ตามปกติ เวลาใครพูดถึงหลุมดำ ทุกคนมักจะนึกถึงดาวยักษ์ที่มีมวลมากมหาศาล ตั้งแต่ 10-10^12 เท่าของดวงอาทิตย์ จึงสามารถดึงดูดยานอวกาศ ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ หรือแม้แต่กาแล็กซี ที่โคจรผ่านไปใกล้มันมากได้อย่างไม่ปล่อยให้หวนกลับ แต่ในความเป็นจริง หลุมดำยังมีญาติห่าง ๆ ที่อาจจะมีพบได้บนโลกในเครื่องเร่งอนุภาคที่มีพลังงานสูง (โดยเฉพาะที่ CERN) ซึ่งหลุมดำที่ว่านี้ มีขนาดเล็กระดับอนุภาคมูลฐาน จึงไม่สามารถดึงดูดสสารทุกชนิดเข้าตัวมันได้ในทันทีทันใด เพราะมันจะสลายตัวภายในเวลาที่รวดเร็วมาก ซึ่งก็นับเป็นเรื่องดี เพราะเราจะปลอดภัย แต่ประเด็นที่ดีที่สุดก็คือ มันเป็นหลุมดำควอนตัม (quantum black hole) ที่มีพฤติกรรม ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป กับทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ในขณะที่ระบบอื่น ๆ ที่เรากำลังเผชิญในปัจจุบันสามารถอธิบายพฤติกรรมได้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หรือทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมเพียงทฤษฎีเดียว
นี่จึงเป็นความพยายามระดับสุดยอดในการค้นหาระบบให้นักฟิสิกส์ได้ศึกษา เพื่อจะได้เข้าใจอย่างสมบูรณ์ จนสามารถสร้างทฤษฎีของสรรพสิ่ง (Theory of Everything) ที่โลกยังไม่มีได้ในที่สุด
ในวรรณกรรมละครเรื่อง “The Life and Death of King John” ของ William Shakespeare (1564–1616) ซึ่งเป็นนวนิยายเชิงประวัติศาสตร์ ที่มีเนื้อหาเกี่ยวกับการสืบทอดราชบัลลังก์ของกษัตริย์ John ว่า “ความชอบธรรมในการครองราชย์ขึ้นกับสายโลหิต หรืออำนาจทางทหาร หรือการยอมรับของประชาชน” และในวรรณกรรมเรื่องนี้มีคำกล่าวหนึ่งที่น่าสนใจ คือ “To gild refined gold, to paint the lily” ซึ่งมีความหมายว่า การเอาทองคำมาเคลือบทองคำบริสุทธิ์ หรือการนำสีมาทากลีบดอกลิลลี่ ล้วนเป็นการแต่งเสริมเติมสิ่งที่งดงามสมบูรณ์แบบแล้ว อย่างเกินความจำเป็น
ทว่าในวงการฟิสิกส์ เราก็มีเหตุการณ์ทำนองคล้ายกัน คือ เรามีทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ในระบบที่มีขนาดเล็ก เช่น อะตอมและโมเลกุลได้อย่างละเอียดถูกต้องถึง 1 ใน 10^13 ส่วน เช่น ในการวัดค่า g (gyromagnetic ratio) ของอิเล็กตรอน เรามี Quantum Field Theory ที่สามารถพยากรณ์ค่า g ซึ่งสอดคล้องกับค่าที่วัดได้จากการทดลองอย่างถูกต้องถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 12 เป็นต้น นอกจากนี้เราก็ยังมีทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ที่สามารถอธิบายการถือกำเนิดของเอกภพ ตลอดจนวิวัฒนาการของกาแล็กซี และการเกิดปรากฏการณ์ต่าง ๆ ได้ ซึ่งทฤษฎีทั้งสองนี้เป็นเสาหลักสรณะที่นักฟิสิกส์ทุกคนใช้ในการศึกษาธรรมชาติ
