หลุมดำ


หลุมดำค้นพบอย่างไร
หลุมดำและเอกภพลูกรองศาสตราจารย์ดนัย  วิโรจน์อุไรเรืองรองอธิการบดีฝ่ายวางแผนและพัฒนามหาวิทยาลัยราชภัฏอุบลราชธานี การตกลงสู่หลุมดำได้กลายเป็นความสยดสยองน่าสะพึงกลัวของนิยายวิทยาศาสตร์  โดยข้อเท็จจริง ปัจจุบันนี้เราอาจกล่าวได้ว่า  หลุมดำเป็นสาระของข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์มากกว่านิยายวิทยาศาสตร์ ดังที่ผู้เขียนจะกล่าวต่อไป มีเหตุผลที่ดีในการพยากรณ์ว่า น่าจะมีหลุมดำอยู่จริง  และหลักฐานเชิงสังเกตการณ์บ่งชี้อย่างชัดเจนว่าจะต้องมีหลุมดำอยู่จำนวนหนึ่งในกาแลกซีของเราเอง และมีอีกมากมายในกาแลกซีอื่น ๆ  แน่นอนที่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ทำอะไรแบบเรื่อยเปื่อย ฟุ่มเฟือยเกินไป ก็คือ เหตุการณ์เมื่อท่านตกลงในหลุมดำ ข้อแนะนำธรรมดา ๆ ก็คือ  ถ้าหลุมดำหมุน ท่านก็สามารถตกทะลุผ่านรูเล็ก ๆ ในกาลอวกาศและหลุดออกไปสู่บริเวณอื่น ๆ ของเอกภพได้  สิ่งนี้ย่อมชัดเจนว่ามีความเป็นไปได้อย่างมากสำหรับการเดินทางในอวกาศ  จริง ๆ แล้วเราต้องการอะไรบางอย่างแบบนี้ถ้าเราท่องไประหว่างดวงดาว  โดยไม่เกี่ยวกับกาแลกซีอื่น ๆ ซึ่งน่าจะเป็นข้อเสนอในทางปฏิบัติในอนาคต  หาไม่แล้วความจริงที่ว่าไม่มีอะไร สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง  หมายความว่า  การเคลื่อนที่ไป กลับดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุดน่าจะใช้เวลาอย่างน้อย ที่สุด 8 ปี มากเกินไป สำหรับวันหยุดปลายสัปดาห์บนอัลฟาเซนทอรี (Alpha Centauri) ! ในทางตรงกันข้าม ถ้าเราเคลื่อนที่ผ่านหลุมดำ เราอาจไปโผล่ที่ไหนก็ได้ในเอกภพ อย่างไรก็ดี จะเลือกจุดหมายปลายทางอย่างไรนั้นยังไม่ชัดเจน  : ท่านอาจเริ่มต้นวันหยุดในเวอร์โก (Virgo)  แล้วไปสิ้นสุดที่เนบิวลาปู  หรือ Crab Nebula  ผู้เขียนเสียใจที่ทำให้นักท่องกาแลกซีต้องผิดหวัง  แต่ฉากนี้เป็นไปไม่ได้ ถ้าท่านกระโดดเข้าไปในหลุมดำ  ท่านจะต้องถูกฉีกเป็นชิ้น ๆ และไม่มีทางรอดชีวิตได้ อย่างไรก็ดีมีประเด็นหนึ่งที่อนุภาคซึ่งประกอบขึ้นเป็นตัวของท่านจะถูกส่งผ่านไปสู่เอกภพหนึ่งได้ผู้เขียนไม่ทราบว่าจะมีใครสบายใจหรือไม่  เมื่อถูกเปลี่ยนสภาพเป็นสปาเก็ตตีในหลุมดำแล้วทราบว่าอนุภาคของตัวเขาอาจมีชีวิตรอดทั้ง ๆ ที่ดูเป็นเรื่องเล่น ๆ อยู่บ้างที่ผู้เขียนดัดแปลงขึ้นมา บทความนี้ก็มีรากฐานบนวิทยาศาสตร์อย่างหนักแน่นทุกอย่างที่กล่าวถึงในที่นี้ ปัจจุบันนี้ได้รับการยอมรับโดยนักวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ที่ศึกษาในสาขานี้ แม้ว่าการยอมรับนี้ เพิ่งเกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้เอง  