สารบัญ



ผู้อ่านอาจมีความสงสัยว่าหลุมดำนั้นเอาแรงดึงดูดมากมายมหาศาลมาจากไหนทั้งๆที่มันเป็นเพียงดาวที่ตายดับแล้ว
ถ้าจะไขความลับของหลุมดำ เราคงต้องมาทำความเข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงเพิ่มเติม

เป็นเรื่องแปลกไม่น้อย ที่ถึงแม้ว่าในปัจจุบันเราจะสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกออกไปสู่ห้วงอวกาศได้

แต่ก็ยังไม่มีนักวิทยาศาสตร์เข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงอย่างชัดเจน

พฤติกรรมของมันยังคงเป็นปริศนาอยู่จนถึงทุกวันนี้



หนึ่งนาที กับ Einstein's Gravity


ในปี ค.ศ. ๑๙๑๕ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้เสนอแนวคิดของเขาในการอธิบายแรงโน้มถ่วง
ซึ่งทุกคนรู้จักในชื่อ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หรือ General Relativity
ภาพของแรงโน้มถ่วงตามความคิดของไอน์สไตน์นั้นอธิบายด้วยความโค้งของอวกาศ
เราลองหลับตานึกภาพว่าอวกาศเป็นเสมือนแผ่นผ้าใบที่ขึงตึงทั้งสี่ด้าน ถ้าเรากลิ้งลูกหินบนผืนผ้าใบนี้
มันย่อมวิ่งเป็นเส้นตรงเนื่องจากแผ่นผ้าใบนั้นเรียบ




แต่ถ้าเราวางตุ้มน้ำหนักลงบนแผ่นผ้า น้ำหนักของตุ้มจะทำให้ผ้าใบบุ๋มลงไปไม่เรียบเหมือนเก่า
ในตอนนี้ถ้าเรากลิ้งลูกหินบนผ้าผืนนี้ ทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกหินย่อมได้รับผลกระทบจากความโค้งของผืนผ้าใบ
(ซึ่งความโค้งนั้นเกิดจากลูกตุ้มที่เราวางลงไปนั่นเอง )




ไอน์สไตน์อธิบายว่า แรงโน้มถ่วงจากดวงดาวต่างๆก็คือความโค้งของอวกาศรอบๆดวงดาวเหล่านั้น
ซึ่งเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับที่ลูกตุ้มกระทำต่อผืนผ้าใบ ยิ่งมวลของดาวมีค่ามากความโค้งของอวกาศก็มีค่ามาก
ทำให้แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากดาวนั้นมีค่ามากตามไปด้วย




ไอน์สไตน์ได้ใช้วิชาเรขาคณิตเขียนความคิดของเขาออกมาเป็นสูตรคณิตศาสตร์ที่เรียกกันว่า
สมการสนามของไอน์สไตน์ ( Einstein's Field Equation ) ซึ่งเป็นสมการที่หาคำตอบได้ยากที่สุดสมการหนึ่ง
ในปัจจุบันยังไม่มีนักคณิตศาสตร์คนใดที่สามารถจะหาคำตอบทั่วไป (General solution) ของสมการนี้ได้
แม้ว่าจะเป็นสมการที่เป็นรากฐานของทฤษฎีฟิสิกส์ยุคใหม่หลายๆทฤษฎีก็ตาม
คำตอบของสมการนี้ส่วนใหญ่ได้มาจากการคาดเดา หรือไม่ก็กำหนดเงื่อนไขเฉพาะเจาะจงลงไป
เพื่อทำให้สามารถหาคำตอบได้




คำตอบหนึ่งคือ...หลุมดำ??


