นักฟิสิกส์จำลองขอบหลุมดำ ขณะแผ่ “รังสีฮอว์คิง” ได้สำเร็จ

วัตถุอวกาศลึกลับที่มีทั้งมวล ความหนาแน่น และแรงโน้มถ่วงมหาศาลอย่าง หลุมดำ นั้น เดิมถูกมองว่าไม่มีสิ่งใดที่ตกลงไปโดยข้ามพ้นขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) ของมันไปแล้ว จะหวนกลับคืนออกมาได้

แต่ในปี 1974 สตีเฟน ฮอว์คิง นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ล่วงลับ ได้เสนอแนวคิดทางกลศาสตร์ควอนตัมที่มองว่า มีบางสิ่งอย่างเช่นข้อมูลควอนตัมที่ตกลงไปในหลุมดำ สามารถจะกลับออกมาได้อีกครั้งผ่านกระบวนการแผ่รังสีคล้ายความร้อนที่เรียกว่า “รังสีฮอว์คิง” (Hawking Radiation) ซึ่งอาจทำให้หลุมดำค่อย ๆ ระเหยและหดหายจนหมดสิ้นไปในวันหนึ่ง

ทว่าอนุภาคที่ถูกปลดปล่อยคืนออกมาจากหลุมดำนั้นเบาบางมาก จนไม่อาจจะสังเกตได้โดยตรงด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน ปัญหานี้ทำให้ทีมนักฟิสิกส์นานาชาติจากหลายประเทศในยุโรปร่วมกันคิดค้นและสร้าง “ขอบฟ้าเหตุการณ์จำลอง” ขึ้นมา เพื่อศึกษาปรากฏการณ์การแผ่รังสีฮอว์คิงได้สะดวกขึ้นในห้องปฏิบัติการ

ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ลงในวารสาร Physical Review Letters ระบุว่า มีการใช้อะตอมมาเรียงต่อกันเป็นสายโซ่ยาวใน 1 มิติ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นเส้นทางให้อิเล็กตรอนกระโดดจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งได้

หลังจากนั้นจะมีการปรับตั้งค่าบางอย่างซึ่งทำให้อิเล็กตรอนกระโดดย้ายที่ได้ง่ายหรือยากขึ้นกว่าเดิม ก่อให้เกิดความแปรปรวนผันผวนทางควอนตัมที่เข้าแทรกแซงพฤติกรรมแบบคลื่นของอิเล็กตรอน จนเกิดเป็นความร้อนจาง ๆ ในบางช่วงของสายโซ่อะตอม ซึ่งเป็นสภาพการณ์แบบเดียวกันกับขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำที่มีการแผ่รังสีฮอว์คิงอยู่

ที่มาของภาพ, WIKIMEDIA COMMONS

ศาสตราจารย์ ลอตต์ มาร์เทนส์ ผู้นำทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมของเนเธอร์แลนด์อธิบายว่า อนุภาคที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากหลุมดำในการแผ่รังสีฮอว์คิงนั้น เกิดจากการรบกวนสภาพความผันผวนทางควอนตัมในหลุมดำ เนื่องมาจากปริภูมิ-เวลา (space-time) เกิดการหยุดชะงักไม่ต่อเนื่องขึ้นชั่วขณะ ทั้งยังมีความพัวพันเชิงควอนตัม (quantum entanglement) ของคู่อนุภาคเกิดขึ้นข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ด้วย

ด้วยเหตุนี้การศึกษาทดลองเรื่องการแผ่รังสีฮอว์คิง จึงอาจเป็นกุญแจไขไปสู่การรวมสองทฤษฎีสำคัญทางฟิสิกส์ ซึ่งจะสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทั้งหมดในจักรวาลได้ โดยจะสามารถผสานทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ว่าด้วยความโน้มถ่วง เข้ากับกลศาสตร์ควอนตัมของฟิสิกส์อนุภาคที่ขัดแย้งกันอยู่ในที่สุด

……

ข่าว บีบีซี ไทย ที่เผยแพร่ในเว็บไซต์ ประชาชาติธุรกิจ เป็นความร่วมมือของสององค์กรข่าว