“หลุมดำ” ไม่ได้เกิดจากแสง วิจัยใหม่ชี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ ‘ไอน์สไตน์’ มีช่องโหว่
--- ‘คูเกลบลิทซ์’ หลุมดำที่เกิดจากแสง---
“หลุมดำเกิดจากการล่มสลายของดาวฤกษ์ที่หมดอายุขัย เมื่อแรงกดดันจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ในแกนกลางของดาวเหล่านั้น ไม่สามารถต่อต้านแรงโน้มถ่วงได้อีกต่อไป สสารที่ประกอบดาวดวงนั้น จึงถูกแรงดึงดูดของตนเองบีบอัดจนเหลือเป็นเพียงมวลหนาแน่นที่มีขนาดเล็กยิ่งกว่านิวเคลียสของอะตอมเดียว ซึ่งเรียกว่า ภาวะเอกฐาน”
นี่คือ ทฤษฎีการเกิดหลุมดำทั่วไป ที่เรามักได้เรียนรู้จากชั้นเรียนวิชาวิทยาศาสตร์
ปัจจุบัน มีสมมติฐานการกำเนิดหลุมดำที่แปลกใหม่ผุดขึ้นมามากมาย หนึ่งในนั้นคือ ทฤษฎีการเกิดของ “หลุมดำคูเกลบลิทซ์”
หลุมดำคูเกลบลิทซ์ เป็นหลุมดำที่เกิดจากการรวมตัวกันของแสงที่มีความเข้มข้นมากที่มุ่งไปที่จุดเดียว จนทำให้เกิดพลังงานมหาศาล และสร้างหลุมดำขึ้นมา โดยแนวคิดนี้ อ้างอิงตามหลักทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ที่แม้ว่าแสงจะไม่มีสสารในตัว แต่ก็มีพลังงาน ซึ่งในทฤษฎีดังกล่าว ระบุว่า พลังงานเป็นปัจจัยสร้างความโค้งปริภูมิ-เวลา ซึ่งส่งผลให้เกิดแรงดึงดูดจากแรงโน้มถ่วง
ด้วยเหตุนี้ ตามหลักการแล้วจึงเป็นไปได้ที่แสงจะก่อให้เกิดหลุมดำได้ ถ้าเรารวมศูนย์แสงในปริมาณที่เข้มข้นเพียงพอ ควบแน่นจนเล็กเพียงพอ ความหนาแน่นของพลังงานก็จะสูงมาก และเมื่อพลังงานมีความเข้มข้นสูงก็จะสร้างสนามแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งพอ จนก่อตัวเป็นหลุมดำได้ แม้ว่าจะไม่มีมวลก็ตาม เพราะตามทฤษฎีของไอน์สไตน์มองว่า พลังงานและมวลมีค่าเท่ากัน ตามสูตร E=MC2
---แสงสร้างหลุมดำไม่ได้---
หลักการเหล่านี้ เป็นจริงภายใต้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแบบดั้งเดิม ซึ่งไม่ได้อธิบายถึงปรากฏการณ์ควอนตัม เพื่อสำรวจผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากผลกระทบควอนตัมต่อการก่อตัวของคูเกลบลิทซ์
ทีมวิจัยจึงได้ตรวจสอบอิทธิพลของปรากฏการณ์ชวิงเงอร์ ซึ่งเป็นการสร้างคู่อนุภาคกับปฏิอนุภาคโดยเกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ผลการศึกษาล่าสุด ที่ได้ยอมรับตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters แต่ยังไม่ได้ถูกเผยแพร่สู่สาธารณะ ทีมวิจัยได้คำนวณอัตรารูปคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน แล้วพบว่า แสงบริสุทธ์ไม่สามารถสะสมพลังงานที่เพียงพอก่อตัวเป็นหลุมดำได้ ฉะนั้น หลุมดำคูเกลบลิทซ์ที่เกิดจากการรวมแสงเพียงอย่างเดียว เป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ ทั้งในรูปแบบของห้องทดลอง และปรากฎการณ์ทางดาราฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
“แม้ว่าเราจะใช้เลเซอร์ที่มีความเข้มข้นมากสุดของโลก เราก็จะยังคงอยู่ห่างจากความเข้มข้นที่จำเป็นต้องใช้ถึง 50 เท่า ในการสร้างคูเกลบลิทซ์” โฆเซ่ โปโล-โกเมซ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูและสถาบันฟิสิกส์เชิงทฤษฎีปริมณฑลในแคนาดา ผู้เขียนวิจัยร่วม กล่าว
---ควอนตัมสำคัญต่อการสร้างวัตถุทางดาราศาสตร์---
แม้การค้นพบดังกล่าว จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อทฤษฎีดาราศาสตร์ และการตั้งสมมติฐานต่อการมีอยู่ของหลุมดำคูเกลบลิทซ์ก่อนหน้านี้ รวมถึงยังทำลายความหวังการทดลองศึกษาการเกิดหลุมดำ ด้วยการสร้างหลุมดำจากการแผ่รังสีของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์เชิงบวกของการศึกษาแสดงให้เห็นว่าผลกระทบทางควอนตัมสามารถบูรณาการเข้ากับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงให้คำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามทางวิทยาศาสตร์
“จากมุมมองทางทฤษฎี งานนี้แสดงให้เห็นว่าผลกระทบควอนตัมสามารถมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกการก่อตัวและรูปลักษณ์ของวัตถุทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้อย่างไร” โปโล-โกเมซกล่าว
ทั้งนี้ นักวิจัยวางแผนที่จะสำรวจอิทธิพลของผลกระทบควอนตัมต่อปรากฏการณ์ความโน้มถ่วงต่าง ๆ ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากการค้นพบของพวกเขา ซึ่งมีความสำคัญทั้งในทางปฏิบัติและพื้นฐาน
แปล-เรียบเรียง: พรวษา ภักตร์ดวงจันทร์
ข้อมูลอ้างอิง: