà tương tự trên khắp vũ trụ ở các giai đoạn khác nhau trong vòng đời của chúng, chúng ta có thể thấy được quy luật phát triển của tất cả chúng. Họ có thể nhìn thấy các thiên hà trong hơn 9 tỷ năm, bởi vì ánh sáng di chuyển với tốc độ không đổi.
Điều này có nghĩa là càng nhìn xa, chúng ta càng có thể nhìn ngược thời gian, bởi vì ánh sáng mất nhiều thời gian hơn để đến được với chúng ta khi vật ở xa hơn. Bằng cách này, bạn có thể nhìn xa vào không gian cho phép bạn nhìn ngược thời gian về thời điểm vũ trụ được khoảng 9 tỷ năm tuổi, sau đó nhìn vào các tập hợp thiên hà tương tự ở gần chúng ta hơn, để xem quá trình phát triển khối lượng siêu lớn của chúng. lỗ đen ở trung tâm.
Làm thế nào mà họ tìm ra khối lượng của những lỗ đen siêu lớn này? Cách họ có thể tìm ra điều này là do các nhà thiên văn học đã quan sát thấy mối liên hệ giữa khối lượng của một lỗ đen siêu lớn và khối lượng của thành phần hình cầu — chỗ phình ra — của thiên hà xung quanh nó.
Ngoài ra còn có một mối liên hệ giữa chuyển động của các ngôi sao trong phần phình ra của một thiên hà và khối lượng của lỗ đen siêu lớn của nó ở trung tâm. Vì vậy, các nhà thiên văn học có thể đo một hoặc cả hai đại lượng này để có được một ý tưởng khá tốt về khối lượng của lỗ đen trung tâm. Và giả sử những thiên hà tương tự này được hình thành trong cùng một khoảng thời gian và hoạt động theo cách tương tự, thì bạn có thể thực hiện quy trình này và tìm các mẫu trong hàng tỷ năm.
Và bạn có thể nhìn vào khối lượng của những lỗ đen này theo thời gian để tính tốc độ tăng trưởng của chúng. Tất nhiên rồi, giả định này có thể sai và chúng ta cần kiểm tra giả thuyết này chặt chẽ hơn để thực sự tin tưởng vào nó, nhưng ban đầu nó có vẻ hợp lý.
Được rồi, bây giờ chúng ta hãy xem làm thế nào sự phát triển này trong lỗ đen được kết nối với năng lượng tối? Họ trình bày một mô hình trong đó họ giả sử một số liên kết “k” giữa lỗ đen và năng lượng tối. Nói một cách rất đơn giản, nếu sự phát triển của sự tăng trưởng trong năng lượng tối phù hợp với sự phát triển của sự tăng trưởng khối lượng của các lỗ đen siêu nặng, thì tùy thuộc vào mức độ tương quan, bạn có thể đưa ra giả thuyết rằng phải có một mối liên hệ nào đó.
Trong thực tế, điều đó có nghĩa là nếu k=0 thì không có mối liên hệ nào giữa năng lượng tối và lỗ đen. Nếu k=3 thì đó là một kết hợp hoàn hảo. Chà, thật lạ, kết quả của họ cho thấy k=3,11 cộng hoặc trừ 1,1 với độ tin cậy 90%. Vì vậy, có một sự không chắc chắn đáng kể trong kết quả. Nhưng họ cũng chỉ ra với độ chắc chắn 99,98% khi nói rằng k khác 0, nghĩa là rất khó có khả năng không có mối tương quan.
Mức ý nghĩa 99,98% là khoảng 4 sigma, nhưng trong vật lý, cần có mối tương quan 5 sigma để chấp nhận một lý thuyết mới. Nếu kết quả này đúng, điều đó có nghĩa là các lỗ đen có thể chứa đầy năng lượng tối. Đó là nơi nó cư trú, bất kể nó thực sự là gì. Và nếu nó đúng, nó cũng có thể giải quyết một vấn đề lớn khác, vấn đề về điểm kỳ dị. Điểm kỳ dị ở tâm lỗ đen là một điểm vật lý không xác định trong không gian.