แต่ทฤษฎีทั้งสองนี้ก็ยังไม่สามารถใช้อธิบายเหตุการณ์ที่เกิดในช่วงเวลา 0 ถึง 10^(-44) วินาทีหลัง Big Bang ได้ ตลอดจนยังไม่สามารถอธิบายที่มาของสสารมืดและพลังงานมืด หรืออธิบายที่มาของแรงโน้มถ่วงเชิงควอนตัมได้ (quantum gravity) สำหรับในส่วนของทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมนั้น ก็ยังไม่สามารถจะอธิบายการไม่พบอนุภาค monopole อนุภาค axion ตลอดจนถึงความอสมมาตรระหว่างสสารกับปฏิสสาร หรืออะไรคือสาเหตุที่ทำให้เกิด Big Bang และรอยต่อระหว่างการใช้กลศาสตร์คลาสสิกกับกลศาสตร์ควอนตัมอยู่ ณ ที่ใด และเหตุใดค่าคงตัวต่าง ๆ ในธรรมชาติ จึงมีค่านั้น ค่านี้ เป็นต้น ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงต้องการจะสร้างทฤษฎีที่ประเสริฐยิ่งกว่า Standard Model และทฤษฎีที่เริ่ดกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และก็ได้พบว่าจะต้องใช้หลุมดำควอนตัม (quantum black hole) ซึ่งเป็นระบบที่ต้องใช้ทฤษฎีทั้งสองนี้ในการอธิบาย นี่จึงเป็นวิธีคิดที่แตกต่างจาก Shakespeare
ในส่วนของประวัติความเป็นมาของหลุมดำนั้น มีดังนี้
จินตนาการของมนุษย์เกี่ยวกับดวงดาวนั้นมีมากมาย ตั้งแต่ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ supernova ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง ดาวตก อุกกาบาต ผีพุ่งใต้ ฯลฯ อันเป็นเรื่องที่มนุษย์ได้มีมาตั้งแต่สมัยโบราณ จนกระทั่งถึงเมื่อ 243 ปีก่อน คือ ในปี 1783 นักดาราศาสตร์ก็เริ่มรู้จักดาวมืด (dark star) เมื่อนักบวชนาม John Michell (1724–1793) ชาวอังกฤษ ได้ใช้กฎแรงโน้มถ่วงของ Isaac Newton (1642–1727) แสดงให้เห็นว่า ถ้าแสงเป็นอนุภาคตามแนวความคิดของ Newton ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากจะสามารถดึงดูดแสงไม่ให้หลุดพ้นออกจากตัวมันได้ และเมื่อแสงไม่สามารถหลุดออกสู่โลกภายนอกให้ตาเห็นได้ ดาวดวงนั้นก็จะเป็นดาวมืด และ Michell ได้พบว่า ถ้าอนุภาคแสงมีความเร็วน้อยกว่า √(2GM/R) เมื่อ G คือ ค่าคงตัวของแรงโน้มถ่วงสากล M คือ มวลของดาวฤกษ์ และ R คือ รัศมีของดาวฤกษ์ แสงก็จะเล็ดลอดออกมาไม่ได้ ทว่าแนวคิดนี้ได้ถูกคนในวงการเมิน คือ ไม่มีใครให้ความสนใจ เพราะในเวลาต่อมาได้มีการพบว่า แสงมีสมบัติของคลื่น มิใช่อนุภาคดังที่ Michell คิด
ในปี 1796 Pierre-Simon Laplace (1749-1827) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ได้เขียนบทความที่อธิบายความเป็นอยู่ของระบบสุริยจักรวาล และได้พบความจริงเดียวกันว่า ถ้าใช้กฎแรงโน้มถ่วงของ Newton แล้วอนุภาคที่มีความเร็วสูงกว่า √(2GM/R) อนุภาคนั้นก็จะหลุดหายไปจากดาวเลย จึงแตกต่างจากความคิดของคนทั่วไปที่ว่า อะไรมีขึ้นก็จะต้องมีลง เช่น ในกรณีของโลก ความเร็วหลุดพ้น จะมีค่าเท่ากับ 11.2 กิโลเมตร/วินาที แต่ถ้าเป็นดวงอาทิตย์ ความเร็วหลุดพ้นจะมีค่าเท่ากับ 618 กิโลเมตร/วินาที ซึ่งคิดเป็น 0.2% ของความเร็วแสง แต่ถ้าเราลดรัศมีของดวงอาทิตย์ลง จาก 695,700 กิโลเมตร เป็น 2.95 กิโลเมตร แสงก็จะไม่สามารถหลุดหนีออกจากดวงอาทิตย์ที่มีขนาดเล็กเช่นนี้ได้เลย นั่นคือ ดวงอาทิตย์ก็จะเป็นดาวมืด
