เกิดอะไรขึ้นกับสสารและวัตถุที่ถูกดูดกลืนไปโดยหลุมดำในอวกาศ สสารเหล่านั้นจะหายไปตลอดกาลหรือไม่? หรือเพียงแค่ถูกเก็บไว้ที่ใดสักที่หนึ่ง แล้วหลุมดำแต่ละอัน แตกต่างกันหรือไม่

นักวิทยาศาสตร์และนักฟิสิกส์มากมายยังคงค้นหาคำตอบที่จะมาอธิบายความย้อนแย้งเชิงข้อมูลของหลุมดำ (Black Hole Information Paradox) เพื่อตอบคำถามเหล่านี้

ในเปเปอร์สุดท้ายของนักฟิสิกส์อวกาศผู้โด่งดังอย่าง สตีเฟน ฮอว์กิง เรื่อง ‘ความไม่เป็นระเบียบของหลุมดำและเส้นผมบางๆ’  (Black Hole Entropy and Soft Hair) ที่ตีพิมพ์เมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมา นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และฮาร์วาร์ด ร่วมถกปัญหาในหัวข้อนี้ร่วมกับนักฟิสิกส์ผู้โด่งดัง ก่อนที่เขาจะเสียชีวิตในเดือนมีนาคม

พวกเขาได้แนวคิดที่ว่า ข้อมูลเกี่ยวกับสสารและวัตถุที่หายไปในหลุมนั้น จะถูกเก็บไว้ที่ ‘เส้นผมบางๆ’ ตามบริเวณขอบของหลุมดำนั้น หรือที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ (Event Horizon)

ก่อนที่เราจะทำความเข้าใจเกี่ยวกับแนวคิดนี้ ก็ต้องมาเท้าความกันว่า ก่อนหน้านี้พวกเขาเถียงเรื่องอะไรกัน

อันดับแรก แม้หลุมดำจะเป็นสิ่งที่เรามองไม่เห็น แต่เรารู้ว่ามีอยู่ เพราะผลกระทบของมันที่มีต่อดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ๆ ตัวมัน ในพื้นที่นั้น สสารจะถูกบีบอัดอย่างรุนแรงและมีแรงดึงดูดมหาศาล จนทำให้แม้แต่แสงก็ไม่สามารถเล็ดลอดออกจากบริเวณนั้นได้ จึงเกิดเป็นที่มาของคำว่า ‘ดำ’ ในชื่อของมันนั่นเอง

ในศตวรรษที่ 20 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เคยเสนอแนวคิดว่า เราไม่สามารถแยกความแตกต่างของหลุมดำต่างๆ ได้ ทำได้ก็แต่เพียงจำแนกมันตามมวลและสปินของตัวมันเอง แต่หลุมดำไม่มีคุณลักษณะเฉพาะที่จะบอกได้ว่า มันดูดอะไรเข้าไปในตัวบ้าง นี่คือทฤษฎีที่ ‘ไร้เส้นผม’ และเปรียบเทียบหลุมดำว่าเป็นเหมือนกับศีรษะล้านโล่ง

แต่ปัญหาจากแนวคิดนี้ก็คือว่า การที่สสารใดๆ จะหายไปโดยไม่ทิ้งร่องรอยอะไรไว้เลย เป็นปรากฏการณ์ที่ขัดต่อทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanics Theory) ที่กล่าวว่า ไม่มีวัตถุใดจะหายไปโดยไม่ทิ้งร่องรอยของตัวมันเอาไว้ ถ้าอย่างนั้น เกิดอะไรขึ้นกับ ‘ข้อมูล’ เกี่ยวกับสสารเหล่านั้นที่ถูกดูดเข้าไป

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 สตีเฟน ฮอว์กิง เป็นผู้ที่เสนอแนวคิดแตกต่างออกไปว่า ไม่ใช่แค่มวลและสปินเท่านั้นที่เราสามารถใช้จำแนกหลุมดำ แต่ยังมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันด้วย และในปี 1974 เขายังตั้งสมมติฐานอีกว่า หลุมดำไม่เพียงแต่ดูดกลืนทุกอย่างรอบๆ ตัวมัน แต่ตัวมันเองยังแผ่รังสีออกมาก่อนที่จะระเหยหายไปอีกด้วย

จากคำกล่าวของฮอว์กิงข้างต้น ถ้าหลุมดำมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันจริงๆ แสดงว่ามันมี เอนโทรปี (Entropy) หรือปริมาณที่บ่งบอกถึงความไม่เป็นระเบียบของระบบนั้นๆ และเป็นปริมาณที่แปรผันกับอุณหภูมิโดยตรงนั้นเอง ทฤษฎีความไม่เป็นระเบียบของหลุมดำที่ฮอว์กิงเสนอนี้ จึงทำให้เกิดข้อกังขาต่อทฤษฎีหลุมดำหัวล้านที่มีมาก่อนหน้านี้

