Blackhole the series EP.01 From begin to end (ประวัติโดยย่อของหลุมดำ)
ทุกท่านที่เข้ามาอ่านในบทความนี้คงจะคิดนะครับว่า "นี่เปิดซีรีส์ใหม่อีกแล้วเหรอแล้วซีรีส์ก่อนหน้านี้ล่ะ" ผมบอกเลยครับว่าซีรีส์นี้เป็นซีรีส์ที่น่าสนใจและเป็นการสรุปจากซีรีส์ the universe in a nutshell ครับ โดยวันนี้เราจะมาทำความรู้จักหลุมดำแบบสั้นๆย่อๆ หากเนื้อหาในบทความนี้มีอะไรผิดทางผมขออภัยและสามารถแนะนำได้ครับ
-Beginning
อย่างแรกก่อนที่เราจะรู้จักตัวละครเอกเราจะต้องรู้ตั้งแต่ รากฐานของเขาตั้งแต่บิ๊กแบงเพราะบิ๊กแบงถือเป็นสิ่งที่ดูจะมีความคล้ายคลึงกับหลุมดำ
แผนภาพบิ๊กแบง จาก The universe in a nutshell
จากแผนภาพในหนังสือจักรวาลในเปลือกนัทโดยจะเริ่มจากจุดที่ความหนาแน่มหาศาล ณ จุดนี้ยังคงเป็นปริศนาทางฟิสิกส์ทฤษฎีอยู่ที่อาจมีฟิสิกส์ควอนตัมโน้มถ่วงและควอนตัมลูปที่อาจช่วยได้ซึ่งผมจะมาเล่าในภายหลัง กลับมาที่แผนภาพ ดังกล่าว หลังจากซิงกูลาริตี้ เมื่อผ่านช่วงเวลาไม่กี่วิ จะเข้าสู่ยุค GUT คือ Grand unification คือยุคที่แรงพื้นฐานทั้ง 4 เริ่มปรากฏแต่จะมัดรวมกันอยู่ และเริ่มกำเนิดคู่อนุภาคปฏิอนุภาค ยุคต่อมาจะเป็นยุคของelectro weak คือการแสดงออกของแรงไฟฟ้า และแรงอย่างอ่อนที่เป็นแรงที่มีความเข้มต่ำและมีอันตรกริรยากับอิเล็กตรอน หลังจากนั้นจะเป็นยุคเฮดรอน และเลปตอน โดยเฮดรอนคือ อนุภาคที่ประกอบจากควาร์กแบ่งเป็น 1.เมซอน(ควาร์กคู่ตัวประกอบด้วยอนุภาค กับปฏิอนุภาค ส่วนใหญ่มี 2 ตัว) 2.แบริออน (ควาร์กคี่ตัว ส่วนใหญ่ 3 ตัว ที่รู้จักคือ โปรตอน นิวตรอน) เลปตอน คือ อนุภาคพวกอิเล็กตรอนและนิวทริโนมี 3 รุ่น
หลังจากที่เฮดรอนและเลปตอนเกิดมาจะเกิดการรวมตัวอย่างง่ายเกิดเป็น ไฮโดรเจน ฮีเลียม ลิเทียม ดิวทีเรียม ตริเตรียม หลังจากนั้นเมื่อมีโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนมากพอจะเกิดนิวเคลียสที่เสถียรมากขึ้น ต่อมาในอีกหลายแสนปีจักรวาลเริ่มโปร่งแสงหลังจากที่โฟตอนเคลื่อนที่ผ่านยุคที่อะตอมมากมายมหาศาลยุคนี้มันจะเริ่มเคลื่อนที่ได้ง่ายขึ้น ต่อมาในยุคพันล้านปีต่อมา เป็นยุคดาวฤกษ์เริ่มกำเนิดโดยเนบิวลารวมกันเป็นโปรโตสตาร์(ดาวฤกษ์ก่อนกำเนิด) และในยุคหมื่นล้านปีก็ได้เริ่มยุคกำเนิดกาแล็กซีดำเนินต่อถึงปัจจุบัน
-Stellar birth
วงจรชีวิตดาวฤกษ์ จาก wikipedia
