Các ngôi sao đã chết không phát ra bức xạ

• Một bài báo gần đây cho rằng mọi vật chất nặng đều phát ra bức xạ Hawking, và ngay cả các ngôi sao đã chết cuối cùng cũng sẽ biến mất
• Lập luận này hàm ý vi phạm bảo toàn baryon, mâu thuẫn với các lý thuyết hiện có
• Các chuyên gia chỉ trích rằng phương pháp tính trong bài báo này không chính xác, và trên thực tế trường hấp dẫn của một khối lượng tĩnh không tạo ra cặp hạt - phản hạt
• Từ nhiều thập kỷ trước, Ashtekar và Magnon cùng các nhà nghiên cứu khác đã chứng minh chặt chẽ rằng chân không trong không-thời gian tĩnh là ổn định
• Gần đây có rất nhiều tin tức cường điệu xoay quanh các bài đưa tin sai lệch, nhưng các nguyên lý vật lý hiện có không thay đổi

---

Tuyên bố về bức xạ Hawking của các ngôi sao đã chết

Gần đây, ba nhà nghiên cứu Michael F. Wondrak, Walter D. van Suijlekom và Heino Falcke cho rằng không chỉ hố đen mà mọi vật chất nặng đều phát ra bức xạ Hawking

• Họ cho rằng ngay cả những ngôi sao đã chết lạnh giá cũng phát ra bức xạ Hawking, từ từ mất khối lượng và cuối cùng biến mất hoàn toàn
• Theo lập luận này, thời điểm vũ trụ suy vong có thể đến sớm hơn rất nhiều so với các dự đoán trước đây

Lý thuyết này vi phạm định luật bảo toàn baryon hiện có

• Không có lời giải thích rõ ràng về cơ chế tiêu biến proton và neutron tạo nên ngôi sao
• Họ chỉ cho rằng trường hấp dẫn của ngôi sao tạo ra các cặp hạt - phản hạt khiến ngôi sao mất khối lượng

Phản ứng của giới chuyên gia

Nếu các chuyên gia cho rằng lập luận này là hợp lý, thì đây sẽ là một sự kiện mang tính cách mạng trong lĩnh vực lý thuyết hấp dẫn lượng tử

• Trước nay, quan điểm chính thống là vật chất đứng yên không phát ra bức xạ Hawking
• Nếu lý thuyết này đúng, thì trong lý thuyết trường lượng tử trên không-thời gian cong, bảo toàn số baryon tất yếu sẽ bị phá vỡ, gây chấn động lớn cho vật lý học

Nhưng trên thực tế, các bài báo này hầu như không tạo được ảnh hưởng trong giới vật lý

• Các bài báo của Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla và những người khác đã chỉ ra rằng phương pháp xấp xỉ được họ đơn giản hóa mắc sai sót nghiêm trọng
• E. T. Akhmedov và cộng sự cũng đưa ra những phê phán tương tự

Các chuyên gia thực thụ đã biết từ trước năm 1975 rằng trường hấp dẫn của một khối lượng tĩnh không gây ra sự hình thành các cặp hạt - phản hạt

Truyền thông đưa tin và sự hiểu lầm của công chúng

Bài báo do Wondrak và cộng sự gửi đăng đã trải qua phản biện chuyên môn, nhưng trên thực tế không được kiểm chứng bởi các chuyên gia đúng lĩnh vực đó

• Không phải cứ được đăng trên một tạp chí vật lý nổi tiếng thì mặc nhiên có thể tin cậy
• Các bài báo truyền thông nói về lập luận này đã đưa tin giật gân mà không kiểm tra đầy đủ sự thật

Một số ví dụ bài báo tiêu biểu

• CBS News: “Vũ trụ sẽ suy vong nhanh hơn rất nhiều so với trước đây”
• Space.com, Forbes và nhiều cơ quan khác đã làm nổi bật vấn đề này, khiến sự nhầm lẫn trong công chúng tăng lên
• Thông tin sai lệch lan truyền rất nhanh, khiến việc truyền tải sự thật chính xác trở nên khó khăn

Cơ sở lý thuyết chặt chẽ

Trên thực tế, Ashtekar và Magnon (1975) đã nghiên cứu một cách chặt chẽ lý thuyết trường lượng tử trong không-thời gian cong

• Họ chứng minh rằng trong không-thời gian tĩnh, nếu tồn tại một 'đối xứng không-thời gian ở mọi nơi (timelike Killing field)' thì trạng thái chân không là ổn định
• Trong điều kiện này, sự phát sinh tự nhiên (tự phát) của các cặp hạt - phản hạt sẽ không xảy ra

