Video

Bản trích

Hố đen là thứ quyền lực nhất vũ trụ.

Chúng mạnh đến mức có thể xé toạc cả một ngôi sao thành những mảnh nhỏ có kích thước nguyên tử.

Điều đó thật đáng sợ,

nhưng chúng thật ra còn có một năng lực đáng sợ và tà ác hơn nữa cơ,

Chúng có thể tự tay xóa sổ vũ trụ này!

[NHẠC]

TÓM LƯỢC VỀ HỐ ĐEN

Một hố đen xuất hiện khi một lượng vật chất vô cùng lớn bị nén lại trong một không gian vô cùng nhỏ

Ở tâm của nó, lực hấp dẫn có độ lớn gần như là vô hạn, và bất kì thứ gì tiến đến quá gần

đều bị xé tan thành các hạt cơ bản.

Kể cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi lực hút của hố đen,

vì vậy chúng ta thấy hố đen là những quả cầu đen ngòm.

Nếu bạn bị rơi vào một hố đen, cũng chẳng có gì tệ xảy ra đâu,

cho đến khi, ừm, bạn chạm đến ranh giới ngoài cùng của hố đen:

CHÂN TRỜI SỰ KIỆN.

Bạn có thể tưởng tượng việc này giống như bạn đang bơi trên một con sông

và đầu kia là một thác nước khổng lồ ấy.

Khi bạn trôi theo dòng nước, sẽ khó có thể nhận ra là dòng chảy đang ngày một nhanh,

kể cả khi bạn không nhìn thấy thác nước.

Bạn vẫn có thể bơi vào nơi an toàn trước khi bạn trôi vào vùng không thể quay trở lại.

Dù bạn có cố gắng đến mức nào đi chăng nữa,

dòng chảy vẫn sẽ kéo bạn xuống và đưa bạn vào chỗ chết.

Không gì có thể thoát khỏi cái “thác nước” hố đen nếu như đã nhỡ đến quá gần.

Đường ranh giới này khiến hố đen khác biệt so với phần còn lại của vũ trụ:

chúng ta không thể tiến vào trừ khi chúng ta không muốn quay trở lại nữa.

Thế nên là không ai biết chuyện gì thực sự xảy ra trong hố đen cả,

nhưng chúng ta có vài giả thuyết về những gì đang diễn ra ở rìa hố đen.

Các hố đen phát ra bức xạ và mất dần khối lượng của nó,

như một nồi nước đang sôi trên bếp

mất đi khối lượng do nước bay hơi đi.

Đây là bức xạ Hawking.

Các hố đen liên tục bị mất đi một phần rất nhỏ năng lượng của nó,

một quá trình chậm không thể tin nổi.

Một hố đen có khối lượng bằng với Mặt Trời của chúng ta sẽ mất đến mười nghìn tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ tỉ năm

để mất 0.0000001% tổng khối lượng.

Việc này xảy ra liên tục và không thể ngăn chặn,

và càng ngày càng nhanh nữa.

Trong một tương lai rất xa xôi,

khi ngôi sao cuối cùng trong vũ trụ đã chết được hàng nghìn tỉ năm

Hố đen sẽ ngày càng nhỏ hơn cho đến khi

chúng bốc hơi hết và biến mất, chỉ để lại một chút bức xạ.

Nhưng đây chính là vấn đề, bởi vì trong qua trình bốc hơi đi,

hố đen có lẽ sẽ xóa bỏ một thứ rất cơ bản: thông tin.

2. THÔNG TIN LÀ GÌ?

Thông tin là một khái niệm phi vật chất.

Nó được hiểu đơn giản là cách sắp xếp của các hạt cơ bản.

Điều này có nghĩa là gì?

Hãy tưởng tượng bạn có một đống nguyên tử cacbon.

Sắp xếp chúng theo một trình tự nhất định chúng ta sẽ có than.

Sắp xếp chúng theo một cách khác, và chúng ta sẽ có kim cương.

Thành phần nguyên tử thì giống nhau, thứ thay đổi chính là thông tin.

Nếu chúng ta làm cho nó phức tạp hơn, thêm mấy nguyên tử nữa, chúng ta sẽ có một quả chuối.

Thay đổi cách sắp xếp các nguyên tử, chúng ta sẽ có một chú sóc.

Thứ cơ bản tạo nên mọi thứ trong vũ trụ này là như nhau,

và chúng chẳng thèm quan tâm nếu chúng là một phần của một chú chim,

hay một hòn đá, hay một cốc cà phê.

