นักฟิสิกส์ใช้ “รูหนอน” ช่วยคำนวณ แก้ปัญหาความย้อนแย้งเชิงข้อมูลของหลุมดำได้
ที่มาของภาพ, Getty Images
ปริศนาย้อนแย้งที่สำคัญเรื่องหนึ่งของวงการฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ซึ่งยังคงไม่มีผู้ใดสามารถอธิบายได้แจ่มแจ้ง นั่นก็คือความย้อนแย้งเชิงข้อมูลของหลุมดำ (Black Hole Information Paradox) โดยความขัดแย้งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อเราต้องการตอบคำถามที่ว่า ข้อมูลต่าง ๆ ที่ตกลงไปในหลุมดำนั้นจะเป็นอย่างไรต่อไปกันแน่
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์มองว่า ทุกสิ่งที่ข้ามพ้นขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำไปแล้ว ย่อมไม่อาจหนีแรงโน้มถ่วงมหาศาลกลับออกมาได้อีก เท่ากับว่าข้อมูลนั้นได้สูญสิ้นไปตลอดกาล แต่แนวคิดนี้ขัดแย้งกับหลักการทางกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งระบุว่าข้อมูลต่าง ๆ ย่อมไม่มีวันสูญหายไปโดยเด็ดขาด
ที่ผ่านมานักฟิสิกส์ทฤษฎีได้พยายามใช้คณิตศาสตร์เข้าช่วย เพื่อไขปัญหานี้กันในหลากหลายแนวทาง แต่ล่าสุดทีมนักวิจัยนานาชาตินำโดย ดร. คานาโตะ โกโตะ จากมหาวิทยาลัยคอร์แนลของสหรัฐฯ และสถาบันวิจัยริเค็น (RIKEN) ของญี่ปุ่น เสนอให้ใช้คุณสมบัติทางเรขาคณิตของรูหนอน (wormhole) เข้ามาเป็นตัวประสานให้สองทฤษฎีที่ขัดแย้งกันสามารถลงรอยกันได้
ผลการศึกษาดังกล่าวตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร Journal of High Energy Physics โดย ดร. โกโตะและคณะใช้วิธีข้างต้นคำนวณเอนโทรปีหรือค่าความปั่นป่วนในระบบ เพื่อพิสูจน์ว่าข้อมูลที่ตกลงไปในหลุมดำนั้นจะไม่สูญหาย หากมีรูหนอนที่เชื่อมต่อระหว่างด้านในของหลุมดำกับแนวการแผ่รังสีฮอว์คิง (Hawking radiation) ที่ด้านนอก
ที่มาของภาพ, NASA
นักฟิสิกส์ที่ยึดถือในแนวทางของกลศาสตร์ควอนตัมเชื่อว่า การแผ่รังสีฮอว์คิงซึ่งทำให้หลุมดำค่อย ๆ ระเหยและหดตัวเล็กลงจนหมดสิ้นไปนั้น คือกระบวนการหนึ่งที่สามารถนำข้อมูลซึ่งตกลงไปในหลุมดำก่อนหน้านี้กลับคืนมาได้ โดยข้อมูลอาจถูกเข้ารหัสให้แฝงอยู่ในรังสีที่แผ่ออกมา
ทีมวิจัยของ ดร. โกโตะพบว่า ค่าเอนโทรปีที่เกิดขึ้นเมื่อหลุมดำมีรูหนอนเป็นสะพานเชื่อมต่อจากด้านในสู่ด้านนอก เท่ากับค่าเอนโทรปีที่ลดลงจนเท่ากับศูนย์ เมื่อความปั่นป่วนในหลุมดำถูกย้อนกลับจนหมด ซึ่งแสดงว่าเหตุการณ์ที่ข้อมูลสูญหายไปนั้นจะไม่เกิดขึ้นในกรณีนี้
รูหนอนซึ่งเป็นช่องทางเชื่อมต่อสถานที่และกาลเวลาที่แตกต่างกันในห้วงอวกาศ เกิดจากการบิดเบี้ยวของปริภูมิ-เวลา (space-time) ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ยังไม่เคยมีการค้นพบรูหนอนที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ นอกจากนี้ ทีมผู้วิจัยยังไม่ทราบแน่ชัดว่าข้อมูลต่าง ๆ ถูกการแผ่รังสีฮอว์คิงนำกลับออกมาจากหลุมดำได้อย่างไร จึงยังจะต้องมีการศึกษาค้นคว้ากันต่อไปอีก
"อันที่จริงแล้ว เรายังคงต้องรอให้มีทฤษฎีความโน้มถ่วงควอนตัม (quantum gravity) ที่สมบูรณ์ เพื่อนำมาช่วยอธิบายเรื่องนี้ได้อย่างแจ่มแจ้ง" ดร. โกโตะกล่าว
