มีอะไรอยู่ในหลุมดำของ Hawking
ดวงดาวที่ไม่มีใครมองเห็น
สมมุติว่าผมบอกว่ามีดวงดาวดวงหนึ่งอยู่ แต่มันไม่มีแสงสว่างและเรามองไม่เห็น คุณจะเชื่อมั้ย หลายคนบอกไม่เชื่อ แล้วคุณเคยเดินไปตามหาดทรายมั้ย แล้วเห็นรอยเท้าของใครสักคนที่ทิ้งไว้มั้ย เรารู้มั้ยว่าใครทิ้งรอยเท้านั้น ไม่เราไม่รู้ แต่รู้ว่าเขามีตัวตนอยู่บนโลกใบนี้ ดวงดาวก็เช่นกัน
Gilbert Michell ได้สอนลูกของเขา John Michell ไว้บนหาดทรายก่อนที่เขาตาย ไม่เคยได้ยินชื่อสองคนพ่อลูกใช่มั้ยละ ลองอ่านต่อสิ John Michell ได้จินตนาการถึงดวงดาวดวงหนึ่งดังที่พ่อของเขาบอกไว้ ในตอนนี้เขาเป็นนักดาราศาสตร์ที่เชี่ยวชาญและเป็นนักฟิสิกส์ที่เก่งกาจมากเสียด้วย
ภาพวาด John Michell
ดวงดาวที่มืดมิดแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกมาได้ (Dark Star) แล้วเราจะรู้ได้ไงว่าดาวดวงนั้นมีตัวตนอยู่ ดูตามรอยเท้าของมันยังไง รอยเท้าของดวงดาวที่มืดมิดนั้นคืออะไร มันคือความโน้มถ่วงยังไงละ สมมุติว่าดาวดวงนั้นมีดาวฤกษ์โคจรล้อมรอบอยู่ มันจะหมุนอยู่รอบอะไรสักอย่างที่เรามองไม่เห็นแต่เมื่อคำนวณออกมาแล้วจะพบว่ามันมีมวลอยู่
มวลนั้นแหละคือดาวที่มืดมิดที่เขาฝันหา เรามาเข้าใจในความคิดของเขาก็เข้าร่วมจะ 200 ปีไปแล้ว ดาวมืดมิดของเขานั้นคือ หลุมดำ ในปัจจุบัน
หลุมดำของไอสไตน์
1912 หลังจากไอสไตน์ได้ตีพิมพ์เรื่องราวเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปออกไปสู่โลกกว้างและนำเสนอถึงความโน้มถ่วงนั้นส่งผลกระทบกับพฤติกรรมของแสง สิ่งหนึ่งที่เขายังคงปวดหัวกับทฤษฎีของเขาคือ เขารู้สึกว่ามันมีช่องโหว่อยู่ ช่องโหว่ที่ว่านั้นคือสิ่งที่นักฟิสิกส์หลายคนนั้นเห็นโต้แย้งและถกประเด็นกันอย่างเมามัน นั้นคือ หลุมดำ
Albert Einstein ในวัยแก่ นักวิทยาศาสตร์ระดับตำนานแห่งยุค
หลุมดำ ในตามความคิดของไอสไตน์มันเป็นสิ่งที่ไม่มีวันเกิดและเป็นไปได้เลย ไม่มีทางที่จะมีวัตถุเบร้ออะไรในเอกภพที่มีความโน้มถ่วงเป็นอนันต์ได้ ไม่อย่างนั้นมันจะกลายเป็นเหมือนจุดดำๆที่มองไม่เห็นเพราะไม่มีแสงสว่างสามารถหลุดรอดออกมาจากหลุมนั้นได้
ความคิดของเขาตีกันในหัว ในที่ๆซึ่งเขาเรียกว่าการทดลองทางความคิด สุดท้ายแล้วการถกเถียงจบลงด้วยการที่ไอสไตน์ยอมรับว่าความคิดของเขาผิด และเกิดเป็นศาสตร์ใหม่ของโลกที่ศึกษาเกี่ยวกับหลุมดำโดยเฉพาะ แน่ละ เรื่องราวของเราเพิ่งเริ่มต้นจากการยอมรับความจริงของชายคนหนึ่ง
หลุมดำในจินตนาการ
