Ngoại truyện 31: Vi mô vĩ mô nghịch lí hố đen

Lí thuyết của Hawking về lỗ đen đưa khoa học vào thế bế tắc. Sau rất nhiều kì vọng về sự hoàn hảo khi giải bài toán liên kết giữa lượng tử và thuyết tương đối rộng. Lí thuyết hoàn mĩ ấy đưa đến một hệ quả suy rộng rất khó nuốt. Khi lạc vào hố đen vật chất biến mất, và lượng thông tin vật chất mang theo cũng biến mất. Nghĩa là không có sự tồn tại của thời gian. Hay nói cách khác không có xuyên không, không thời gian, ma, quỷ, phân ảnh, đa thế giới, đối xứng hay gì gì cả. Tất cả quay về con số không. Giống như cách tư duy khoa học khô cứng của mấy ông bác sĩ hiện nay. Không tin có linh hồn ma quỷ khi là người trực tiếp sử dụng các thiết bị vi mô, lượng tử một cách máy móc và không hiểu nguyên lí của nó. May mắn là vào năm 1997 Juan Martin Maldacena với công trình Ads/CFT lịch sử đã đủ sức thuyết phục và minh chứng cho việc khi lạc vào hố đen lượng thông tin vật mang theo không biến mất qua trên 100.000 cặp đối xứng.

Khi đọc xong lí thuyết Hawking và chưa hề biết gì về Juan tôi cũng đã từng nghĩ mình bị tâm thần khi lầm tưởng về lớp 8. Nó phải là một cô thiếu nữ ngoan hiền và rất chín chắn trong suy nghĩ. Không thể nào nụ cười và những cử chỉ rất con gái ấy lại xuất phát từ 1 cô bé mới chỉ lớp 8. Bạn cứ hình dung có một cô người yêu trẻ con và nhõng nhẽo là rất bình thường, nhưng một đứa trẻ con lại có những suy nghĩ cử chỉ rất người lớn, xứng đáng đến mức danh tiếng thì là chuyện rất khác thường. Ơn giời là tôi đọc được Hấp dẫn lượng tử của Juan. Tôi càng chắc chắn hơn về việc lượng thông tin lưu trữ lại trên trí não của lớp 8 là của một cô gái trưởng thành. Hay nói cách khác em chính là một hiện thân ký ức. Là một phần trong rối lượng tử ở trạng thái rời rạc của tôi. Tôi chợt nảy ra ý định nếu tôi yêu em ấy thì em ấy có thể cảm nhận được không và sẽ thế nào nhỉ? Tôi rất tò mò và tự cảm thấy nhiều lúc tôi thích em hơn một tình yêu tầm thường, yêu thương đến mức kì vọng. Dù gì em cũng là một vật thể xuyên không gian vô giá mà tôi có thể chạm tới. Đẹp hơn cả một vì sao. Và có lẽ cuộc hành trình cho tình yêu liêu trai của tôi đã bắt đầu.

Về vi mô
Có người chê cười tôi đang huyên thuyên về ma quỷ, linh hồn. Gắn lượng tử vào linh hồn, nói chuyện âm dương lấy những vấn đề khoa học thực dụng lắp vào tâm linh là sai lầm. Tôi không buồn cười vì bạn không biết mà chỉ tiếc cho việc bạn không thể chạm tới khoa học hiện đại.
Linh hồn là một cỗ máy mang thông tin phức tạp, những phản ứng thuộc về vật lí lượng tử trong cơ thể bạn xảy ra mỗi giây mỗi phút.
Không gắn cuộc sống con người vào vật lí lượng tử thì gắn đi đâu?
Không gắn những thứ mình chưa thể giải thích vào khoa học thì gắn vào chỗ nào?
Những vấn đề ma quỷ linh hồn sẽ còn mù mờ đến khi nào?
Khoa học mà dễ hiểu thì đã không là khoa học