คำตอบแรกของสมการสนามนี้ค้นพบโดยนักฟิสิกส์ ชื่อ คาร์ล ชว็าชชิลล์ (Karl Schwarzschild)
เพียงไม่กี่เดือนหลังจากที่ ไอน์สไตน์ประกาศทฤษฏีของเขา ชว็าซชิลล์ได้พิจารณาความโค้งของอวกาศรอบๆ
ดาวที่มีรูปทรงเป็นทรงกลมสมบรูณ์และไม่หมุนรอบตัวเอง คำตอบที่Schwarzschildค้นพบมีสิ่งน่าตื่นเต้นคือ
ที่ระยะห่างค่าหนึ่งจากใจกลางของดวงดาว ซึ่งเรียกว่า รัศมีของSchwarzschild ความโค้งของอวกาศมีค่ามาก
มากเสียจนขนาดที่ว่า แม้แต่แสงก็ยังถูกกักขังเอาไว้ได้

ภาพแสดงความโค้งของอวกาศรอบๆ ดวงอาทิตย์ (รูปที่ ๑) และ ความโค้งของอวกาศบริเวณหลุมดำ (รูปที่ ๒)

สำหรับดวงดาวโดยทั่วไปแล้วรัศมีของดาวจะมีค่ามากกว่า รัศมีของSchwarzschild เราจึงไม่พบรัศมีที่ว่า
แต่ในกรณีที่ดาวมีมวลมากกว่า 3 เท่าของดวงอาทิตย์ ดังที่ได้กล่าวไว้ในหัวข้อที่แล้วนั้น
เมื่อปฎิกริยานิวเคลียร์ภายในดวงดาวสิ้นสุดลง มันจะยุบตัวลงจนมีขนาดเล็กกว่า รัศมีของSchwarzschild
ในกรณีนี้ดาวจะแปรสภาพเป็น หลุมดำ โดยดาวจะสร้างผิวทรงกลมที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon) ขึ้น
โดยขอบฟ้าเหตุการณ์นี้จะมีรัศมีเท่ากับรัศมีของSchwarzschild



วัตถุที่เคลื่อนที่เข้าใกล้ หลุมดำเกินกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ จะถูกแรงดึงดูดมหาศาลของมันดูดเอาไว้
และไม่สามารถที่จะหนีออกมาได้อีกแม้ว่าวัตถุนั้นจะมีความเร็วเท่าเก่าแสงก็ตาม นี่เองคือต้นกำเนิดของหลุมดำ



จากการคำนวนพบว่า รัศมีSchwarzschild ของ ดวงอาทิตย์ นั้นมีขนาดเพียง 2.9 กิโลเมตร
ในขณะที่รัศมีของดวงอาทิตย์ยาวถึงเกือบ 7แสนกิโลเมตร
ดังนั้นดวงอาทิตย์จึงไม่มีคุณสมบัติของหลุมดำปรากฎออกมาให้เห็น



น่าเสียดาย... เพียงแค่ 4 เดือนหลังจากที่ผลงานของเขาเป็นที่ยอมรับ Schwarzschild
ก็ถูกส่งไปทำการรบในมหาสงครามโลกครั้งที่ 1 สังกัดกองทัพบกเยอรมันนี และเสียชีวิตลง
ณ.ชายแดนประเทศรัสเซีย ... สงครามช่างทำลายได้ทุกอย่างจริงๆ



แล้วมีอะไรเกิดขึ้นล่ะ ถ้าเข้าไปในหลุมดำ?



จะเห็นได้ว่าขอบฟ้าเหตุการณ์นั้นเป็นเสมือนจุด " ไปไม่กลับ " คือ ถ้าเราเกิดหลงเข้าไปใกล้
เจ้าหลุมดำเกินกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์แล้วล่ะก็ เราหมดสิทธิ์ที่จะกลับออกมา
คำถามก็คือถ้าเกิดตกลงไปเกินกว่าจุด "ไปไม่กลับ" แล้วผลจะเป็นอย่างไร



ตามทฤษฎีแล้วภายในหลุมดำแรงดึงดูดจะมีค่าเพิ่มขึ้นมหาศาลเหมือนโกหก
โดยเฉพาะที่จุดศูนย์กลางของหลุมดำนั้น ทฤษฎีทำนายไว้ว่ามีแรงดึงดูดมากมายจนไม่สามารถวัดได้
หรือที่เรียกว่า เป็นค่าอนันต์เลยทีเดียว หลายท่านอาจจะยังนึกภาพไม่ออกว่า แรงดึงดูดมากมหาศาลเป็นอนันต์นั้น
มันมากขนาดใหนกันแน่ จะลองยกตัวอย่างในกรณีดาวที่มีมวลมากๆ เช่น ดาวนิวตรอน แรงดึงดูดของมัน
สามารถฉีกเราให้เป็นชิ้นๆได้ทีเดียว ที่ใช้คำว่า "ฉีก" ก็เพราะว่าเราจะรู้สึกเหมือนโดนฉีกให้ขาดออกจากกันจริงๆ