เป็นฝ่ายบอกหลุมดำมีจริงครับ ในสมัยนั้นยังไม่รู้จักกล้องโทรทรรศน์วิทยุดังนั้นการพิสูจน์ตัวตนของหลุมดำนั้นก็ย่อมเป็นไปไม่ได้นอกจากวิธีพิสูจน์ทางอ้อมจากการคำนวณ
Karl Schwarzschild ในห้องทำงาน
มันทำให้เรากลายเป็นเหมือนมดที่ตาบอดแถมยังอยู่บนต้นไม้ที่ห่างไกลจากพื้นดินอีก ทำให้ไม่รู้อะไรเกี่ยวกับสภาพพื้นดินเลย แต่เราเป็นมดที่ฉลาดมากๆเราเลยสามารถคำนวณได้ว่าพื้นดินควรมีลักษณะเป็นอย่างไร
แถมเรายังรู้อีกว่าพื้นดินนั้นมีหลุม บ่ออยู่อีก แถมหลุมเหล่านั้นมีหน้าตาเป็นอย่างไร (เอาจริงถ้ามดตัวนั้นฉลาดขนาดนี้คงยึดครองโลกสร้างหุ่นยนต์มาปราบมนุษย์หมดโลกแล้วละ)
นั้นคือสภาพของนักฟิสิกส์ทฤษฎีในยุคนั้น จากการคำนวณโดยตีความและแตกสมการทฤษฎีสัมพัทธภาพทั้งแบบทรงกลมและแบบจุดค่าที่ได้จึงออกเป็นค่าอนันต์ หมายความว่าสมการของไอสไตน์พอมาคำนวนแล้วได้ค่าอนันต์ แต่ยังไม่มั่นใจเกี่ยวกับพื้นผิวของหลุมดำเท่าไหร่นัก
หลุมดำยุคใหม่
หลังจากที่เรามีกล้องโทรทรรศน์วิทยุ สิ่งประดิษฐ์ที่สามารถรับคลื่นนอกเหนือตาของเรามองเห็นจากอดีตอันไกลโพ้นได้สำเร็จ มันคือเครื่องมือที่ใช้พิสูจน์การมีตัวตนอยู่ของหลุมดำที่ดีที่สุด
ภาพ simulation ของหลุมดำใจกลางทางช้างเผือกของเราผ่านเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon ซึ่งในปัจจุบันขณะนี้ยังประมวลผลภาพของหลุมดำไม่เสร็จ (14 มีนาคม 2018)
กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศประเภทรับคลื่น X-ray
จนแล้วจนรอดเราก็ไม่สามารถมองเห็นหลุมดำผ่านกล้องโทรทรรศน์วิทยุและกล้องโทรทรรศน์ X-ray ได้อยู่ดีนั้นแหละ แต่เราดูจากเจ็ทที่ล้อมรอบหลุมดำ หรือ การโคจรของดาวฤกษ์ที่อยู่ล้อมรอบบางสิ่งที่มองไม่เห็นและ Gravitational Lensing ซึ่งสามวิธีนี้ทำให้เราสามารถตรวจจับหลุมดำได้เป็นอย่างดี
เรายังรู้อีกด้วยว่า บริเวณที่เรียกว่าพื้นผิวของหลุมดำหรือ Event Horizon นั้นไม่ได้เป็นพื้นผิวที่แข็งหรือเป็นของเหลวใดๆแต่เป็นเหมือนหลุม หลุมที่มองจากทิศทางด้านหน้าหรือด้านหลังก็เป็นหลุม เดินเข้าไปจากปากหลุมฝั่งซ้ายขวาหน้าหลังก็ยังคงเป็นหลุมเดียวกัน
Event Horizon หรือ ขอบฟ้าเหตุการณ์ นั้นเป็นเหมือนจุดที่บอกเราว่าหลังจากที่เราก้าวข้ามเส้นนี้ไป แสงหรืออนุภาคใดๆก็ย่อมไม่มีทางหลุดรอดออกไปจากหลุมดำได้อีกแล้ว ลองนึกภาพคุณอยู่หน้าหลุมดำแล้วถือวิทยุสื่อสารกับเพื่อนอยู่ ถ้าคุณเดินเข้าไปหลังเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ วิทยุสื่อสารของคุณจะใช้งานไม่ได้อีกตลอดกาลเพราะสัญญาณจากวิทยุของคุณมันหนีออกจากความโน้มถ่วงของหลุมดำไม่ได้นั้นเอง
