หลุมดำในสถานะควอนตัม มีมวล 2 ค่าในคราวเดียวกัน
ที่มาของภาพ, NASA / GSFC
ทีมนักฟิสิกส์ทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ของออสเตรเลีย ทำการคำนวณจนค้นพบสมบัติเชิงควอนตัมที่แปลกประหลาดของหลุมดำ ซึ่งมันสามารถจะมีมวลที่ตรวจวัดเป็นค่าปริมาณได้ถึง 2 ค่า ในเวลาเดียวกัน
หลุมดำซึ่งเป็นวัตถุอวกาศที่มีทั้งความหนาแน่นและแรงโน้มถ่วงมหาศาล ยังไม่เคยถูกตรวจสอบมาก่อนว่า มันจะมีลักษณะและพฤติกรรมในทางทฤษฎีอย่างไร เมื่ออยู่ในสถานะควอนตัม
ในรายงานวิจัยซึ่งตีพิมพ์ลงวารสาร Physical Review Letters โจชัว ฟู นักศึกษาวิจัยระดับปริญญาเอกผู้นำทีมนักฟิสิกส์ทฤษฎีในครั้งนี้ ระบุว่าได้พัฒนาสูตรคำนวณทางคณิตศาสตร์และแบบจำลองคอมพิวเตอร์ เพื่อให้สามารถตรวจวัดมวลของหลุมดำมาตรฐานบางชนิด ขณะที่มีอนุภาคหนึ่งวิ่งวนรอบด้วยความเร็วสูงภายใต้แรงโน้มถ่วงมหาศาล
มวลเป็นสมบัติอย่างหนึ่งของอนุภาคในสถานะควอนตัม ที่สามารถจะวัดค่าเป็นปริมาณ (quantization) ออกมาได้ แต่มวลของอนุภาคที่ยังไม่ได้ถูกสังเกตการณ์ จะมีค่าที่ไม่แน่นอนได้หลายค่าภายในช่วงความเป็นไปได้หนึ่ง
พฤติกรรมดังกล่าวตรงกับปรากฏการณ์เชิงควอนตัมที่เรียกว่า quantum superposition ซึ่งเป็นภาวะที่อนุภาคหนึ่งมีหลายสถานะพร้อมกัน เช่นสามารถปรากฏอยู่ในสถานที่ 2 แห่งในเวลาเดียวกัน หรือเหมือนกับอะตอมที่มีระดับพลังงานหลากหลายในคราวเดียวกันได้
ที่มาของภาพ, UNIVERSITY OF QUEENSLAND
“ผลการคำนวณชี้ว่ามวลของหลุมดำสามารถอยู่ในภาวะ quantum superposition ได้เช่นกัน โดยสามารถมีมวลได้ 2 ค่าพร้อมกัน เหมือนกับแมวของชโรดิงเงอร์ (Schrödinger’s cat) ซึ่งอยู่ในสถานะทั้งเป็นและตายในกล่องที่ปิดอยู่” โจชัว ฟู อธิบาย
“ลองจินตนาการว่าตัวคุณนั้นทั้งสูงใหญ่และอ้วนพี แต่ก็เตี้ยแคระและผอมด้วยในเวลาเดียวกัน ฟังแล้วชวนมึนงงมาก เพราะเราเคยชินกับฟิสิกส์แบบดั้งเดิม แต่นี่คือสภาวะความเป็นจริงของหลุมดำควอนตัม”
ดร. แม็กดาลีนา ซิช หนึ่งในอาจารย์ที่ปรึกษาผู้ควบคุมโครงการวิจัยนี้บอกว่า “การทดลองคำนวณของเราได้ผลตรงกับทฤษฎีรุ่นเก่าของเจค็อบ เบเคนสไตน์ (Jacob Bekenstein) นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันเชื้อสายยิว ซึ่งระบุว่าหลุมดำจะต้องมีค่ามวลที่แน่นอนภายในช่วงตัวเลขหรือสัดส่วนช่วงใดช่วงหนึ่ง”
ผลการคำนวณในครั้งนี้ สามารถจะปูพื้นฐานไปสู่การทดลองหาหนทางใหม่ ๆ เพื่อสร้างทฤษฎีความโน้มถ่วงเชิงควอนตัม (quantum gravity) ซึ่งสามารถจะอธิบายพฤติกรรมของทั้งอนุภาคและความโน้มถ่วงได้ในหลักการเดียว โดยเชื่อมประสานความขัดแย้งระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเข้ากับกลศาสตร์ควอนตัม ให้กลายเป็นหนึ่งเดียวกันได้ในที่สุด
