Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

Reviewer: Minh-Hung Nguyen

Scientists work on the boundaries of the unknown,

Các nhà khoa học tìm hiểu ranh giới của những điều chưa biết,

where every new piece of knowledge forms a path into a void of uncertainty.

nơi mà mỗi mảng kiến thức mới đều dẫn tới khoảng không vô định.

And nothing is more uncertain–

Và không gì đầy mơ hồ hơn...

or potentially enlightening– than a paradox.

và có khả năng soi sáng ta... hơn là một nghịch lý.

Throughout history,

Xuyên suốt lịch sử,

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

các nghịch lý luôn đe dọa phá bỏ hết mọi thứ ta biết,

and just as often, they’ve reshaped our understanding of the world.

và đồng thời, chúng định hình lại cách ta nhìn nhận thế giới.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

Ngày nay, một trong những nghịch lý lớn nhất trong vũ trụ

threatens to unravel the fields of general relativity and quantum mechanics:

hăm he sẽ lý giải lĩnh vực thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử:

the black hole information paradox.

Nghịch lý thông tin lỗ đen.

To understand this paradox,

Để hiểu nghịch lý này,

we first need to define what we mean by "information."

trước tiên ta cần định nghĩa “thông tin”.

Typically, the information we talk about is visible to the naked eye.

Thường thì thông tin mà ta nói tới có thể trông thấy bằng mắt thường.

For example,

Ví dụ, kiểu thông tin này cho ta biết quả táo thì màu đỏ, tròn và bóng loáng.

this kind of information tells us that an apple is red, round, and shiny.

But physicists are more concerned with quantum information.

Nhưng các nhà vật lý lại quan tâm đến thông tin lượng tử nhiều hơn.

This refers to the quantum properties of all the particles that make up that apple,

Điều này nói đến những thuộc tính lượng tử của tất cả các hạt cấu thành quả táo đó,

such as their position, velocity and spin.

như vị trí, vận tốc và chiều quay của chúng.

Every object in the universe is composed

Mọi vật thể trong vũ trụ đều được cấu thành từ

of particles with unique quantum properties.

những hạt với các thuộc tính lượng tử riêng biệt.

This idea is evoked most significantly in a vital law of physics:

Ý tưởng này được định hình đáng kể nhất trong một định luật vật lý quan trọng:

the total amount of quantum information in the Universe must be conserved.

tổng lượng thông tin lượng tử trong vũ trụ phải được bảo toàn.

Even if you destroy an object beyond recognition,

Ngay cả khi bạn phá hủy một vật thể tới mức không còn nhận ra nó nữa,

its quantum information is never permanently deleted.

thông tin lượng tử của nó không bao giờ bị xóa đi vĩnh viễn.

And theoretically, knowledge of that information

Và về mặt lý thuyết, nắm được thông tin lượng tử đó

would allow us to recreate the object from its particle components.

sẽ cho phép ta tái tạo lại vật thể đó từ các hạt cấu thành nó.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

Phép bảo tồn thông tin không phải chỉ là một định luật ngẫu hứng

but a mathematical necessity, upon which much of modern science is built.

mà còn cần thiết về mặt toán học, vốn là nền móng của khoa học hiện đại.

But around black holes, those foundations get shaken.

Nhưng xung quanh hố đen, những nền móng đó bị lung lay.

When an apple enters a black hole,

Khi một quả táo rơi vào hố đen,

it seems as though it leaves the universe,

nó dường như đã rời khỏi vũ trụ,

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

và mọi thông tin lượng tử của nó biến mất vĩnh viễn.

However, this doesn’t immediately break the laws of physics.

Tuy nhiên, điều này không ngay lập tức phá vỡ các định luật vật lý.

The information is out of sight,

Thông tin lượng tử đã biến mất,

but it might still exist within the black hole’s mysterious void.

nhưng có thể nó vẫn tồn tại trong khoảng không bí ẩn của hố đen.

Alternatively, some theories suggest

Ngoài ra, một số lý thuyết cho rằng

that information doesn’t even make it inside the black hole at all.

thông tin lượng tử đó thậm chí còn chưa đi vào hố đen.

Seen from outside, it’s as if the apple’s quantum information

Từ bên ngoài, trông như thông tin lượng tử của quả táo

is encoded on the surface layer of the black hole, called the event horizon.

được mã hóa trên bề mặt của hố đen, còn được gọi là chân trời sự kiện.

As the black hole’s mass increases,

Khi khối lượng của hố đen tăng lên,

the surface of the event horizon increases as well.

bề mặt của chân trời sự kiện cũng mở rộng.

So it’s possible that as a black hole swallows an object,

Vậy có khả năng khi một lỗ đen nuốt một vật thể,

it also grows large enough to conserve the object’s quantum information.

nó cũng mở rộng vừa đủ để bảo toàn thông tin lượng tử của vật thể đó.