อะไรก็ตามที่เข้าไปใน Event Horizon จะไม่มีวันได้กลับออกมา
จุดศูนย์กลางของหลุมดำ เราเรียกว่า ภาวะเอกฐาน หรือ Singularity เอาจริงเราไม่สามารถเรียกว่าเนื้อในได้เพราะว่าหลุมไม่มีเนื้อแต่มันคือสภาพสภาวะที่เกิดจากการบิดโค้งของกาลอวกาศ Singularity คือบริเวณเล็ก ๆ ที่พื้นผิวเกิดลักษณะที่เป็นจุดหนึ่งจุด ดังนั้นมันจึงเกิดเป็น “การบิดโค้งเป็นอนันต์” และมีความโน้มถ่วงและแรงไทดัลที่ Singularity เป็นอนันต์
สมมุติเราเปรียบกาลอวกาศเป็นแผ่นยางแทรมโพลีน แล้วเราโยนลูกแก้วลงไปบนแทรมโพลีน แน่นอนว่าจะต้องเกิดหลุมจากที่ลูกแก้วลูกนั้นอยู่บนแทรมโพลีน แต่ลูกแก้วนั้นไม่ใช่ Singularity แล้วถ้าเปรียบเทียบเช่นนั้น Singularity จะคือผิวยางที่โดนลูกแก้วทับอยู่และตัวลูกแก้วจะคือพลังงานมหาศาลที่ทำให้เกิดการบิดตัวจนเกิดเป็น Singularity
ดังนั้น Singularity เกิดจากพลังงานมหาศาลที่สามารถทำให้เกิดการบิด หมุน ม้วน ตัวกันของกาลอวกาศ และสรุปการบิดโค้งของอวกาศของหลุมดำนั้นไม่ได้เกิดจาก Singularity แต่เกิดจากพลังงานมหาศาลบิดอวกาศจนเกิดเป็น Singularity
วัตถุดำกับรังสี
สิ่งหนึ่งที่นักฟิสิกส์เข้าใจมานานคือการแผ่รังสีของวัตถุดำ วัตถุดำคืออะไรแล้วมันแผ่รังสีอะไร เอาจริงวัตถุดำเป็นเรื่องเกี่ยวกับ Quantum mechanics ที่พื้นฐานทั่วไปที่เด็กม.ปลายสายวิทย์ทั่วไปพบเจอในชั้นเรียน
ปกติวัตถุที่เปล่งแสงได้มันจะเปล่งรังสีออกมา แน่นอนแสงก็คือรังสีประเภทหนึ่ง ซึ่งแม้แต่เด็กประถมก็ยังสามารถพอจะบอกได้ว่าแสงคือช่วงคลื่นที่มีความถี่ช่วงหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เหล็ก มันคือธาตุโลหะธาตุหนึ่งที่เมื่อเราให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงจุดหนึ่งมันจะเริ่มเปลี่ยนแปลงตัวของมันเอง จากที่ทึบแสงค่อยๆเปล่งแสงเป็นแสงสีแดง สีส้ม ก่อนจะกลายเป็นสีเหลือง และสีขาว
เอาจริงถ้าเราเร่งให้ความร้อนแก่มันอีกเยอะและทำให้มันไม่กลายเป็นน้ำเหล็กร้อน ๆ คุณจะเห็นมันเปลี่ยนเป็นสีฟ้า สีน้ำเงิน และสีม่วงในที่สุด
เหล็กร้อนจากโรงงานหลอมเหล็กแปรรูป
แต่คงมองยากหน่อยแหละ นักฟิสิกส์ในยุคก่อนเกิดคำถามว่า ทำไมเหล็กถึงมีพฤติกรรมเช่นนั้น เขาจึงพยายามหาคำตอบจากความรู้ที่เขามีอยู่ จากกฏเทอร์โมไดนามิก เอนโทรปี กฏการอนุรักษ์พลังงาน ฯลฯ
