Lỗ đen (black hole) hình thành khi một khối lượng đủ lớn bị nén vào không gian nhỏ hơn bán kính Schwarzschild của nó — lúc đó trọng trường mạnh đến mức không có gì (kể cả ánh sáng) thoát ra được. Con người hiện chưa có khả năng tạo ra lỗ đen thật (cỡ “thiên văn”), và chỉ có thể bàn về khả năng tạo các lỗ đen vi mô trong một số lý thuyết—nhưng điều đó chưa xảy ra trong thực tế.

1) Lỗ đen được tạo ra như thế nào?

Có vài cơ chế chính trong vũ trụ:

• Sụp đổ lõi sao (stellar collapse): sao khối lượng lớn (> ~20 M☉ ban đầu) sau khi tiêu thụ nhiên liệu, lõi sắt sụp đổ dưới tác dụng của trọng lực → tạo lỗ đen. Đây là nguồn lỗ đen sao (stellar black holes).

• Hợp nhất (merger): hai lỗ đen (hoặc một lỗ đen và một sao neutron) va chạm, hợp nhất và tạo lỗ đen lớn hơn.

• Tích tụ (accretion) & tăng trưởng: lỗ đen nhỏ có thể lớn lên bằng cách hút vật chất hoặc hợp nhất nhiều lần — cách này tạo ra lỗ đen siêu nặng (supermassive) tại trung tâm thiên hà.

• Nguồn sơ cấp (primordial): trong một số mô hình vũ trụ học, biến động mật độ cực lớn ở thời kỳ rất sớm có thể tạo ra lỗ đen sơ khai (chưa có bằng chứng xác thực).

2) Một công thức cơ bản (để ước lượng)

3) Con người có thể tạo lỗ đen nhân tạo không?

Phân biệt hai ý:

(A) Tạo lỗ đen thiên văn (ổn định, có thể tồn tại lâu):

• Không khả thi: cần nén một khối lượng khổng lồ (hàng chục – hàng nghìn khối lượng Trái Đất tùy kích thước) vào một thể tích cực nhỏ — vượt xa khả năng kỹ thuật hay năng lượng hiện tại.

(B) Tạo lỗ đen vi mô (micro / quantum black hole) bằng va chạm hạt năng lượng cao:

• Về mặt lý thuyết, nếu năng lượng va chạm đủ lớn đến cỡ mức Planck thì có thể tạo một lỗ đen vi mô. Tuy nhiên:

  • Trong khung lý thuyết chuẩn (4 chiều không-thời gian) mức năng lượng Planck cực kỳ lớn (~10^{19} GeV) — xa lắm so với năng lượng collider hiện nay (LHC ~ TeV = 10^{3}GeV).

  • Một số mô hình lý thuyết có thêm chiều không gian phụ (extra dimensions — ADD, Randall–Sundrum) làm hạ thang năng lượng hiệu dụng để tạo lỗ đen vi mô xuống mức có thể tiếp cận bởi máy gia tốc — nhưng các kết quả thực nghiệm (ví dụ LHC) chưa tìm thấy dấu hiệu lỗ đen vi mô.

  • Nếu một lỗ đen vi mô được tạo, theo cơ chế Hawking radiation nó sẽ bốc hơi rất nhanh (rất ngắn thời gian sống) trừ khi khối lượng nó lớn hơn một ngưỡng nào đó. Vì vậy không gây nguy hiểm về mặt “nuốt Trái Đất”.

Kết luận: với công nghệ hiện tại → không. Và ngay cả khả năng tạo lỗ đen vi mô (theo một số kịch bản lý thuyết) thì chúng sẽ bốc hơi tức thì và không đe dọa.

4) Lỗ đen “nhân tạo” theo nghĩa khác — các analogue trong phòng thí nghiệm

Các nhà vật lý đã tạo được mô phỏng hiện tượng tương tự lỗ đen (event-horizon analogue) trong phòng thí nghiệm:

• Sonic black holes trong condensate Bose–Einstein (nơi sóng âm không thể thoát khỏi vùng “dòng chảy siêu âm”).

• Optical analogues: dùng vật liệu để tạo vùng mà ánh sáng không thoát.
  Những thứ này không phải lỗ đen hấp dẫn thực sự, nhưng giúp nghiên cứu các hiệu ứng như bức xạ Hawking trong môi trường có kiểm soát.

5) Vấn đề an toàn — có nên lo sợ?

Không — các nghiên cứu an toàn (và thực nghiệm tại máy va chạm lớn như LHC) cho thấy:

• Nếu có lỗ đen vi mô được tạo ra, nó sẽ bốc hơi nhanh và không có khả năng lớn lên bằng bắt vật chất.

• Tạo lỗ đen thiên văn cần năng lượng/khối lượng quá lớn, không thực tế.