โนเบล : นักฟิสิกส์เจ้าของรางวัลปี 2020 เผย มีหลุมดำปลดปล่อยพลังงานจากเอกภพในอดีต

เซอร์โรเจอร์ เพนโรส นักฟิสิกส์คณิตศาสตร์เจ้าของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2020 เผยถึงทฤษฎีล่าสุดที่เขากำลังคิดค้นและพัฒนาอยู่ โดยชี้ว่ามีหลุมดำที่สามารถปลดปล่อยพลังงานจากเอกภพในอดีต ซึ่งเป็นหลักฐานยืนยันว่าเคยมีเอกภพที่ดำรงอยู่ก่อนหน้าเอกภพของเราในปัจจุบัน

เซอร์เพนโรสที่เพิ่งได้รับรางวัลโนเบล จากผลงานการพิสูจน์ว่าหลุมดำเป็นวัตถุที่จะต้องเกิดขึ้นในธรรมชาติตามหลักทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ได้กล่าวให้สัมภาษณ์กับหนังสือพิมพ์เดอะเทเลกราฟว่า

"บางจุดในห้วงอวกาศที่เราพบการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบผิดปกติ โดยยังไม่สามารถจะอธิบายถึงที่มาของมันได้ อาจเป็นเศษซากของหลุมดำที่หลงเหลือมาจากเอกภพในอดีต และยังแผ่พลังงานอยู่"

เซอร์เพนโรสเรียกจุดการแผ่รังสีประหลาดนี้ว่า "จุดฮอว์คิง" (Hawking Points) ซึ่งเป็นจุดปลดปล่อยพลังงานขั้นสุดท้ายของการแผ่รังสีฮอว์คิง (Hawking radiation) ออกมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ

ในปัจจุบันเราสามารถสังเกตเห็นจุดฮอว์คิงเป็นตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นหลังของห้วงอวกาศเล็กน้อย และมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าดวงจันทร์ราว 8 เท่า โดยคาดว่าน่าจะมีการค้นพบแล้วอย่างน้อย 6 จุดด้วยกัน

ก่อนหน้านี้ สตีเฟน ฮอว์คิง นักฟิสิกส์ชื่อก้องโลกผู้ล่วงลับได้เคยทำนายไว้ว่า การแผ่รังสีของหลุมดำเป็นเวลายาวนาน จะทำให้มันระเหยหายไปจนหมดสิ้นได้ในที่สุด แต่กระบวนการนี้อาจต้องใช้เวลานานนับอสงไขย ซึ่งมากเกินกว่าอายุของจักรวาลในปัจจุบันเสียอีก ทำให้เราไม่เคยตรวจพบกรณีที่หลุมดำแผ่รังสีฮอว์คิงจนดับสูญไปมาก่อน

"แต่ผมเชื่อว่า เราสามารถจะสังเกตเห็นกรณีการแผ่รังสีฮอว์คิงจากหลุมดำในอดีตได้ ซึ่งปรากฏการณ์นี้พิสูจน์ว่าบิ๊กแบงไม่ใช่จุดเริ่มต้นของเอกภพ มีบางสิ่งอยู่มาก่อนหน้านั้น และสิ่งนี้ก็จะมีขึ้นต่อไปในอนาคตอันห่างไกลของเอกภพปัจจุบัน" เซอร์เพนโรสกล่าว

"เรามีเอกภพที่ขยายตัวแล้วขยายตัวอีก และมวลทั้งหมดที่มีอยู่ก็จะสลายไปหมดสิ้น ในทฤษฎีบ้าบอของผมนี้มันคือเหตุการณ์ในอนาคตอันแสนไกล ที่จะกลายเป็นบิ๊กแบงของเอกภพในอีกยุคหนึ่ง"

"นั่นเท่ากับว่าบิ๊กแบงที่ให้กำเนิดเอกภพของเรา ที่แท้ก็คือเหตุการณ์อนาคตของเอกภพในอดีต ซึ่งก็จะมีหลุมดำที่ยังแผ่รังสีฮอว์คิงอยู่ในระหว่างช่วงเวลานั้นด้วยเช่นกัน"

หลังแนวคิดนี้เผยแพร่ออกไป มีนักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งแสดงความกังขาต่อข้อเสนอของเซอร์เพนโรส โดยชี้ว่ายังไม่พบหลักฐานเชิงประจักษ์ที่ยืนยันถึงการแผ่รังสีจากหลุมดำในลักษณะดังกล่าว