But whether information is conserved inside the black hole or on its surface,

Nhưng việc thông tin được lưu giữ bên trong hay trên bề mặt của hố đen

vẫn chưa đụng đến các định luật vật lý,

the laws of physics remain intact–

until you account for Hawking Radiation.

cho tới khi bạn đụng phải Bức xạ Hawking.

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

Được khám phá bởi Stephen Hawking vào năm 1974,

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

hiện tượng này cho thấy hố đen đang dần bốc hơi.

Over incredibly long periods of time

Trong suốt các khoảng thời gian cực kì dài

black holes lose mass as they shed particles away from their event horizons.

hố đen mất đi khối lượng khi chúng loại bỏ các phân tử ra khỏi chân trời sự kiện.

Critically, it seems as though the evaporating particles

Nghiêm trọng thay, dù có vẻ các hạt bay hơi này

are unrelated to the information the black hole encodes–

không liên quan đến thông tin hố đen mã hóa,

suggesting that a black hole and all the quantum information it contains

cho thấy rằng hố đen và tất cả thông tin lượng tử mà nó chứa đựng

could be completely erased.

có thể bị xóa đi hoàn toàn.

Does that quantum information truly disappear?

Liệu thông tin lượng tử đó có thật sự mất đi không?

If not, where does it go?

Nếu không thì nó đi về đâu?

While the evaporation process would take an incredibly long time,

Trong khi quá trình bốc hơi sẽ mất một khoảng thời gian rất lâu,

the questions it raises for physics are far more urgent.

các câu hỏi mà hiện tượng này nêu lên cho vật lý học càng khẩn cấp hơn nữa.

The destruction of information

Sự tiêu hủy thông tin

would force us to rewrite some of our most fundamental scientific paradigms.

sẽ bắt chúng ta phải viết lại một số mô hình khoa học cơ bản nhất.

But fortunately, in science,

Nhưng may thay, trong khoa học,

every paradox is an opportunity for new discoveries.

mỗi nghịch lý đều là một cơ hội cho những khám phá mới.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

Các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu hàng loạt các giải pháp tiềm năng

to the Information Paradox.

cho Nghịch lý Thông tin này.

Some have theorized

Một số đưa ra giả thuyết

that information actually is encoded in the escaping radiation,

rằng thông tin thật ra được mã hóa trong phóng xạ thoát ra,

in some way we can’t yet understand.

theo một cách mà chúng ta chưa thể hiểu được.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

Vài người khác cho rằng nghịch lý chỉ là hiểu lầm

of how general relativity and quantum field theory interact.

cách thuyết tương đối rộng và lý thuyết lĩnh vực lượng tử tương tác với nhau.

Respectively,

Một các tương ứng,

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

hai lý thuyết này mô tả hiện tượng vật lý nhỏ nhất và lớn nhất,

and they’re notoriously difficult to combine.

và chúng lừng danh là rất khó để kết hợp.

Some researchers argue that a solution to this and many other paradoxes

Các nhà nghiên cứu tranh luận giải pháp cho việc này và các nghịch lý khác

will come naturally with a “unified theory of everything.”

sẽ tự nhiên mà đến với một “lý thuyết vạn vật hợp nhất”.

But perhaps the most mind-bending theory to come from exploring this paradox

Nhưng có lẽ lý thuyết xoắn não nhất đến từ việc khám phá nghịch lý này

is the holographic principle.

là nguyên lý hình chiếu ba chiều.

Expanding on the idea that the 2D surface of an event horizon

Mở rộng dựa trên ý tưởng rằng mặt phẳng 2D của chân trời sự kiện

can store quantum information,

có thể lưu trữ thông tin lượng tử,

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

nguyên lý này cho rằng giới hạn của vũ trụ quan sát được

is also a 2D surface encoded with information

cũng là mặt phẳng 2D được mã hóa với thông tin

about real, 3D objects.

về các vật thể 3D có thật.

If this is true, it’s possible that reality as we know it

Nếu điều này là thật thì có khả năng hiện thực mà chúng ta biết

is just a holographic projection of that information.

chỉ là hình ảnh phản chiếu ba chiều của thông tin đó.

If proven, any of these theories would open up new questions to explore,

Nếu được chứng minh, các lý thuyết này sẽ mở ra các câu hỏi mới để khám phá,

while still preserving our current models of the universe.

trong khi vẫn bảo toàn các mô hình hiện tại của vũ trụ.

But it’s also possible that those models are wrong!

Nhưng cũng có khả năng những mô hình đó đều sai!

Either way, this paradox has already helped us take another step

Dù thế nào, nghịch lý này đã giúp chúng ta tiến một bước vào

into the unknown.

những điều bí ẩn.