เมื่อถึงยุคของ Albert Einstein (1879-1955) คือ ในปี 1915-1916 ที่ Einstein นำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เพื่ออธิบายที่มาของแรงโน้มถ่วง ทั้งนี้ก็เพราะ Newton เอง ไม่ได้ให้เหตุผลว่าเหตุใดสสารทุกชนิดจึงดึงดูดกัน แต่ Einstein ได้ใช้หลักสมมูล (equivalence principle) จากการตระหนักได้ว่า เวลาใดก็ตามที่วัตถุตกจากที่สูง เขาจะรู้สึกว่าตัวเองไร้น้ำหนัก หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่า ความเร่งกับแรงโน้มถ่วงมีความสัมพันธ์กัน และเมื่อใช้คณิตศาสตร์ก็ได้พบว่า ในบริเวณรอบมวล ปริภูมิ (space) จะถูกบิดโค้งจากเส้นตรงจนเป็นแอ่ง ทำให้มวลที่อยู่ใกล้ ๆ เคลื่อนที่ลงไปในแอ่งเข้าหามวลตั้งต้น เหตุการณ์นี้จึงดูเหมือนว่ามวลทั้งสองดึงดูดกัน ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจึงเกิดจากสาเหตุนี้
ในปี 1916 Karl Schwarzschild (1873-1916) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ได้ใช้สมการสนามของ Einstein ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ศึกษาสมบัติของดาวรูปทรงกลมที่อยู่นิ่ง คือ ไม่หมุน อีกทั้งมีสภาพเป็นกลาง คือ ไม่มีประจุไฟฟ้า และพบว่า ดาวที่มีมวลมากสามารถทำให้แสงเล็ดลอดออกมาไม่ได้เช่นกัน ผลการคำนวณทำให้รู้รัศมีของดาว ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในนาม “รัศมี Schwarzschild” คือ r = 2GM/c2 เช่น
ในกรณีของโลก รัศมี Schwarzschild = 8.87 มิลลิเมตร
และในกรณีของ M87* จะมีรัศมี = 19.2 พันล้านกิโลเมตร
นี่เป็นรัศมีของดาวที่ถูกอัดแน่นโดยแรงโน้มถ่วง จนกลายเป็นหลุมดำ
ในปี 1930-1931 Subrahmanyan Chandrasekhar (1910–1995) ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein กับทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม คำนวณพบว่า ดาวแคระขาว (white dwarf) ซึ่งมีมวลมากกว่า 1.44 เท่าของดวงอาทิตย์ เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในตัวมันหมดสิ้น แรงดัน degeneracy ของอิเล็กตรอน จะไม่สามารถต่อสู้แรงโน้มถ่วงที่มีในตัวมันได้ และจะยุบตัวลงมาอัดกันแน่นจนกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ผลงานที่แสดงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ตั้งแต่การเกิดจนกระทั่งแตกดับ ได้ทำให้ Chandrasekhar ได้รับครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1983 ส่วนอีกครึ่งหนึ่งเป็นของ William Alfred Fowler (1911-1995) จากการพบกระบวนการสังเคราะห์ธาตุหนักในเอกภพ
