Các nhà vật lí đã quan sát thấy bức xạ Hawking?

Năm 1974, Stephen Hawking đã dự đoán rằng các lỗ đen phát ra bức xạ nhiệt do các hiệu ứng lượng tử, làm cho các lỗ đen mất dần khối lượng và cuối cùng có lẽ sẽ biến mất. Nhưng bất chấp vô số nỗ lực nhằm quan sát bức xạ Hawking, trước nay các nhà thiên văn chẳng phát hiện ra dấu hiệu nào của nó. Tuy nhiên, nay một đội khoa học ở Italy khẳng định vừa quan sát thấy cái trông rất giống với bức xạ Hawking từ một chân trời sự cố mà họ đã tạo ra trong phòng thí nghiệm.

Trong cơ cấu thí nghiệm trên, một chùm laser đập vào một mẫu thủy tinh silic tan chảy (FS). Một thấu kính ảnh (I) thu gom các photon phát ra ở góc 90 độ và gửi chúng đến một quang phổ kế và camera CCD. Ảnh: F. Belgiorno

Franco Belgiorno tại trường Đại học Milan và các đồng tác giả của ông sẽ công bố nghiên cứu của họ trong một số ra sắp tới của tạp chí Physical Review Letters, và bài báo trên hiện có bản thảo đăng tại arXiv.org.

Như các nhà vật lí trên giải thích trong nghiên cứu của họ, thành phần thiết yếu của bức xạ Hawking không phải là bản thân lỗ đen mà là sự cong không-thời gian đi cùng với chân trời sự cố của lỗ đen. Chân trời sự cố đóng vai trò một ranh giới mà vượt qua đó ánh sáng không thể nào thoát ra được. Vì thế, các cặp hạt kích thích từ chân không sinh ra ở gần chân trời lỗ đen bị phân tách sao cho photon phía trong rơi trở vào, còn photon phía ngoài thì thoát ra, lấy đi năng lượng hao phí của lỗ đen.

Chân trời sự cố không phải là đặc quyền của riêng các lỗ đen; chúng có thể biểu hiện ở nhiều hệ vật lí khác nhau, từ nước đang chảy cho đến một “nhiễu loạn chiết suất” (RIP) đang chuyển động trong một môi trường điện môi (trong đó ánh sáng có thể làm thay đổi chiết suất của môi trường). Chính hệ thứ hai vừa đề cập tới này là cái Belgiorno và đồng nghiệp của ông đã sử dụng trong thí nghiệm của họ.

Để tạo ra bức xạ Hawking, các nhà khoa học đã chiếu những xung laser cực ngắn (1 pico giây) vào thủy tinh trong suốt, làm kích thích một RIP biểu hiện một chân trời sự cố. Sử dụng một camera CCD, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một loại phát xạ photon lạ hợp một góc 90 độ với thủy tinh. Như các nhà nghiên cứu trên giải thích, họ đã sắp xếp thí nghiệm theo một cách triệt tiêu hoặc loại trừ hoàn toàn những loại bức xạ khác, thí dụ như bức xạ kiểu Cerenkov, sự hòa trộn bốn sóng, sự điều biến tự pha, sự tán xạ Rayleigh và sự huỳnh quang.

Thật thú vị, các nhà vật lí lưu ý thật ra có đến hai chân trời sự cố đi cùng với RIP trên. Ngoài chân trời lỗ đen, còn có cái ngược lại của chân trời lỗ đen là chân trời lỗ trắng. Khi ánh sáng laser đi tới RIP, ánh sáng đó chịu một sự tăng chiết suất cục bộ, làm cho nó chậm lại. Dưới những điều kiện thích hợp, ánh sáng đó có thể được mang tới một điểm dừng trong hệ quy chiếu chuyển động cùng với RIP, tạo ra một ranh giới mà vượt qua đó ánh sáng không thể xuyên qua được: chân trời sự cố lỗ trắng. Trong trường hợp RIP, phía đầu là sự tương tự của chân trời lỗ đen, còn phía đuôi là sự tương tự của chân trời lỗ trắng.

Với những quan sát này, các nhà vật lí đã chứng tỏ rằng người ta có thể nghiên cứu cơ sở vật lí của sự bay hơi lỗ đen trong những hệ khác, dễ truy xuất hơn. Nếu các thí nghiệm tương lai xác nhận đây là bức xạ Hawking, thì các kết quả trên có thể có liên quan đến mọi thứ từ số phận của các lỗ đen cho đến cách thức vũ trụ có thể kết thúc.

Nguồn: PhysOrg.com