Nếu không có thông tin, mọi thứ trong vũ trụ này sẽ giống nhau y xì đúc.

Theo thuyết cơ học lượng tử, thông tin không thể bị phá hủy.

Nó có thể thay đổi hình dạng, nhưng sẽ không bao giờ bị mất đi.

Ví dụ, nếu bạn đốt cháy một tờ giấy, bạn sẽ thu được tro.

Đống tro đó sẽ không bao giờ có thể trở lại thành giấy được,

nhưng nếu bạn có thể cẩn thận thu nhặt từng nguyên tử cacbon trong đống tro

và đo đạc chính xác đặc tính của khói và nhiệt bức xạ từ đống lửa,

theo lý thuyết bạn có thể tái tạo lại tờ giấy đó.

Thông tin của tờ giấy vẫn tồn tại trong vũ trụ, nó không mất đi, chỉ là rất khó đọc thôi.

Nếu bằng một cách nào đó bạn có thể đo đạc

từng nguyên tử, từng hạt, từng bước sóng của bức xạ trong vũ trụ,

bạn có thể quan sát và theo dõi từng li từng tí thông tin tồn tại.

Theo lý thuyết, bạn có thể nhìn thấy được lịch sử của toàn bộ vũ trụ, kể từ Vụ Nổ Lớn

Và từ đây, hố đen là kẻ phá bĩnh

Thông tin giúp chúng ta phân biệt mọi thứ với nhau và cái gì từng là cái gì.

Hố đen thì làm điều ngược lại, chúng lấy những thứ khác nhau rồi biến chúng thành giống nhau.

Chúng phá hủy thông tin!

Điều này tạo nên nghịch lý thông tin, và đây là một vấn đề nghiêm trọng.

NGHỊCH LÝ THÔNG TIN LỖ ĐEN

Việc thông tin không thể bị mất đi là vô cùng thiết yếu đối với các định luật vật lý của chúng ta.

Tồn tại hay không tồn tại,

nếu không có thông tin, mọi thứ chỉ là tương đối.

Khi nói đến sự hiểu biết về thực tại của con người, chúng ta cần thứ gì đó tuyệt đối.

Chúng ta giải quyết nghịch lý này như thế nào đây?

Có một số giải pháp khả quan.

1. Thông tin đã bị mất rồi.

Không thể thu hồi và vĩnh viễn mất đi

Có nghĩa là chúng ta phải kiểm tra lại các định luật vật lý,

vứt bỏ khá nhiều thứ dù chúng từng rất đúng cho đến thời điểm này,

và bắt đầu lại từ đầu.

Những định luật vật lý mới sẽ trông như thế nào?

Hay chúng sẽ có ý nghĩa như thế nào đối với chúng ta?

Không ai biết cả.

Nghe có vẻ đáng sợ, nhưng cũng khá thú vị đấy chứ.

2. Thông tin đã bị ẩn giấu rồi.

Có thể một phần nhỏ của hố đen tách ra và hình thành một vũ trụ con khác.

Thông tin sẽ được chuyển đến nơi mới nơi, mà chúng ta không bao giờ quan sát hay tương tác được với chúng.

nhưng thật ra thông tin không hề mất đi.

Như việc có một đĩa cứng bị hỏng chứa tất cả các ảnh gia đình của bạn mà bạn không thể xem được.

Chắc rồi, thật tốt là thông tin không bị xóa đi nhưng xem ra chúng không có ích lắm

hoặc có thể hố đen không biến mất hoàn toàn sau khi kết thúc chu kì sống của nó,

mà để lại một viên kim cương thông tin

tựa một xe hề chứa đầy một lượng vô hạn các chú hề thông tin

Nhưng còn có một giả thuyết thứ ba

thông tin vẫn an toàn sau tất cả, không mất đi hay ẩn giấu

có thế do chúng ta đang nhìn vào mặt tối của vấn đề

chúng ta biết rằng hố đen giữ thông tin và có thể xóa nó sau,

nhưng chúng ta không nghĩ về việc hố đen đang làm gì với lượng thông tin đó.

Hố đen chứa thông tin ở đâu?

Người dọn nhà của vũ trụ

Hãy tạo một hố đen với những thùng quần áo bẩn

Đầu tiên chúng ta làm đầy căn phòng với những thùng đồ bẩn

càng nhiều đồ bẩn bạn muốn trữ thì bạn càng dùng nhiều thùng

Nhưng một khi tất cả các thùng đã đầy

và căn phòng hoàn toàn chật kín

không thể nhét thêm bất kì chiếc tất nào

Căn phòng đang ở dung tích tối đa

Nhưng nếu ta cố nhét chiếc tất vào bằng một năng lượng lớn và dữ dội,

căn phòng sẽ sụp đổ và hình thành một hố đen

Nhưng dung tích của căn phòng không hề thay đổi.