ในทฤษฎีของหลุมดำนั้น หลุมดำมีโครงสร้างที่ประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังนี้ คือ ภาวะเอกฐาน (singularity) ซึ่งอยู่ที่จุดศูนย์กลางของหลุมดำ อันเป็นบริเวณที่มีความหนาแน่นมากสูงถึงอนันต์ (infinity) และเป็นตำแหน่งที่ไม่มีกฎฟิสิกส์ใด ๆ สามารถนำมาใช้ได้ นอกจากนี้ก็ยังมีขอบฟ้าของเหตุการณ์ (event horizon) ซึ่งเป็นขอบเขตเสมือน (ที่ไม่มีจริง) ซึ่งแบ่งแยกเหตุการณ์ และข้อมูลต่าง ๆ ของหลุมดำไม่สามารถเล็ดลอดผ่านขอบฟ้าของเหตุการณ์ออกไปได้ และข้อมูลจากภายนอก ถ้าผ่านขอบฟ้าเข้ามาภายในแล้ว จะหวนกลับออกไปก็ไม่ได้อีก
โดยทั่วไปหลุมดำมีหลายชนิด เช่น
1. หลุมดำที่มีตั้งแต่เอกภพถือกำเนิด (primordial black hole) โดยมีขนาดจิ๋ว ซึ่งนักฟิสิกส์ เช่น Hawking เชื่อว่าเกิดหลัง Big Bang เพียงเล็กน้อย เพราะในเวลานั้นสสารและรังสีมีความหนาแน่นสูงมาก ความแปรปรวนของความหนาแน่นในบางบริเวณที่มีมาก ทำให้เกิดหลุมดำชนิดนี้ และปัจจุบันยังไม่มีใครพบ
2. หลุมดำที่เกิดจากดาวฤกษ์ (stellar black hole) ที่มีมวลถึงระดับ 3-20 เท่าของดวงอาทิตย์ และพบได้หลังจากเกิดการระเบิดของ supernova หรือการรวมตัวของหลุมดำขนาดเล็กอย่างหลุมดำชนิดนี้ ได้แก่ Cygnus X-1 ที่อยู่ห่างจากโลก 7,200 ปีแสง
3. หลุมดำมวลปานกลาง (intermediate black hole) ที่มีมวลตั้งแต่ 100 ถึง 10^4 เท่าของดวงอาทิตย์ ซึ่งเกิดจากการที่หลุมดำชนกัน แล้วรวมตัวกัน หรือเกิดจากการยุบตัวของกลุ่มก๊าซอย่างที่เห็นในปี 2015 เมื่อ LIGO ตรวจพบการรวมตัวของหลุมดำ 2 ดวง ทำให้ได้หลุมดำมวล 62 เท่าของดวงอาทิตย์ และเกิดคลื่นโน้มถ่วง GW150914
4. หลุมดำมวลซูเปอร์มาก (supermassive black hole) ที่มีมวลตั้งแต่ 10^5 ถึง 10^10 เท่าของดวงอาทิตย์ ที่มักพบอยู่ในใจกลางของกาแล็กซีแทบทุกกาแล็กซีขนาดใหญ่ ตัวอย่างของหลุมดำชนิดนี้ คือ Sagittarius A* ที่ใจกลาง กาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งมีมาก 4x10^6 เท่าของดวงอาทิตย์ และอยู่ห่างจากโลก 27,000 ปีแสง
ในปี 1972 Jacob Bekenstein (1947-2015) นักฟิสิกส์ชาวอิสราเอล ได้ศึกษาสมบัติของหลุมดำ เพราะได้พบว่า สมการเหล่านั้นมีลักษณะคล้ายสมการในวิชาความร้อน (thermodynamics) จากนั้น Bekenstein กับ Stephen Hawking (1942–2018) ก็ได้พบว่า หลุมดำมีสมบัติเชิงความร้อนจริง คือ มีทั้งอุณหภูมิ (T) และ entropy (S) โดยได้พบว่า
S=kc^3 A∕4Gℏ
T=ℏc^3∕8πGMk
เมื่อ k คือ ค่าคงตัวของ Boltzmann
c คือ ความเร็วแสง
A คือ พื้นที่ผิวของขอบฟ้าเหตุการณ์