เมื่อในจักรวาลมีฝุ่นควันหรือสสารก่อตัวเป็นเมฆหมอกอวกาศ เรียก เนบิวลา เมื่อการก่อตัวเริ่มหนาแน่นขึ้นเกิดการหมุนรอบของมวลสารเกิดความหนาแน่น ณ จุดแกนกลาง จนมีอุณหภูมิสูงขึ้น เกิดเป็นดาวฤกษ์ก่อนกำเนิด และเมื่อเกิดการรวมตัวจนมีอายุมากพอ หากมวลมากกว่า 8 เท่าของดงอาทิตย์จะเป็นดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ ต่ำกว่า 8 เท่าดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวฤกษ์มวลต่ำ และหากต่ำกว่า 0.08 เท่าดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวแคระสีน้ำตาลเนื่องจากเชื้อเพลิงไม่พอจะรวมตัวเป็นดาวฤกษ์ที่มีแก๊สสูง จนถึงช่วงหนึ่งก็จะพัฒนาไปเป็น Red super giant และดาวฤกษ์มวลต่ำเป็น Red giant เมื่อพัฒนาจนสุดทาง Red Supergiant ที่มีเชื้อเพลิงสูงจนชนะความโน้มถ่วงของตนเองระเบิดเป็น ซุปเปอร์โนวา ประเภทที่ 2 ส่วน Red giant หากอยู่เดี่ยวๆจะกลายไปเป็น Planetary nebula และหากมีดาวฤกษ์ที่โคจรรอบกันและกัน
วงจรชีวิตดาวฤกษ์ จาก wikipedia
red giant จะสูญเสียพลังงานไปให้อีกดาวฤกษ์เป็น white dwarf และหาก white dwarf มีมวลมากกว่า 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์จะเกิดระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา 1a จากการชนของระบบดาวฤกษ์คู่ และหากน้อยกว่า 1.4 เท่าจะเกิดเป็นโนวา เป็นการสว่างวาบของดาวเคราะห์แคระขาวที่โคจรรอบดาวยักษ์แดงที่เกิดเทอร์โมนิวเคลียร์ หลังจากนั้นความสว่างจะค่อยๆลดลงเป็นดาวแคระขาวและเมื่อพลังงานหมดจะกลายไปเป็นดาวแคระดำเช่นเดียวกับ Planetary Nebula
กลับไปในช่วงท้ายของซุปเปอร์โนวาประเภทที่ 2 หากมวลน้อยและความโน้มถ่วงต่ำจะกลายเป็นเศษซากซุเปอร์โนวา หากมวลน้อยกว่า 40 เท่าของมวลดวงอาทิตย์จะเป็นดาวนิวตรอนคือดาวฤกษ์ที่เหลือเพียงนิวตรอน โดยขนาดเล็กประมาณ 3 หมื่นเท่าเทียบกับดวงอาทิตย์ และเมื่อดาวนิวตรอนเคลื่อนที่หมุนรอบตนมเร็วขึ้นเรื่อยๆ จะเกิการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาเป็นช่วงคาบ (pulse) ส่วนหากมวลมากกว่า 40 เท่าขอมวลดวงอาทิตย์ก็จะยุบตัวเป็นหลุมดำ และจะเกิดการแผ่รังสีของฮอว์กิ้งจนในช่วงท้ายของมันจะเกิดการปลดปล่อยรังสี x-ray ออกมา
-Blackhole and Space time graph
stars space time graph จาก the universe in a nutshell