Việc nhét thêm đồ vào vẫn là không thể.

Vậy chuyện gì sẽ xảy ra khi ta ném thêm đồ vào căn phòng đó?

Chính căn phòng sẽ phình to ra để chưa thêm lượng thông tin mới

Hóa ra bề mặt của hố đen sẽ nở ra một lượng pixel

tương ứng với lượng thông tin ta ném vào nó.

Khái quát là càng nhiều thông tin, diện tích bề mặt càng lớn

Lượng thông tin được in trên bề mặt

tựa như khi ta ném một hòn đá vào một cái hồ

Khi hòn đá chìm, ta không thấy được hòn đá nữa

Nhưng ta vẫn biết được là có gì đó vừa rơi vào nhờ các gợn nước trên mặt hồ

Ngay cả hố đen nhỏ nhất vẫn có thể lưu trữ lượng thông tin lớn hơn tất cả thông tin con người từng tạo

Chúng đạt được điều này nhờ lưu trữ thông tin vào một dạng pixel vô cùng nhỏ

Hố đen là ổ cứng tối thượng

Khá giống việc ta biến sách giấy thành sách điện tử

hai thứ khác biệt về hình dạng nhưng nội dung thì như nhau

chúng chỉ được mã hóa và lưu trữ bằng cách khác nhau thôi

Hố đen “ăn” các sao và hành tinh giống như ta chuyển nguyên một thư viện vào sách điện tử

Giải pháp này gọi là nguyên tắc hình ba chiều

Nhưng nếu nguyên tắc này đúng thì mọi kiến thức của chúng ta về vũ trụ là sai

VŨ TRỤ LÀ MỘT HÌNH BA CHIỀU

Nếu thông tin thật sự được lưu trữ ở phần rìa của hố đen

thì bức xạ Hawking có thể sao chép dữ liệu được mã hóa ở đó và mang nó đi

Vậy dữ liệu không bị mất đi khi hố đen lụi tàn

các định luật vật lý hiện tại vẫn đúng:

nghịch lý thông tin hố đen đã được giải thích

Nhưng chúng ta vẫn phải thay đổi hoàn toàn nhận thức của con người về thực tại

Nếu mọi thứ rơi vào hố đen được lưu trữ ở chân trời sự kiện

đồng nghĩa với việc vật chất ba chiều được mã hóa trên một bề mặt phẳng

Ta gọi chúng là: hình ba chiều (hologram)

Hologram giống như tấm ảnh 3D, một miếng nhựa mã hóa hình ảnh ba chiều.

Lỗ đen giống như một hologram, vì mọi thứ trong lỗ đen được mã hóa ở chân trời sự kiện của nó

Người ở trong lỗ đen sẽ trải nghiệm cuộc sống ba chiều bình thường của họ.

Nhưng với chúng ta ở bên ngoài, họ là những hình ảnh phẳng trên bề mặt của lỗ đen.

Hệ quả này nghe thật vô lí nhưng chờ đã nào

Hố đen dù vĩ đại tới đâu cũng phải tuân theo các định luật như mọi thứ khác

vậy nếu sự tương quan giữa 2D và 3D này là đúng với hố đen

thì có lẽ nó cũng đúng với toàn bộ vũ trụ

và kể cả bạn ở trong đó.

Bởi vì người trong lỗ đen không thể nhận ra rằng họ được mã hóa trên bề mặt phẳng,

chúng ta có thể chỉ là thông tin trên một màn phẳng ở rìa của vũ trụ

Các định luật khoa học được áp dụng để giải thích hiện tượng này rất phức tạp và kì lạ

như mô hình vũ trụ đồ chơi, lý thuyết dây và khối lượng vô cùng lớn

Chúng ta sẽ bàn về chúng ở một video khác

Bất kể bản chất thực sự của vũ trụ là gì

chúng ta chỉ mới biết rằng nó thật kỳ lạ và phức tạp

và chúng ta phải tiếp tục nghiên cứu vật lý để hiểu nó

Nhưng lỗ đen có thể là chìa khóa để hiểu bản chất của thực tại

Video này được hỗ trợ bởi Swiss National Science Foundation và được sự tư vấn khoa học bởi Alessandro Sandrini