ในที่สุดห้องแล็บก็สร้างได้ "ขอบฟ้าเหตุการณ์จำลอง" ศึกษาหลุมดำ

นักวิทยาศาสตร์อังกฤษสร้างขอบฟ้าเหตุการณ์เทียม จำลองปรากฏการณ์หลุมดำในห้องปฏิบัติการ ยิงลำแสงเลเซอร์เป็นจังหวะสั้นๆ เข้าเส้นใยแก้วนำแสง

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า หากแก้ปัญหาความพิศวงในหลุมดำได้ จะเป็นกุญแจไปสู่การแก้ปมเงื่อนงำของ “ทฤษฎีสรรพสิ่ง” (theory of everything) ซึ่งจะรวมความเข้าใจเกี่ยวกับแรงในธรรมชาติทั้งหมด

ทั้งนี้ หลุมดำจัดเป็นหนึ่งในปริศนาอันลึกลับที่สุดของเอกภพ นักวิทยาศาสตร์เสนอทฤษฎีว่า หลุมดำมีแรงดึงความโน้มถ่วงที่มีพลังมหาศาล ซึ่งไม่มีสิ่งใดเลยแม้กระทั่งแสงที่จะหนีรอดออกมาได้ เมื่อผ่าน “ขอบฟ้าเหตุการณ์” (event horizon) ของหลุมดำเข้าไปแล้ว

เป็นการยากที่จะทดลองกับขอบฟ้าเหตุการณ์โดยตรง ดังนั้นนักวิจัยจึงค้นหาวิธีที่จะสร้างแบบจำลองของขอบฟ้าเหตุการณ์ในห้องปฏิบัติการ ซึ่งสเปซดอทคอมระบุว่าตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์สร้างขอบฟ้าเหตุการณ์จำลองบนโต๊ะ ในห้องปฏิบัติการได้แล้วโดยอาศัยเส้นใยแก้วนำแสงหรือไฟเบอร์ออพติค

นักวิจัยเริ่มต้นโดยยิงลำแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มสูงเป็นจังหวะสั้นๆ หรือ “พัลส์” (pluse) เข้าเส้นใยแก้วนำแสง ซึ่งพัลส์ของเลเซอร์นี้ จะประพฤติเหมือนกระแสของแสง และด้วยพัลส์เลเซอร์ที่เข้มสูงและส่งเป็นจังหวะๆ นั้น ทำให้เกิดผลทางกายภาพที่มองเห็นได้ ซึ่งมักจะเกิดขึ้นกับพัลส์ที่มีความยาวกว่าและเข้มน้อยกว่า แต่สำหรับพัลส์สั้นๆ แล้วยากจะตรวจพบ

อูล์ฟ เลออนฮาร์ดท (Ulf Leonhardt) นักฟิสิกส์ทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูวส์ (University of St. Andrews) ในสก็อตแลนด์อธิบายว่า พัลส์ที่มีความเข้มสูงและเป็นจังหวะสั้นๆ นั้น จำเป็นต่อการดูผลที่ละเอียดและแยกออกจากสัญญาณรบกวน

ในขณะเดียวกัน นักวิจัยก็ยิงลำแสงต่อเนื่องของรังสีอินฟราเรดเข้าไปในเส้นใยแก้วนำแสง ซึ่งลำแสงเหล่านี้ทำให้เกิดคลื่น ที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันจากกระแสของเลเซอร์ คล้ายกับลักษณะของคลื่นแสง ที่เกิดขึ้นจากแรงดึงความโน้มถ่วงเมื่อผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์

“สิ่งที่น่าประหลาดที่สุดสำหรับผม คือการสร้างขอบฟ้าเหตุการณ์จำลองได้อย่างเรียบง่าย” เลออนฮาร์ดทกล่าว ซึ่งเขาและคณะวิจัยได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยนี้ในวารสารไซน์ (Science)

นักวิทยาศาสตร์ยังได้เสนอระบบแบบอื่นๆ อีกที่จะจำลองหลุมดำ แต่ทั้งหมดนั้นต้องการชิ้นส่วนขับเคลื่อนที่เปราะบาง และวัสดุที่ต้องการความเย็นยิ่งยวด ซึ่งทั้งหมดยังไม่ประสบความสำเร็จในการแสดงปรากฏการณ์ที่คล้ายกับขอบฟ้าเหตุการณ์

ขอบฟ้าเหตุการณ์เทียม ที่ทางกลุ่มของเลออนฮาร์ดทประดิษฐ์ขึ้นมานั้น จะช่วยให้นักวิจัยสำรวจผลอันแปลกประหลาดของหลุมดำ อย่างการการปลดปล่อยรังสีออกมา

แม้จะชื่อหลุมดำแต่ก็ไม่ได้ดำทั้งหมด โดย สตีเฟน ฮอว์กิง (Stephen Hawking) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้พบว่า หลุมดำทั้งหมดนั้นจะแผ่รังสีแบบที่เรียกว่า “การแผ่รังสีฮอว์กิง” (Hawking radiation) ออกมาเล็กน้อย แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้เห็นพลังงานอันลึกลับของการแผ่รังสีนี้

สำหรับการแผ่รังสีฮอว์กิงจากหลุมดำปกตินั้น ถูกบดบังอย่างสิ้นเชิงจากรังสีพื้นหลังเอกภพหรือซีเอ็มบี (cosmic microwave background: CMB) ซึ่งเป็นรังสีไมโครเวฟที่หลงเหลือมาแต่เหตุการณ์ระเบิดบิกแบง (Big Bang) กำเนิดเอกภพ

อย่างไรก็ดี เลออนฮาร์ดทแนะว่า ด้วยแบบจำลองในห้องปฏิบัติการใหม่ของพวกเขานั้น ทำให้สามารถสร้างขอบฟ้าเหตุการณ์เทียมที่ให้กำเนิดพลังงานมากพอที่จะตรวจพบการแผ่รังสีฮอว์กิงได้

ความเข้าใจเกี่ยวกับการแผ่รังสีฮอว์กิงที่ดีขึ้น ช่วยให้เรารวบรวมทฤษฎีฟิสิกส์ที่กระจัดกระจายให้เป็น “ทฤษฎีสรรพสิ่ง” อันเป็นหนึ่งเดียวได้ ซึ่งจะทำให้เราเข้าใจแรงในธรรมชาติทั้งหมดได้

อย่างไรก็ดีนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ประสบความสำเร็จ ในการรวมแนวคิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity) ซึ่งอธิบายว่าสสารและพลังงานประพฤติตัวอย่างไรในระดับใหญ่ๆ และทำนายการมีอยู่ของหลุมดำ เข้ากับกลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics) ซึ่งอธิบายว่า สสารและพลังงานประพฤติตัวอย่างไรในระดับอะตอมและอนุภาค และทำนายการมีอยู่ของการแผ่รังสีฮอว์กิง

เลออนฮาร์ดทอธิบายว่า ความเข้าใจในเรื่องการแผ่รังสีฮอว์กิงที่ดีขึ้น จะเป็นสะพานระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม เพื่อเข้าใจว่าโลกทั้งสองเชื่อมโยงกันอย่างไร.