หนึ่งสิ่งที่น่าสนใจและสามารถแสดงให้เห็นหลุมดำได้ง่ายมาจากหนังสือจักรวาลในเปลือกนัท คือกราฟกาล-อวกาศของดาวฤกษ์ที่สามารถยุบตัวเป็นหลุมดำได้ โดยจากกราฟบริเวณผิวกราฟคือเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวฤกษ์ที่ต่อเนื่องตามเวลา ส่วนเส้นรังสีสีน้ำเินคือรังสีแสงที่ออกจากดาวฤกษ์และเมื่อดาวฤกษ์หดตัวถึงจุดวิกฤตจนรังสีแสงตั้งฉากและลอยตัวคงที่ใกล้ศูนย์กลาง โดยผิวตรงนี้เรียก EventHorizon และเส้นประสู่อนันต์คือ Singularity
-Inside Blackhole
องค์ประกอบหลุมดำ
ภาพนี้เป็นภาพที่ผมวาดจำลองให้ดูง่าย(มั้งนะครับ) โดยเส้นตารางรอบๆคือแผ่น space ที่ยุบรอบๆ Event horizon ซึ่งเป็นบริเวณที่รังสีแสงจะสามารถเคลื่อนที่วนรอบอย่างคงที่ (บริเวณที่คูเปอร์ดีดนางเอก ดร.แบรนด์ ให้หลุดพ้นจากหลุมดำได้) โดยจุดซิงกูลาริตี้ในความจริงแทบจะวาดได้ในระยะอนันต์
เนื่องจากทางทฤษฎีซิงกุลาริตี้มีความหนาแน่นแทบอนันต์ เกิดเป็น Singularity Paradox
-Information
แผนภาพการแผ่รังสีฮอว์กิ้ง จาก the universe in a nutshell
จากที่เราๆรู้ว่าหลุมดำคือ อาณาบริเวณที่แม้แต่แสงก็หนีจากอาณาบริเวณนี้ไม่ได้ โดยบริเวณหลุมดำนี้เองก็เป็นหนึ่งกรณีที่ช่วยโต้แย้งกรณี EPR paradox ที่ไอน์สไตน์ตั้งข้อสงสัยต่อการส่งข้อมูลของอนุภาคที่พัวพันกันว่าสามารภส่งได้ข้ามคนละซีกจักรวาลได้ในเวลาเร็วกว่าแสงเลยหรือแต่อย่างหนึ่งที่ต้องคำนึงคือหากอนุภาคหนึ่งตกสู่หลุมดำคู่ข้อมูลก็จะระบุไม่ได้เช่น หากเราเห็นว่าตัวหนึ่งหมุนขวาเราก็บอกไม่ได้ทันทีว่าตัวหนึ่งหมุนซ้ายเนื่องด้วยเราไม่รู้ชะตากรรมของมัน
เราอาจคิดว่าหมดแล้วหนทางที่จะรับข้อมูลจากหลุมดำแต่ยังมี 1 วิธีคือการให้หลุมดำคายความลับออกมาโดยการที่คู่อนุภาค-ปฏิอนุภาค ที่ตัวหนึ่งจะเคลื่อนเข้าหลุมดำแล้วตัวหนึ่งจะออกมา หากมองในระดับใหญ่ก็จะเป็นการส่งเป็นคลื่นรังสี ที่เรียกว่า รังสีฮอว์กิ้ง ที่ฮอว์กิ้งเสนอว่าคู่อนุภาคนี่เองที่ทำให้เกิดการแผ่รังสีนี้จากหลุมดำ
ซึ่งทำให้หลุมดำประพฤติคล้ายวัตถุดำที่จะดูดกลืนทุกคลื่นรังสี และคายออกมาตามอุณหภูมิสัมบูรณ์ของมันเอง โดยจากแผนภาพฮอว์กิ้งได้อธิบายเอนโทรปี (การจัดระเบียบข้อมูลภายในหลุมดำ) โดยขึ้นกับพื้นที่ของมัน และอุณหภูมิหลุมดำที่จะขึ้นกับมวลของมัน
-Till death take away
แผนภาพวงจรหลุมดำ