อย่างไรก็ดี ตอนท้ายบทความนี้มีพื้นฐานมาจากงานวิจัยล่าสุดซึ่งยังไม่เห็นพ้องกัน ยอมรับกันอย่างกว้างขวางนัก  แต่ผลงานนี้ก็ได้ปลุกเร้าความสนใจและความตื่นเต้นได้อย่างมากมายแม้มโนทัศน์ของสิ่งที่เราทราบแล้วในขณะนี้คือหลุมดำ จะย้อนหลังได้มากกว่า 200 ปี ชื่อ หลุมดำ(Black hole)  ได้ถูกนำเสนอครั้งแรกในปี 1967 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ซื่อ จอห์น วีเลอร์ (John Wheeler)  มันเป็นความคิดของอัจฉริยะ : ชื่อนี้ทำให้มั่นใจได้ว่า หลุมดำได้เข้าสู่เทพปกีรณัมของนิยายวิทยาศาสตร์แล้ว มันยังช่วยกระตุ้นการวิจัยทางวิทยาศาสตร์โดยการจัดหาชื่อเฉพาะสำหรับอะไรบางอย่างที่ก่อนนี้ไม่ได้มีชื่อที่พออกพอใจกัน ความสำคัญในวิชาวิทยาศาสตร์ชื่อดี อาจจะไม่สมราคาก็ได้เท่าที่ทราบ คนแรกที่อภิปรายถึงเรื่องหลุมดำเป็นคนเมืองเคมบริดจ์ ชื่อ จอห์น มิเชลล์ (John Michell)  เขาเขียนบทความเรื่องหลุมดำในปี 1783 แนวคิดของเขาเป็นดังนี้ สมมติว่าท่านยิงกระสุนปืนใหญ่ขึ้นจากพื้นโลกในแนวดิ่งขณะที่เคลื่อนขึ้นไปมันจะค่อย ๆ ช้าลง เพราะผลจากแรงโน้มถ่วง ในที่สุดมันจะหยุดและตกกลับสู่ผิวโลก อย่างไรก็ดีถ้ามันเคลื่อนที่เริ่มต้นด้วยอัตราเร็วมากกว่าค่าวิกฤตค่าหนึ่ง มันก็จะเคลื่อนที่ขึ้นไปได้เรื่อย ๆ โดยไม่ตกกลับลงมาอีก อัตราเร็ววิกฤตนี้เรียก อัตราเร็วหลุดพ้น  ความเร็วนี้สำหรับโลกมีค่าประมาณ 7 ไมล์ ต่อวินาที  และดวงอาทิตย์มีค่าประมาณ 100 ไมล์ต่อวินาที  ค่าความเร็วหลุดพ้นนี้สูงกว่าอัตราเร็วกระสุนปืนใหญ่จริง ๆ มาก แต่ก็น้อยกว่าความเร็วแสงอย่างเทียบไม่ได้เลย เพราะความเร็วแสงมีค่าถึง 186,000  ไมล์ต่อวินาที  นั่นหมายความว่า แรงโน้มถ่วงมีผลต่อแสงน้อยมาก แสงสามารถหลุดออกจากโลกหรือดวงอาทิตย์ได้โดยไม่มีปัญหาอะไรเลย  อย่างไรก็ดีมิเชลล์ได้ให้เหตุผลว่า น่าจะเป็นไปได้ที่จะมีดาวฤกษ์ที่มีมวลมากพอและขนาดเล็กพอที่ค่าความเร็วหลุดพ้นของมันมีค่ามากกว่าแสง  เราจะมองไม่เห็นดาวเช่นนั้นเพราะแสงจากพื้นผิวของมันจะมาไม่ถึงเรา กล่าวคือ แสงจะถูกสนามโน้มถ่วงของดาวฤกษ์นั้นดึงดูดกลับสู่ผิวดาว อย่างไรก็ดีเราก็อาจสามารถตรวจหาดาวฤกษ์เช่นนี้ได้จากผลของแรงโน้มถ่วงของมันที่กระทำต่อสสารข้างเคียง จริง ๆ แล้วเราไม่อาจเทียบแสงกับกระสุนปืนใหญ่ได้  จากการทดลองที่ประสบผลสำเร็จในปี 1897 พบว่าแสงมักจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เสมอ  แล้วแรงโน้มถ่วงจะหน่วงให้แสงช้าลงได้อย่างไร ? ทฤษฎีที่อธิบายได้ว่าแรงโน้มถ่วงมีผลต่อแสงอย่างไร ค้นพบในปี 1915 เมื่อไอน์สไตน์สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปขึ้น  