ถ้าเป็นเราในปัจจุบันคงไปหัวเราะเยาะบรรดานักฟิสิกส์สมัยนั้นว่ามั่วแล้วละ กว่าที่มนุษย์จะเข้าใจก็ใช้เวลาอีกหลายปีจากการมั่วนิ่มอยู่กับทฤษฎีที่ผิดๆเหล่านี้ที่ดูเหมือนจะเป็นจริงแต่มันไม่จริงแม้แต่นิดเดียว
บางคนโยงไปถึงการแผ่รังสีจากกัมมันตรังสีที่อยู่ภายในเหล็กเลยก็มี Max Planck เป็นผู้เสนอทฤษฎีควอนตัมขึ้นมาเพื่ออธิบายเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นของเหล็กร้อนเหล่านี้ เขากลายว่าเมื่อเหล็กได้รับพลังงานความร้อนจากภายนอก มันจะไปกระตุ้นให้อิเล็กตรอนใน Orbital ให้มีพลังงานที่สูงขึ้น
พออิเล็กตรอนมีพลังงานสูงขึ้นมันจึงกระโดดไปอยู่ใน Orbit ที่สูงขึ้น แต่อิเล็กตรอนมันไม่อยากหลุดออกจากอะตอมของเหล็กมันเลยต้องยอมคายพลังงานเพื่อให้ตัวเองกลับมาเข้าใกล้อะตอมอีกครั้ง
แล้วพลังงานที่ปล่อยออกมาก็คือแสงสว่างนั้นเอง ทีนี้ในสภาวะปกติ เหล็กปล่อยรังสีหรือไม่ เหล็กยังคงปล่อยรังสีอยู่ แต่มันอยู่ช่วงความถี่ที่ตาของมนุษย์มองไม่เห็นเท่านั้น มันจะปล่อยออกมาในช่วงของ Infrared แทนต่างหาก
เพราะระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่จะคายออกมาไม่มากพอสำหรับที่จะอยู่ในสเกลของคลื่นแสงดังนั้นมันจึงปล่อยออกมาในช่วงของ Infrared ดังนั้นวัตถุทุกอย่างในเอกภพนี้จึงปล่อยรังสีออกมาในช่วงของคลื่น Infrared เป็นส่วนใหญ่ รวมถึงตัวคุณด้วย
ภาพมนุษย์ที่มือซ้ายของเขาอยู่ในถุงดำถูกบันทึกด้วยแสงในย่าน Infrared โดย NASA
หลุมดำใหญ่ยักษ์เย็นจัดจอมปลอม
ยังจำ Event Horizon ของหลุมดำได้อยู่มั้ยหวังว่ายังคงจำได้นะ ถ้าวัตถุใดก็ตามตกลงไปในหลุมดำ มันจะออกมาไม่ได้ แม้แต่แสง (รวมถึงบรรดาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหลายด้วย)
ดังนั้นเมื่อไม่มีอะไรออกมาจากหลุมดำได้มันจึงอนุมานได้ว่าหลุมดำนั้นมีอุณหภูมิคือ ศูนย์สัมบูรณ์ ( -273.15 °C ) (ปล.เราไม่พูดถึงเจ็ทรอบๆหลุมดำนะ พวกเจ็ทนี่อุณหภูมิสูงยิ่งกว่าดวงอาทิตย์ของเราซะอีก)
แต่ตามกฏของเทอร์โมไดนามิกไม่มีอะไรในเอกภพเป็นศูนย์สัมบูรณ์ได้ดังนั้นหลุมดำจึงไม่เป็นศูนย์สัมบูรณ์ตามที่เราอนุมาน มันควรมีอุณหภูมิที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เพียงแค่เราตรวจวัดมันไม่ได้เท่านั้น
เรารู้ว่าวัตถุอะไรก็ตามในเอกภพนี้ที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ศูนย์สัมบูรณ์ จะปล่อยรังสีออกมาเหมือนเรื่องวัตถุดำที่แผ่รังสี Infrared แล้วหลุมดำละ?
