Các nhà khoa học chế tạo thành công ‘bom hố đen’ ngay trên Trái Đất và biến lý thuyết 50 năm tuổi thành hiện thực!

Ý tưởng về “bom hố đen” đã tồn tại từ những năm 1970 và được đề xuất bởi các nhà vật lý William Press và Saul Teukolsky, mở rộng từ các khái niệm trước đó của Roger Penrose và Yakov Zel’dovich. Lý thuyết này cho rằng, trong những điều kiện nhất định, năng lượng có thể được trích xuất từ một hố đen đang quay thông qua một quá trình gọi là siêu sáng (superradiance).

Về cơ bản, khi sóng (như sóng điện từ hoặc sóng vô hướng) tương tác với một hố đen đang quay, chúng có thể hấp thụ năng lượng từ hố đen đó. Nếu những sóng này bị mắc kẹt bên trong một “rào cản phản xạ” (giống như một chiếc gương), chúng sẽ nảy bật qua lại, thu được nhiều năng lượng hơn sau mỗi lần đi qua.

Quá trình này tạo ra một vòng phản hồi mạnh mẽ, khiến hệ thống trở nên bất ổn định và làm cho mức năng lượng tăng vọt. Kết quả lý thuyết là một vụ nổ năng lượng khổng lồ, được ví như một “quả bom hố đen”.

Dù lý thuyết này rất logic và hấp dẫn, nhưng việc thực nghiệm lại là điều bất khả thi do các điều kiện cực kỳ khắc nghiệt và liên quan đến hố đen thực sự, nhưng cho tới thời điểm hiện tại, điều này đã thay đổi.

Đưa vật lý lỗ đen vào phòng thí nghiệm: Không gian, trọng lực hóa thành từ trường và nhôm

Trong thí nghiệm mang tính đột phá này, các nhà khoa học đã tái tạo các điều kiện tương tự như môi trường xung quanh một hố đen đang quay. Tuy nhiên, thay vì không gian và trọng lực, họ đã sử dụng một cách khéo léo từ trường, mạch điện và một xi lanh nhôm.

Thí nghiệm này được xây dựng dựa trên hiệu ứng Zel’dovich, dự đoán rằng một vật thể quay có thể khuếch đại một số sóng nhất định nếu nó di chuyển nhanh hơn vận tốc pha của sóng. Cấu trúc thiết lập bao gồm việc quay một hình trụ nhôm trong khi bao quanh nó bằng các cuộn dây từ tính được gắn vào một mạch điện.

Khi xi lanh bắt đầu chuyển động và từ trường yếu ban đầu bị loại bỏ, mạch điện bắt đầu tạo ra sóng riêng của nó. Các sóng này sau đó được khuếch đại mạnh mẽ bởi sự quay của xi lanh, tái hiện chính xác cơ chế siêu sáng được dự đoán cho hố đen.

Thí nghiệm này là lần đầu tiên chứng minh được cả sự khuếch đại sóng và sự tạo sóng tự phát trong một hệ thống mô phỏng các điều kiện giống như hố đen trong một môi trường được kiểm soát.

Maria Chiara Braidotti, cộng sự nghiên cứu tại Đại học Glasgow, nhấn mạnh tầm quan trọng của nó: “Công trình của chúng tôi đưa dự đoán này vào phòng thí nghiệm một cách trọn vẹn, không chỉ chứng minh sự khuếch đại mà còn chứng minh sự chuyển đổi sang trạng thái bất ổn và tạo ra sóng tự phát”.

Tất nhiên, không có hố đen thực sự nào được tạo ra. Nhưng vật lý cốt lõi, khai thác năng lượng quay thông qua khuếch đại sóng, đã được chứng minh thành công. Điều này cho thấy khái niệm bom hố đen không còn chỉ là lý thuyết suông nữa.

Kết quả bùng nổ: Từ phát nổ mạch điện đến công cụ khám phá vũ trụ

Trong quá trình thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã đẩy hệ thống đến giới hạn, và đôi khi điều đó dẫn đến những hậu quả… bùng nổ đúng nghĩa. Marion Cromb từ Đại học Southampton chia sẻ: “Đôi khi chúng tôi đẩy hệ thống quá mạnh đến mức các thành phần mạch phát nổ. Điều đó vừa thú vị vừa là một thách thức thực sự”.

Thành công trong thử nghiệm “bom hố đen” này mở ra những công cụ mới để khám phá các quá trình tạo năng lượng, động lực quay và thậm chí cả những hiện tượng lượng tử và nhiệt động lực học phức tạp.

Vì các hố đen thực sự nằm rất xa và cực kỳ khó quan sát, việc tái tạo một số hành vi của chúng trong phòng thí nghiệm giúp thu hẹp khoảng cách khổng lồ giữa lý thuyết và thực tế. Quan trọng hơn, nó cho phép các nhà khoa học điều chỉnh các điều kiện và học hỏi theo thời gian thực, điều không thể làm được với các thiên thể ngoài vũ trụ.

Hệ thống mô phỏng này chứng minh rằng sự khuếch đại sóng hàm mũ, trước đây được cho là chỉ tồn tại trong không gian sâu thẳm, hoàn toàn có thể xảy ra ngay tại Trái Đất trong những điều kiện thích hợp.

Nó xác nhận bản chất phổ quát của một số định luật vật lý cơ bản và mở ra những con đường nghiên cứu mới đầy hứa hẹn trong vật lý năng lượng và vũ trụ học. Không phải ngày nào một lý thuyết vũ trụ đã tồn tại nửa thế kỷ cũng trở thành hiện thực trong phòng thí nghiệm. Nhưng khi nó xảy ra, tác động có thể bùng nổ và mở ra những khám phá chưa từng có.