Nội dung này cũng được trình bày chi tiết trong giáo trình của Robert Wald

• Sách giải thích cách định nghĩa khái niệm năng lượng trong không-thời gian cong, tính ổn định của chân không, và phương pháp nghiêm ngặt để phân biệt hạt/phản hạt
• Nghiệm Schwarzschild (tức hố đen tĩnh) cũng có Killing field, nhưng tại chân trời sự kiện thì tính chất thay đổi nên kết quả này không thể áp dụng trực tiếp

Theo các nghiên cứu của Ashtekar, Magnon và Wald, quan điểm chính thống đã được xác lập rằng trường hấp dẫn của các thiên thể tĩnh không giải thích hiện tượng tạo hạt

Kết luận và tình hình hiện tại

• Trường hấp dẫn tĩnh của sao hay vật chất không gây ra bức xạ Hawking hoặc sự tạo thành cặp hạt, đây là điều đã được xác lập trong nhiều thập kỷ
• Phương pháp tính xấp xỉ được đưa ra trong bài báo gần đây mâu thuẫn với điều này, và sai sót của nó cũng đã được nhiều nơi chỉ ra
• Vấn đề này không cần đến một cuộc tranh luận kéo dài vì khiếm khuyết nằm ở chính phương pháp xấp xỉ
• Đây là vấn đề đã được làm rõ từ hơn 50 năm trước, nên cũng khó gọi là một kết quả mới
• Bài báo gần đây có nguy cơ gây cường điệu và hiểu lầm vì không theo kịp chiều sâu của lý thuyết hiện có

Tài liệu tham khảo

• Abhay Ashtekar, Anne Magnon: Quantum fields in curved space-times (1975)
• Robert Wald: Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics (1994)
• Luận án tiến sĩ của Valeria Michelle Carrión Álvarez (2004) cùng các tài liệu khác

Hiện đã được xác nhận rõ ràng qua nhiều thập kỷ nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm rằng các ngôi sao đã chết cũng như các thiên thể tĩnh không phát ra bức xạ Hawking

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Cảm giác rằng trong vũ trụ vẫn còn điều gì đó chúng ta đang bỏ sót, và những lý thuyết đồ sộ sẽ còn kéo dài hàng chục tỷ năm tới lại không bao hàm được điều đó

• Đặt nghi vấn về việc Hawking radiation xảy ra như thế nào trong trường hợp vận tốc thoát khỏi giếng thế hấp dẫn không vượt quá tốc độ ánh sáng. Nếu cả cặp hạt ảo đều tồn tại và không có hạt nào vượt qua chân trời sự kiện, thì sẽ không có lý do gì để chúng biến mất

  • Nhắc lại rằng cách giải thích kiểu “một hạt trong cặp bị mắc kẹt ở chân trời sự kiện” về Hawking radiation chỉ là một phép ví von đơn giản hóa thực tế. Hiện tượng thực sự là sự tán xạ của các hạt (hoặc trường) xảy ra tại chân trời sự kiện. Bản thân Hawking cũng nhấn mạnh rằng hình dung này chỉ là ẩn dụ mang tính heuristic và tuyệt đối không nên hiểu theo nghĩa đen
  • Thực tế, phép ví von đó chỉ là một ví dụ hư cấu được tạo ra để giải thích cơ chế hoạt động của Hawking radiation, và chẳng qua chỉ là một ẩn dụ cường điệu để làm hài lòng các nhà báo khoa học

• Câu hỏi về cách hiểu đơn giản vì sao các thiên thể có khối lượng lớn lại không phát ra sóng hấp dẫn. Người quan sát đang gia tốc sẽ thấy bức xạ nhiệt theo hiệu ứng Unruh, vậy nếu đứng trên một hành tinh thì cũng đang gia tốc do hấp dẫn, liệu có thấy bức xạ Unruh hay không, và điều đó liên hệ thế nào với Hawking radiation

  • Theo góc nhìn của người bình thường, khi đứng trên một hành tinh thì thực ra không phải đang gia tốc, mà là mặt đất đang đỡ mình, nên nếu không rơi tự do thì không có gia tốc thực sự

• Vui vẻ nhắc đến việc đã viết một bình luận tương tự vài ngày trước. Cảnh báo rằng nội dung bài báo đó là vô lý, và trên các máy chủ preprint đôi khi có những bài không thể vượt qua bình duyệt đồng cấp. Nhấn mạnh rằng báo chí cần thận trọng với chuyện này

