“หลุมดำ” ยิ่งยุ่งเหยิงหลัง “สตีเฟน ฮอว์กิง” เสนอทฤษฎีใหม่

ช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา “สตีเฟน ฮอว์กิง” ยักษ์ใหญ่แห่งวงการฟิสิกส์ได้เขย่าวงการอีกครั้งด้วยการเสนอทฤษฎีใหม่ ซึ่งทำให้ “หลุมดำ” ที่เข้าใจได้ยากเป็นทุนเดิมอยู่แล้ว ยิ่งยุ่งเหยิงมากกว่าเดิม ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์หลายๆ คนก็ยังไม่เชื่อมั่นในผลงานที่เขาเสนอมา

หลังจาก สตีเฟน ฮอว์กิง (Stephen Hawking) นักฟิสิกส์อัจฉริยะแห่งยุคได้เสนอผลงานทางวิชาการเกี่ยวกับหลุมดำ (Black hole) ซึ่งเผยแพร่ใน arXiv.org เมื่อวันที่ 22 ม.ค. ก็เกิดข้อถกเถียงมากมายจากนักวิทยาศาสตร์ในวงการ รายงานข่าวระบุว่า ผลงานดังกล่าวนำเสนอในเวอร์ชัน “ฉบับก่อนพิมพ์” ซึ่งยังไม่ได้รับการตรวจสอบจากผู้เชี่ยวชาญในสาขา

ใจความคร่าวๆ ส่วนหนึ่งในผลงานใหม่ที่ฮอว์กิงนำเสนอเกี่ยวกับหลุมดำและเขย่าวงการฟิสิกส์ให้ต้องถกกัน คือ สิ่งที่เคยเข้าใจว่า แม้กระทั่งแสงก็ไม่หนีแรงดึงดูดของหลุมดำเมื่อผ่านจุดคงที่ซึ่งเรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์” (event horizon) นั้น อาจจะไม่ใช่สิ่งที่ถูกต้อง

ถึงกระนั้นไลฟ์ไซน์ระบุว่าไม่ใช่นักฟิสิกส์ทุกคนที่เห็นพ้องกับนักฟิสิกส์ผู้มีร่างกายพิการ บางคนเสนอด้วยว่าถึงจะพุ่งประเด็นไปที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ แต่ก็ไม่ได้แก้ปัญหาความขัดแย้งอันยุ่งเหยิงของหลุมดำ ที่เรียกว่า “ไฟร์วอลล์พาราดอกซ์” (Firewall Paradox) ที่เกิดจากความไม่ลงรอยระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity) ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) กับทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ทำนายถึงการมีอยู่ของหลุมดำ ซึ่งเป็นวัตถุที่มีมวลมหาศาลและมีความหนาแน่นสูง และดึงดูดทุกสิ่งที่อยู่รอบๆ เข้าหาตัวเอง ผ่านจุดขอบฟ้าเหตุการณ์ที่แม้แต่แสงไม่สามารถเล็ดรอดออกมาได้ แต่เมื่อ 2 ปีที่ผ่านมาตามรายงานของไลฟ์ไซน์นั้น โจเซฟ พอลชินสกี (Joseph Polchinski) จากสถาบันฟิสิกส์ทฤษฎีคาฟลี (Kavli Institute for Theoretical Physics) มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในซานตาบาร์บารา (University of California, Santa Barbara) และคณะได้พบจุดบกพร่องของทฤษฎีดังกล่าว และเรียกความบกพร่องนั้นว่าไฟร์วอลล์พาราด็อกซ์

จากการทดลองทางความคิด (thought experiment) ของพอลชินสกี หากให้มนุษย์อวกาศพลัดหลงเข้าไปในหลุมดำ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์บอกว่า มนุษย์อวกาศจะผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์เข้าไปโดยไม่รู้ตัว เพราะ “ตกอิสระ” (free fall) และสัมผัสได้ถึงกฎฟิสิกส์เหมือนในทุกที่ของเอกภพ เมื่อเข้าไปข้างไหนหลุมดำร่างของมนุษย์อวกาศจะถูกฉีกขาด ก่อนจะถูกบีบอัดตรงแกนกลางที่มีความหนาแน่นเป็นอนันต์ที่เรียกว่า “ซิงกูลาริตี” (singularity)

ทว่า ตามทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมที่ควบคุมพฤติกรรมของอนุภาคเล็กๆ นั้นบอกว่าหลุมดำไม่ได้เป็นสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ และในปี 1974 ฮอว์กิงเองได้เสนอทฤษฎีว่าหลุมดำปล่อยให้มีการรั่วของอนุภาคออกมาจากขอบของหลุมดำ หรือที่เรียกว่า “การแผ่รังสีฮอว์กิง” (Hawking Radiation)

