โดย Paul Sutter เว็บตรง เผยแพร่เมื่อ 23 กันยายน 2021หลุมดําเริ่มแปลกขึ้นแล้ว เมื่อนักวิทยาศาสตร์ยืนยันครั้งแรกว่า behemoths มีอยู่ย้อนกลับไปในปี 1970 เราคิดว่าพวกเขาค่อนข้างง่ายศพเฉื่อย จากนั้นนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงสตีเฟ่นฮอว์คิงค้นพบว่าหลุมดําไม่ได้เป็นสีดําอย่างแน่นอนและพวกเขาปล่อยความร้อนออกมาจริง และตอนนี้ นักฟิสิกส์คู่หนึ่งได้ตระหนักว่า วัตถุที่มืดมนยังออกแรงกดดันต่อสภาพแวดล้อมของพวกเขา
การค้นพบว่า “หลุมดําที่เรียบง่ายและไม่หมุนมีความดันเช่นเดียวกับอุณหภูมิที่น่าตื่นเต้นยิ่ง
ขึ้นเนื่องจากเป็นเรื่องน่าประหลาดใจโดยสิ้นเชิง”ที่เกี่ยวข้อง: 8 วิธีที่เรารู้ว่าหลุมดํามีอยู่จริง
Calmet และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Folkert Kuipers กําลังตรวจสอบผลกระทบควอนตัมใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดําซึ่งเป็นสิ่งที่ยากที่จะตรึงลง เพื่อรับมือกับสิ่งนี้นักวิจัยใช้เทคนิคเพื่อลดความซับซ้อนของการคํานวณ ขณะที่พวกเขากําลังทํางานคําแปลก ๆ ปรากฏในคณิตศาสตร์ของการแก้ปัญหาของพวกเขา หลังจากหลายเดือนของความสับสนพวกเขาตระหนักว่าคําที่ค้นพบใหม่นี้หมายถึงอะไร: มันเป็นการแสดงออกของแรงกดดันที่เกิดจากหลุมดํา ไม่มีใครรู้ว่าสิ่งนี้เป็นไปได้มาก่อนและมันเปลี่ยนวิธีคิดของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับหลุมดําและความสัมพันธ์ของพวกเขากับส่วนที่เหลือของจักรวาลเครื่องยนต์ของฮอว์คิงในช่วงทศวรรษที่ 1970 ฮอว์คิงกลายเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์คนแรกที่ใช้กลศาสตร์ควอนตัมเพื่อพยายามทําความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ – พื้นที่รอบหลุมดําซึ่งไม่มีอะไรเลยแม้แต่แสงก็สามารถหลบหนีได้ ก่อนงานนี้ทุกคนเพิ่งสันนิษฐานว่าหลุมดําเป็นวัตถุที่เรียบง่าย ตามความสัมพันธ์ทั่วไปทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ชี้ให้เห็นว่าหลุมดําครั้งแรกสามารถมีอยู่ได้ไม่มีอะไรที่น่าทึ่งเกี่ยวกับขอบฟ้าเหตุการณ์ ขอบฟ้าเหตุการณ์คือ “ขอบเขต” ของหลุมดําการกําหนดภูมิภาคที่ออกจากสีดําจะต้องเดินทางเร็วกว่าแสง แต่มันเป็นเพียงเส้นจินตภาพในอวกาศ – ถ้าคุณบังเอิญข้ามมันคุณจะไม่รู้ด้วยซ้ําว่าคุณทําจนกว่าคุณจะพยายามหันหลังกลับและจากไป
ที่เกี่ยวข้อง: 8 วิธีที่คุณสามารถดูทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ในชีวิตจริง