  • Vì bài báo đó cũng được đăng ở PRL, nên đùa rằng có lẽ nếu mình cũng viết một bài tương tự rồi gửi đi thì biết đâu lại có ích cho sự nghiệp
  • Bất kể bài báo đó có tào lao hay không, vẫn bày tỏ lo ngại với thái độ trong phần đánh giá phê phán rằng “nếu là bài viết về một phát hiện gây sốc thì nhà báo khoa học nhất định phải xác minh với chuyên gia”; vì nếu áp dụng thái độ đó, thì trong quá khứ khi các chuyên gia lan truyền niềm tin sai lầm như Trái Đất phẳng hay Mặt Trời quay quanh Trái Đất, người ta cũng sẽ phải tin hết

• Vấn đề mà tranh cãi lần này cho thấy không hẳn là các tác giả ban đầu ngu ngốc, mà là thực tế tri thức bị chia cắt và phân tán theo từng lĩnh vực học thuật. Nếu mục tiêu là thúc đẩy tri thức của tất cả mọi người, thì tình trạng tri thức phân mảnh như vậy là không đáng mong muốn. Cho rằng đây là vấn đề đang xảy ra trong nội bộ giới học thuật ở các lĩnh vực có liên quan

  • Đặt câu hỏi liệu có thực sự bị phân mảnh đến mức đó không. Điều kiện “global timelike Killing vector” xuất hiện trong bài báo là thứ được xử lý ở mức cơ bản trong quantum field theory, mà các tác giả đâu phải hoàn toàn ngoài ngành, nên ít nhất cũng đáng ra phải đề cập. Không cho rằng nhóm nghiên cứu là xấu xa hay ngu ngốc, nhưng nghĩ rằng việc đưa ra kết luận gây sốc mà không thảo luận đủ với chuyên gia là khá khinh suất
  • Thực ra mục tiêu của giới nghiên cứu là công bố bài báo càng rộng rãi, công khai càng tốt, nên không hẳn là tri thức bị phân mảnh thực sự. Nhưng đa số nhà nghiên cứu có xu hướng giấu kín kết quả cho đến tận lúc công bố preprint, nên thường chẳng ai có cơ hội báo cho họ biết nghiên cứu của họ đã có lỗ hổng chí mạng. Rốt cuộc vẫn tồn tại giới hạn con người như mạng lưới giữa vô số nhà nghiên cứu, quá tải đầu vào và phản hồi, v.v. Có thể ngăn các thông cáo báo chí mang tính PR kiểu này lọt ra truyền thông mà không qua kiểm chứng, nhưng đó không phải vấn đề gốc rễ
  • Ở một khía cạnh khác, các tác giả ban đầu và các phóng viên khoa học đại chúng vốn thường không biết chỗ nào sai, hoặc không hiểu vì sao các tuyên bố táo bạo đó lại vô lý. Đây là vấn đề cố hữu khiến cuộc tranh cãi vẫn chưa chấm dứt dù đã 2 năm trôi qua
  • Vấn đề thực sự không phải tri thức chuyên môn bị chia cắt, mà là tâm lý công chúng thích lan truyền và bàn tán về các câu chuyện giật gân. Vì phản biện của chuyên gia làm mất vui nên người ta không muốn nghe. Trên HN cũng đã có các bình luận phản bác bài báo đó, nhưng nhiều người đã phớt lờ chỉ để giữ niềm vui giải trí nhất thời
  • Nội dung bài báo không phải do “tri thức phân mảnh”, vì mọi thứ đều công khai trên arxiv. Vấn đề là ai cũng dễ mắc sai lầm khi bước ra ngoài chuyên môn của mình. Bản chất của khoa học là để nhiều người cùng xem xét, và kết luận được chốt lại sau tranh luận; theo góc nhìn tích cực thì đây là ví dụ cho thấy hệ thống đang vận hành đúng. Tuy vậy vẫn thừa nhận rằng còn thiếu cơ chế để sàng lọc các ý tưởng mới trước khi chúng được đóng gói thành bài báo đăng trên báo chí

• Về nhận định rằng “nếu bảo toàn số baryon bị phá vỡ thì sẽ thực sự gây sốc”, có ý kiến cho rằng đây trái lại là hệ quả logic đã được bàn tới từ lâu trong Hawking radiation, tức là trước đây từng là cú sốc nhưng giờ đã được xem là điều tự nhiên. Tính toán của tác giả bài báo có thể có vấn đề, nhưng những câu trong bài blog được trình bày như thể là các phát biểu quá hiển nhiên lại khiến độ tin cậy bị giảm đi. Giải thích, thông qua trích dẫn từ Wikipedia và Daniel Harlow của MIT, rằng khả năng không tương thích giữa sự bay hơi của lỗ đen và bảo toàn số baryon vốn đã là điều được biết đến rộng rãi

