หลุมดำ ที่มีแรงดึงดูดมหาศาลจนแสงยังหนีออกมาไม่ได้ แต่บางสิ่งอาจหนีออกมาจากหลุมดำได้...

วงการวิทยาศาสตร์ก้าวหน้าไปอีกขั้น กับการสร้างการทดลองที่อาจสามารถพิสูจน์การมีอยู่ของ "รังสีฮอว์กิ้ง" (Hawking radiation) ด้วยการใช้อุปกรณ์การทดลองแบบ Optical fibre analogue ซึ่งเป็นแบบจำลองทางฟิสิกส์ของหลุมดำที่ถูกสร้างขึ้นในห้องทดลองของสถาบัน Weizmann Institute of Science ในเมือง Rehovot ประเทศอิสราเอล และมีการรายงานว่าพวกเขาสามารถกระตุ้นให้เกิดการแผ่ รังสีฮอว์กิ้ง

ภายใต้หลักการของ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General relativity) หลุมดำเป็นสภาพที่ไม่สามารถมีสิ่งใดๆ หลบหนีออกมาได้ และเมื่อสิ่งใดๆ เดินทางผ่านขอบเขตที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event horizon) เข้าไป ก็จะไม่มีทางกลับออกมาได้อีก ด้วยแรงดึงดูดโน้มถ่วงอันเข้มข้นมหาศาลของหลุมดำ ทำให้แม้แต่แสงซึ่งเป็นสิ่งที่เร็วที่สุดในจักรวาล ก็ยังไม่สามารถทำความเร็วไปจนถึงระดับที่จะหนีออกมาจากหลุมดำได้

และตามแนวคิดของ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป จะไม่มีการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาจากหลุมดำ แต่นักฟิสิกส์เอกของโลกที่เพิ่งล่วงลับไปไม่นานอย่าง สตีเฟ่น ฮอว์กิ้ง ในช่วงชีวิตวัยหนุ่มของเขาในปี 1974 ได้นำเสนอทฤษฎีที่ว่า หลุมดำสามารถปลดปล่อยบางสิ่งออกมาได้ เมื่อนำหลักการของ กลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) เข้ามารวมในส่วนผสม

และทฤษฎีที่ว่า หลุมดำสามารถแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาได้ นั้นถูกตั้งชื่อให้ว่า รังสีฮอว์กิ้ง ซึ่งเป็นอะไรที่คล้ายกับหลักการของ "การแผ่รังสีของวัตถุดำ" (Black body radiation) อันเกิดจากสภาพอุณหภูมิภายในหลุมดำ ที่แปรผกผันกับมวลอันมหาศาลของมัน (ดูรายละเอียดในคลิปวีดีโอทางด้านล่าง)

โดยการแผ่รังสีนี้ เป็นผลพวงจากการที่หลุมดำเกิดสภาพการระเหยอย่างช้าๆ แต่ด้วยหลักการทางคณิตศาสตร์แล้ว การแผ่รังสีนี้เกิดขึ้นในปริมาณที่เล็กน้อยมาก จนถึงขนาดที่ยังไม่มีเครื่องมือใดๆ สามารถตรวจจับได้ และเพื่อที่จะพิสูจน์ความจริงเรื่อง รังสีฮอว์กิ้ง จึงไดเกิดการสร้างแบบจำลองทางฟิสิกส์ของหลุมดำขึ้นในห้องทดลอง ซึ่งอุปกรณ์การทดลองนั้นก็เป็นลักษณะของถัง ที่สามารถสร้างการสั่นไหวให้เกิดกับของเหลว หรือแม้แต่คลื่นเสียง โดยอาศัยหลักการของ สสารควบแน่นโพส-ไอน์สไตน์* หรือการทดลองกับแสงที่อยู่ในสายไฟเบอร์ออปติก

