Trên lý thuyết, có rất nhiều loại lỗ đen: loại có điện tích hoặc không, một số đứng yên hoặc quay, vài lỗ đen được bao quanh bởi vật chất, một số lại lơ lửng trong không gian trống rỗng.
Vài loại lỗ đen đã được chứng minh có thật. Lỗ đen quay và bao quanh bởi vật chất rất phổ biến, thậm chí đã được chụp lại.
Tuy nhiên, một số loại lỗ đen chỉ mới tồn tại trên lý thuyết. Dù vậy, các nhà khoa học vẫn rất chú ý tìm hiểu các vật thể bí ẩn này. Bằng cách tìm hiểu các cơ sở toán học của lỗ đen, ta có thể nhận ra những mối quan hệ, tương quan với các lý thuyết vật lý nhằm áp dụng cho thực tế.
Chất siêu dẫn 3 chiều
Lỗ đen tích điện nằm trong không gian anti-de Sitter là loại lỗ đen rất thú vị, dù chỉ tồn tại trên lý thuyết. Không gian anti-de Sitter là không gian hyperbolic có độ cong âm, như một cái yên ngựa.
Dù lỗ đen tích điện chưa được chứng minh là có thật, từ nghiên cứu các lỗ đen này, giới khoa học sẽ hiểu hơn về lỗ đen quay đã được chứng minh có trong thực tế. Cả hai loại có nhiều điểm tương đồng, bổ trợ nhau trong các tính toán.
 Mặt cầu của không gian anti-de Sitter có độ cong dương, mặt có hình yên ngựa là ví dụ của không gian có độ cong âm. Ảnh: Phys. |
Các nhà vật lý phát hiện rằng khi các lỗ đen này nguội, chúng hình thành "đám mây" trường lượng tử xung quanh bề mặt. Đám mây này dính vào bề mặt, bị lực hấp dẫn của lỗ đen kéo vào trong rồi lại bị đẩy ra ngoài bởi lực đẩy electron của chính lỗ đen đó. Đám mây trường lượng tử hoạt động ổn định trên một bề mặt còn được gọi là chất siêu dẫn.
Các chất siêu dẫn có ứng dụng trong đời thực. Vì vậy, việc nghiên cứu chất siêu dẫn hoạt động như thế nào trong những tình huống đặc biệt như thế giúp chúng ta hiểu được cấu trúc toán học của chúng, từ đó áp dụng vào thực tế.
Các lỗ đen tích điện nằm trong không gian bình thường của vũ trụ thường có vài vùng kỳ dị bên trong. Nằm phía trong chân trời sự kiện (ranh giới xung quanh lỗ đen, hút mọi vật chất vào trong) là vùng chứa năng lượng lượng tử đậm đặc được gọi là chân trời bên trong. Phía trong nữa là hố sâu nối với lỗ trắng, theo lý thuyết.
Trong thực tế, các nhà khoa học vẫn chưa thể khẳng định lỗ sâu có tồn tại, bởi các định luật toán học không giải đáp được sự tồn tại của các vật sau chân trời sự kiện. Tuy nhiên, các lỗ đen tích điện bao quanh bởi không gian anti-de Sitter, hay còn gọi là lỗ đen siêu dẫn, không gặp phải vấn đề này.
 Cần có thêm những lý thuyết mới về lực hấp dẫn để giải thích những gì xảy ra bên trong điểm kỳ dị. Ảnh: Livescience. |
Trong lỗ đen siêu dẫn, chân trời bên trong và cả các lỗ sâu đều bị phá vỡ. Thay vào đó, không gian bên trong các lỗ đen này dao động theo hiệu ứng Josephson như các hạt trong chất siêu dẫn bình thường.
Hiệu ứng Josephson là hiện tượng của dòng siêu dòng, tức dòng điện chạy vô thời hạn mà không có bất kỳ điện áp nào được áp dụng trên thiết bị có tên ngã ba Josephson, gồm hai chất siêu dẫn được ghép bởi một liên kết yếu.
Vũ trụ fractal
Sau khoảng không - thời gian rung động là vùng sâu nhất của lỗ đen siêu dẫn. Các nhà nghiên cứu phát hiện những vùng trong cùng này có thể tạo ra vũ trụ đang giãn nở một cách kỳ lạ, với không gian kéo dài, biến đổi theo tỷ lệ và hướng khác nhau.
Hơn nữa, tùy thuộc vào nhiệt độ của lỗ đen, một số vùng không gian này có thể kích hoạt vòng rung động mới. Sau đó, nó lại tạo ra vùng không gian mở rộng hơn, kích hoạt vòng rung động khác, cứ lặp đi lặp lại như vậy cho đến khi tạo ra vòng rung động quy mô nhỏ hơn.
Điều này tạo ra vũ trụ có hình fractal phân dạng và lặp lại không ngừng, từ quy mô lớn đến quy mô nhỏ. Tại trung tâm của hố đen hỗn độn và lạ thường này là điểm kỳ dị, điểm có mật độ vô hạn, ngôi nhà của mọi vật chất từng rơi vào lỗ đen.
Fractal là dạng hình học thường gấp khúc trên mọi tỷ lệ phóng đại, có thể tách ra thành từng phần với mỗi phần giống như hình tổng thể song ở tỷ lệ thu nhỏ hơn. Đây là dạng do nhà toán học Mandebrot sáng tạo.
Tuy nhiên, với các công thức toán học và định luật vật lý hạn chế, giới khoa học vẫn chưa giải thích được điều gì đang diễn ra tại điểm kỳ dị. Do đó, cần có thêm thời gian để những lý thuyết mới bổ túc cho lực hấp dẫn được trọn vẹn, điều có thể không bao giờ là đủ.