  • Cho rằng thay vì lối viết cảm tính, cách John Carlos Baez trích dẫn phần đánh giá chuyên môn về bài báo PRL đó — phê phán gọn gàng bằng công thức và logic — sẽ dễ đọc hơn. Trong đánh giá đó, các chuyên gia giải thích ở mức chuyên sâu rằng công thức trong bài báo thực ra không đúng trong xấp xỉ trường yếu, và không xử lý đúng các tình huống tạo cặp điện từ/hấp dẫn
  • Bày tỏ sự tin tưởng rằng đã có nhiều bài báo và giáo trình liên quan được liên kết, và John Baez là người có chuyên môn. Cốt lõi của tranh cãi là việc tuyên bố rằng ngay cả không có lỗ đen thì vẫn có thể có sự không bảo toàn số baryon mới là điều thật sự gây sốc
  • Các thí nghiệm nhằm đo sự vi phạm định luật bảo toàn số baryon vẫn đang được thử trên Trái Đất mà không cần lỗ đen, và thực tế đến nay vẫn chưa phát hiện được, qua đó chứng minh chu kỳ bán rã của proton ít nhất lớn hơn 2.4E34 năm. Giới thiệu bài viết của Quantamagazine về thí nghiệm liên quan và cuộc thảo luận trên HN
  • Nhắc đến việc ngay trong Standard Model cũng đã có hiện tượng không bảo toàn số baryon ở mức phi nhiễu loạn
  • Về sự không tương thích giữa sự bay hơi của lỗ đen và bảo toàn số baryon, nhấn mạnh rằng thực tế vẫn tồn tại các mô hình lỗ đen cho phép bảo toàn các số lượng tử kiểu này. Chỉ trích việc, như quan điểm của Penrose, liên tục viện dẫn các giả định phi vật lý (như không-thời gian vô hạn, v.v.) là lập luận sai. Trong khoa học đại chúng người ta thường đồng thời nói rằng “không có gì xảy ra ở chân trời sự kiện của lỗ đen” và “người quan sát bên ngoài sẽ không bao giờ thấy nạn nhân rơi vào lỗ đen”; nhưng hai người quan sát đó không thể ở cùng một vũ trụ mà lại bất đồng về cùng một sự kiện vật lý. Lập luận rằng cách diễn giải nhất quán về mặt logic duy nhất là không ai có thể vượt qua chân trời sự kiện, và mọi số lượng tử đều được bảo toàn. Đồng thời đưa ra cách diễn giải nhất quán từ góc nhìn của mọi quan sát viên, chẳng hạn hiện tượng sự bay hơi của lỗ đen tăng tốc

• Ghi nhận điểm thú vị trong bài báo năm 1975 của Ashtekar và Magnon về giả định “không-thời gian có cấu trúc hyperbolic toàn cục”. Tự hỏi liệu ngày nay giả định không-thời gian phẳng toàn cục có còn là điều phổ biến hay không

  • “Globally hyperbolic” nói về cấu trúc nhân quả của không-thời gian; có thể tham khảo Wikipedia
  • Độ cong của không-thời gian và độ cong của không gian là hai chuyện khác nhau; ngay cả khi lát cắt ba chiều là phẳng thì toàn bộ không-thời gian vẫn có thể là hyperbolic. General relativity không quy định độ cong không gian tổng thể, nên cho đến nay không có bằng chứng gì đặc biệt

• Chia sẻ từng thấy trường hợp người ta lấy một phép tính đơn giản hóa rồi đối xử như thể là thực tại, từ đó đề xuất động cơ vĩnh cửu

• Nhận thức rằng cả bài toán cổ điển lẫn hình thức hiện tại của nó đều đã được hiểu, nhưng điều quan trọng giờ là có thể làm gì tiếp theo. Khoa học vốn không nên là một nơi đầy thông tin sai lệch, nhưng hiện tại lại thiếu hệ thống phòng vệ. Có người được trả tiền để lan truyền điều sai, trong khi chẳng có phần thưởng nào cho vai trò chỉ ra cái sai, nên từ bên ngoài các tranh cãi trong khoa học trông như đấu đá chính trị và cuối cùng làm xói mòn niềm tin vào giới khoa học. Một vấn đề thực sự nghiêm trọng

• Trích lại lời dạy của nhà nghiên cứu nổi tiếng Eskil Simonsson: “những ngôi sao đã chết vẫn tiếp tục phát sáng”