แม้กระนั้นก็ตาม การประยุกต์ทฤษฎีนี้ไปอธิบายดาวฤกษ์ชรา และวัตถุมวลมากอื่น ๆ ก็ยังไม่มีใครตระหนักมากนักจนกระทั่งทศวรรษ 1960ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป  อวกาศกับเวลาจะรวมกันเป็น 4 มิติ เรียก กาลอวกาศ 4 มิติ กาลอวกาศนี้ไม่แบนหากบิดเบือน หรือโค้งได้ด้วยสสารและพลังงานภายในตัวมัน  เราพบความโค้งนี้ได้ในทางเดินของแสงหรือคลื่นวิทยุที่เคลื่อนที่เฉียดดวงอาทิตย์มายังตัวเรา  ในกรณีของแสงที่ผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ความโค้งนี้จะมีค่าน้อยมาก อย่างไรก็ดี ถ้าดวงอาทิตย์หดตัวเข้าจนกว้างเพียง 2-3 ไมล์ ความโค้งนี้ก็จะมีค่ามากจนแสงไม่อาจเคลื่อนออกไปจากดวงอาทิตย์ได้ เพราะถูกดึงดูดกลับด้วยสนามโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ไม่มีอะไรจะเคลื่อนที่เร็วกว่าอัตราเร็วของแสง ดังนั้นจึงน่าจะมีบริเวณที่เป็นไปไม่ได้ที่จะมีสิ่งใด ๆ จะหลุดรอดออกไปได้ บริเวณนี้เรียกหลุมดำ ขอบเขตของมันเรียกเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon)  เส้นขอบฟ้านี้เกิดจากแสงที่ไม่อาจหลุดออกจากหลุมดำได้ แต่ร่อนอยู่ที่ขอบเส้นขอบฟ้านี้มันอาจดูตลกที่พูดว่า  ดวงอาทิตย์สามารถหดตัวลงจนกว้างเพียง 2-3 ไมล์ เราอาจคิดว่าสสารจะถูกอัดได้มากขนาดนั้นได้อย่างไร ? แต่จริง ๆ แล้วเป็นไปได้ดวงอาทิตย์มีขนาดเท่าที่เป็นเพราะมันร้อนมาก มันกำลังเผาไฮโดรเจนให้กลายเป็น ฮีเลียมเหมือน ระเบิดไฮโดรเจนที่ควบคุมได้ ความร้อนที่ปลดปล่อยออกมาในกระบวนการนี้ทำให้เกิดความดันที่ทำให้ดวงอาทิตย์ต่อต้านแรงดึงดูดเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของตัวมันเอง ซึ่งพยายามทำให้ขนาดของมันเล็กลงอย่างไรก็ดี ในที่สุดดวงอาทิตย์ก็จะทำให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของมันหมดไป ซึ่งจะไม่เกิดขึ้นก่อนประมาณ 5,000 ล้านปีต่อจากนี้ ดังนั้นเราจึงไม่ต้องรีบร้อนจองตั๋วเดินทางไปดาวดวงอื่น อย่างไรก็ตามดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์มากจะเผาใหม้เชื้อเพลิงของมันเร็วกว่ามาก เมื่อใช้เชื้อเพลิงหมด มันจะเริ่มสูญเสียความร้อนและจะหดตัว ถ้ามันมีมวลน้อยกว่าประมาณ 2 เท่า ของมวลดวงอาทิตย์ ในที่สุดมันก็จะหลุดหดตัวและจะอยู่ในสถานะเสถียร สถานะเช่นนั้นแบบหนึ่งเรียกดาวเเคระขาว (white dwarf)  ดาวเหล่านี้จะมีรัศมี 2-3 พันไมล์ และความหนาแน่น หลายร้อยตันต่อลูกบาศก์นิ้ว สถานะเช่นนั้นอีกอย่างหนึ่งเรียก ดาวนิวตรอน (neutron star)  ดาวนี้มีรัศมีประมาณ 10 ไมล์ และความหนาแน่น หลายล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้วเราพบดาวแคระขาวมากมายบริเวณใกล้เคียงกับเราในกาแลกซี