📌 Điểm kỳ dị - nơi mà mật độ vật chất và độ cong của không – thời gian là vô cùng.

🕳 Điểm kỳ dị không-thời gian ( gravitational singularity hay spacetime singularity) là một điểm của không gian mà tại đó, mật độ vật chất cũng như độ cong của không-thời gian là vô cùng. Có nhiều loại kỳ dị: kỳ dị lỗ đen, kỳ dị trần trụi, kỳ dị Vụ nổ lớn... Ở điểm kỳ dị này, các định luật khoa học và khả năng tiên đoán tương lai đều không dùng được nữa.
Kỳ dị, hoặc là luôn nằm ở tương lai (như kỳ dị lỗ đen), hoặc luôn nằm hoàn toàn trong quá khứ (như kỳ dị Vụ nổ lớn).

1️⃣ Kỳ dị lỗ đen
⚛️ Lỗ đen (hố đen hoặc hốc đen) là một vùng không - thời gian có một trường hấp dẫn mạnh đến nỗi không có vật chất nói chung chiếm khối lượng và không gian nhất định hoặc bức xạ và ánh sáng nào có thể thoát ra ngoài. Thuyết tương đối rộng tiên đoán một lượng vật chất với khối lượng đủ lớn nằm trong phạm vi đủ nhỏ sẽ làm biến dạng không thời gian để trở thành lỗ đen. Xung quanh lỗ đen là một mặt xác định bởi phương trình toán học gọi là chân trời sự kiện, mà tại đó khi vật chất vượt qua nó sẽ không thể thoát ra ngoài lỗ đen được. Lỗ đen gọi là "đen" bởi vì nó hấp thụ mọi bức xạ và vật chất hút qua chân trời sự kiện, giống như một vật đen tuyệt đối trong nhiệt động lực học; nó cũng không phải là một loại "lỗ" hay "hố" nào mà là vùng không thời gian không để cho một thứ gì thoát ra.

⚛️ Kỳ dị lỗ đen được tạo thành khi một ngôi sao có khối lượng lớn hơn nhiều so với giới hạn Chandrasekhar kết thúc vòng đời của nó. Ngôi sao này sẽ co lại tới mật độ vô hạn thành một điểm, đó là điểm kỳ dị. Điểm kỳ dị ở lỗ đen được che giấu kín đáo bởi chân trời sự kiện. Nếu như một vật thể có khối lượng rơi vào lỗ đen, ngay khi chạm gần đến chân trời sự kiện, vật thể đó sẽ bị bóp nát bởi sự chênh lệch về hấp dẫn tại mọi điểm xung quanh lỗ đen. Nếu rơi vào trong lỗ đen, tức là đi qua chân trời sự kiện, vật thể đó sẽ không còn thể tích, mà sẽ chỉ còn khối lượng, cùng với trường hấp dẫn. Bất cứ ai rơi vào chân trời sự kiện thì sẽ sớm tới vùng gần điểm kỳ dị có mật độ vô hạn và chấm dứt thời gian. Để tưởng tượng, nếu có một phi hành gia đang trên con tàu vũ trụ đang tiến gần về lỗ đen (giả sử con tàu và anh ta đều nguyên vẹn khi vào đó). Bạn đang đứng từ ngoài quan sát anh ta, phi hành gia bắt đầu vẫy tay chào bạn. Từ góc nhìn của bạn, hành động vẫy tay của anh ta chậm dần, chậm dần khi tiến càng gần lỗ đen, và sẽ dừng hoàn toàn khi vào điểm kỳ dị, thân xác anh ta biến dạng vô hạn. Từ hệ quy chiếu của phi hành gia, anh ta thấy các sự kiện bên ngoài lỗ đen trôi qua nhanh vô hạn.

2️⃣ Kỳ dị trần trụi
⚛️ Là điểm kỳ dị của không-thời gian,có độ cong không-thời gian vô hạn giống điểm kỳ dị của lỗ đen nhưng không bị bao quanh bởi chân trời sự kiện. Trong thuyết tương đối rộng, kỳ dị trần trụi là điểm kỳ dị không thời gian, là ở đó, thời gian không tồn tại, cong không thời gian vô hạn giống điểm kỳ dị của lỗ đen nhưng không bị bao quanh bởi chân trời sự kiện. Ở lỗ đen, lực hấp dẫn bên trong chân trời sự kiện mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thoát ra được bên ngoài, vì vậy mà lỗ đen không thể quan sát trực tiếp được. Trái lại, kỳ dị trần trụi có thể quan sát từ bên ngoài. . Kỳ dị trần trụi là không bền: chỉ một nhiễu động sóng rất nhỏ cũng có thể khiến nó trở thành lỗ đen và ẩn giấu sau chân trời sự kiện.

⚛️ Sự tồn tại của kỳ dị trần trụi về mặt lý thuyết rất quan trọng, nó cho thấy khả năng quan sát quá trình sụp đổ tới mật độ vô hạn của vật chất. Nó cũng chứa những vấn đề cơ bản của thuyết tương đối rộng, vì với sự hiện hữu của kỳ dị trần trụi, thuyết tương đối rộng không thể đưa ra các tiên đoán về sự tiến triển của không-thời gian.

