Nhà khoa học Trung Quốc muốn biến lỗ đen vũ trụ thành lò phản ứng hạt nhân

Lỗ đen là một khái niệm gợi lên nỗi kinh hoàng và sợ hãi. Chúng được hiểu như quái vật trong không gian nuốt chửng mọi thứ và không có gì thoát khỏi chúng, kể cả ánh sáng.

Thế nhưng, lỗ đen cũng không thoát khỏi trí tưởng tượng của con người vốn luôn biết sáng tạo để tận dụng tự nhiên phục vụ cho công việc của mình. Hai nhà vật lý Trung Quốc hiện đã tính toán xem có thể tận dụng được gì từ lỗ đen phục vụ cho con người hay không và làm điều đó như thế nào. Theo Zhan-Feng Mai và Run-Qiu Yang của Đại học Thiên Tân ở Trung Quốc, về mặt lý thuyết, các lỗ đen cực nhỏ có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng.

Tính toán của hai nhà khoa học phát hiện ra rằng những vật thể siêu đặc này có thể hoạt động như pin sạc hay lò phản ứng hạt nhân, cung cấp năng lượng ở quy mô gigaelectronvolt.

Trên thực tế, năng lượng được chiết xuất không đến từ bên trong lỗ đen mà chỉ đến từ bên ngoài nó: nơi tập trung lực hấp dẫn mạnh nhất được biết đến trong vũ trụ.

Vũ trụ được cho là chứa đầy các lỗ đen, nhưng không phải lúc nào cũng dễ dàng phát hiện ra chúng. Chúng ta mới chỉ ước đoán là những vật thể bí ẩn này có khối lượng từ khoảng 5 lần đến hàng chục tỉ lần khối lượng Mặt trời.

Nhưng còn có một loại trọng lượng lỗ đen khác, ít nhất là về mặt lý thuyết. Đây là những lỗ đen nguyên thủy và chúng có thể rất nhỏ về mặt không gian, có thể chỉ đạt kích thước cỡ hạ nguyên tử.

Trong khi các lỗ đen khối lượng lớn hình thành từ lõi sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ đã chết, thì lỗ đen nguyên thủy được cho là hình thành từ mật độ siêu cấp trong plasma nguyên thủy tràn ngập vũ trụ sau Vụ nổ lớn.

Ta không biết liệu lỗ đen nguyên thủy có tồn tại hay không, nhưng nếu có, chúng mở ra rất nhiều khả năng. Trước hết là giải quyết được những vấn đề liên quan đến lý thuyết vật chất tối, trong đó các lỗ đen nguyên thủy được coi là một ứng cử viên sáng giá. Và giờ có vẻ như con người đang lần mò khai thác những vật thể giả định này trong không-thời gian theo một cách nào đó.

Pin chuyển đổi năng lượng phi điện thành năng lượng điện. Lò phản ứng hạt nhân khai thác sức mạnh của phản ứng hạt nhân để tạo ra năng lượng. Vì vậy, hai nhà khoa học Mai và Yang lập luận rằng về mặt lý thuyết, một lỗ đen nhỏ có thể làm được cả hai điều đó.

Hai nhà khoa học đặt câu hỏi: “Với thực tế là lỗ đen có lực hấp dẫn cực kỳ mạnh, thì xét trên mặt lý thuyết, một câu hỏi thú vị được đặt ra: liệu chúng ta có thể sử dụng lực hấp dẫn của lỗ đen để tạo ra năng lượng điện hay không, tức là sử dụng lỗ đen làm pin?”, đồng thời họ tự giải đáp: “Trong nghiên cứu này, về mặt lý thuyết, chúng tôi lập luận rằng có thể sử dụng lỗ đen Schwarzschild làm pin sạc”.

Hiện nay có một vấn đề với các lỗ đen rất nhỏ: Bức xạ Hawking. Khối lượng của lỗ đen bị hao hụt do sự tương tác giữa chân trời sự kiện của lỗ đen và trường lượng tử ở vùng lân cận của nó. Lỗ đen càng nhỏ thì khối lượng bị mất qua bức xạ Hawking càng nhanh. Nếu một lỗ đen quá nhỏ, nó sẽ bốc hơi hoàn toàn rất nhanh chóng.

Hơn nữa, một lỗ đen nhỏ cũng được cho là sẽ nuốt vật chất rất nhanh, điều này sẽ gây khó khăn cho việc lấy bất cứ thứ gì từ không gian xung quanh nó.

Mai và Yang giải quyết những vấn đề hao hụt khối lượng bằng phương án có thể bổ sung và nạp lại năng lượng cho một lỗ đen nguyên thủy có khối lượng nhất định theo cách mà nó có thể tạo ra năng lượng điện. Một lỗ đen cỡ nguyên tử có khối lượng từ 10 mũ 15 đến 10 mũ 18 ki lô gam có thể tạo ra năng lượng này khi được bổ sung các hạt tích điện.

Hai nhà nghiên cứu tính toán ở mức tối đa, lỗ đen có thể chuyển đổi 25% khối lượng đầu vào thành năng lượng. Đó là tỷ lệ vô cùng hiệu quả. Hầu hết các tấm pin mặt trời có bán trên thị trường hiện giờ đều có tỷ lệ hiệu suất dưới 23%.

Nhóm nghiên cứu còn xác định rằng lỗ đen có thể đạt được hiệu suất tương tự như một lò phản ứng hạt nhân. Các phương trình của họ cho thấy rằng, trong vùng lân cận của lỗ đen nguyên thủy, 25% khối lượng của hạt alpha, tạo ra bởi sự phân rã phóng xạ, có thể chuyển đổi thành động năng.

Đó thực sự không phải là thứ chúng ta có thể kiểm chứng. Ngay cả khi chúng ta biết chắc chắn rằng có một lỗ đen tồn tại đâu đó, chúng ta cũng không thể cứ thế tóm lấy một lỗ đen nguyên thủy để mang về nghiên cứu, chứ đừng nói đến việc lắp đặt và kiểm soát nó. Nhưng phân tích táo bạo này mở ra một số điều thú vị để suy nghĩ.

Đặc biệt, hai nhà nghiên cứu cho biết mô hình lò phản ứng lỗ đen của họ nằm ngay trong phạm vi khối lượng được đề xuất cho vật chất tối - làm tăng khả năng đầy hấp dẫn rằng con người có thể khai thác một trong những dạng vật chất bí ẩn nhất trong vũ trụ để cung cấp năng lượng cho chiếc máy tính mà bạn đang dùng để đọc bài này chẳng hạn.