อย่างไรก็ดี  จนกระทั้งปี 1967 จึงสังเกตพบดาวนิวตรอน เมื่อโจซีลินเบลล์ (Jocelyn Bell) และ เเอนโตนี ฮิวอิช (Antony Hewish) ที่เคมบริดจ์ได้ค้นพบวัตถุคล้ายพัลซาร์ (Pulsar) ที่ส่งพัลส์ของคลื่นวิทยุออกมาอย่างสม่ำเสมอ ตอนแรก เขาสงสัยว่า เขาได้รับการติดต่อกับอารยธรรมนุษย์ต่างดาว ในห้องสัมมนาซึ่งเขาประกาศการค้นพบ ตกแต่งด้วยภาพมนุษย์เขียวตัวเล็ก อย่างไรก็ดีในตอนจบเขาทั้งคู่กับคนอื่น ๆ ทุกคนกลับได้ข้อสรุปที่โรแมนติกน้อยลงเพราะ วัตถุที่เขาค้นพบคือ ดาวนิวตรอนที่กำลังหมุนรอบตัวเอง นี่คือข่าวร้ายของนักเขียนซีกโลกตะวันตกที่เขียนเกี่ยวกับเรื่องอวกาศ แต่เป็นข่าวดีของพวกเราจำนวนเล็กน้อยที่เชื่อเรื่องหลุมดำในเวลานั้น ถ้าดาวฤกษ์สามารถหดตัวจนมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 หรือ 20 ไมล์ แล้วกลายเป็นดาวนิวตรอนได้ เราก็อาจคาดหวังได้ว่า น่าจะมีดาวฤกษ์อื่น ๆ สามารถหดตัวได้มากกว่านั้นจนกลายเป็นหลุมดำได้ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าประมาณ สองเท่าของดวงอาทิตย์จะไม่อาจหยุดยุบตัวที่ดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอนได้  ในบางกรณี ดาวฤกษ์นั้นจะระเบิดและสูญเสียมวลมากพอจนมีมวลต่ำกว่าขีดจำกัด แต่เหตุการณ์เช่นนี้จะไม่ได้เกิดในทุกกรณี ดาวบางดวงจะมีขนาดเล็กมากจนสนามโน้มถ่วงของมันสามารถดึงดูดแสงให้ตกกลับสู่ดาวฤกษ์นั้นได้ จึงไม่มีแสงหรือสิ่งอื่นใดจะสามารถหลุดออกไปได้  ดาวฤกษ์เช่นนี้จะกลายเป็นหลุมดำกฎของวิชาฟิสิกส์มีสมบัติสมมาตรกับเวลา ดังนั้นถ้ามีวัตถุที่เรียกหลุมดำซึ่งวัตถุตกเข้าไปได้แต่หลุดออกมาไม่ได้ ก็ควรจะมีวัตถุอื่น ที่สิ่งต่าง หลุดออกมาได้แต่ตกลงไปไม่ได้เราอาจจะเรียกวัตถุเช่นนี้ว่าหลุมขาว (white hole) เราอาจจะคิดว่าเราสามารถกระโดดเข้าไปในหลุมดำ ณ ตำแหน่งหนึ่งและหลุดออกมาจากหลุมขาว ณ อีกตำแหน่งหนึ่ง เรื่องนี้อาจจะเป็นวิธีในจินตนาการของการเดินทางในอวกาศระยะไกลที่ได้กล่าวถึงในตอนต้น ทุกอย่างที่เราต้องการน่าจะเป็นเพียงหาหลุมดำที่อยู่ใกล้ ๆ  ให้พบตอนแรก การเดินทางในอวกาศตามรูปแบบนี้จูจะเป็นไปได้ มีคำตอบของสมการสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ที่มีความเป็นไปได้ที่จะตกเข้าไปในหลุมดำ แล้วหลุดออกมาทางหลุมขาวอย่างไรก็ดี งานวิจัยต่อมาเมื่อเร็ว ๆ นี้ชี้ให้เห็นว่าคำตอบเหล่านี้ทุกคำตอบมีความไม่เสถียรเป็นอย่างมาก เพียงการรบกวนน้อยอย่างที่สุด เช่น มียานอวกาศผ่านเข้าไป 1 ลำ ก็จะทำลาย รูหนอน(wormhole)”    หรือช่องทางที่จะนำจากหลุมดำไปสู่หลุมขาวไปสิ้น ยานอวกาศจะถูกฉีกเป็นชิ้น