ฮอว์คิงเปลี่ยนทุกอย่าง เขาตระหนักว่าโฟมควอนตัมซึ่งหมายถึงทะเลของอนุภาคที่ผุดขึ้นอย่างต่อเนื่องในการดํารงอยู่ในสุญญากาศของอวกาศเวลาสามารถส่งผลกระทบต่อมุมมองที่เรียบง่ายของขอบฟ้าเหตุการณ์ บางครั้งอนุภาคคู่หนึ่งปรากฏขึ้นเองจากสุญญากาศที่ว่างเปล่าของอวกาศเวลาจากนั้นทําลายล้างซึ่งกันและกันในพริบตาของพลังงานคืนสุญญากาศกลับสู่สถานะเดิม แต่เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นใกล้กับหลุมดํามากเกินไปหนึ่งในคู่สามารถติดอยู่หลังขอบฟ้าเหตุการณ์และอีกฝ่ายหลบหนี หลุมดําถูกทิ้งไว้โดยเก็บค่าพลังงานสําหรับอนุภาคที่หลบหนีและดังนั้นจึงต้องสูญเสียมวล
กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อรังสีฮอว์คิงและผ่านการคํานวณเหล่านี้ที่เราค้นพบว่าหลุมดําไม่ได้เป็นสีดําทั้งหมด 100% พวกเขาเรืองแสงเล็กน้อย การเรืองแสงนี้เรียกว่า “รังสีแบล็กบอดี้” หมายความว่าพวกเขายังมีความร้อนและเอนโทรปี (หรือที่เรียกว่า “ความผิดปกติ”) และคําศัพท์อื่น ๆ ทั้งหมดที่เรามักจะใช้กับวัตถุทางโลกมากขึ้นเช่นตู้เย็นและเครื่องยนต์รถยนต์
เทคนิคที่มีประสิทธิภาพ
ฮอว์คิงมุ่งเน้นไปที่กลไกควอนตัมที่มีผลต่อบริเวณใกล้เคียงกับหลุมดํา แต่นั่นไม่ใช่เรื่องราวทั้งหมด กลศาสตร์ควอนตัมไม่รวมแรงโน้มถ่วงและคําอธิบายที่สมบูรณ์ของสิ่งที่เกิดขึ้นใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์จะต้องรวมถึงแรงโน้มถ่วงควอนตัมหรือคําอธิบายของแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งทําหน้าที่ในระดับเล็ก ๆ น้อย ๆ วัยรุ่น
ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1970 นักฟิสิกส์หลายคนได้ลองเสี่ยงโชคทั้งในการพัฒนาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมและการใช้ทฤษฎีเหล่านั้นกับฟิสิกส์ของขอบฟ้าเหตุการณ์ ความพยายามล่าสุดมาจากการศึกษาใหม่นี้โดย Calmet และ Kuipers ซึ่งตีพิมพ์ในเดือนกันยายนในวารสาร Physical Review D
”แม้ว่าความดันที่เกิดจากหลุมดําที่เรากําลังศึกษามีขนาดเล็ก แต่ความจริงที่ว่ามันมีอยู่เปิดโอกาสใหม่ ๆ มากมายซึ่งครอบคลุมการศึกษาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์อนุภาคและฟิสิกส์ควอนตัม”
ซาเวียร์ คาลเม็ต
”สัญชาตญาณสําคัญของฮอว์คิงที่ว่าหลุมดําไม่ใช่สีดํา แต่มีสเปกตรัมรังสีที่คล้ายกับของร่างกายสีดําทําให้หลุมดําเป็นห้องปฏิบัติการที่เหมาะสําหรับการตรวจสอบการทํางานร่วมกันระหว่างกลศาสตร์ควอนตัมแรงโน้มถ่วงและอุณหพลศาสตร์” Calmet กล่าว
หากไม่มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมเต็มรูปแบบคู่หูใช้เทคนิคการประมาณที่เรียกว่าทฤษฎีสนามที่มีประสิทธิภาพหรือ EFT ทฤษฎีนี้ถือว่าแรงโน้มถ่วงในระดับควอนตัมอ่อนแอ – สมมติฐานที่ช่วยให้คุณก้าวหน้าในการคํานวณโดยที่ทุกอย่างจะพังทลายลงเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงในระบอบ เว็บตรง
