โรงเรียนวัดตรัยรัตนากร

หมู่ที่ 2 บ้านบางทราย ตำบลถ้ำ อำเภอตะกั่วทุ่ง จังหวัดพังงา 82130

หลุมดำ ข้อมูลมวลหลุมดำ 10 กิโลกรัม มีอายุขัยเพียง 84 เฟมโตวินาที

หลุมดำ

หลุมดำ จักรวาลนั้นกว้างใหญ่เต็มไปด้วยสิ่งมหัศจรรย์ มนุษย์มักจะเต็มไปด้วยความอยากรู้อยากเห็น เกี่ยวกับโลกที่อยู่นอกเหนือท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาว ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ความฝันในอวกาศของมนุษย์ค่อยๆ เป็นจริง ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม และดาวเทียมประดิษฐ์ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศอย่างต่อเนื่อง เพื่อช่วยให้เราเข้าใจจักรวาลมากขึ้น

แม้ว่าตอนนี้เราจะมีความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับโลกนอกท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาว แต่จักรวาลนั้นกว้างใหญ่ และมีสิ่งมหัศจรรย์มากมาย ที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยความสามารถในปัจจุบันของเรา หลุมดำก็เป็นหนึ่งในนั้น มีเทห์ฟากฟ้ามากมายในเอกภพ เช่น ดวงดาว ดาวหาง และหลุมดำ รวมกันเป็นกาแล็กซีสว่างในเอกภพ ซึ่งทำให้เรารู้สึกตื่นตะลึงไปทั้งจักรวาล

หลุมดำเป็นเทห์ฟากฟ้าชนิดที่พิเศษมาก ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงมาก และสามารถสร้างปริภูมิ เวลาที่มีความโค้งอย่างมาก ความเร็วหลุดพ้นในปริภูมิ เวลานี้สูงกว่าความเร็วแสงมาก ซึ่งหมายความว่าแม้แต่แสงติดอยู่ในนั้น ไม่สามารถหลบหนีได้ ดังนั้น หลุมดำจึงถูกปกคลุมด้วยม่านเวทมนตร์มาโดยตลอด ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

การสร้างหลุมดำมาพร้อมกับการตายของมัน เมื่อดาวดวงหนึ่งกำลังจะตายและยุบลง มันจะยุบเข้าหาศูนย์กลาง และศูนย์กลางนี้จะกลายเป็นหลุมดำ กลืนแสงและสสารทั้งหมดเข้าไป เมื่อพิจารณาจากเทคโนโลยีของมนุษย์ในปัจจุบัน หลุมดำสามารถเข้าและออกได้เท่านั้น เรายังสามารถเห็นเรื่องราวเกี่ยวกับหลุมดำในภาพยนตร์ และโทรทัศน์หลายๆ เรื่อง

เมื่อตกลงไปในหลุมดำก็หมายถึงชีวิตและความตาย ในฐานะที่เป็นเทห์ฟากฟ้าที่มีมนต์ขลัง หลุมดำไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง และการมีอยู่และมวลของหลุมดำสามารถตรวจจับได้โดยทางอ้อมเท่านั้น ธรรมชาติของหลุมดำทำให้มันแทบจะดำรงอยู่ในเอกภพไม่ได้ และวัตถุใดๆ ก็ตามที่อยู่ใกล้มันเท่านั้นที่จะถูกมันกลืนกิน แต่ถึงกระนั้น หลุมดำก็ไม่เป็นอมตะ และจะหายไปในวันหนึ่งในที่สุด

ทุกชีวิตมีช่วงชีวิตและมันจะพินาศหากเกินวงจรชีวิต และเช่นเดียวกันกับหลุมดำ มีรายงานว่าหลุมดำมวล 10 กิโลกรัม มีอุณหภูมิสูงถึง 120 ล้านล้าน องศาเซลเซียสต้องทราบก่อนว่า อุณหภูมิแกนกลางของดวงอาทิตย์อยู่ที่ 15 ล้านองศาเซลเซียสเท่านั้น ซึ่งทำให้พลังงานของหลุมดำไหลเร็วมากเช่นกัน และอายุขัยของมันก็สั้นมากเพียง 84 เฟมโตวินาที เฟมโตวินาทีคือ 1 ใน 4 ล้านล้านของวินาที