ๆ ด้วยแรงความเข้มอนันต์ เหมือนนั่งเรือแจวไปในน้ำตกไนแอการา หลังจากนั้นก็ดูจะสิ้นหวัง หลุมดำอาจจะมีประโยชน์ในการเลี่ยงขยะหรือหลบเพื่อนบางคน แต่มันคือ ประเทศที่ไม่มีใครเดินทางกลับออกมาได้”  อย่างไรก็ดีทุกอย่างที่ผู้เขียนได้กล่าวมาจนถึงขณะนี้อยู่บนพื้นฐานการคำนวณที่ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทั้งสิ้น  ทฤษฎีนี้สอดคล้องอย่างดีเลิศกับผลการสังเกตทุกอย่างที่เราทำได้ในขณะนี้ แต่เราทราบว่ามันอาจจะไม่ถูกต้องเสียทั้งหมด เพราะมันเข้ากันไม่ได้กับหลักความไม่แน่นอนของกลศาสตร์ควอนตัม  หลักความไม่แน่นอนกล่าวว่า อนุภาคหนึ่งจะไม่อาจมีทั้งตำแหน่งและความเร็วที่แน่นอนได้ ถ้าเราวัดตำแหน่งอนุภาคนั้นได้แม่นยำมากขึ้นเพียงใด เราก็ยิ่งจะวัดความเร็วมันได้แม่นยำน้อยลงเพียงนั้นปี 1973 ฮอว์กิงเริ่มศึกษาว่าหลักความไม่แน่นอนจะมีผลอย่างไรต่อหลุมดำ  เขาต้องประหลาดใจยิ่งเช่นเดียวกับคนอื่น ๆ เขาพบว่า หลุมดำนั้นจะไม่ดำสนิทอย่างสมบูรณ์ มันน่าจะส่งรังสีและอนุภาคออกมาด้วยอัตราที่คงที่  การตอบรับผลการศึกษาของฮอว์กิงคือไม่เชื่อ เมื่อเขาประกาศผลการค้นพบในห้องประชุมใกล้ออกฟอร์ด ประธานการประชุมบอ กว่าเป็นเรื่องไร้สาระ และได้เขียนเอกสารระบุเช่นนั้นจริง ๆ อย่างไรก็ดี เมื่อคนอื่น ๆ ทำการคำนวณซ้ำ ก็พบผลอย่างเดียวกัน ดังนั้นท้ายที่สุด แม้แต่ประธานคนนั้นก็ต้องยอมรับว่าฮอว์กิงถูกต้อง รังสีหลุดออกจากสนามโน้มถ่วงของหลุมดำได้อย่างไร ?  มีหลายวิธีที่จะช่วยให้เข้าใจได้ แม้แต่ละวิธีจะต่างกัน แต่จริง ๆ แล้วทุกวิธีก็สมมูลย์กัน วิธีหนึ่งที่ตระหนักว่า หลักความไม่แน่นอนยอมให้อนุภาคเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงได้ในระยะทางสั้น ๆ วิธีนี้จะทำให้อนุภาคและรังสีหลุดออกผ่านเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์และหนีไปจากหลุมดำได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่สิ่งต่าง ๆ จะหลุดออกไปจากหลุมดำ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่หลุดออกมาจากหลุมดำจะแตกต่างจากสิ่งที่ตกลงไปในหลุมดำ มีเพียงพลังงานที่จะเหมือนกันได้   ขณะที่หลุมดำส่งอนุภาคและรังสีออกไปมันจะสูญเสียมวล ดังนั้นหลุมดำจึงเล็กลง ๆ และส่งอนุภาคออกมารวดเร็วขึ้น  ในที่สุด มันจะมีมวลเป็นศูนย์และสาปสูญไปอย่างสิ้นเชิง  แล้วจะเกิดอะไรขึ้นกับวัตถุนั้น รวมทั้งยานอวกาศที่ตกลงในหลุมดำนั้น ?  