เหตุใดหลุมดำ จึงไม่ดูดเอาห้วงอวกาศเข้าไปทั้งหมด ?

เหตุใดหลุมดำ จึงไม่ดูดเอาห้วงอวกาศเข้าไปทั้งหมด ? – BBCไทย

แม้จะทราบกันดีว่าหลุมดำเป็นวัตถุอวกาศที่มีแรงโน้มถ่วงมหาศาล จนกระทั่งแสงก็ไม่สามารถหนีหลุดรอดออกมาได้ แต่เราก็ยังไม่เคยพบหลุมดำที่ดูดเอามวลสารจากห้วงอวกาศโดยรอบเข้าไปอย่างไร้ขีดจำกัด หรือหลุมดำที่ขยายตัวอย่างไม่หยุดยั้งจนน่ากลัวว่าจะกลืนกินจักรวาลเข้าไปทั้งหมด ซึ่งหลายคนก็อาจสงสัยว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้น

เคยมีผู้ให้คำอธิบายในเรื่องนี้เอาไว้หลายแนวทางด้วยกัน แต่ล่าสุดศาสตราจารย์เลนนาร์ด ซัสส์คินด์ (Leonard Susskind) จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด หนึ่งในผู้บุกเบิกวางรากฐานของทฤษฎีสตริง (String theory) คนสำคัญได้เสนอแนวคิดใหม่ที่ชี้ว่า หลุมดำจะไม่ดูดกลืนเอาห้วงอวกาศโดยรอบเข้าไปทั้งหมด เพราะมันมีการขยายตัว “ภายใน”มากกว่าการขยายตัวออกสู่พื้นที่ภายนอก

ศ. ซัสส์คินด์เผยถึงแนวคิดดังกล่าว ในบทความที่เผยแพร่ทางเว็บไซต์คลังเอกสารวิชาการ arXiv.org โดยระบุว่าเมื่อหลุมดำดูดเอาสิ่งต่าง ๆ เข้าไปเพิ่มขึ้น จะเกิดการขยายตัวของปริมาตรด้านใน ซึ่งปริมาตรที่เพิ่มขึ้นนี้ไม่ใช่การขยายตัวของขนาดหรือพื้นที่แบบที่คนเราจะสังเกตเห็นได้ตามปกติ แต่เป็นการเพิ่มขึ้นของ “ความซับซ้อนเชิงควอนตัม” (Quantum complexity) ซึ่งอธิบายได้ด้วยคณิตศาสตร์

• สสาร-พลังงาน 95% ของจักรวาลอาจเป็น “ของไหลมืด”
• หลุมดำหมุนตัวใกล้ความเร็วแสงอาจปั่นห้วงอวกาศให้หมุนตาม
• แสงดาวฤกษ์เปลี่ยนไปขณะเข้าใกล้หลุมดำตามทฤษฎีของไอน์สไตน์

คำอธิบายของศ. ซัสส์คินด์นี้แปลกใหม่และเข้าใจได้ยาก เพราะที่ผ่านมาการอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ของหลุมดำจะอิงอยู่กับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งทำนายถึงการมีอยู่ของหลุมดำไว้ตั้งแต่ปี 1915 โดยชี้ว่าหลุมดำคือสภาพที่ปริภูมิ-เวลา (space-time) ถูกมวลมหาศาลดึงถ่วงให้โค้งลงคล้ายท่อหรืออุโมงค์ลึก แต่นิยามนี้ไม่สามารถอธิบายเรื่องการขยายตัวของหลุมดำได้

นอกจากนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังมีข้อจำกัดในการอธิบายปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่เล็กในระดับอนุภาค ทำให้ศ.ซัสส์คินด์พยายามสร้างทฤษฎีใหม่ โดยนำหลักกลศาสตร์ควอนตัมเข้ามาช่วยอธิบายเรื่องการขยายตัวของหลุมดำด้วย แม้ที่ผ่านมาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจะไม่สามารถไปกันได้ดีนักกับกลศาสตร์ควอนตัมก็ตาม

ในบทความที่เผยแพร่ล่าสุด ศ.ซัสส์คินด์เสนอทฤษฎีที่เรียกว่า Ads/CFT ซึ่งเป็นการใช้ทฤษฎีสตริงในกรอบ 4 มิติ สร้างแบบจำลองวิวัฒนาการของเอกภพที่กำลังขยายตัวแบบหนึ่ง โดยเขาบอกว่าแนวคิดการขยายตัว “ภายใน” ของหลุมดำนี้ มีความสอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าเอกภพกำลังขยายตัวด้วยอัตราเร่งอีกด้วย