ภายใต้สถานการณ์ปกติ มวลของดาวฤกษ์ที่สามารถพัฒนาเป็นหลุมดำได้นั้นมีขนาดใหญ่มาก มวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 10 เท่าด้วยซ้ำ ปลายทางสุดท้ายของการทำลายดวงดาวคือหลุมดำ แต่ไม่ใช่หลุมดำทั้งหมดเกิดจากดาวฤกษ์ หลุมดำจำนวนมากยังก่อตัวขึ้นในยุคแรกๆ ของบิกแบงหลุมดำชนิดนี้ไม่ได้ถูกจำกัดด้วยขีดจำกัดของออพเพนไฮเมอร์

ดังนั้น มีขนาดเล็กจำนวนมาก หลุมดำเล็กๆ เหล่านั้นจะหายวับไป ดังนั้น สิ่งที่เราพบตอนนี้จึงเป็นหลุมดำมวลมากเป็นส่วนใหญ่ อย่างที่เราพูดไปก่อนหน้านี้ หลุมดำสามารถโค้งงอกาลอวกาศได้ แม้แต่แสงก็ไม่สามารถเล็ดลอดออกมาได้ ดังนั้น หลุมดำจึงเป็นเทห์ฟากฟ้าที่สามารถเข้าและออกได้เท่านั้น แล้วมันจะคายความร้อนออกสู่ภายนอกได้อย่างไร

เห็นได้ชัดว่านี่คือความขัดแย้ง แล้วสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร เกี่ยวกับปัญหานี้ เราเรียกว่า ความขัดแย้งของข้อมูลหลุมดำ เนื่องจากธรรมชาติของหลุมดำ ข้อมูลที่สสารเข้าสู่หลุมดำจะหายไปโดยสิ้นเชิง ซึ่งเป็นการละเมิดหลักการอนุรักษ์พลังงาน เนื่องจากไม่มีเหตุผลที่จะอธิบายได้ นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่า แรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของหลุมดำ ทำให้หลักการของการอนุรักษ์ข้อมูลไม่ถูกต้อง

แต่มันเป็นเรื่องจริงหรือไม่ ในปี 1970 สตีเฟน ฮอว์กิงได้เสนอทฤษฎีการระเหยของหลุมดำเป็นครั้งแรก คือรังสีฮอว์กิง และปัญหานี้ก็ได้รับการแก้ไข สตีเฟน ฮอว์กิงเชื่อว่าหลุมดำดูดกลืนสสารที่อยู่รอบๆ อย่างต่อเนื่อง จากนั้นจะสูญเสียมวลไปผ่านการระเหยของหลุมดำ ในทางตรงกันข้าม หลุมดำมวลมากจะระเหยช้ากว่า จากการคำนวณ หลุมดำที่มีมวลเท่าดวงอาทิตย์จะมีอายุยืนยาวกว่าพันปี

ตามทฤษฎีการระเหยของหลุมดำ หลุมดำแต่ละหลุมมีอุณหภูมิการแผ่รังสี และอุณหภูมิการแผ่รังสีจะแปรผกผันกับมวลของหลุมดำ ยิ่งมวลน้อยอุณหภูมิก็ยิ่งสูง และอายุขัยสั้นลง นี่คือทำไมอายุขัยของหลุมดำที่มีมวล 10 กิโลกรัม มีอายุเพียง 84 เฟมโตวินาที การค้นพบของสตีเฟน ฮอว์กิงได้ให้ความช่วยเหลืออย่างมาก สำหรับการวิจัยเกี่ยวกับหลุมดำในมนุษย์

นอกจากทฤษฎีการระเหยของหลุมดำแล้ว สตีเฟน ฮอว์กิงยังเสนอทฤษฎีที่ว่าพื้นที่ของหลุมดำจะไม่ลดลงในช่วงแรก กล่าวคือ พื้นที่ของหลุมดำจะไม่ลดลงตามทิศทางของเวลา พูดง่ายๆ ก็คือ ยิ่งหลุมดำมีมวลมากเท่าใดพื้นที่ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น หลุมดำ 2 หลุมสามารถรวมกันเป็นหลุมดำเดียว โดยมีพื้นที่ใหญ่กว่าหลุมดำใดๆ ก่อนหน้านี้

