Một trong những vấn đề chính trong thuyết tương đối rộng ngăn cách nó với các mô tả khác về vũ trụ, như vật lý lượng tử, là sự tồn tại của các điểm kỳ dị. Điểm kỳ dị là những điểm mà khi được mô tả về mặt toán học cho một giá trị vô hạn và gợi ý những khu vực của vũ trụ nơi các định luật vật lý sẽ không còn tồn tại – tức là những điểm ở đầu vũ trụ và ở tâm của lỗ đen.
Một bài báo mới trên tạp chí Vật lý hạt nhân B , được xuất bản bởi Roberto Casadio, Alexander Kamenshchik và Iberê Kuntz từ Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Ý, gợi ý rằng việc mở rộng việc xử lý các điểm kỳ dị trong vật lý cổ điển sang vật lý lượng tử có thể giúp giải quyết sự chênh lệch này giữa các ngành vật lý.
Casadio nói: “Không có mô tả về tự nhiên nào là hoàn hảo và hoàn chỉnh. Mọi lý thuyết đều có khả năng ứng dụng, ngoài ra nó sẽ bị phá vỡ và những dự đoán của nó không còn ý nghĩa nữa”. Để làm ví dụ, ông trích dẫn các lý thuyết của Newton, những lý thuyết này vẫn đủ mạnh để đưa tên lửa vào không gian, nhưng lại rơi xuống khi mô tả cái rất nhỏ hoặc cực lớn.
Casadio nói: “Đây là một vấn đề nghiêm trọng vì thuyết tương đối rộng – lý thuyết mô tả tốt nhất tương tác hấp dẫn – dự đoán sự tồn tại của các điểm kỳ dị một cách khá chung chung. “Nó giống như có một lỗ hổng trong không gian, nơi không có gì có thể tồn tại, nhưng dù sao thì những người quan sát và mọi thứ khác cũng sẽ rơi vào đó.”
Casadio gợi ý rằng điều này có thể được hình dung như một tờ giấy với một lỗ nhỏ trên đó. Ông nói: “Bạn có thể di chuyển đầu bút của mình trên giấy, biểu thị chuyển động của một hạt, nhưng nếu bạn chạm đến lỗ, bút của bạn đột nhiên ngừng vẽ và các hạt đột ngột biến mất. “Điều này minh họa cách các điểm kỳ dị là trở ngại lý thuyết ngăn cản chúng ta hiểu đầy đủ về bản chất.”
Casadio cho biết thêm rằng thực tế là vật lý không còn tồn tại ở các điểm kỳ dị dẫn đến những câu hỏi chưa được trả lời như: Điều gì đã thực sự xảy ra vào thời kỳ đầu của vũ trụ? Có phải mọi thứ được sinh ra từ một điểm chưa bao giờ thực sự tồn tại? Điều gì xảy ra với một hạt khi nó rơi vào tâm của một lỗ đen?
Ông nói: “Những câu hỏi mở này là lý do khiến chúng tôi bị thôi thúc bởi sự tò mò của mình để theo đuổi dòng điều tra này. “Cách tiếp cận của chúng tôi chủ yếu dựa vào các phương pháp của Lý thuyết trường lượng tử (QFT): khung kết hợp giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối hẹp và tạo ra mô hình tiêu chuẩn rất thành công của vật lý hạt.”
Các tác giả đã sử dụng các công cụ của QFT để xây dựng một đối tượng toán học có thể báo hiệu sự hiện diện của các điểm kỳ dị trong các đại lượng có thể đo được bằng thực nghiệm. Đối tượng này, được họ đặt tên là “số cuộn dây chức năng” là khác 0 khi có các điểm kỳ dị và biến mất khi không có chúng.
Cách tiếp cận này đã tiết lộ rằng một số điểm kỳ dị được dự đoán về mặt lý thuyết không ảnh hưởng đến các đại lượng về nguyên tắc có thể đo được bằng thực nghiệm, và do đó vẫn là các cấu trúc toán học vô hại.
Casadio kết luận: “Nếu chủ nghĩa hình thức của chúng ta tồn tại được sự giám sát của khoa học và trở thành cách tiếp cận chính xác, thì nó sẽ cho thấy sự tồn tại của một nguyên lý vật lý rất sâu sắc, vì vậy việc lựa chọn các biến số vật lý là không quan trọng,” Casadio kết luận. “Điều này có thể là kết quả cho sự hiểu biết của chúng ta về vật lý, thậm chí vượt ra ngoài chủ đề của các điểm kỳ dị.”