Linh hồn mang cấu trúc thông tin
Năm 2012, hai nhà khoa học vật lý lừng danh thế giới là tiến sỹ Stuart Hameroff (Mỹ) - Giáo sư danh dự thuộc khoa Gây mê và Tâm lý, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu ý thức, Đại học Arizona và Roger Penrose (Anh) - đã gây xôn xao trong cộng đồng khoa học khi phát triển một học thuyết lượng tử về nhận thức.
Trong học thuyết này, linh hồn được coi là một phần của cấu trúc mà nhóm nghiên cứu gọi là vi ống - một tổ chức siêu nhỏ trong tế bào não.
Ý tưởng này bắt nguồn từ ý niệm rằng não là một máy tính sinh học với hàng tỷ neuron, kết nối sợi trục, khớp nối thần kinh hoạt động như một hệ thống thông tin hoàn chỉnh.
Theo học thuyết được các nhà khoa học Stuart Hameroff và Roger Penrose bắt đầu nghiên cứu từ năm 1996 này thì ý thức là kết quả của quá trình hấp dẫn lượng tử bên trong vi ống.
Điều này được thể hiện rõ khi con người trải nghiệm trạng thái chết lâm sàng. Khi đó, các vi ống mất trạng thái lượng tử, nhưng thông tin chứa trong nó thì không hề bị phá hủy. Hai tiến sỹ cho rằng, linh hồn không hề chết đi mà chỉ đi vào vũ trụ.
"Khi trái tim ngừng đập, máu ngừng chảy, các vi ống mất đi trạng thái lượng tử, tuy nhiên thông tin trong vi ống không và không thể mất đi. Nó chỉ phân phối và tiêu tán vào vũ trụ.
Khi bệnh nhân tỉnh lại, hồi sinh, các thông tin lượng tử này có thể quay lại các vi ống. Nếu họ chết, các thông tin lượng tử có thể tồn tại ngoài cơ thể - dưới dạng một linh hồn"
Nhà vật lý học lý thuyết Henry Stapp - Đại học California - Berkeley, Mỹ nói: "Niềm tin vào linh hồn không phải là không có căn cứ khoa học. Linh hồn là sự độc lập về nhân cách của trí não hay phần sống sót còn lại của cơ thể sau khi chết".
Còn Giáo sư, tiến sỹ Hans-Peter Dür - nguyên Giám đốc Viện Vật lý Max Planck, Munich, Đức - cho rằng: "Sự tồn tại song song giữa cơ thể và linh hồn cũng chân thực như sự tồn tại song song của sóng và hạt vật chất nhỏ nhất".
Theo vị giáo sư này, trạng thái lượng tử của vũ trụ tồn tại ở cả vật thể sống và chết, dẫn tới sự tồn tại sau khi chết. "Chúng ta mới chỉ nhìn thấy khía cạnh vật chất của thế giới này.

Về vĩ mô
Nguyên lí toàn ảnh - Thứ giải quyết được nghịch lí thông tin hố đen
Nguyên lý toàn ảnh (Holographic Principle) là một nguyên lý của lý thuyết dây và là một tính chất phải có của hấp dẫn lượng tử. Nguyên lý này cho rằng nội dung thông tin của một vùng không gian được mã hóa trên vùng biên (chân trời hấp dẫn) bao quanh không gian này . Gerand t’ Hooft và Thorn /2/ là người đưa ý tưởng này ra đầu tiên, sau đó Leonard Susskind đưa ra cách giải thích chính xác bằng lý thuyêt dây /1/. Trong một không gian với hằng số vũ trụ Λ dương ( không gian có độ cong dương) entropy của vũ trụ quan sát được (observable universe) sẽ có giá trị hữu hạn /3/ . Bousso /4/ đã chỉ ra rằng số bậc tự do (tương đương entropy) tỷ nghịch với hằng số vũ trụ Λ.
Entropy của our observable gravitational boundary universe là như sau /5/
S = kb*A/ (4*G*hn/c^3 ) = 4π* kb/ K^2
Trong đó
kb = Boltzmann constant
K = Copernicus constant
Số bậc tự do (tương đương entropy) của our observable gravitational boundary universe là như sau /5/
N bound = 1/K^2 = 10^124 / 137.03599914
=7.2973525663 * 10^121
Ref
/1/ Susskind, Leonard (1995). "The World as a Hologram". Journal of Mathematical Physics. 36 (11): 6377–6396. arXiv:hep-th/9409089 .
/2/ 't Hooft, Gerard (1993). "Dimensional Reduction in Quantum Gravity". arXiv:gr-qc/9310026
Thorn, Charles B. (27–31 May 1991). Reformulating string theory with the 1/N expansion. International A.D. Sakharov Conference on Physics. Moscow. pp. 447–54.ISBN 978-1-56072-073-7. arXiv:hep-th/9405069
/3/ Lisa Dyson, Matthew Kleban, Leonard Susskind 2002) "Disturbing Implications of a Cosmological Constant" . arXiv:hep-th/0208013v3
/4/ Bousso, Raphael (2002). "The Holographic Principle". Reviews of Modern Physics. 74 (3): 825–874.. arXiv:hep-th/0203101
/5/ Lê Sỹ Hội
April 2016,
https://www.academia.edu/.../The_Copernicus_Constant_K...
December2016,
https://www.academia.edu/.../The_Constant_Copernicus_K...