ขนาดความแรงของแรงโน้มถ่วงนั้น ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากจุดศูนย์กลางดวงดาว คือยิ่งใกล้ดาวมากแรงดึงดูดก็จะยิ่งมาก
สำหรับวัตถุใดๆก็ตามที่อยู่ให้อิทธิพลของแรงชนิดนี้ ส่วนของวัตถุด้านอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของดาวมากกว่า
จะได้รับอิทธิพลของแรงดึงดูดมากกว่าด้านที่อยู่ไกล ออกไป



ตาม กฎข้อที่สองของนิวตัน แรงที่กระทำกับวัตถุแปรผันตรงกับความเร่ง ดังนั้นเมื่อแรงที่กระทำต่อทั้งสองด้านไม่เท่ากัน
ความเร็วก็ย่อมไม่เท่ากัน สมมุติว่าตัวของเราส่วนล่างของเราเกิดวิ่งเร็วกว่าส่วนบนขึ้นมา จะเกิดอะไรขึ้น?
ผลก็คือตัวเราก็จะถูกฉีกขาดออกเป็นสองท่อนนั่นเอง



ปรากฎการณ์ดังกล่าวเรียกว่า Tidal force ที่เรียกว่า Tidal ก็เพราะว่าคำอธิบายเดียวกันสามารถนำไปอธิบายได้ว่า
ทำไมน้ำขึ้นน้ำลง ถึงเกิดขึ้นวันละสองครั้ง
(...ฝากให้ผู้อ่านเก็บไปคิดเป็นการบ้าน ว่าปรากฎการณ์ทั้งสองเกี่ยวข้องกันอย่างไร ?...)



จะเห็นว่าแรงดึงดูดที่มากจนเกินไปนั้น ดูไม่ค่อยจะเป็นที่น่าพิศมัยซักเท่าไหร่นัก
สำหรับแรงดึงดูดที่ใจกลางของหลุมดำนั้น ท่านผู้อ่านคงพอจินตนาการได้ว่า จะขนาดไหน...





เราเชื่อ ไอน์สไตน์ได้แค่ใหน ?



ไอน์สไตน์นั้นค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป จากจินตนาการ และ สมการบนแผ่นกระดาษ
หลายคนอาจไม่แน่ใจว่า ความคิดที่แทนแรงโน้มถ่วงด้วยความโค้งของอวกาศนั้นถูกต้องและใช้ได้จริง



ในช่วงหลายสิบปีที่ผ่านมา ทฤษฎีของไอน์สไตน์ได้รับการพิสูจน์มาแล้วนับครั้งไม่ถ้วน
การทดลองทางดาราศาสตร์ต่างๆล้วนแต่ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎี เช่น การสังเกตวงโคจรของดาวพุธ
และ ปรากฎการณ์ Gravitational Lens เป็นต้น นอกจากนี้ในปัจจุบันมีการค้นหลายๆปรากฎการณ์
ที่ยืนยันการมีอยู่จริงของหลุมดำ หลักฐานเหล่านี้เป็นข้อพิสูจน์ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีความแม่นยำ
และเชื่อถือได้ในระดับหนึ่ง (เมื่อไม่คำนึงถึงผลทางควอนตัมฟิสิกส์)

---

	ป้อนคำที่ต้องการค้นหา ส่งฟอร์มการค้นหา
	เว็บทั่วโลก วิชาการ.คอม

วิชาการ.คอม คือ ใคร? || กฏ กติกา มารยาท || ติดต่อลงโฆษณา || ร่วมงานกับเรา ติดต่อลงโฆษณา :   คุณอันนา 081 4965363 สำนักงาน :   02 2015735 อีเมล์ :    Copyright© 2000-2007, Vcharkarn.Com. All rights reserved.

คลิ๊กเพื่อดูสถิติ รับรองและสนับสนุนโดย

สสวท.

มูลนิธิ พสวท.

พสวท.