อย่างไรก็ตาม เซอร์เพนโรสมองว่าเรื่องนี้ก็คล้ายกับข้อสงสัยที่คนส่วนใหญ่เคยมีต่อหลุมดำเมื่อกว่าร้อยปีก่อน ในยุคที่ไอน์สไตน์เพิ่งคำนวณพบว่าวัตถุน่าพิศวงนี้อาจมีอยู่ได้ตามหลักทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งในเวลาต่อมาเซอร์เพนโรสได้ใช้คณิตศาสตร์พิสูจน์ยืนยันอีกครั้งว่า หลุมดำนั้นมีอยู่จริงในธรรมชาติอย่างแน่นอน และการคำนวณนี้ได้ปูทางไปสู่การค้นพบหลุมดำมวลยิ่งยวดซาจิตทาเรียสเอสตาร์ (Sgr A*) ที่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก และการถ่ายภาพหลุมดำภาพแรกได้สำเร็จในเวลาต่อมา

จากเด็กหัวช้าสู่นักฟิสิกส์คณิตศาสตร์ชื่อก้องโลก

เซอร์โรเจอร์ เพนโรส เกิดที่เมืองคอลเชสเตอร์ของอังกฤษเมื่อปี 1931 เขาเล่าถึงชีวิตในวัยเด็กให้ผู้สื่อข่าวบีบีซีฟังว่า "ผมมักจะหัวช้าอยู่เสมอ ถึงจะเก่งในวิชาคณิตศาสตร์ แต่ก็ไม่จำเป็นว่าผมจะต้องทำคะแนนสอบได้ดีทุกครั้งไป"

"ครูของผมรู้ว่า หากให้เวลาผมมากพอ ผมจะทำได้ดีอย่างแน่นอน เพราะโดยพื้นฐานแล้วผมมักจะคิดและทำทุกอย่างจากหลักการเบื้องต้นมาโดยตลอด"

เซอร์เพนโรสสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ โดยมีความสนใจเป็นพิเศษในด้านปริภูมิคณิตศาสตร์ (Topological space) ซึ่งว่าด้วยคุณสมบัติเชิงเรขาคณิตของพื้นที่บนวัตถุต่าง ๆ ในขณะที่ถูกดึงให้ยืดออกหรือถูกบีบอัดให้หดตัว

ในปี 1965 เขาได้นำหลักการนี้มาไขปริศนาของหลุมดำ โดยพิสูจน์ให้เห็นว่าหลุมดำนั้นเป็นพื้นที่พิเศษ ซึ่งมวลเกิดการยุบตัวลงอย่างสุดขั้วภายใต้แรงโน้มถ่วงมหาศาล จนถึงจุดที่พื้นผิวไม่อาจคลายตัวกลับคืนสภาพเดิมได้อีกต่อไป

การยุบตัวดังกล่าวทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าภาวะเอกฐาน (singularity) ซึ่งมีความหนาแน่นเป็นอนันต์ขึ้นมาแทน ซึ่งภาวะที่ถือเป็นหัวใจของหลุมดำนี้ เกิดขึ้นได้เสมอในธรรมชาติหากวัตถุมีมวลมากพอ

เซอร์เพนโรสซึ่งทำงานสอนและวิจัยที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดมาเป็นเวลายาวนาน เคยร่วมงานกับศาสตราจารย์ สตีเฟน ฮอว์คิง ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 และตลอดช่วงทศวรรษ 1970 โดยต่างมุ่งพัฒนาทฤษฎีฟิสิกส์ว่าด้วยภาวะเอกฐานและหลุมดำเช่นเดียวกัน

ผลงานวิชาการของทั้งสองในเวลาต่อมามักจะมีแง่มุมที่เชื่อมโยงเกี่ยวข้องกันเสมอ แม้หนังสือ "ประวัติย่อของกาลเวลา" (A Brief History of Time) ของฮอว์คิงจะเป็นที่รู้จักในหมู่สาธารณชนมากกว่า เมื่อเทียบกับหนังสือด้านจักรวาลวิทยาที่เพนโรสเป็นผู้เขียน อย่างเช่น A Road to Reality (2004) หรือ Cycles of Time (2010)

"ผมว่ามันขึ้นอยู่กับผู้เขียน ซึ่งต้องดูว่าเขามุ่งให้ความสำคัญกับคนอ่านกลุ่มไหน หนังสือของผมอาจดึงดูดความสนใจของผู้อ่านเฉพาะกลุ่ม ซึ่งมีความแตกต่างออกไปจากผู้อ่านของฮอว์คิงเล็กน้อย" เซอร์เพนโรสกล่าว