จากในหนังสือจักรวาลในเปลือกนัทผมได้วาดแผนภาพอย่างง่าย ของวงจรชีวิตหลุมดำ คือ จะยึดจากการแผ่รังสีฮอว์กิ้ง ที่จะส่งผลให้มวลของหลุมดำลดลงและจากการที่มวลลดก็จะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดการแผ่รังสีวนแบบนี้เป็นวัฏจักร จนถึงจุดที่มวลน้อยมากๆมันก็จะเกิดการปลดปล่อยรังสีเ xray มหาศาลแล้วยุบไป ซึ่งก็ยังคงเป็นเพียงสมมติฐานที่ยังต้องรอการสังเกตการณ์ต่อไป เพราะจากที่รู้ว่าการแผ่รังสีฮอว์กิ้งนั้นรังสีที่แผ่มามีปริมาณน้อยมากๆ
-All information in the universe
เรื่องราวของข้อมูลและรูปแบบจำลองใหม่ของหลุมดำ จาก จัหรวาลในเปลือกนัท
จากการที่หลุมดำนั้นแทบจะกลืนกินทุกๆอย่างที่หลุดเข้าไปนั้นก็ส่งผลให้เป็นการยากในการพูดถึงข้อมูลหรือสืบเสาะหาข้อมูลนั้นๆและคำถามหนึ่งคือ มันจะเกิดอะไรกับข้อมูลนั้นๆ และที่ทำให้ทุกอย่างยากคือ สิ่งที่จอห์น วีลเลอร์ เสนอว่า หลุมดำไร้ขน คือ หลุมดำจะมีสภาพเหมือนเดิมไม่เปลี่ยนแปลงตามข้อมูลที่ตกลงไป หรือข้อมูลที่เคยมีมาก่อน ทำให้เป็นการยกในการจะถามถึงข้อมูลที่ตกลงไป(แต่ก็มีหลายๆงานที่จะพูดถึงในตอนถัดๆไปถึงข้อมูลของมัน ทั้งคลื่นโน้มถ่วงที่โผล่ออกมาจากหลุมดำ เป็นต่น)
และอีกแบบจำลองที่น่าสนใจคือ P brane เสนอโย แอนดรูว์ สตรอมมิงเกอร์ และ คัมรัม วาฟา โดยเเปลงร่างหลุมดำเป็นผ่านที่เคลื่อนที่ใน 4 มิติ โดยข้อมูลของสิ่งที่ตกลงไปจะถูกแปลงเปลี่ยนเป็นความถี่คลื่นที่เคลื่อนบนแผ่นและหากทีคลื่น 2 คลื่นเคลื่อนที่มารวม(Superposition)จนยอดคลื่นสูง จนหลุดออกมาเป็นข้อมูลที่หลุดออกมาก็เป็นได้
Brane and Blackhole
แผนภาพเบรนกับหลุมดำ
มีแบบจำลองหนึ่งที่น่าสนใจคือ การที่สมมติให้จักรวาลมีการฉายภาพลงบนเบรน (เหมือนการฉายแสงผ่านเราเกิดเป็นเงาบนผนัง นั่นแหละคือเบรน) คือการเก็บข้อมูลในมิติที่น้อยกว่า โดยจะมีคลื่นโน้มถ่งที่จะเคลื่อนที่ผ่านเบรนไปได้ โดยเขาได้เสนอว่าหากเบรนแผ่นหนึ่งเกิดหลุมดำซึงจะเกิดการแผ่คลื่นโน้มถ่วงไปใน 4 มิติของตนและ 1 มิติระหว่างเบรนซึ่งคลื่นโน้มถ่วงที่ส่งผ่านหว่างเบรินนี้เองก็ไปมีผลให้เกิดการขยายหลุมดำในอีกเบรน แบบจำลองเบรนก็ยังเป็นเเบบจำลองที่นำมาอธิบายมวลที่หายไปของกาแล็กซี ที่นำไปสู่สสารมืด อีกด้วย และก็อาจนำไปสู่การว่าด้วยความเร้าใจในพหุจักรวาลด้วยก็ได้ ในครั้งต่อไปในซีรีส์นี้เราจะมาพูดกันถึงคลื่นความโน้มถ่วง
แหล่งข้อมูล : the universe in a nutshell (จักรวาลในเปลือกนัท) บทที่ 3 และ 4
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