Điều này chứng tỏ rằng có một lỗi trong thuyết tương đối rộng, điều này rất có thể đúng. Các lỗ đen siêu nặng và đậm đặc, và các vật nặng làm cong không thời gian. Toán học về điểm kỳ dị này dường như chỉ ra rằng lực hấp dẫn ở trung tâm của lỗ đen mạnh đến mức độ cong trở nên vô hạn. Có thể nói, nó đục một lỗ trong không thời gian.
Nhưng vì năng lượng tối giống như phản trọng lực. Nếu các lỗ đen thực sự chứa đầy năng lượng tối, thì hiệu ứng phản trọng lực này có thể mang lại sự điều chỉnh cho mô hình này sao cho nó loại bỏ điểm kỳ dị và giải quyết vấn đề vô hạn này trong mô hình toán học. Nhưng nếu năng lượng tối thực sự ở bên trong lỗ đen, thì nó vốn dĩ rất khó nghiên cứu vì chúng ta không có bất kỳ quyền truy cập nào vào bên trong lỗ đen.
Chúng ta chỉ có thuyết tương đối rộng giải thích lực hấp dẫn ở quy mô lớn và mô hình chuẩn giải thích ba lực còn lại ở quy mô nhỏ, nhưng hai mô hình này không ăn khớp với nhau khiến lực hấp dẫn ở quy mô lượng tử trở thành một bí ẩn. Bây giờ, tất cả điều này có thể chỉ là cường điệu và hoàn toàn sai? Vâng, và có một lý do lớn tại sao.
Mối tương quan đầu tiên không phải lúc nào cũng có nghĩa là nhân quả. Chỉ vì họ tìm thấy mối tương quan giữa sự phát triển của lỗ đen và năng lượng tối, không có nghĩa là chúng có liên quan với nhau. Ví dụ, người dân ở Vương quốc Anh có xu hướng chi tiêu nhiều hơn khi trời lạnh hơn là khi trời nóng.
Điều này không có nghĩa là thời tiết khiến mọi người chi tiêu nhiều hơn hoặc chi tiêu khiến thời tiết lạnh giá. Một nguyên nhân có khả năng hơn là thời tiết lạnh giá trùng với mùa Giáng sinh khi mọi người mua quà. Rất có thể là sự phát triển của Lỗ đen không liên quan đến năng lượng tối. Một điều chúng ta phải nhớ là khi các nhà nghiên cứu xem xét kích thước lỗ đen siêu lớn, họ đã xem xét chúng khi chúng xuất hiện tại một thời điểm duy nhất .
Không có cách nào để họ xem xét lịch sử về cách thức một lỗ đen cụ thể phát triển trong hàng tỷ năm. Nó có thể đã phát triển hữu cơ bằng cách ăn vật chất xung quanh nó hoặc hợp nhất. Lịch sử phát triển của nó không phải là điều chúng tôi biết. Nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng tất cả các thiên hà tương tự đều tiến hóa theo cùng một cách. Tôi nghĩ gì? Vâng, tôi là một người hoài nghi tự nhiên.
Tôi nghĩ đây là một tuyên bố phi thường và chúng ta cần bằng chứng phi thường để xác nhận điều đó. Tôi không nghĩ bằng chứng là phi thường. Vì vậy, tôi nghĩ rằng chúng ta cần thêm dữ liệu để xác nhận mối tương quan này. Nhưng chúng ta cũng cần một cơ sở lý thuyết để kết nối chính xác mối tương quan sẽ xảy ra như thế nào.
Cơ chế giãn nở của vũ trụ do sự phát triển của lỗ đen gây ra là gì, hoặc ngược lại, nếu cái này gây ra cái kia. Nếu không có điều này, tôi sẽ không quá phấn khích về nó. Tôi đồng ý rằng nếu mối tương quan này được chứng minh và điều này dẫn chúng ta đến một mối quan hệ nhân quả, thì nó sẽ rất lớn.
Ý tưởng về năng lượng tối ở bên trong các lỗ đen thậm chí có thể chỉ cho chúng ta hướng đi đúng đắn trong việc hợp nhất lực hấp dẫn với các lực cơ bản khác của vũ trụ, và cuối cùng là đưa chúng ta đến gần hơn một cách đáng kinh ngạc với lý thuyết khó nắm bắt về lực hấp dẫn lượng tử. Tôi muốn nghe suy nghĩ của bạn. Hãy để lại chúng trong các ý kiến ​​​​dưới đây. Tôi sẽ gặp bạn trong video tiếp theo, bạn của tôi.