“Không-thời gian có thể chứa đầy lỗ sâu, là những đường tắt xuyên qua vũ trụ.” Ý tưởng hấp dẫn này, bắt nguồn từ các phương trình của thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, đã thúc đẩy cả nghiên cứu khoa học và trí tưởng tượng của những người đam mê khoa học viễn tưởng.
Lỗ sâu, còn được gọi là cầu Einstein-Rosen, là những đường hầm giả thuyết có thể kết nối các điểm xa trong không-thời gian. Chúng mang đến khả năng hấp dẫn về những con đường tắt vũ trụ, có khả năng thu hẹp khoảng cách rộng lớn và thậm chí cho phép du hành thời gian. Tuy nhiên, sự tồn tại và tính khả thi của chúng vẫn là một chủ đề tranh luận gay gắt.
Khái niệm về lỗ sâu lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1916 bởi nhà vật lý học người Áo Ludwig Flamm. Ông đã khám phá các phương trình của Einstein và đề xuất sự tồn tại của một “lỗ trắng” như là đối trọng với một lỗ đen. Những cấu trúc này có thể hoạt động như những đường hầm hấp dẫn, nhưng sự ổn định và kích thước của chúng đặt ra những thách thức đáng kể.
Một rào cản lớn là sự mong manh của lỗ sâu. Vật chất thông thường cố gắng đi qua chúng có thể khiến đường hầm sụp đổ do lực hấp dẫn. Để giữ chúng mở, vật chất kỳ lạ với mật độ năng lượng âm sẽ được yêu cầu, một loại vật chất chỉ được quan sát trong một số trạng thái lý thuyết trường lượng tử nhất định.
Hơn nữa, lỗ sâu được dự đoán là siêu nhỏ, với kích thước ước tính là 10^-33 centimet, khiến chúng không thực tế để con người di chuyển. Mặc dù có những hạn chế này, nghiên cứu gần đây đã khám phá các phương pháp để ổn định các cấu trúc này.
Năm 2017, các nhà vật lý Ping Gao, Daniel Jafferis và Aron Wall đã đề xuất một phương pháp dựa trên sự vướng víu lượng tử, một hiện tượng mà Einstein nổi tiếng gọi là “tác động ma quái từ xa”. Lý thuyết này cho rằng sự vướng víu có thể cung cấp thành phần kỳ lạ cần thiết để giữ cho lỗ sâu mở, mặc dù chỉ ở mức siêu nhỏ.
Cách tiếp cận này đã truyền cảm hứng cho các nghiên cứu mới, chẳng hạn như của Juan Maldacena và Alexey Milekhin, những người cho rằng vật chất tối có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các lỗ sâu lớn hơn, mặc dù những ý tưởng này vẫn chưa được chứng minh. Sự quan tâm đến lỗ sâu vượt ra ngoài tiềm năng của chúng đối với du hành vũ trụ.
Nghiên cứu gần đây đã liên kết sự hình thành lỗ sâu với sự vướng víu lượng tử và lý thuyết dây, có khả năng cung cấp manh mối về bản chất của không-thời gian và lực hấp dẫn. Nhà vật lý Julian Sonner đã chỉ ra rằng sự vướng víu của các quark, các khối xây dựng cơ bản của vật chất, về mặt lý thuyết có thể tạo ra một lỗ sâu.
Phát hiện này cho thấy rằng lực hấp dẫn, như chúng ta hiểu, có thể là một hệ quả nổi lên của sự vướng víu lượng tử. Tuy nhiên, khả năng sử dụng lỗ sâu để du hành thời gian hoặc không gian vẫn còn rất suy đoán. Mặc dù lỗ sâu có thể kết nối các điểm khác nhau trong thời gian, nhưng việc biến chúng thành cỗ máy thời gian sẽ đòi hỏi một nỗ lực to lớn.
Hơn nữa, các định luật vật lý có khả năng cấm con người đi qua các cấu trúc này. Như Stephen Hsu, một nhà vật lý và giáo sư tại Đại học Michigan, đã tuyên bố, con người sẽ không làm điều này trong tương lai gần, điều này bác bỏ những niềm tin trong quá khứ về lý thuyết này.