ภาพหลุมดำ Gargantuan จากภาพยนตร์ Interstellar
ขงเบ้งมาแล้ว
Stephen Hawking เขาทำธีสิสเรื่อง Properties of expanding universes ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขยายตัวของจักรวาล อีกทั้งยังดำรงตำแหน่ง Lucasian Professor of Mathematics หรือศาสดาจารย์ลูคาเชียลด้านคณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ เหมือนดังนักวิทยาศาสตร์เอกผู้หนึ่งเคยดำรงตำแหน่งนี้เช่นกันนามว่า Isaac Newton
Sir Isaac Newton เป็นหนึ่งในผู้ดำรงตำแหน่ง Lucasian Professor of Mathematics
ปริศนาหนึ่งที่ยังคงมาอยู่ถึงเขานั้นคือ หลุมดำ การที่อธิบายหลุมดำด้วยทฤษฎีสัมพันธภาพเพียงอย่างเดียว มันคือการที่เราอธิบายหลุมดำด้วยความโน้มถ่วงอย่างเดียว เหมือนเราอธิบายหน้าตาของแกงส้มด้วยรสชาติของแกงส้มเพียงอย่างเดียวโดยที่ไม่อธิบายรูปร่างหน้าตาและกลิ่นของแกงส้ม
แต่ถ้าจะอธิบายหลุมดำด้วยทฤษฎีควอนตัมละ ควอนตัมอธิบายโลกที่มีสภาพความโน้มถ่วงได้แย่มาก ดังนั้นมันจึงอธิบายหลุมดำไม่ได้เช่นเดียวกัน (แย่เนอะ)
ดังนั้นทฤษฎีทั้งสองจึงไปกันไม่รอด เหมือนกลายเป็นโลกคนละใบที่เหมือนจะสัมพันธกันแต่กลับแยกออกจากกันและอยู่ร่วมกันไม่ได้ เมื่อพูดถึงหลุมดำ มันเป็นสถานที่ที่มีความโน้มถ่วงสูงมากและเล็กมาก มันทำให้เราเพิกเฉยกับกลศาสตร์ควอนตัมไม่ได้ ดังนั้นตอนนี้สิ่งที่ดีที่สุดที่เราทำได้ในทุกวันนี้คือยัดเอาทั้งสองสมการรวมกัน จนกว่าวันหนึ่งเราจะมีทฤษฎีสรรพสิ่ง (unified theory) ทฤษฎีที่สามารถอธิบายหลักการทำงานของทุกสรรพสิ่งในเอกภพนี้ได้ เข้าเป็นสมการเดียว
ในช่วงปี 1970 ฮอว์คิงกำลังแก้ปัญหาเกี่ยวกับหลุมดำ เขาจึงต้องอาศัยการแปะทฤษฎีโลกเล็ก (กลศาสตร์ควอนตัม) เข้ากับทฤษฎีโลกใหญ่ (สัมพันธภาพ) เพื่อที่จะอธิบายเทอร์โมไดนามิกของหลุมดำ โดยเขาสงสัยเกี่ยวกับ Event Horizon ของหลุมดำว่ามันเกิดอะไรขึ้นกันแน่ในเชิงของกลศาตร์ควอนตัม
เขาจินตนาการถึงช่วงที่อะไรสักอย่างวิ่งเข้ามาในช่วงที่จะเข้าสู่ Event Horizon [b]มันจะเป็นช่วงวินาทีความเป็นความตายของวัตถุ พอถึงเขาถึงเขตแดนที่เรียกว่า Event Horizon[/b] มันจะเป็นช่วงวิกฤต วัตถุนั้นจะถูกฉีกออกเป็นสองส่วนแล้วส่วนหนึ่งหลุดดำดิ่งลงไปในหลุดดำส่วนอีกส่วนหนึ่งวิ่งหลุดออกจากหลุมดำไป
