ทฤษฏีของฮอว์คิง "หลุมดำมีแต่จะขยายใหญ่ขึ้น" ได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้อง

ทฤษฏีของฮอว์คิง "หลุมดำมีแต่จะขยายใหญ่ขึ้น" ได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้อง
ข่าวสด
20 มิถุนายน 2564 ( 22:23 )
42
ทฤษฏีของฮอว์คิง "หลุมดำมีแต่จะขยายใหญ่ขึ้น" ได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้อง

 

ผลวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วง (gravitational wave) ที่มนุษย์สามารถตรวจจับได้เป็นระลอกแรกเมื่อ 6 ปีก่อน ชี้ว่าทฤษฎีเกี่ยวกับพื้นที่ผิวของหลุมดำ ซึ่งคิดค้นโดยสตีเฟน ฮอว์คิง ในช่วงทศวรรษ 1970 เป็นแนวคิดที่ถูกต้องและสอดคล้องกับทฤษฎีพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่มีมาก่อนหน้านี้

 

 

ทีมนักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์หรือ MIT ร่วมกับมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ของสหรัฐฯ เผยผลการศึกษาข้างต้นในวารสาร Physical Review Letters โดยรายงานว่า "กฎพื้นที่" (The Area Law) ของฮอว์คิง ซึ่งระบุว่าพื้นที่ผิวของหลุมดำนั้นมีแต่จะขยายใหญ่ขึ้นในทุกกรณี ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าถูกต้องเป็นจริง โดยมีหลักฐานเชิงประจักษ์มายืนยันเป็นครั้งแรก

 

 

คลื่นความโน้มถ่วงที่ใช้พิสูจน์แนวคิดของฮอว์คิงในครั้งนี้ เกิดจากคู่หลุมดำมวลยิ่งยวดที่โคจรวนรอบกันและกัน โดยต่างก็เข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อย ๆ จนเกิดการชนปะทะและรวมตัวเป็นหลุมดำขนาดใหญ่กว่าในที่สุด

 

เหตุการณ์รุนแรงเช่นนี้ได้ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง หรือการกระเพื่อมของปริภูมิ-เวลา (space-time) ซึ่งเหมือนกับระลอกคลื่นน้ำที่แผ่ออกไปในจักรวาล โดยข้อมูลที่มากับคลื่นความโน้มถ่วงจะสามารถบ่งบอกถึงลักษณะของคู่หลุมดำที่เป็นต้นกำเนิด รวมทั้งลักษณะของหลุมดำใหม่ที่เกิดขึ้นได้

 

 

เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลจากช่วงก่อนและหลังการรวมตัวของหลุมดำทั้งสอง ทีมผู้วิจัยพบว่าพื้นที่ผิวของหลุมดำใหม่ที่เกิดขึ้นมีขนาดกว้างใหญ่กว่าพื้นที่ผิวของคู่หลุมดำต้นกำเนิดรวมกัน ซึ่งตรงกับ "กฎพื้นที่" ของฮอว์คิงอย่างไม่ผิดเพี้ยน


ภาพจำลองจากฝีมือศิลปิน แสดงวิถีโคจรของดาวฤกษ์ SO-2 ขณะเข้าใกล้หลุมดำใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก

 

 

ทั้งนี้ "พื้นที่ผิวของหลุมดำ" หมายถึงบริเวณขอบฟ้าเหตุการณ์ที่ล้อมรอบภายนอกของหลุมดำอยู่ ซึ่งแท้ที่จริงแล้วหลุมดำไม่ใช่หลุมหรือรู แต่เป็นทรงกลมคล้ายกับลูกโบว์ลิงมากกว่า

 

 

 

กฎพื้นที่ของฮอว์คิงระบุว่า หลุมดำจะไม่สามารถเพิ่มพื้นที่ผิวของมันได้เอง แต่หากมีวัตถุผ่านเข้าไปในหลุมดำ มวลของมันจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับมีพื้นที่ผิวขยายใหญ่ขึ้นกว่าเดิมด้วยเสมอ โดยการขยายตัวนี้มีแต่จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปโดยไม่มีทางหดเล็กลง

แม้การที่มีมวลเพิ่มขึ้นอาจจะทำให้หลุมดำหมุนตัวเร็วขึ้นและมีพื้นที่ผิวเล็กลงได้ แต่กฎพื้นที่ของฮอว์คิงชี้ว่า ท้ายที่สุดแล้วพื้นที่ผิวที่ขยายเพิ่มขึ้นมา จะต้องมากกว่าพื้นที่ผิวที่เสียไปจากการหมุนเสมอ

 

 

ข้อพิสูจน์นี้นับว่าตรงตามกฎของอุณหพลศาสตร์ (Thermodynamics) ที่ว่าเอนโทรปี (Entropy) หรือความปั่นป่วนนั้นมีแต่จะเพิ่มขึ้นเรื่อยไปเมื่อเวลาเดินไปข้างหน้า ทั้งยังสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์อีกด้วย

 

 

ความถูกต้องของการพิสูจน์ดังกล่าว มีระดับความมั่นใจอยู่ที่ 95% ซึ่งเท่ากับรับประกันได้ว่าทฤษฎีของฮอว์คิงนั้นเป็นของจริงและใช้ได้กับการทำนายหรือสร้างแบบจำลองทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั่วไป

 

 

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีว่าด้วยหลุมดำของฮอว์คิงในบางเรื่อง ไม่สู้จะสอดคล้องกับแนวคิดเรื่องกฎพื้นที่ของเขาเองเท่าใดนัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งทฤษฎีที่อธิบายหลุมดำด้วยมุมมองทางกลศาสตร์ควอนตัม อย่างเช่นกรณีการแผ่รังสีฮอว์คิง (Hawking radiation) ที่ระบุว่าหลุมดำอาจค่อย ๆ ระเหยหายไปจนหมดสิ้นได้

ข่าวที่เกี่ยวข้อง