ℏ คือ h/2π เมื่อ h คือ ค่าคงตัวของ Planck
และ M คือ มวลของหลุมดำ
ข้อสังเกตสำคัญเกี่ยวกับการคำนวณนี้ คือ อุณหภูมิ (T) ของหลุมดำ หรือ Hawking temperature แปรผกผันกับมวล และ entropy (S) มีค่าที่ขึ้นกับพื้นที่ผิว (A) ของขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งเป็นเรื่องที่แตกต่างจาก entropy ของระบบเชิงความร้อนทั่วไป ที่ entropy ขึ้นกับปริมาตร (ดังสูตรของ Hugo Martin Tetrode (1895–1931) กับ Otto Sackur (1880–1914) ซึ่งได้คำนวณ entropy ของก๊าซอุดมคติ)
อุณหภูมิ (T) ในที่นี้ มีชื่อเฉพาะเรียกว่า อุณหภูมิ Hawking ของดวงอาทิตย์จะมีค่าเท่ากับ 6x10^(-8) kelvin (ซึ่งแตกต่างจากอุณหภูมิจริงที่ผิวดวงอาทิตย์ที่มีค่า 6,000 kelvin) และอุณหภูมิ Hawking ของหลุมดำ Sgr A* มีค่า 1.5x10^(-4) K เป็นต้น
ครั้นเมื่อ Hawking พิจารณาสมบัติเชิงควอนตัมเชิงความร้อนและเชิงสัมพัทธภาพทั่วไปของ black hole ก็พบว่า ที่บริเวณขอบฟ้าของเหตุการณ์ ใช่ว่าจะมีแต่ความว่างเปล่า (สุญญากาศ) เพราะมีความแปรปรวนควอนตัมที่เกิดจากการมีอนุภาคและปฏิยานุภาค และเมื่ออนุภาคหนึ่งถูกหลุมดำดึงดูด ปฏิยานุภาคก็จะรับพลังงานจากหลุมดำ ทำให้มันเคลื่อนที่ออกไปจากหลุมดำในลักษณะของรังสีที่เรียกว่ารังสี Hawking (Hawking radiation) ดังนั้นเมื่อหลุมดำสูญเสียรังสีนี้อย่างตลอดเวลา พลังงานและมวลของหลุมดำก็ลดลง ๆ นั่นคือ หลุมดำกำลังสลายตัวด้วยการระเหิด จนในที่สุดหลุมดำก็จะอันตรธานหายไป และเวลาในการระเหิดแปรโดยตรงกับ (มวล)^3
ในกรณีของหลุมดำที่มีมวล 10^30 กิโลกรัม (ดวงอาทิตย์) มีรัศมี 20 กิโลเมตร มันจะระเหิดจนหมดภายในเวลา 10^62 ปี หลุมดำที่มีมวล 10^(-23) กิโลกรัม ซึ่งมีรัศมี 10^(-15) เมตร จะระเหิดหมดภายในเวลา 10^(-22) วินาที นั่นคือ หลุมดำควอนตัมจะสลายตัวภายในเวลาที่รวดเร็วยิ่งกว่ามาก แต่รังสี Hawking ที่แผ่ออกมาในกระบวนการนี้ มักจะถูกบดบังด้วยรังสีไมโครเวฟภูมิหลัง (cosmic microwave background) ที่มีอยู่ทั่วไปในอวกาศ ดังนั้นจนกระทั่งถึงวันนี้ก็ยังไม่มีใครได้เห็นรังสี Hawking เลย และนั่นก็หมายความว่า ยังไม่มีใครเห็นการแตกดับของหลุมดำ
ในปี 2020 Andrea Mia Ghez (1965-ปัจจุบัน) นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน กับ Reinhard Genzel (1952-ปัจจุบัน) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ได้รับครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลฟิสิกส์จากการพบการโคจรที่ผิดปกติของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ Sagittarius A* ที่มีมวลซูเปอร์หนัก ณ ใจกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก อันมีระบบสุริยะเป็นสมาชิก หลุมดำนี้มีมวลประมาณ 