ซึ่งฮอว์กิงได้แสดงให้เห็นว่า หลุมดำมีการแผ่รังสีสู่อวกาศ และดูดกลืนพลังงานจากแกนความโน้มถ่วงอย่างช้าๆ ซึ่งทำให้มีเวลาพอที่หลุมดำจะแผ่รังสีได้ นี่คือปรากฏการณ์ที่อธิบายอย่างละเอียดอ่อนและสร้างความเข้าใจให้แก่นักฟิสิกส์ถึงการแผ่รังสีของหลุมดำ
รังสีที่แผ่ออกมาจากหลุมดำ เราให้เกียรติแก่ฮอว์คิงจึงเรียกรังสีนี้ว่า รังสีฮอว์คิง (Hawking Radiation) เอาจริงกลไกมันซับซ้อนมากกว่านี้ขอละไว้ในฐานที่เข้าใจ
ระเหยหมดและหายไป
ในตามความเข้าใจของฟิสิกส์ หลุมดำเป็นเหมือนวัตถุที่อยู่ได้ตราบนิจนิรันดร์ มันคอยดูดกลืนทุกสิ่งที่อยู่ที่ขวางหน้าและไม่มีวันตาย
ฮอว์คิงอธิบายเกี่ยวกับเทอร์โมไดนามิกของหลุมดำ กล่าวคือเขาบอกว่า หลุมดำนั้นจะแผ่รังสีอยู่ตลอดเวลา ซึ่งการแผ่รังสีทำให้มวลของหลุมดำลดลง หากมันไม่มีอะไรหลุดเข้าไปในภาวะเอกฐาน มันจะเริ่มเหงาหงอย มีมวลน้อย และสุดท้ายมันจะระเบิดและหายไปจากเอกภพ แน่นอนว่ามันสร้างองค์ความรู้ใหม่เกี่ยวกับหลุมดำ อีกทั้งหากเราทราบมวลที่แน่นอนของหลุมดำเรายังสามารถคำนวณอัตราการระเหยของหลุมดำด้วย Hawking Radiation ได้อีกด้วย
ภาพหลุมดำกำลังปล่อย Hawking Radiation โดย communicatescience
ปัญหากลับมาอีกครั้งจากการแผ่ Hawking Radiation คือเรื่องของ Information
Information ของข้อมูลคือสิ่งที่ทำให้อะตอมคืออะตอม ตัวเราคือตัวเรา กาน้ำชาคือกาน้ำชา ไม่กลายเป็นหมาแมวหรือขี้ไป สมมุติเราโยนขี้ลงไปในหลุมดำ (ขี้ใส่ในถุงขี้ก็ได้ไม่ใส่ก็ได้) มันจะถูกทำลายแหลกสลายเป็นผงละเอียดและถูกทำลายเล็กลงไปถึงขั้นระดับอะตอม และถูกแยกจากกันก่อนจะถูกดูดกลืนสู่ภาวะเอกฐาน แต่การแผ่ Hawking Radiation ทำนายถึงเพียงแค่เทอร์โมไดนามิกของหลุมดำเท่านั้นดังนั้นรังสีที่ออกมาจึงไม่มี Information ใดๆหลงเหลืออยู่เลย
เมื่อเราตรวจจับรังสีฮอว์คิงแล้วเราจึงแทบแยกไม่ออกเลยว่า มันคืออะไรบ้างที่ออกมา จะเป็นก้อนขี้ ดาวฤกษ์ หรืออีกัวน่าที่หลุดเข้าไป