Nghịch lí thông tin hố đen
Nghịch lý thông tin hố đen bắt nguồn từ công trình của Werner Israel (1967) . Công trình này cho thấy nghiệm hố đen chân không tĩnh là metric Schwarzschild, nghiệm hố đen quay là metric Kerr Newman. Định lý no hair chứng tỏ rằng đối với Bên ngoài, mọi thông tin về hố đen chỉ còn gồm 3 đại lượng : khối lượng, momen góc và điện tích.
Ở lý thuyết cổ điển, vấn đề mất thông tin này không thành vấn đề. Năm 1975 Hawking /1/ phát hiện ra rằng, hiệu ứng lượng tử sẽ khiến cho hố đen phát xạ. Khi hố đen phát xạ, năng lượng sẽ mất đi, hố đen nhỏ dần và biến mất. Thế thì thông tin Bên trong hố đen đi đâu ?
Nếu như thông tin lượng tử không được bảo toàn, tương đương như năng lượng và vật chất không được bảo toàn, vi phạm nền tảng của vật lý.
Theo Leonard Susskind, sử dụng nguyên lý toàn ảnh cho phép ta giải quyết nghịch lý này.
Thông tin lượng tử của Hố đen ở trên mặt biên hoàn toàn tương đương với Thông tin lượng tử bên trong hố đen theo nguyên lý toàn ảnh. Khi hố đen bốc hơi, diện tích bề mặt hố đen nhỏ dần đi, các đơn vị Thông tin lượng tử đã được mang đi theo bức xạ Hawking.
Ta có thể tưởng tượng Hố đen như một hạt cơ bản khổng lồ nào đó. Nếu ta có một phản hạt tương ứng thì ta sẽ có hủy cặp hạt và phản hạt biến thành bức xạ bay đi. Quá trình bức xạ Hawking có thể hiểu như quá trình xé nhỏ thông tin và chuyển đi .
Như vậy ta có thể hiểu định lý no hair ( Hố đen không có tóc) chỉ là mô tả thô gần đúng về hố đen ở mức cổ điển. Số lượng thông tin lượng tử trong hố đen tỷ lệ với diện tích chân trời bao quanh hố đen.
Công trình /2/ cho biết, ngay cả lượng tử không gian (hố đen nhỏ nhất) cũng có 50 bậc tự do nhiệt động lực học.
Như vậy mô tả lượng tử của hố đen rất phong phú, không phải chỉ có 3 đại lượng (khối lượng, momen góc và điện tích) như ở mô tả cổ điển. Hay nói khác đi, hố đen phải có tóc như công trình gần đây nhất của Hawking, Stephen W, Perry, Malcolm J, Strominger, Andrew /3/ đã chỉ ra.
Ref.
/1/ S. W. Hawking, “Particle Creation by Black Holes,” Commun. Math. Phys. 43, 199 (1975)
/2/ Lê Sỹ Hội, June 2016,
https://www.academia.edu/.../The_Copernicus_Constant_K...
/3/ Hawking, Stephen W.; Perry, Malcolm J.; Strominger, Andrew (2016). “ Soft Hair on Black Holes”, arXiv : hep-th/ 1601.00921