จากผลการวิจัยล่าสุดของฮอว์กิง  คำตอบก็คือมันจะหนีออกไปยังเอกภพลูกเล็ก ๆ ของมันเอง เอกภพเล็ก ๆ ที่มีทุกอย่างเหมือนตัวมันเอง แตกสาขาออกจากบริเวณของเอกภพของเรา เอกภพลูกนี้อาจต่อเชื่อมอีกครั้งกับบริเวณกาลอวกาศของเรา ถ้ามันเป็นเช่นนั้น เราจะพบว่า มันเป็นหลุมดำอีกหลุมหนึ่งที่เกิดขึ้นแล้วระเหยไป อนุภาคที่ตกเข้าในหลุมดำหนึ่งน่าจะปรากฎเป็นอนุภาคที่ถูกส่งออกมาจากอีกหลุมดำหนึ่ง และ ในทางกลับกันก็จะเป็นเช่นเดียวกันเรื่องนี้ดูคล้ายจะเป็นสิ่งที่เราต้องการเพื่อจะเคลื่อนที่ทะลุผ่านหลุมดำได้  ผู้อ่านเพียงขับยานอวกาศเข้าไปในหลุมดำเหมาะ ๆ สักหลุม ถ้าจะให้ดีควรเป็นหลุมดำที่โตสักหน่อย แม้ว่าแรงโน้มถ่วงของมันจะฉีกตัวผู้อ่านเป็นสปาเก็ตติก่อนเข้าไปข้างในหลุมได้ แล้วผู้อ่านก็อาจจะตั้งความหวังว่าจะไปปรากฏตัวได้ที่หลุมดำอื่น แม้จะเลือกไม่ได้ว่าจะไปโผล่ที่หลุมใด อย่างไรก็ดีมีอุปสรรคอยู่อย่างหนึ่งในแผนการเดินทางระหว่างกาแลกซีนี้ เอกภพลูกที่รับเอาอนุภาคที่ตกลงในหลุมดำนั้นจะเกิดขึ้นในเวลาจินตนาการ (imaginary time)  ในเวลาจริงมนุษย์อวกาศที่ตกเข้าไปในหลุมดำจะถึงจุดจบ  เขาจะถูกฉีกเป็นชิ้น ๆ เพราะความต่างแรงดึงดูดโน้มถ่วงที่ศีรษะกับเท้าของเขา แม้แต่อนูที่ประกอบเป็นตัวเขาก็ไม่อาจต่อต้านได้  เรื่องนี้ในเวลาจริง ทุกอย่างจะถึงจุดจบที่ภาวะเอกฐานแต่เรื่องราวของอนุภาคในเวลาจินตนาการนำจะดำเนินต่อไป มันน่าจะผ่านเข้าในเอกภพลูกแล้ว โผล่ออกมาอีกที่หลุมดำอีกหลุมหนึ่ง ดังนั้นในรูปแบบเช่นนี้มนุษย์อวกาศจึงอาจเดินทางไปสู่บริเวณอื่นของเอกภพได้  อย่างไรก็ดีอนุภาคที่โผล่ออกมาน่าจะไม่เหมือนมนุษย์อวกาศมากนัก อาจจะดูไม่สบอารมณ์ขณะที่เขาเข้าสู่ภาวะเอกฐานในเวลาจริง เมื่อทราบว่าอนุภาคของเขาจะมีชีวิตรอดในเวลาจินตนาการ ภาษิตสอนใจสำหรับคนที่ตกลงไปในหลุมดำจะต้องเป็น ให้คิดแบบในจินตนาการอะไรเป็นตัวตัดสินว่า อนุภาคเหล่านั้นจะโผล่ออกที่ไหน ?  จำนวนอนุภาคในเอกภพลูกจะเท่ากับจำนวนอนุภาคที่ได้ตกลงในหลุมดำนั้น บวกกับจำนวนอนุภาคที่หลุมดำนั้นส่งออกมาระหว่างการระเหยของมันเอง นั่นหมายความว่า อนุภาคที่ตกลงในหลุมดำหนึ่ง จะหลุดออกมาจากอีกหลุมดำหนึ่งที่มีมวลเท่ากัน ดังนั้น เราน่าจะพยายามเลือกที่ที่อนุภาคนั้นน่าจะหลุดออกมาได้โดยสร้างหลุมดำมวลเท่ากับของหลุมดำที่อนุภาคตกลงไปในตอนแรก  อย่างไรก็ดี หลุมดำนั้นก็น่าจะเป็นไปได้ที่จะให้อีกชุดหนึ่งของอนุภาที่มีพลังงานทั้งหมดเท่ากัน แม้หลุมดำนั้นจะส่งชนิดของอนุภาคออกมาได้ถูกต้อง ก็ไม่น่าจะบอกได้ว่าจริง ๆ แล้วมันเป็นอนุภาคเดียวกับที่ตกลงในหลุมดำก่อนหรือไม่ อนุภาคไม่ได้มีบัตรประจำตัว ดังนั้นทุกอนุภาคที่เป็นชนิดเดียวกันจะหน้าตาเหมือนกัน   ทั้งหมดที่กล่าวมานี้หมายความว่าอะไรที่ตกผ่านหลุมดำดูไม่น่าจะเป็นไปได้ว่าจะเดินทางผ่านอวกาศไปได้ด้วยการพิสูจน์ที่น่าเชื่อถือและเป็นที่ยอมรับ ประการแรกสุดท่านผู้อ่านน่าจะต้องเดินทางไปที่นั้นในเวลาจินตนาการและไม่สนใจว่าประวัติศาสตร์ของท่านในเวลาจริงอวสานต์ไปแล้ว ประการที่สองจริง ๆ แล้วท่านจะไม่อาจเลือกจุดหมายปลายทางของตนเองได้ มันเหมือนกับการขึ้นเครื่องบินที่ไม่ทราบปลายทาง แม้ว่าเอกภพลูกอาจจะไม่เป็นประโยชน์นักต่อการเดินทางในอวกาศ มันก็เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญต่อความพยายามของเราที่จะค้นหาทฤษฎีบูรณาการที่สมบูรณ์ซึ่งจะอธิบายสรรพสิ่งในเอกภพได้ ทฤษฎีปัจจุบันของเราประกอบด้วยปริมาณต่าง ๆ จำนวนหนึ่ง เช่นขนาดของประจุไฟฟ้าบนอนุภาค ค่าของปริมาณเหล่านี้ไม่อาจพยากรณ์ได้ด้วยทฤษฎีของเรา แทนที่จะทำเช่นนั้น เราจะเลือกเพียงทฤษฎีที่เหมาะสมสอดคล้องกับผลการทดลองเท่านั้น อย่างไรก็ดี นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อว่า น่าจะมีทฤษฎีบูรณาการพิเศษอันหนึ่งที่อธิบายปริมาณทางฟิสิกส์ได้ทุกปริมาณน่าจะมีทฤษฎีเช่นนี้อยู่หนึ่งทฤษฎี ตัวเลือกที่โดดเด่นที่สุดในขณะนี้คือ ทฤษฎี ลวดวิเศษวิวิธ (heterotic superstring) แนวคิดก็คือ กาลอวกาศเต็มไปด้วยลูพเล็ก ๆ เหมือนชิ้นลวด ในความคิดของเราอนุภาคมูลฐานจริง ๆ แล้วก็คือ ลูพเล็ก ๆ เหล่านี้ที่มีการสั่นในรูปแบบแตกต่างกัน  ตามทฤษฎีนี้จะไม่มีตัวเลขใด ๆ ที่จะต้องปรับค่า  ดังนั้นเราน่าจะคาดหวังได้ว่าทฤษฎีบูรณาการนี้น่าจะสามารถพยากรณ์ทุกค่าของปริมาณต่าง ๆ ได้ เช่นประจุไฟฟ้าบนอนุภาคที่ทฤษฎีปัจจุบันยังไม่อาจพยากรณ์ได้ แม้ว่าเราจะยังไม่อาจพยากรณ์ปริมาณเหล่านี้ใด ๆ ได้จากทฤษฎีซุปเปอร์สตริง (เส้นลวดวิเศษ) นี้นักฟิสิกส์หลาย ๆ คนก็เชื่อมั่นว่า เราจะทำได้ในที่สุดอย่างไรก็ดี ถ้าภาพเอกภพลูกนี้ถูกต้อง  ความสามารถในการพยากรณ์ปริมาณเหล่านี้ของเราก็จะลดลง ที่กล่าวเช่นนี้เป็นเพราะเราไม่อาจตรวจพบว่ามีเอกภพลูกจำนวนเท่าใด ที่กำลังรอต่อเชื่อมกับเอกภพของเรา อาจจะมีเอกภพลูกที่มีอนุภาคเพียง 2-3 ตัว  เอกภพลูกเหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนไม่อาจสังเกตเห็นการเชื่อมต่อหรือตัดขาดออกไปได้ อย่างไรก็ดี ในการเชื่อมต่อมันจะสลับค่าปรากฏของปริมาณต่าง ๆ ตัวอย่างเช่นประจุไฟฟ้าบนอนุภาค ดังนั้นเราจึงไม่อาจพยากรณ์ได้ว่า ค่าปรากฏของปริมาณเหล่านี้จะเป็นเท่าใด เพราะเราไม่ทราบว่าภายนอกมีเอกภพลูกรอการเชื่อมต่ออยู่กี่เอกภพ อาจจะมีการระเบิดประชากรเอกภพลูก อย่างไรก็ตามมันไม่เหมือนกรณีของมนุษย์ ดูเหมือนจะไม่มีการจำกัดแฟกเตอร์เช่น แหล่งอาหารที่มี หรือพื้นที่ครอบครองต่อคน  เอกภพลูกที่มีในอาณาจักรของตัวมันเอง ดูคล้ายจะถามว่ามีนางฟ้าที่นางที่เต้นรำบนปลายเข็มหมุดได้สำหรับปริมาณส่วนใหญ่ ดูจะนำไปสู่ค่าปริมาณจำกัดแน่นอน ของความไม่แน่นอนที่มีค่าน้อยมากในค่าพยากรณ์ อย่างไรก็ดี มันก็อาจช่วยให้คำอธิบายของค่าที่สังเกตได้ของปริมาณที่สำคัญมากอย่างหนึ่งที่เรียกค่าคงที่จักรวาล (cosmological constant) ค่านี้คือ พจน์ในสมการสัมพัทธภาพทั่วไปที่ทำให้กาลอวกาศมีแนวโน้มที่จะขยายตัวหรือหดตัวเพราะสสารในตัวมันเองก็ได้ ตอนแรกไอน์สไตน์เสนอค่าคงที่จักรวาลที่น้อยมาก ๆ ด้วยความหวังว่ามันจะได้ดุลกับแนวโน้มที่สสารจะทำให้เอกภพหดตัว  แรงขับดันนี้ต้องหายไป เมื่อค้นพบว่าเอกภพกำลังขยายตัว แต่ก็ไม่ได้ง่ายนักที่จะหลีกเลี่ยงค่าคงที่จักรวาล  เราอาจจะคาดหวังการไหลถ่ายเท (fluctuations) ที่เกิดจากผลทางกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อจะให้ค่าคงที่จักรวาลมีค่าโตมาก เรายังคงสามารถสังเกตเห็นว่า  การขยายตัวของเอกภพแปรกับเวลาอย่างไร และดังนั้นจึงพิจารณาได้ว่า ค่าคงที่จักรวาลเป็นค่าที่น้อยมาก ๆ จนถึงบัดนี้ ยังหาคำอธิบายเหมาะ ๆ ไม่ได้ว่าเหตุใดค่าที่สังเกตได้จึงต้องน้อยเช่นนั้น  อย่างไรก็ดีเอกภพลูกที่แตกกิ่งตัวเองออกมา และเชื่อมต่อเข้ามาจะมีผลต่อค่าปรากฏของค่าคงที่จักรวาล  เพราะเราไม่ทราบว่า มีเอกภพลูกอยู่เป็นจำนวนเท่าใด ค่าคงที่จักรวาลปรากฏ จึงมีค่าที่เป็นไปได้ต่าง ๆ กันของอย่างไรก็ดี ค่าที่เกือบเป็นศูนย์ ดูจะมีความน่าจะเป็นมากที่สุด  โชคดี เพราะเพียงถ้าค่าคงที่จักรวาลนี้น้อยมากเท่านั้น เอกภพจึงจะมีสภาวะเหมาะสมแก่การเกิดสิ่งมีชีวิตเช่นตัวเราได้กล่าวโดยสรุป : ดูเสมือนว่า อนุภาคที่สามารถตกลงไปในหลุมดำได้จะระเหยและหายไปจากบริเวณเอกภพของเรา อนุภาคเหล่านี้จะหลุดออกไปสู่เอกภพลูกที่แตกกิ่งออกจากเอกภพของเรา เอกภพลูกเหล่านี้จะสามารถเชื่อมต่อกลับเข้ากับที่อื่น ม้นอาจจะไม่ดีนักสำหรับการท่องอวกาศ แต่การมีอยู่ของมันหมายถึงเราจะสามารถพยากรณ์ได้น้อยกว่าที่คาดไว้ แม้ถ้าเราค้นพบทฤษฎี บูรณาการที่สมบูรณ์ได้ก็ตาม  ในทางตรงกันข้าม ขณะนี้เราอาจสามารถให้คำอธิบายการวัดค่าของบางปริมาณเช่นค่าคงที่จักรวาลได้ เมื่อไม่กี่ปีมานี้ นักฟิสิกส์มากมายได้พยายามศึกษาเรื่องเอกภพลูก ผู้เขียนไม่คิดว่า จะมีใครโชคดีพอที่จะขอสิทธิบัตรวิธีท่องอวกาศ แต่ในที่สุดมันน่าจะกลายเป็นขอบข่ายการวิจัยที่น่าตื่นตาตื่นใจยิ่ง
หมายเลขบันทึก: 165127เขียนเมื่อ 13 กุมภาพันธ์ 2008 23:32 น. ()แก้ไขเมื่อ 21 มิถุนายน 2012 23:34 น. ()สัญญาอนุญาต:


ความเห็น (0)

ไม่มีความเห็น

พบปัญหาการใช้งานกรุณาแจ้ง LINE ID @gotoknow
ขอแนะนำ ClassStart
ระบบจัดการการเรียนการสอนผ่านอินเทอร์เน็ต
ทั้งเว็บทั้งแอปใช้งานฟรี