และในช่วงไม่กี่ปีมานี้นักฟิสิกส์ทฤษฎีหลายคนพยายามที่จะหาว่าบางที่อาจจะมีร่องรอยของข้อมูลที่หลุมดำดูดกลืนลงไป ซึ่งปัญหาของฟิสิกส์ยุคใหม่ที่เราเผชิญอยู่คือยังไม่มีกรอบทางคณิตศาสตร์ที่ทั้งกลศาสตร์ควอนตัมและความโน้มถ่วงทำงานไปด้วยกันได้ การตัดข้อมูลออกจากการศึกษาตามทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมจึงถือเป็นปัญหาทำให้ไม่สามารถใช้งานร่วมด้วยกันได้
ในปี 2012 Joseph Polchinski ศึกษาเกี่ยวกับ Hawking Radiation โดยใช้โมเดลใหม่ซึ่งวิธีการของเขานั้นคือศึกษาอนุภาคที่บริเวณ Event Horizon ของหลุมดำ
เขาเฝ้ามองอนุภาคคู่ที่ถูกแยกให้ออกจากกันด้วยสุญญากาศควอนตัม อนุภาคตัวหนึ่งจะหลุดเข้าไปในภาวะเอกฐานส่วนอีกตัวหนึ่งหนีออกสู่อวกาศอิสระ โดยที่เขาตั้งคำถามว่า เป็นไปได้หรือไม่ที่ข้อมูลของอนุภาคที่ถูกดูดกลืนเข้าไปในหลุมดำนั้นไม่ได้หายไปไหน แต่ถูกก๊อปปี้ลงบนอนุภาคที่หลุดออกมาได้
เอางี้สมมุติผมทรมานอีกัวน่า ผมโยนอีกัวน่าลงไปในหลุมดำ มันจะวิ่งเข้าไปใน Firewall ของหลุมดำ ซึ่งทำให้อีกัวน่าตายอย่างอนาถและไหม้เกรียม แต่อย่างน้อยข้อมูลไม่ได้หายไปด้วย ซึ่งอีกัวน่าจะรู้ตัวว่าผ่านสู่กำแพงไฟนรกดังกล่าวหรือ Event Horizon จากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งที่ขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ผู้สังเกตจะผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์โดยไม่รับรู้ถึงการมีอยู่ของกำแพงดังกล่าว
งงดิ
งานวิจัยของฮอว์กิงแก้ปัญหาดังกล่าวด้วยการมิกซ์ทฤษฏีกลศาสตร์ควอนตัมเข้ากับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยมวลที่กำลังเดือดอยู่ในสุญญากาศของหลุมดำนั้นก็คือข้อมูลของวัตถุที่ไหม้เกรียม และยังเสนอว่าหลุมดำมี Event Horizon ที่คงอยู่ชั่วคราวที่เรียกว่า Apparent Horizon แทน Event Horizon ที่มีตำแหน่งคงที่ โดย Apparent Horizon จะทำหน้าที่ในการดักสสารและแผ่รังสีอยู่ภายในหลุมดำ แต่การดักดังกล่าวก็เกิดขึ้นเพียงชั่วคราว และท้ายที่สุดสสารและการแผ่รังสีจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับ Information
เอาจริงรอบหลุมดำมีห่าฝนไฮโดรเจนตกกระหน่ำ และมันก็ตกลงไปใน Singularity อีกด้วย…
The Theory of Every Thing