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ และอยู่ห่างจากโลก 26,000 ปีแสง โดยอยู่ในกลุ่มดาวคนยิงธนู (Sagittarius) จากการศึกษาวิถีโคจรของดาวฤกษ์ ที่โคจรรอบสิ่งที่ตามองไม่เห็น และพบว่าสิ่งที่ตามองไม่เห็นนั้น คือ หลุมดำ เพราะวงโคจรของดาวฤกษ์นั้นเป็นไปตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ทุกประการ ส่วนการถ่ายภาพของหลุมดำนั้น เกิดจากความร่วมมือร่วมกันในโครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon แต่หลุมดำนี้มิได้มีการพบกระแสแก๊สร้อน (jet) ที่พุ่งออกจากขั้วของมัน
เมื่อเร็ว ๆ นี้ ในวารสาร Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/ft96-b212 เรื่อง Black Hole Airy Tail Stefano Antonini et al ได้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำมีคุณสมบัติที่เป็นไปตามกฎข้อที่สามของ thermodynamics นั่นคือ entropy ของหลุมมีค่าบวก และมีค่าเข้าใกล้ศูนย์ ขณะอุณหภูมิเข้าใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ ในทำนองเดียวกับระบบควอนตัมทั่ว ๆ ไป การคำนวณนี้ตามแบบจำลอง Jackiw–Teitelboim จึงเป็นเหตุผลที่แสดงให้เห็นว่า หลุมดำมีสมบัติสถานะพื้นฐาน (ground state) เหมือนระบบควอนตัมทั่วไป ดังนั้น black hole จึงเป็นระบบที่นักฟิสิกส์สามารถศึกษาเพื่อใช้ในการสร้างทฤษฎี quantum gravity ได้ โดยเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำมาก ๆ ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จะทำให้มันแสดงปรากฏการณ์ควอนตัมได้ชัด เพราะในระบบควอนตัมทั่ว ๆ ไป ค่า entropy จะบอกจำนวนของรูปแบบที่เป็นไปได้ในการจัดอนุภาค ดังนั้นถ้าระบบมีสถานะพื้นฐาน ซึ่งเป็นรูปแบบที่มีพลังงานต่ำสุด entropy ก็ควรจะมีค่าเป็นศูนย์ เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์
ในเวลาเดียวกัน ทีมวิจัยที่ CERN ก็กำลังค้นหาหลุมดำควอนตัมที่มีอายุขัยสั้น เพื่อนำมาใช้ในการสร้างทฤษฎีของสรรพสิ่ง โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC) ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีพลังงานมากที่สุดในโลก โดยอาจศึกษาวิวัฒนาการของหลุมดำขนาดจิ๋วนับตั้งแต่วินาทีแรกที่ถือกำเนิด ด้วยพลังงาน 10 TeV (1 TeV เท่ากับ 10^12 eV) จากการเร่งอนุภาค proton ให้พุ่งชนกัน เพื่อสร้างหลุมดำควอนตัมที่มีลักษณะไม่สมมาตร มีประจุ และหมุนรอบตัวเองได้ ซึ่งที่พลังงานนี้หลุมดำจะมีมวล 10^(-23) กิโลกรัม
ตัวอย่างเหตุการณ์ที่จะเกิดหลุมดำควอนตัมที่ระดับ TeV นั้นมีมากมายหลายรูปแบบ เช่น หลัง Big Bang ในอีก 10^(-27) วินาที หลุมดำที่เกิดขึ้นจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และคลื่นโน้มถ่วงออกมา นั่นคือ หลุมดำกำลังสูญเสีย “ขน” (hair) จึงทำให้มันไม่มีเอกลักษณ์อื่นใดนอกจากประจุ, spin และมวล แล้วหลุมดำก็จะปลดปล่อยประจุออกจากตัว จนกระทั่งมวลของมันลดจาก 10 TeV เหลือ 8 TeV
จากนั้นมวลของหลุมดำก็จะลดลงเหลือ 6 TeV และหลุมดำก็จะหมุนรอบตัวช้าลง ๆ จากการมีโครงสร้างที่ไม่สมมาตรในตอนเริ่มต้น ก็จะมีรูปร่างกลมดิก และจะแผ่รังสี Hawking ออกมาในแนวเส้นศูนย์สูตรของมัน
ครั้นเมื่อเวลาผ่านไปอีก มวลของหลุมดำก็จะลดลงเหลือเพียง 2 TeV และจะหยุดหมุน มันจึงมีสมบัติด้านมวลแต่เพียงอย่างเดียว ซึ่งจะแผ่รังสีออกไป จนกระทั่งมวลหายไป คือ มีมวลเป็น 0 TeV
เหตุการณ์เหล่านี้ เป็นเหตุการณ์ที่นักฟิสิกส์ทฤษฎีคาดการณ์ว่าจะเกิดขึ้น เมื่อหลุมดำแตกดับ
และเหตุการณ์ทุกอย่างก็คาดหวังว่าจะเป็นที่สังเกตเห็นได้ในห้องปฏิบัติการที่ CERN ซึ่งถ้าเหตุการณ์เกิดจริง ก็จะเป็นการพิสูจน์ว่า เอกภพมีมิติพิเศษ (extra dimension)
เมื่อความจริงเป็นเช่นนี้ นักซุกทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องซุกหุ้น โพย และข้อมูลลับ ฯลฯ ต่าง ๆ จึงต้องคอยการมาถึงของหลุมดำควอนตัมครับ
อ่านเพิ่มเติมจาก Stefano Antonini et al, Living on the edge: a non-perturbative resolution to the negativity of bulk entropies, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2509.15295
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์
ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
+++++++++++++++++++++++++++++++++
แนะนำ E-book “100 นักฟิสิกส์พลิกโลก” เขียนโดย ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
อัจฉริยะ คือ บุคคลคุณภาพที่ทุกสังคมในโลกต้องการจะผลิตและมี เพราะบุคลากรที่มีความสามารถระดับพิเศษเหล่านี้ มีความสำคัญมากในการพลิกและเปลี่ยนโฉมหน้าของโลกไปสู่ความเจริญที่ยั่งยืน ทั้งในด้านความคิด วิธีคิด และการเนรมิตความสะดวกสบายต่าง ๆ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่จะช่วยมนุษย์ในการต่อสู้ภัยพิบัติ และอนุรักษ์สภาพแวดล้อมให้ยืนยงในโลกที่มีความซับซ้อนและความแปรปรวนสูง
การเรียนรู้ประวัติความเป็นมาของนักวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะนักฟิสิกส์ นอกจากจะช่วยให้นักเรียน นิสิต ครูอาจารย์ และคนทั่วไป ได้เข้าใจความสำคัญของผลงานที่นักฟิสิกส์อัจฉริยะสร้างสรรค์แล้ว การเรียนรู้ประวัติยังช่วยผู้อ่านในการสร้างแรงบันดาลใจ ซึ่งจะกระตุ้นให้มีความมุ่งมั่นจะฟันฝ่าอุปสรรคและข้อจำกัดต่าง ๆ บนเส้นทางชีวิตที่จะนำตนไปสู่ความสำเร็จ อันจะทำให้เกิดความภาคภูมิใจในความสามารถของตนเอง ครูอาจารย์ผู้สั่งสอนและบ่มเพาะความสามารถ ตลอดจนบิดามารดาผู้ให้กำเนิด และประเทศชาติที่ตนเป็นสมาชิกคนหนึ่ง ได้รู้สึกชื่นชมด้วย
ติดต่อผู้เขียนได้ที่