นักฟิสิกส์เสนอทฤษฎีบท “หลุมดำมีเส้นผม” แก้ความย้อนแย้งเชิงข้อมูลของฮอว์คิง

ทีมนักฟิสิกส์ทฤษฎีจากสหรัฐฯ สหราชอาณาจักร และอิตาลี ร่วมกันเสนอแนวทางใหม่เพื่อแก้ไขปัญหาความย้อนแย้งเชิงข้อมูลของหลุมดำ (black hole information paradox) หรือที่บางครั้งรู้จักกันในชื่อว่า "ความย้อนแย้งของฮอว์คิง"(Hawking's paradox)

นักฟิสิกส์ชื่อดังผู้ล่วงลับ สตีเฟน ฮอว์คิง เป็นผู้ค้นพบปัญหานี้เมื่อปี 1974 โดยเขาระบุว่าความย้อนแย้งเชิงข้อมูลของหลุมดำจะเกิดขึ้น เมื่อต้องตอบคำถามที่ว่า "ข้อมูล" (information) หรือร่องรอยของสสารและพลังงานที่ตกลงไปในหลุมดำ รวมทั้งข้อมูลของดาวฤกษ์ที่ยุบตัวกลายเป็นหลุมดำนั้น จะสูญสิ้นไปตลอดกาลเมื่อหลุมดำระเหยหมดไป หรือจะยังคงอยู่ใน "รังสีฮอว์คิง" ที่หลุมดำแผ่ออกมาขณะระเหยและหดตัวลงกันแน่

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์มองว่า ทุกสิ่งที่ข้ามพ้นขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำไปแล้ว ย่อมไม่อาจหนีแรงโน้มถ่วงมหาศาลกลับออกมาได้อีก เท่ากับว่าข้อมูลนั้นจะสูญสิ้นไปตลอดกาลเมื่อหลุมดำสลายตัวไป แต่แนวคิดนี้ขัดแย้งกับหลักการทางกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งระบุว่าข้อมูลต่าง ๆ ย่อมไม่มีวันสูญหายโดยเด็ดขาด

ที่ผ่านมานักฟิสิกส์หลายกลุ่มได้พยายามแก้ปัญหาความย้อนแย้งดังกล่าว แต่ก็หนีไม่พ้นจะต้องหวนกลับไปแก้ไขทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หรือไม่ก็ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งล้วนเป็นหลักการสำคัญของวงการฟิสิกส์ทั้งคู่

อย่างไรก็ตาม ศาสตราจารย์ซาเวียร์ คาลเมต จากมหาวิทยาลัยซัสเซกซ์ของสหราชอาณาจักร ผู้นำทีมวิจัยที่ตีพิมพ์ผลการศึกษาล่าสุดลงในวารสาร Physical Review Letters บอกว่า "เราค้นพบวิธีแก้ความย้อนแย้งเชิงข้อมูลของหลุมดำ โดยไม่ต้องไปแก้ไขทฤษฎีหลักทางฟิสิกส์ที่ขัดแย้งกันมานานให้ยุ่งยากเลย"

ศ. คาลเมต อ้างถึงทฤษฎีบท "หลุมดำไร้เส้นผม" (No-hair theorem) ซึ่งพัฒนาขึ้นมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยชี้ว่าแนวคิดนี้เห็นว่าหลุมดำทั้งหมดไม่มีอะไรแตกต่างกันในรายละเอียด นอกจากความแตกต่างข้อใหญ่ ๆ ในเรื่องมวล โมเมนตัมเชิงมุม และประจุไฟฟ้าเท่านั้น เปรียบเสมือนกับคนหัวล้านที่ไร้เส้นผมบนศีรษะ ซึ่งทำให้ผู้พบเห็นจากด้านหลังไม่สามารถจะจดจำหรือแยกแยะได้ว่า คนหัวล้านผู้หนึ่งแตกต่างจากคนหัวล้านคนอื่น ๆ อย่างไรนั่นเอง

"แต่เราอยากจะเสนอแนวคิดใหม่ที่ขัดแย้งกัน ซึ่งเราตั้งชื่อทฤษฎีบทนี้ว่า 'หลุมดำมีเส้นผม' (Yes-hair theorem) เรามองว่าหลุมดำมีความแตกต่างกันอย่างซับซ้อนในรายละเอียดเล็ก ๆ น้อย ๆ ซึ่งพบได้ในสิ่งที่เรียกว่า 'เส้นผมควอนตัม' หรือ quantum hair นั่นเอง" ศ. คาลเมตกล่าว

"แท้ที่จริงแล้วเส้นผมนี้ก็คือร่องรอยจาง ๆ ของข้อมูล ที่ไม่ได้สูญหายไปไหน แต่ถูกประทับไว้ในสนามความโน้มถ่วงของหลุมดำ ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ โดยหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมจะไม่ขัดแย้งกันเลย"

อย่างไรก็ตาม การที่จะพิสูจน์ว่าทฤษฎีบทชิ้นใหม่นี้ถูกต้องหรือไม่ ยังคงต้องรอให้มีความก้าวหน้าของวิทยาการสูงกว่านี้ เพื่อพิสูจน์กับหลุมดำของจริงโดยตรง เช่นเดียวกับที่ทฤษฎีบท "หลุมดำไร้เส้นผม" ซึ่งอิงกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ผ่านการทดสอบมาในปีที่แล้ว