สสารควบแน่นโพส-ไอน์สไตน์* หรือ Bose–Einstein condensate เกิดขึ้นเมื่อลดอุณหภูมิของธาตุลงให้ต่ำมากๆ โดยปกติจะสูงกว่าศูนย์องศาสัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส) ซึ่งเป็นอุณหภูมิในทางทฤษฎีที่ทุกสิ่งทุกอย่างหยุดการเคลื่อนไหวนิ่งสนิท มันทำให้พฤติกรรมที่โดยปกติจะเห็นได้ในระดับอะตอม ก็สามารถเห็นได้ในระดับที่กว้างขึ้น ตัวอย่างเช่น ถ้านำสสารควบแน่นโพส-ไอน์สไตน์มาใส่ในถ้วยแก้ว และรักษาระดับความเย็นให้เพียงพอ สสารดังกล่าวจะไหลคลานออกมาข้างนอกถ้วยแก้วด้วยตัวมันเอง

โดยนักฟิสิกส์อย่างคุณ Ulf Leonhardt กล่าวกับสื่อ Physics World ว่า "มันเกิดขึ้นในเมื่อไหร่ก็ตามที่เราสร้างแบบจำลองของขอบฟ้าเหตุการณ์ขึ้นมา ไม่ว่าจะเป็นการจำลองด้วยแสง คลื่นน้ำ หรืออะตอมที่มีสภาพเย็นจัด" และเห็นได้ชัดเจนว่าการแผ่รังสีฮอว์กิ้ง นั้นไม่ส่งผลกระทบกับสภาพความโน้มถ่วงของหลุมดำ 

โดยในเวลานี้ ตัวเลือกในการสร้างแบบจำลองของหลุมดำ เพื่อทดสอบการแผ่รังสีฮอว์กิ้ง นั้นใช้ระบบการสร้างแบบจำลองทางแสงที่มีความซับซ้อนในเส้นไฟเบอร์ออปติก ซึ่งแบบจำลองนี้ถูกพัฒนาโดยคุณ Ulf Leonhardt เองในปีก่อนๆ เพื่อเฝ้าดูการแผ่รังสีฮอว์กิ้งออกมาจากหลุมดำตามธรรมชาติ

แต่อย่างไรก็ดี การแผ่รังสีที่เกิดขึ้นในการทดลองนี้ เกิดจากกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งภายนอก ซึ่งต่างจากการแผ่รังสีฮอว์กิ้งที่เกิดจากปัจจัยตามธรรมชาติภายในหลุมดำเอง โดยที่ไม่มีการกระตุ้นจากภายนอกแต่อย่างใด ทำให้ยังสรุปได้ยากว่าการทดลองนี้ สะท้อนให้เห็นถึงการแผ่รังสีฮอว์กิ้งออกมาจากหลุมดำได้จริงหรือไม่ ซึ่งข้อจำกัดทางด้านอุปกรณ์ ทำให้ยังเป็นไปได้ยากที่จะสร้างแบบจำลองของขอบฟ้าเหตุการณ์ ที่มีสภาพเหมือนจริงแบบเป๊ะๆ แต่อย่างไรก็ตาม คุณ Ulf Leonhardt ยืนยันอย่างหนักแน่นว่าการทดลองของพวกเขานั้น สามารถสร้างการ แผ่รังสีฮอว์กิ้ง ได้จริง

และผลการทดลองที่ออกมานั้นก็สร้างความแปลกใจให้กับทีมงานไม่น้อย เนื่องจากผลออกมาไม่เป็นตามคาด "จากการคำนวณของเรา การแผ่รังสีฮอว์กิ้ง นั้นต้องมีระดับที่รุนแรงกว่าผลการทดสอบที่เราได้รับ และสิ่งต่อไปที่เราจะทำคือ หาสาเหตุของความคลาดเคลื่อนนี้ และเราก็เปิดรับเสียงวิจารณ์ที่เห็นแย้งกับวิธีการทดลองของเรา" คุณ Ulf Leonhardt กล่าวปิดท้าย