พรมแดนลึกลับ

ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำเป็นสะพานเดินรถทางเดียวที่ไม่มีที่ไหนเลย ประตูสู่โลกใต้พิภพที่ถูกตัดขาดจากส่วนที่เหลือของจักรวาลการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นที่ขอบเขตการพิจาณานั้นสามารถเปิดเผยอิทธิพลที่ซ่อนอยู่ซึ่งหล่อหลอมจักรวาลตั้งแต่วินาทีที่บิกแบงเกิดขึ้นทุกวันนี้ นักคิดที่ดีที่สุดในวิชาฟิสิกส์บางคนถูกจับจ้องอยู่ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ โดยไตร่ตรองว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับนักบินอวกาศและอนุภาคย่อยของอะตอมในสมมติฐานว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อไปถึงหน้าผาของหลุมดำ ที่เสี่ยงคือภารกิจเกือบ 100 ปีในการรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมที่ผ่านการทดสอบอย่างดีมาไว้ในทฤษฎีเหนือกว่าของแรงโน้มถ่วงควอนตัม

แต่ขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นมากกว่าการทดลองทางความคิดหรือเครื่องมือ

ในการผสานทฤษฎีฟิสิกส์เข้าด้วยกัน เป็นลักษณะเฉพาะที่แท้จริงของจักรวาล ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของสถาปัตยกรรมจักรวาลที่หล่อหลอมการวิวัฒนาการของดาวและกาแล็กซี ปีหน้ากล้องโทรทรรศน์ขนาดเท่าโลกอาจทำให้เรามองเห็นขอบเหวที่มืดมิดได้เป็นครั้งแรก ( ดูแถบด้านข้าง )

ค้นพบในปี 2507 Cygnus X-1 (เห็นในรังสีเอกซ์) กลายเป็นวัตถุทางดาราศาสตร์แห่งแรกที่จัดเป็นหลุมดำ

CXC/อบต./นาซ่า

ด้วยการศึกษาขอบฟ้าเหตุการณ์ผ่านทั้งทฤษฎีและการสังเกต ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์ก็สามารถทราบได้ว่าเอกภพเริ่มต้นอย่างไร วิวัฒนาการอย่างไร และแม้แต่ทำนายชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล พวกเขายังจะสามารถตอบคำถามสำคัญๆ ได้อีกด้วยว่า คนที่ตกลงไปในหลุมดำจะถูกยืดและแบนเหมือนเส้นก๋วยเตี๋ยว ตายด้วยการปาเก็ตตี้ หรือถูกเผา?

ความเอร็ดอร่อยของแรงโน้มถ่วง

นักวิทยาศาสตร์คิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของหลุมดำและขอบฟ้าเหตุการณ์นานก่อนที่จะมีระยะใด ๆ ในปี ค.ศ. 1783 นักธรณีวิทยาและนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ จอห์น มิเชลล์ ได้พิจารณางานของนิวตันเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและแสง และพบว่าในทางทฤษฎีแล้ว ดาวฤกษ์ที่มีมวล 125 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์จะมีอุบายความโน้มถ่วงมากพอที่จะดึงวัตถุใดๆ ที่พยายามจะหลบหนี แม้แต่ดวงเดียว เดินทางด้วยความเร็วแสง

แม้ว่าดาวฤกษ์จะไม่สามารถบรรลุมวลได้มากขนาดนั้น ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในปี 1916 ได้วางลางสังหรณ์ของมิเชลล์เกี่ยวกับวัตถุมวลมหาศาลไว้บนพื้นดินทางทฤษฎีที่เป็นของแข็ง ปลายปีนั้น นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเพื่อแสดงให้เห็นว่าดาวบางดวงอาจยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงของพวกมันเอง และสร้างหลุมลึกในโครงสร้างของกาลอวกาศ อะไรก็ตามที่รวมถึงแสงที่เข้ามาในระยะที่กำหนดจากจุดศูนย์กลางมวลของดาวฤกษ์ที่ยุบตัวก็ไม่สามารถออกมาได้ จุดที่ไม่มีวันหวนกลับกลายเป็นที่รู้จักในฐานะขอบฟ้าเหตุการณ์

การยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำเกิดขึ้นในหลายทศวรรษต่อมา ในปี 1974 นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบคลื่นวิทยุปริมาณมากที่ปล่อยออกมาจากใจกลางทางช้างเผือก ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 26,000 ปีแสง ในที่สุดพวกเขาก็สรุปว่าต้องมีหลุมดำอยู่ที่นั่น ทุกวันนี้ นักดาราศาสตร์ทราบดีว่าแทบทุกกาแลคซี่มีหลุมดำขนาดยักษ์อยู่ตรงกลางของมัน ทำให้เกิดรูปแบบการก่อตัวดาวฤกษ์หลายล้านดวงและแม้แต่กาแลคซีใกล้เคียงด้วยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงมหาศาล กาแล็กซียังมีหลุมดำขนาดเล็กและขนาดกลางหลายล้านหลุม โดยแต่ละหลุมมีขอบฟ้าเหตุการณ์ที่ผ่านไปแล้วซึ่งแสงจะไม่มีใครเห็นอีกเลย

ยืดเวลาอวกาศตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป มวลของดวงอาทิตย์ทำให้เกิดรอยประทับบนโครงสร้างของกาลอวกาศที่ทำให้ดาวเคราะห์อยู่ในวงโคจร ดาวนิวตรอนทิ้งรอยไว้มากกว่าเดิม แต่หลุมดำมีความหนาแน่นมากจนทำให้เกิดหลุมลึกพอที่จะป้องกันไม่ให้แสงหลุดรอดไปได้

เจมส์ โพรโวสต์

แต่ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงสุดขั้วของหลุมดำทำให้เกิดความขัดแย้งกับหนึ่งในหลักสำคัญของฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 นั่นคือ กลศาสตร์ควอนตัม ปัญหาเริ่มต้นขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1970 เมื่อนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สตีเฟน ฮอว์คิง เสนอว่าหลุมดำไม่ได้อยู่ชั่วนิรันดร์ ในอนาคตอันไกลโพ้น เมื่อหลุมดำกลืนกินสสารเกือบทั้งหมดในจักรวาลจนหมด เหลือเพียงเล็กน้อยให้กิน พลังงานจะค่อยๆ รั่วไหลออกมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของพวกมัน พลังงานนั้นซึ่งปัจจุบันเรียกว่ารังสีฮอว์คิงควรจะไหลออกมาต่อไปจนกว่าหลุมดำแต่ละหลุมจะระเหยหมด

ฮอว์คิงตระหนักถึงผลที่ตามมาอย่างรวดเร็วของข้อเสนอของเขาอย่างรวดเร็ว ในเอกสารที่สร้างความวุ่นวายในปี 1976 เขาอธิบายว่าหากหลุมดำหายไปในที่สุด ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับอนุภาคทั้งหมดที่เคยตกลงไปในนั้นก็ควรเช่นกัน ที่ละเมิดหลักการสำคัญของกลศาสตร์ควอนตัม: ข้อมูลไม่สามารถทำลายได้ นักฟิสิกส์ยอมรับได้ว่าคุณสมบัติทั้งหมดของอนุภาคทั้งหมดภายในหลุมดำถูกกักขังไว้ ซึ่งไม่สามารถเข้าถึงได้โดยถาวรสำหรับผู้ที่อยู่นอกขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ แต่พวกเขาไม่ตกลงกับการหายตัวไปอย่างไร้ร่องรอย “มันละเมิดทุกสิ่งที่ฉันรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม” Leonard Susskind นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของ Stanford กล่าว ผู้ได้ยินแนวคิดของ Hawking ในการประชุมในปี 1981 “มันไม่ถูกต้อง”

Credit : christinawolfer.com louislamp.com llanarthstud.com textodepartida.org artrepublicjax.org myquiltvillage.com implementaciontecnologicaw.com pileofawesome.com iawmontreal.org seguintx.org