ทางพอลชินสกีและคณะให้อนุภาคเหล่านั้นเป็น “ข้อมูล” (information) ที่สามารถหนีออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้ โดยได้ทำนายว่า วงแหวนแพลิงที่มีพลังงานมหาศาลนั้นน่าจะอยู่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ หากว่าทฤษฎีควอนตัมถือครองความจริง กำแพงเพลิงดังกล่าวจะเผาไหม้มนุษย์อวกาศตามการทดลองทางความคิดเสียก่อนที่อัดร่างให้เป็นจุดเล็กๆ

เรื่องกำแพงเพลิงดังกล่าวได้ปั่นป่วนแนวคิดที่ว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์นั้นราบเรียบและมีกาล-อวกาศ (space-time) ที่ไม่บิดเบี้ยว และเกิดคำถามว่าแท้จริงแล้วหลุมดำมีขอบฟ้าเหตุการณ์หรือวงแหวนแห่งไฟนรกหรือไม่? ซึ่งในการแก้ปัญหาความขัดแย้งดังกล่าว ไลฟ์ไซน์ระบุในรายงานฉบับใหม่ของฮอว์กิงเสนอว่า ไม่มีขอบเขตที่ตายตัวสำหรับขอบฟ้าเหตุการณ์

ในรายงานฉบับใหม่ของฮอว์กิงเขียนว่า ไม่มีหลุมดำหรือขอบฟ้าเหตุการณ์แบบที่สิ่งต่างๆ ไม่อาจเล็ดลอดออกมาได้ตลอดกาล แต่มีสิ่งที่เรียกว่า “ขอบฟ้าปรากฏ” (apparent horizon) ซึ่งปรากฏอยู่ชั่วคราวแทน โดยขอบฟ้าดังกล่าวจะเลื่อนตำแหน่งไปอย่างดุเดือดตามพฤติกรรมของอนุภาคควอนตัมที่อยู่ภายในหลุมดำ (*Edited)

“พลังงานและสสารที่พยายามจะหนีจากถูกขังแน่นภายในหลุมดำจะติดอยู่ในนั้นช่วงเวลาหนึ่งก่อนที่จะถูกปลดปล่อยออกมา และแม้ว่าข้อมูลจะหนีออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำมาได้ แต่ก็ยากจะบอกได้ว่าต้นกำเนิดของข้อมูลเหล่าคืออะไร” ไลฟ์ไซน์ระบุถึงรายงานใหม่ของฮอว์กิง

ด้าน ดอน เพจ (Don Page) นักฟิสิกส์และผู้เชี่ยวชาญเรื่องหลุมดำจากมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตา (University of Alberta) ในเอ็ดมอนทอน แคนาดา เปรียบเทียบให้แก่เนเจอร์นิวส์ว่า การจะระบุถึงกำเนิดของข้อมูลที่หลุดออกมาหลุมดำนั้นเป็นเรื่องยากเสียยิ่งกว่าความพยายามคืนร่างให้หนังสือที่เราเผาจากเถ้าถ่านของหนังสือที่ถูกเผาเสียอีก

ทว่าไม่ใช่ทุกคนที่จะเชื่อในฮอว์กิง ทางด้านพอลชินสกีผู้ค้นพบว่ามีข้อมูลที่หนีออกจากหลุมดำนั้นไม่เชื่อว่าในเอกภพนี้จะมีหลุมดำที่ไม่มีขอบฟ้าเหตุการณ์ และยังเชื่อด้วยว่า ทฤษฎีใหม่ของฮอว์กิง ไม่ได้แก้ไขความขัดแย้งพื้นฐานของหลุมดำ สอดคล้องกับ เจอเรนท์ ลูอิส (Geraint Lewis) ผู้เชี่ยวชาญจากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ (University of Sydney) ออสเตรเลีย ที่เขียนบทความอธิบายถึงผลงานใหม่ของฮอว์กิงลงในสเปซด็อทคอม

ลูอิสระบุว่า แม้ฮอว์กิงจะเป็นนักฟิสิกส์ที่เก่งจนไม่มีใครเทียบได้ในยุคนี้ แต่ไม่ได้หมายความว่าเราจะต้องเชื่อเขา และบอกว่าวิทยาศาสตร์กับศาสนามักถูกนำมาเปรียบเทียบกันบ่อยๆ ขณะที่ผู้ศรัทธาในศาสนาจะรอฟังคำสั่งจากเบื้องบน แต่นั่นไม่ใช่ลักษณะการทำงานทางวิทยาศาสตร์ แม้ว่าฮอว์กิงจะฉลาดมาก แต่เขาก็เป็นเพียงคนๆ หนึ่ง และเชื่อว่าการถกเถียงเกี่ยวกับธรรมชาติที่แท้จริงของหลุมดำจะยังคงดำเนินต่อไป งานของฮอว์กิงทำให้ทราบว่าหลุมดำนั้นซับซ้อนกว่าที่เราคิด แต่ซับซ้อนอย่างไรนั้นเราจะทราบได้เมื่อทำให้แรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ควอนตัมไปด้วยกันได้