Trong vật lý, lỗ sâu (wormhole) không hoàn toàn là sản phẩm của khoa học viễn tưởng. Nó xuất hiện như một khả năng toán học trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein: thay vì di chuyển qua khoảng không khổng lồ giữa hai địa điểm, một vật thể có thể đi qua một “đường tắt” hình thành do cấu trúc của chính không-thời gian bị uốn cong.
Ảnh: knowledgeaddahavefun.blogspot
Hình dung một tờ giấy có hai điểm nằm cách xa nhau. Nếu chỉ đi trên mặt giấy, quãng đường giữa chúng rất dài. Nhưng nếu gấp tờ giấy lại để hai điểm chạm gần nhau rồi tạo một đường hầm nối chúng, khoảng cách theo đường hầm sẽ ngắn hơn rất nhiều. Lỗ sâu cũng được hình dung theo cách tương tự, dù không-thời gian thực tế phức tạp hơn rất nhiều so với một tờ giấy.
Khái niệm này trở nên đặc biệt hấp dẫn từ những năm 1930, khi Albert Einstein và Nathan Rosen nghiên cứu một cấu trúc thường được gọi là “cầu Einstein–Rosen”. Tuy nhiên, loại cầu này không phải một đường hầm ổn định để con người có thể bay xuyên qua. Các mô hình lỗ sâu “đi qua được” (traversable wormhole) chỉ được nghiên cứu rõ ràng hơn vào năm 1988, khi Michael Morris và Kip Thorne đưa ra những nghiệm của phương trình Einstein cho phép về nguyên tắc một người có thể đi qua mà không gặp chân trời sự kiện. Nhưng cái giá vật lý lại cực kỳ lớn.
Ảnh: qubit
Để giữ “cổ họng” của lỗ sâu không sụp đổ, mô hình Morris–Thorne đòi hỏi một dạng vật chất có những tính chất rất khác vật chất thông thường, thường được mô tả bằng khái niệm vật chất kỳ dị và liên quan đến mật độ năng lượng âm. Cho đến nay, chưa có vật liệu nào được biết đến có thể tạo ra và duy trì một lỗ sâu lớn, ổn định và có thể đi qua.
Điều thú vị là vật lý lượng tử thực sự cho phép những hiệu ứng liên quan đến năng lượng âm trong một số hoàn cảnh. Nhưng điều đó không có nghĩa các nhà khoa học đã tìm được “nhiên liệu” để mở một cánh cửa xuyên thiên hà. Các bất đẳng thức năng lượng lượng tử còn đặt ra những giới hạn nghiêm ngặt đối với việc duy trì lỗ sâu.
Ảnh: rayenblog.github
Vậy lỗ sâu có tồn tại ngoài vũ trụ hay không? Câu trả lời hiện nay vẫn là: chưa biết. NASA cũng lưu ý rằng lỗ sâu được phép xuất hiện trong toán học của thuyết tương đối rộng, nhưng chưa có bằng chứng quan sát nào cho thấy chúng thực sự tồn tại.
Và đây chính là điều khiến lỗ sâu trở nên hấp dẫn: chúng không phải một vật thể đã được phát hiện, nhưng cũng chưa phải một ý tưởng bị vật lý hiện đại loại bỏ hoàn toàn. Có thể vũ trụ không có những đường hầm như vậy. Nhưng nếu một ngày chúng được phát hiện, đó sẽ không chỉ là phát hiện một thiên thể mới, mà có thể là bằng chứng rằng cấu trúc của không-thời gian kỳ lạ hơn rất nhiều so với những gì con người từng tưởng tượng.
