Từ đầu những năm 1970, các định luật của Stephen Hawking về cơ học hố đen đã thiết lập mối liên kết giữa vật lý cực đoan và thông thường, trở thành mô hình chuẩn mực suốt 50 năm. Tuy nhiên, hệ thống này chỉ áp dụng cho hố đen ở trạng thái cân bằng, không thay đổi theo thời gian. Trong thực tế, hố đen luôn biến đổi qua quá trình hình thành, tích tụ vật chất, sáp nhập và bốc hơi.
Hạn chế của mô hình Hawking
Hawking đề xuất entropy tỷ lệ thuận với diện tích chân trời sự kiện – ranh giới ngăn mọi vật thể và ánh sáng thoát ra. Tuy nhiên, trong tình huống động, chân trời sự kiện có thể hình thành ở vùng không-thời gian phẳng, khiến thuộc tính của nó phụ thuộc vào tương lai, tạo ra bài toán mục đích luận phức tạp. Điều này khiến diện tích chân trời sự kiện không thể làm thước đo entropy vật lý chính xác cho hố đen đang biến đổi.
Giải pháp từ chân trời động
Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Abhay Ashtekar từ Đại học Bang Pennsylvania đề xuất thay thế chân trời sự kiện bằng khái niệm "chân trời động". Chân trời động được xác định bằng các đặc tính vật lý của hố đen tại một thời điểm cụ thể, loại bỏ hoàn toàn bài toán mục đích luận. Phương pháp này liên kết entropy trực tiếp với năng lượng và mô-men động lượng quay (spin) của hố đen, giúp nghiên cứu hố đen động khi chúng đang tiến hóa.
Ý nghĩa và ứng dụng
Hệ thống lý thuyết mới mở rộng định luật nhiệt động lực học cho hố đen không ở trạng thái cân bằng, cung cấp công cụ giải thích các vụ sáp nhập hố đen khổng lồ và phân tích dữ liệu sóng hấp dẫn từ mạng lưới LIGO-Virgo-KAGRA. Ngoài ra, nó là chìa khóa nghiên cứu quá trình bốc hơi hố đen trong lý thuyết lượng tử. Theo giáo sư Ashtekar, "nghiên cứu này mở ra chương mới cho các mô phỏng máy tính vũ trụ". Khám phá được tạp chí Physical Review Letters vinh danh là gợi ý quan trọng cho thiên văn học.
