"หลุมดำ" อาจไม่มีอยู่จริง

นิวส์ไซแอนทิสต์/สเปซเดลี/ยูเอสทูเดย์/ไทม์ออฟอินเดีย- ทีมนักฟิสิกส์สหรัฐเผยรายงานอาจไม่มีหลุมดำอยู่จริง เพราะขณะมวลยุบตัวก่อขอบฟ้าเหตุการณ์ทำให้ความหนาแน่นลดลงจนไม่อาจเกิดหลุมดำได้ แต่น่าจะมี "ดาวดำ" มากกว่า

จากการศึกษาของทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคส เวสเทิร์น รีเซิร์ฟ (Case Western Reserve University) ไอไฮโอ สหรัฐอเมริกา ซึ่งรายงานผลการวิจัย "การสังเกตการก่อเกิดของหลุมดำและข้อมูลที่หายไป" (Observation of Incipient Black Holes and the Information Loss Problem) ในวารสารวิชาการฟิสิคัล รีวิว ดี (Physical Review D) เป็นไปได้ว่า "หลุมดำ" (Black Hole) อาจจะไม่มีอยู่จริง

"ไม่มีอะไรอย่างนั้น มีเพียงดวงดาวที่กำลังจะกลายเป็นหลุมดำแต่ก็ไม่ได้เป็น" คือข้อสรุปของทีมนักวิจัยจากเคส เวสเทิร์น รีเซิร์ฟ (Case Western Reserve University) ซึ่งประกอบไปด้วย แทนเมย์ วะชัสปาติ (Tanmay Vachaspati) นักวิจัยเชื้อสายอินเดีย, เดอแจน สตอจ์โกวิค (Dejan Stojkovic) และลอว์เรนซ์ เคราส์ (Lawrence Krauss) หลังจากที่พวกเขาใช้เวลาร่วมปีทำงานกับสูตรที่ซับซ้อนเพื่อคำนวณการก่อตัวของหลุมดำ ซึ่งภายในเอกสาร 13 หน้าที่รายงานไปนั้นอาจช่วยแก้ความขัดแย้งเกี่ยวกับ "ข้อมูลที่หายไป" (information loss) ซึ่งสร้างความ "งงงวย" ให้กับนักฟิสิกส์นานนับ 40 ปี

นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานว่า "ขอบฟ้าเหตุการณ์" (event horizon) เป็นขอบเขตที่ไม่สิ่งใดจะหลุดรอดจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำออกมาได้ ซึ่งตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแล้วแม้แต่แสงก็ถูกกักขังภายในและไม่ข้อมูลใดๆ ที่หลุดเข้าไปในหลุมดำแล้วจะหนีออกมาได้ คล้ายกับว่าข้อมูลต่างๆ ได้หลุดหายไปจากเอกภพ สิ่งนี้ขัดแย้งกับสมการของกลศาสตร์ควอนตัมที่จะคงไว้ซึ่งข้อมูลเสมอ แล้วจะแก้ปัญหาที่ขัดแย้งนี้ได้อย่างไร?

คำถามที่เหล่านักฟิสิกส์ตั้งเป้าแก้ปัญหาคือ อะไรจะเกิดขึ้นเมื่อบางสิ่งยุบตัวเข้าไปในหลุมดำ? หากข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับมวลที่ยุบตัวสูญหาย มันก็จะขัดแย้งกับกฎทางควอนตัมฟิสิกส์ ในปัจจุบันมีความคิดหนึ่งว่าสสารได้เปลี่ยนเป็นขอบฟ้าเหตุการณ์และก่อรูปเป็นหลุมดำ จากนั้นข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับสสารนั้นก็หายไป

ทีมวิจัยของวะชัสปาติพยายามที่จะคำนวณว่าอะไรเกิดขึ้นขณะหลุมดำก่อตัว โดยใช้สมการชโรดิงเจอร์ (Schrodinger equation) ในการแก้ปัญหา พวกเขามองทรงกลมของวัตถุว่าคล้ายกับมันยุบตัวลงไปและทำนายว่าระยะเท่าไหร่ที่ผู้สังเกตจะเห็นปรากฎการณ์ดังกล่าวได้

เหล่านักวิจัยจากเคส เวสเทิร์น รีเซิร์ฟพบว่าแรงโน้มถ่วงของมวลที่ยุบตัวไปนั้นได้รบกวนสุญญากาศควอนตัม และทำให้เกิด "การแผ่รังสีฮอว์กิงเบื้องต้น" (pre-Hawking radiation) ซึ่งการสูญเสียจากการแผ่รังสีที่ลดมวล-พลังงานทั้งหมดของวัตถุทำให้ไม่มีความหนาแน่นเพียงพอที่ก่อขอบฟ้าเหตุการณ์และหลุมดำของจริงได้ แม้ดวงดาวจะเริ่มต้นก่อตัวเป็นหลุมดำแต่ที่สุดก็ไม่สามารถเป็นได้