หลุมดำ

แต่หลุมดำเดียวกันไม่สามารถแยกออกเป็น 2 หลุมได้ เนื่องจากหลักการของการรักษาพื้นที่ผิวให้คงที่ หลายคนอาจบอกว่าพื้นที่หลุมดำไม่ลดลงแล้ว ทำไมหลุมดำถึงตาย เกี่ยวกับคำถามนี้ ในที่สุด นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ให้คำตอบ หลังจากสตีเฟน ฮอว์กิงเสนอทฤษฎีพื้นที่หลุมดำคงที่ เพียง 1 ปีต่อมา เจคอบ เบเคนสไตน์ได้เสนอกฎอันโด่งดังของการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี

การตั้งสมมติฐานว่าหลุมดำมีเอนโทรปี ในความประทับใจของเรา หลุมดำเป็นน้ำแข็งและน่ากลัว และการแนะนำของเอนโทรปียังทำให้หลุมดำมีอุณหภูมิเป็นครั้งแรก สมมติฐานนี้สามารถกล่าวได้ว่า ได้ล้มล้างความรู้ความเข้าใจของมนุษย์อย่างสิ้นเชิง เนื่องจากไม่มีข้อพิสูจน์จากการทดลอง นักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงแสดงข้อสงสัยเกี่ยวกับสมมติฐานนี้ สตีเฟน ฮอว์กิงก็เป็นหนึ่งในนั้น

หลังจากนั้น จากการวิจัยเชิงลึก สตีเฟน ฮอว์กิงพบว่าแท้จริงแล้วหลุมดำไม่ได้เย็นอย่างที่เราคิด แต่สามารถแผ่รังสีความร้อนออกมา ซึ่งก็คือ รังสีฮอว์กิง ที่มีชื่อเสียง หลังจากการทำนายโพซิตรอนของ Dirac ผู้คนค่อยๆ ค้นพบว่าการผันผวนของสุญญากาศเกิดขึ้นในทุกมุมของจักรวาล เมื่อการผันผวนของสุญญากาศเกิดขึ้น หมายความว่า จะมีการกลั่นแกล้งพลังงานพร้อมกับการปรากฏตัวของคู่อนุภาคเสมือน

รังสีฮอว์กิงเกิดความผันผวนในลักษณะนี้ใกล้กับหลุมดำ หากคู่ของอนุภาคเสมือนเกิดขึ้นใกล้กับหลุมดำ รังสีความร้อนจะถูกสร้างขึ้นได้หรือไม่ คู่อนุภาคเสมือนประกอบด้วยอนุภาคบวกและลบ และเวลาดำรงอยู่สั้นมาก จะเกิดอะไรขึ้นหากอนุภาคเสมือนถูกหลุมดำดูดเข้าไประหว่างกระบวนการสร้าง ถ้าอนุภาคบวกและลบถูกดูดเข้าไปในหลุมดำพร้อมๆ กันจะไม่เกิดปฏิกิริยาใดๆ

หากอนุภาคพลังงานบวกเข้าไปในหลุมดำ อนุภาคพลังงานลบก็จะหายไปข้างนอกด้วย แต่เมื่ออนุภาคพลังงานลบถูกดูดเข้าไปในหลุมดำ อนุภาคพลังงานบวกก็จะอยู่ในโลกภายนอก ในกรณีนี้ อนุภาคพลังงานลบจะกินมวลของหลุมดำเพียงเล็กน้อย และอีกอนุภาคหนึ่งจะบินออกจากบริเวณรอบๆ หลุมดำ ดึงความร้อนส่วนหนึ่งออกไป นี่คือหลักการของรังสีฮอว์กิง

บทความที่น่าสนใจ : นักบินอวกาศ เทคโนโลยีสำหรับการเป็นส่วนตัวของนักบินอวกาศหญิง

บทความล่าสุด