Các hố đen ảnh hưởng đến sự hình thành sao, sự tiến hóa của thiên hà, và thậm chí cả sự chuyển động của toàn bộ các cụm sao (Ảnh: Oleg Blokhin/Getty Images).
Bản chất bí ẩn của hố đen từ lâu đã là chủ đề gây tranh cãi trong giới khoa học. Tuy nhiên, một lý thuyết thiên văn học mới nổi mang tên "vũ trụ học hố đen" đang thu hút sự chú ý khi đề xuất một ý tưởng táo bạo: toàn bộ vũ trụ của chúng ta có thể đang tồn tại bên trong một hố đen khổng lồ.
Thậm chí, hố đen này có thể là một phần của một vũ trụ khác, và cứ thế tiếp diễn, tạo thành một chuỗi vô tận các vũ trụ lồng vào nhau.
Ý tưởng này, dù đã xuất hiện từ nửa thế kỷ trước, ban đầu không được đón nhận rộng rãi. Tuy nhiên, một loạt các nghiên cứu gần đây đã mang lại sức sống mới cho mô hình vũ trụ đầy thách thức này.
Nguồn gốc của lý thuyết
Vũ trụ học hố đen được giới thiệu lần đầu vào năm 1972 bởi nhà vật lý lý thuyết Raj Kumar Pathria trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature. Ông lấy cảm hứng từ thuyết tương đối của Albert Einstein và công trình của nhà thiên văn học Karl Schwarzschild, người đầu tiên giải được các phương trình tương đối tổng quát của Einstein.
Công trình của Schwarzschild đã chỉ ra rằng có một giới hạn về lượng khối lượng có thể chiếm một không gian nhất định, được gọi là bán kính Schwarzschild. Nếu một vật thể vật lý bị nén vào không gian này, nó sẽ sụp đổ thành một hố đen.
Điều đáng chú ý là Pathria nhận ra rằng bán kính của vũ trụ quan sát được cũng chính là bán kính Schwarzschild của khối lượng vũ trụ - một đặc điểm thường chỉ thấy ở hố đen.
Bằng chứng mới củng cố lý thuyết
Mặc dù ban đầu không được đón nhận, hai nghiên cứu từ năm 2025 đã mang lại bằng chứng mới cho vũ trụ học hố đen. Nghiên cứu đầu tiên, công bố trên tạp chí Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, Anh, đã phân tích hình ảnh của hơn 250 thiên hà xa xôi từ Kính viễn vọng Không gian James Webb.
Kết quả cho thấy khoảng hai phần ba số thiên hà quay theo chiều kim đồng hồ, trong khi phần còn lại quay ngược chiều kim đồng đồng hồ. Sự phân bố không đồng đều này, về mặt lý thuyết, có thể ngụ ý rằng chính vũ trụ đang quay - một hành vi phù hợp với đặc điểm của một hố đen.
Nghiên cứu thứ hai, đăng trên tạp chí Đánh giá Vật lý D của Hội Vật lý Mỹ, đã đề xuất một mô hình mới về sự hình thành vũ trụ phù hợp với lý thuyết vũ trụ học hố đen. Mô hình này cho rằng sự sụp đổ hấp dẫn của một hố đen có thể tạo ra một "sự bật ngược", chuyển từ nén vật chất sang giãn nở vật chất.
Theo đó, Vụ nổ lớn không phải là khởi đầu của mọi thứ, mà chỉ là một trong những sự bật ngược như vậy. Điều này gợi ý rằng điểm kỳ dị trước Vụ nổ lớn có thể đã được tạo ra bởi sự sụp đổ hấp dẫn của một hố đen.
Các bằng chứng của vũ trụ học hố đen bao gồm hình ảnh trực tiếp từ Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (EHT) về hố đen M87* và Sagittarius A*, sự phát hiện sóng hấp dẫn từ các vụ sáp nhập, sự chuyển động cực nhanh của sao xung quanh tâm ngân hà, và các tia X năng lượng cao từ đĩa bồi tụ (Ảnh: Nasa/Getty Images).
Mỗi hố đen là một vũ trụ riêng?
Nếu vũ trụ của chúng ta thực sự nằm trong một hố đen, điều này đặt ra những câu hỏi lớn về những gì nằm bên trong hố đen đó, và ngược lại, những gì nằm bên trong các hố đen mà chúng ta quan sát được.
20 năm sau công trình của Pathria, nhà vật lý Lee Smolin đã xuất bản cuốn sách "Sự sống của vũ trụ", trong đó ông lập luận rằng sự hình thành của mỗi hố đen cũng tạo ra một vũ trụ mới. Theo đó, vũ trụ của chúng ta nằm trong một vũ trụ khác, và mỗi hố đen mà chúng ta quan sát được đều chứa một vũ trụ khác bên trong nó.
Giáo sư vật lý lượng tử Smolin đề xuất rằng mỗi khi một vũ trụ mới được tạo ra bên trong một hố đen, một vài biến dị ngẫu nhiên xảy ra, khiến vũ trụ đó trở nên độc nhất vô nhị. Điều này phản ánh lý thuyết tiến hóa của Charles Darwin, nơi các biến dị di truyền ngẫu nhiên tạo tiền đề cho các thế hệ tương lai. Thông qua "chọn lọc tự nhiên vũ trụ", vũ trụ của chúng ta đã tích lũy được các đặc điểm như các ngôi sao và cuối cùng là sự sống.
Hố đen không phải là một loại "lỗ" hay "hố" nào mà là vùng không–thời gian không để cho một thứ gì thoát ra khỏi nó (Ảnh: Remotevfx/Getty Images).
Với các công cụ và dữ liệu hiện có, việc chứng minh hay bác bỏ các lý thuyết về vũ trụ học hố đen và chọn lọc tự nhiên vũ trụ vẫn còn là một thách thức.
Tuy nhiên, nếu những lý thuyết này đúng, chúng sẽ giúp giải đáp nhiều thắc mắc còn bỏ ngỏ trong kiến thức vũ trụ của chúng ta, chẳng hạn như bằng chứng cho thấy vật chất tối có thể tồn tại trước Vụ nổ lớn.
Đồng thời, chúng cũng mở ra một cái nhìn linh hoạt hơn về vũ trụ, nơi các định luật không cứng nhắc như chúng ta từng tin tưởng.