อย่างไรก็ตาม ตัวฮอว์กิงเองกลับยังเชื่อว่า สสารจะถูกดูดและหายไปตลอดกาลในหลุมดำ ในปี 1981 เขายังเพิ่มเติมแนวคิดนี้อีกว่า ภายในหลุมดำนั้นอาจจะมีหลุมดำเสมือนที่เกิดและหายไปอย่างรวดเร็วภายในหลุมดำใหญ่นั้น และคอยลบล้างข้อมูลของสสารที่ถูกดูดโดยหลุมดำอีกที

ความเห็นแย้งนี้นำไปสู่ ‘สงครามหลุมดำ’ ชื่อหนังสือของนักฟิสิกส์ทฤษฎีนามว่า เลนนาร์ด ซัซคินด์  ซึ่งทั้งเขากับฮอว์กิง และนักฟิสิกส์ทฤษฎีชื่อดังหลายคนต่างถกเถียงโต้แย้งกันในประเด็น ‘ข้อมูลที่สูญหาย’ นี้ และมีนักวิทยาศาสตร์จำนวนไม่น้อยที่ไม่เห็นด้วยกับสมมติฐานของฮอว์กิง ที่ว่าสสารจะสามารถหายไปตลอดกาลได้

ในปี 2004 ฮอว์กิงออกมายอมรับว่าที่ผ่านมาตัวเขาอาจจะคิดผิด และข้อมูลของสสารนั้นอาจไม่ได้หายไปตลอดกาล ในปี 2007 เขาถึงกับยอมเสียเงินพนันจำนวนหนึ่งดอลลาร์ให้เพื่อนนักฟิสิกส์ที่เคยท้ากันไว้ตั้งแต่ปี 1980 แต่ในตอนนั้นก็ยังไม่มีใครสามารถหาคำตอบที่ชัดเจนเกี่ยวกับปัญหาความขัดแข้งเชิงข้อมูลของสสารได้ แต่คำตอบอาจจะอยู่ในปริมาณความไม่เป็นระเบียบของหลุมดำอย่างที่ฮอว์กิงเสนอไว้ในปี 1974 ก็เป็นได้

ในปี 2016 มัลคอล์ม เพอร์รี (Malcolm Perry) จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และ แอนดรูว์ สโตรมิงเจอร์ (Andrew Strominger) จากมหาวิทยาลัยฮาวาร์ด ได้ตีพิมพ์งานที่ให้คำอธิบายซึ่งฟังดูเป็นไปได้ พวกเขามองว่า อนุภาคไร้มวล (Massless particle) หรือที่เรียกว่าอนุภาคโฟตอน (แสง) ซึ่งเรียกว่า ผมบาง (Soft hair) อาจปรากฏอยู่รอบๆ หลุมดำและเก็บรักษาข้อมูลของสสารที่ถูกดูดกลืนไปในหลุมดำเอาไว้ก็เป็นได้

นักฟิสิกส์ยังคงค้นคว้าวิจัยในงานวิจัยชิ้นสุดท้ายกับสตีเฟ่น ฮอว์กิง ในช่วงบั้นปลายชีวิตเขา พวกเขาเชื่อว่า การคำนวณค่าความไม่เป็นระเบียบของหลุมดำที่ฮอว์กิงคิดไว้ในปี 1974 นั้นสัมพันธ์กับค่าความไม่เป็นระเบียบของ Soft hair ที่อยู่รอบๆ หลุมดำ และมีสมมติฐานว่า บริเวณขอบของหลุมดำหรือบริเวณที่แสงไม่สามารถเคลื่อนที่หลุดพ้นจากหลุมดำได้ จะมีเจ้าเส้นผมบางๆ หรือ Soft hair เหล่านี้คอยเก็บข้อมูลร่อยรอยที่หลงเหลือของสสารเหล่านั้นซึ่งดูเหมือนจะหายไปในหลุมดำนั้นเอง

อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้ก็ยังแก้ไม่ได้ นักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่รู้จริงๆ ว่า เจ้าเส้นผม หรือ Soft hair ที่ว่านี้จะเก็บข้อมูลของสสารเหล่านั้นไว้ทั้งหมดหรือไม่ หรือเก็บไว้แค่บางส่วน และสมมติฐานในเปเปอร์ที่ว่านี้ก็ยังไม่มีการพิสูจน์ว่าเป็นจริง และใช้ได้กับทุกสสารที่ถูกดูดหายเข้าไปในหลุมดำหรือไม่ แต่ก็เป็นอีกก้าวหนึ่งที่อาจทำให้เราเข้าใจหลุมดำที่เรื่องราวของมันเป็นปริศนามายาวนานได้มากขึ้น

 

ที่มาภาพ : AFP PHOTO / SHEFFIELD UNIVERSITY / MARK A. GARLICK

ที่มา:

Tags: , , , , , ,