⚛️ Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng nếu lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng là đúng, thì kỳ dị trần trụi có thể tồn tại trong tự nhiên, và phủ định giả thuyết vũ trụ kiểm duyệt. Vài tính toán toán học và lý luận cũng cho thấy điều này là có thể.

🤷 Cho đến ngày nay, vẫn chưa có vụ quan sát kỳ dị trần trụi nào được ghi nhận.

3️⃣ Kỳ dị vụ nổ lớn
⚛️ Nếu như thuyết vụ nổ lớn là đúng đắn thì ắt phải có sự tồn tại của điểm kỳ dị vụ nổ lớn. Đó là điểm bắt đầu mà tại đó, vụ nổ lớn xảy ra. Vì Vũ trụ giãn nở ra xa nhau, nên chắc chắn trong quá khứ, nó phải ở cùng một điểm. Điểm đó có độ cong của không - thời gian là vô hạn. Đó là kỳ dị vụ nổ lớn.

4️⃣ Kỳ dị vụ co lớn
⚛️ Trong vũ trụ học, Vụ Co Lớn (tiếng Anh: the Big Crunch) là một giả thuyết về sự quy tụ của vũ trụ trở lại một điểm sau khi nó ngừng nở ra sau Vụ Nổ Lớn.

⚛️ Nếu lực hấp dẫn của tất cả vật chất trong vòng vũ trụ quan sát được đủ lớn, nó có thể làm chậm dần quá trình nở ra của vũ trụ, đến mức ngừng hẳn rồi sau đó bắt đầu co trở lại. Sau khoảng thời gian gần bằng thời gian giãn nở, vũ trụ co trở về một điểm kỳ dị, tương tự như một hố đen khổng lồ chứa tất cả mọi vật chất. Không thể nói gì được về chuyện gì sẽ xảy ra sau Vụ Co Lớn, vì thời gian ngừng tại điểm kỳ dị này.

⚛️ Để xảy ra Vụ Co Lớn, mật độ vật chất trong vũ trụ phải đủ lớn để làm độ cong của không-thời gian là dương (tương tự như bề mặt của hình cầu). Nếu mật độ trung bình nhỏ hơn một giá trị, gọi là mật độ tới hạn, độ cong sẽ là âm (tương tự hình yên ngựa) và lực hấp dẫn tuy vẫn làm chậm quá trình giãn nở nhưng sẽ không bao giờ khiến quá trình này ngừng hẳn. Các trường hợp độ cong vũ trụ âm, dương hay bằng 0 tương ứng với 3 mô hình Friedmann. Các mô hình này giả thiết hằng số vũ trụ học bằng 0.

🗣️ Cần phải nói thêm về nguyên lý loại trừ Pauli: nguyên lý phát biểu rằng hai hạt không thể cùng một lúc giống nhau về vận tốc và vị trí, nghĩa là 2 hạt có cùng vị trí thì không thể có cùng vận tốc; điều đó sẽ khiến chúng lại tách ra xa nhau. Đây là lý do các ngôi sao kích thước nhỏ không co thành điểm kỳ dị được vì lực loại trừ Pauli ngăn cản chúng co lại.

⚛️ Thế nhưng mọi chuyện sẽ khác đối với những vật chất có khối lượng quá lớn (mà vũ trụ chúng ta nằm trong số đó). Những vật chất này có hấp dẫn mạnh đến mức phá vỡ ngăn cản đó, và tiếp tục co lại thành kỳ dị. Như vậy, kỳ dị vụ co lớn là một trong những giả thuyết về kết cục của vũ trụ.

⚛️ Tuy nhiên, các bằng chứng thực nghiệm (các quan sát về các siêu tân tinh được lấy làm ngọn nến mốc, hay nền vi sóng vũ trụ) cho thấy sự giãn nở của vũ trụ không bị chậm lại mà còn đang tăng tốc. Đa số các nhà thiên văn đã công nhận kết quả thực nghiệm về vũ trụ nở nhanh dần từ năm 2002.

📡 Theo thuyết tương đối rộng, mô hình đơn giản nhất tương ứng với một vũ trụ đang nở nhanh dần là hằng số vũ trụ học dương, có thể được giải thích là chân không lượng tử đang sinh ra một lực đẩy chống lại lực hút hấp dẫn. Sự tăng tốc của quá trình giãn nở gây ra bởi năng lượng tối và hằng số vũ trụ học có thể biến đổi theo thời gian chứ không là một hằng số vật lý. Trên lý thuyết, điều này tương đương với việc hằng số vũ trụ học có thể sẽ không giữ giá trị như hiện nay nữa và trở thành âm một ngày nào đó, để sinh ra Vụ Co Lớn. Lý thuyết tương đối rộng vẫn cho phép xảy ra Vụ Co Lớn, nhưng thời gian diễn ra của một Vụ Co Lớn bị giới hạn.

📂Nguồn: Science Realm tổng hợp và xử lý từ Wikipedia.

#ScienceRealm #Physics #Vatly #Astronomy #Thienvanhoc