สิ่งหนึ่งที่นักฟิสิกส์ทุกคนตามหาและยังคงตามหาอยู่นั้นคือ Unified Theory หรือทฤษฎีทุกสรรพสิ่ง ทฤษฎีที่สามารถใช้เพียงแค่สมการเพียงสมการเดียวแต่สามารถอธิบายทุกสิ่งทุกอย่างบนโลกใบนี้ได้แถมยังมีค่าออกมาให้เราได้โดยที่ค่าไม่เป็นอนันต์เสียก่อน (คือไม่ Error)
ฮอว์คิงเสนอแนวทางเกี่ยวกับ Unified Theory เอาไว้เมื่อเขาศึกษาเรื่องเกี่ยวกับหลุมดำ และเขาสนับสนุนนักฟิสิกส์ทฤษฎีที่กำลังหาทางออกเกี่ยวกับเรื่องๆนี้อยู่ไม่วาจะเป็นสาย String Theory, Super Gravity, High Energy ฯลฯ ทั้งหลาย หากวันใดวันหนึ่ง มนุษยชาติพบ ทฤษฎีสรรพสิ่ง จริงๆละก็ ปริศนาแห่งเอกภพนี้คงคลี่คลายไปได้มากเชียวแหละ
เคยมีคนบอกกับผมว่าสถานที่แรกที่คนตายจะเดินทางไปถึงนั้นไม่ใช่ที่ไหนไกลหรอก แต่มันคือการเดินทางเข้าไปในความทรงจำของใครสักคน แต่จะเป็นความทรงจำที่ดีหรือไม่ขึ้นอยู่กับสิ่งที่เราปฏิบัติเมื่อขณะเรายังมีชีวิตอยู่
ฮอว์คิงก็เป็นหนึ่งในนั้นเช่นกัน เขาคือบุคคลที่เป็นนักสื่อสารวิทยาศาสตร์คนหนึ่งที่สู้ชีวิตมาก ชีวิตของเขามีอุปสรรคทางกายแต่เขาไม่เคยย่อท้อต่ออุปสรรคเหล่านั้นและยังเดินสายออกงานอีเว้นตามมหาวิทยาลัยต่างๆเชิญมาบรรยายทั่วทั้งโลกอีกด้วย
เขียนหนังสือ Best Seller ที่เล่าเรื่องราวกล่าวกับเอกภพวิทยาที่เขาเป็นคนริเริ่มก่อตั้งศาสตร์ด้านนี้ขึ้นมาเพื่อเป็นตัวกระตุ้น ผลักดัน และเปิดประตูให้กับคนรุ่นใหม่ได้ให้ความสนใจ สร้างความฝันเพื่อวันหนึ่งจะมาไขปริศนาแห่งจักรวาลนี้ทิ้งไว้ให้อย่างไม่มีวันสิ้นสุด
หวังว่าความรู้ที่ฮอว์คิงทิ้งไว้จะเป็นยักษ์ใหญ่ที่ยกตัวเราสูงขึ้นไปให้เราสามารถมองเห็นได้กว้างไกล และนำมันกลับมาพัฒนาวิถีชีวิตของมวลมนุษยชาติ เยียวยายากความลำบากยากแค้น เพื่อนำพามนุษยชาติไปสู่อนาคตที่ดีกว่านี้
อ้างอิง
What is a Black Hole – NASA
Properties of expanding universes | Hawking, S.
ชีวิตน่าอัศจรรย์ของ “สตีเฟน ฮอว์คิง” อัจฉริยะผู้ไขความลับแห่งจักรวาล | BBC Thai
Black Hole Radiation Simulated | Communicate Science
Event Horizon Telescope | Space.com
Hawking radiation | Vox
First image of black hole | MNN
ปัญหาที่ยุ่งเหยิงภายในหลุมดำ
หนังสือ The Science of Interstellar โดย Kip Thorne
https://spaceth.co
Jirasin Aswakool
: 0 ใบ
: 0 ใบ
My Locker