"หากคุณนิยามว่าหลุมดำคือสถานที่บางแห่งที่ทำให้คุณสูญเสียวัตถุต่างๆ ไป ถ้าเป็นเช่นนั้นก็ไม่มีสิ่งที่ว่าเพราะหลุมดำจะหายไปก่อนที่จะมีอะไรหลุดเข้าไป" วะชัสปาติกล่าว โดยเขาเชื่อว่าจะมีสิ่งที่เรียกว่า "ดาวดำ" (Black star) มากกว่าที่จะมีหลุมดำ

ตามหลักการแผ่รังสีฮอว์กิงเบื้องต้นที่เป็นการแผ่รังสีในเชิงไม่ใช่ความร้อน (Non-thermal radiation) ทำให้การหดสั้นลงของมวลจะไม่ยุบตัวลงไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ และจากการคำนวณด้วยสมการชโรดิงเจอร์ทีมวิจัยระบุว่าข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานจากการแผ่รังสีจะสลายไปก่อนที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะก่อตัว

"การแผ่รังสีในเชิงที่ไม่ใช่ความร้อนจะเก็บข้อมูลต่างๆ ไว้ได้ ไม่เหมือนการแผ่รังสีเชิงความร้อน (thermal radiation) สิ่งนี้หมายความว่าห่างจากผู้สังเกตที่กำลังจับตาดูวัตถุยุบตัวจะเห็นการดูดกลืนรังสีในเชิงที่ไม่ใช่ความร้อนกลับคืนและสามารถสร้างข้อมูลขึ้นภายในวัตถุ ดังนั้นข้อมูลก็จะไม่สูญหายไปไหน" ทีมวิจัยระบุ

อย่างไรก็ดีมีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคนที่ไม่เห็นด้วยกับพวกเขา เจอราร์ด ฮุฟท์ (Gerard 't Hooft) นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลจากมหาวิทยาลัยอูเทรคชท์ (Utrecht University) ในเนเธอร์แลนด์ กล่าวว่ากระบวนการเกิดหลุมดำไม่มีทางที่ผลิตการแผ่รังสีอย่างเพียงพอที่จะทำให้หลุมดำหายไปอย่างรวดเร็วเช่นที่ทีมวิจัยระบุ เพราะขอบฟ้าจะก่อตัวนานก่อนที่ตัวหลุมจะหายไป

ขณะที่สตีฟ กิดดิงส์ (Steve Giddings) จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในซานตาบาร์บารา (University of California in Santa Barbara) สหรัฐอเมริกา ก็เป็นอีกคนที่เคลือบแคลงสงสัยในสิ่งที่ทีมวิจัยจากเคส เวสเทิร์น รีเสิร์ฟ ค้นพบโดยระบุว่ามีสิ่งที่ขัดแย้งอย่างชัดเจนในสิ่งที่พวกเขาค้นพบ

"สำหรับความรู้ของผม มันไม่มีความมุ่งหมายที่จะเข้าใจว่าพวกเขาได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างจากการคำนวณเหล่านี้อย่างไร ทั้งนี้อาจจะเป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่ผลลัพธ์ที่ชัดแจ้ง" กิดดิงส์กล่าว

ทั้งนี้อาจมีวิธีที่จะพิสูจน์ทฤษฎีใหม่ของทีมวะชัสปาติซึ่งอาจจะเป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ "แอลเอชซี" (Large Hadron Collider: LHC) ของเซิร์น (CERN) ที่กำลังก่อสร้างอยู่ในกรุงเจนีวา สวิตเซอร์แลนด์ โดยอุปกรณ์ดังกล่าวอาจสร้างหลุมดำขนาดจิ๋วขึ้นมาได้ หรืออาจจะเป็นดาวดำอย่างที่วัชปาติบอกหากว่าทฤษฎีของเขาถูก แต่หลุมดำจิ๋วจะสลายไปอย่างรวดเร็วต่างจากหลุมดำขนาดใหญ่ที่คงอยู่ได้นานในอวกาศ ถึงอย่างนั้นการแผ่ขยายพลังงานอาจเผยให้เห็นการก่อตัวของขอบฟ้าเหตุการณ์ ขณะเดียวกันก็อาจจะไม่เป็นเช่นนั้น

ทางอีกหนึ่งที่จะพิสูจน์ได้คือการชนกันของดาวดำในอวกาศอาจจะเผยตัวตนออกมา ซึ่งตามที่วัชปาติระบุดาวดำเหล่านั้นจะไม่ปลดปล่อยเพียงแค่คลื่นโน้มถ่วงออกมา หากแต่ยังปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมาด้วย โดยทีมวิจัยกล่าวว่านักดาราศาสตร์สามารถตรวจวัดการระเบิดของรังสีแกมมาได้

ที่มา: http://www.manager.co.th/S
Link: http://www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9500000071853