หลุมดำ

ในจักรวาลอันกว้างใหญ่ ยังมีสิ่งลึกลับมากมายที่รอให้มนุษย์ได้ค้นหาคำตอบ หนึ่งในนั้นคือ วัตถุุลึกลับที่รู้จักกันในนาม หลุมดำ (Black Hole) ตลอดหลายสิบปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ต่างพากันศึกษาเพื่อหาคำตอบถึงการมีอยู่จริงของเจ้าวัตถุลึกลับที่ว่านี้

“หลุมดำ คือ หลุมในอวกาศที่สามารถดูดทุกสิ่งที่หลงเข้าไปใกล้รัศมีของมันได้ ไม่เว้นแม้แต่แสง”
จากคำกล่าวนี้เองที่ทำให้คนทั่วไปยากที่จะเชื่อว่ามันมีอยู่จริง แต่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเชื่อว่าหลุมดำมีอยู่จริง ยิ่งไปกว่านั้นมันยังอยู่ใกล้ตัวเรามากด้วย โดยคำทำนายจากทฤษฎีฟิสิกส์ขั้นสูงที่ว่า หลุมดำไม่ได้เป็นเพียงแค่ดาวยักษ์สีดำที่คอยจ้องจะกลืนกินทุกสิ่งที่เข้าใกล้เท่านั้น แต่ยังมีีหลุมดำขนาดจิ๋วที่เล็กจนสามารถซ่อนในวัตถุต่างๆในโลกของเรา หรือแม้แต่ในตัวของคุณเอง!

ตามทฤษฎีฟิสิกส์ หลุมดำ เกิดจากการที่ดาวฤกษ์ซึ่งใช้ปฏิกริยานิวเคลียร์ในการก่อให้เกิดแสงสว่างและพยุงไม่ให้ดาวทั้งดวงเกิดการยุบตัว ได้ทำการเผาไหม้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จนหมดไปเป็นเหตุให้เกิดการระเบิดตัวอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า Supernova ผิวนอกของดาวจะระเบิดตัวกระจายอยู่รอบๆ ส่วนแกนกลางจะยุบตัวอย่างรวดเร็ว ซึ่งจากการยุบตัวนี้ได้ทำให้เกิด ดาวแคระขาว และดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ โดยดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยกว่า 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์จะเกิดเป็น ดาวแคระขาว แต่หากดาวฤกษ์มีมวลมากกว่า 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์ ก็จะก่อให้เกิดวัตถุชนิดใหม่คือ ดาวนิวตรอน

จากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ สามารถอธิบายถึงแรงโน้มถ่วงของอวกาศ โดยสมมติให้อวกาศเป็นเสมือนแผ่นผ้าใบขึงตึงทั้งสี่ด้านถ้ากลิ้งลูกหินลงไปบนผืนผ้าใบ มันจะวิ่งเป็นทางตรงเนื่องจากผ้าใบเรียบ แต่ถ้าวางตุ้มน้ำหนักน้ำหนักของตุ้มจะทำให้ผ้าใบบุ๋ม และเมื่อกลิ้งลูกหิน ทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกหินย่อมได้รับผลกระทบจากความโค้งของผืนผ้าใบ ซึ่งหมายความว่า แรงโน้มถ่วงจากดาวต่างๆ คือ ความโค้งของอวกาศรอบๆ ดวงดาวเหล่านั้น เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับที่ลูกตุ้มกระทำต่อผืนผ้าใบยิ่งมวลของดาวมีค่ามาก ความโค้งของอวกาศก็ยิ่งมีค่ามาก ทำให้แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากดาวนั้นมีค่ามากตามไปด้วย

ไอน์สไตน์ได้เขียนคำอธิบายถึงแรงโน้มถ่วงของอวกาศนี้ออกมาเป็นสูตรที่เรียกกันว่า Einstein’s
Field Equation โดยผู้ที่สามารถหาคำตอบแรกของสมการนี้ได้ คือ คาร์ล ชวาชชิลล์(Karl Schwarzschild) ซึ่งเขาได้พิจารณาถึงความโค้งของอวกาศรอบๆ ดาวที่มีรูปทรงกลมสมบูรณ์และไม่หมุนรอบตัวเอง และพบว่า ระยะห่างค่าหนึ่งจากใจกลางของดวงดาว ซึ่งเรียกว่ารัศมีของSchwarzschild ความโค้งของอวกาศจะมีค่ามากจน แม้แต่แสงยังถูกกักขังเอาไว้ได้

ดาวฤกษ์ที่ระเบิดและยุบตัวจนมีขนาดเล็กกว่ารัศมีของ Schwarzschild ดาวจะแปรสภาพเป็นหลุมดำ โดยจะสร้างผิวทรงกลมที่เรียกว่า Event Horizon ขึ้น ซึ่งจะมีขนาดเท่ากับ รัศมีีของ Schwarzschild หากมีวัตถุเคลื่อนที่เข้าใกล้หลุมดำเกินกว่า Event Horizon ก็จะถูกแรงดึงดูดอันมหาศาลของมันดูดเอาไว้ และไม่สามารถหนีออกมาได้อีก แม้ว่าวัตถุนั้นจะมีความเร็วเท่ากับแสงก็ตาม ซึ่งสิ่งนี้เองคือต้นกำเนิดของหลุมดำ