ผมไม่คิดว่าจะต้องเขียนถึง “หลุมดำ” แบบต่อเนื่องสองสัปดาห์ติดเช่นนี้
แต่เป็นเพราะ หลังจากชวนให้อ่าน “แบล็กโฮลบลูส์” ของ เจนนา เลวิน กันเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ไม่กี่วันถัดมา คณะกรรมการพิจารณารางวัลโนเบล ก็เลือกนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ 3 คน ที่มีบทบาทสูงอย่างยิ่งต่อการบุกเบิกการศึกษาว่าด้วยหลุมดำในยุคปัจจุบันนี้ ให้เป็นผู้ได้รับรางวัล โนเบลฟิสิกส์ 2020
ก็เลยขอพูดถึง “หลุมดำ” อีกครั้งก็แล้วกัน
บุคคลทั้ง 3 คือ เซอร์ โรเจอร์ เพนโรส นักคณิตศาสตร์ นักทฤษฎีฟิสิกส์ ชาวอังกฤษ ที่เป็นศาสตราจารย์ในสังกัดของมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด และ แอนเดรีย เกซ นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย กับ ไรน์ฮาร์ด เกนเซล นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบอนน์ และสถาบันมักซ์ พลังก์
รางวัล 10 ล้านโครเนอร์ แบ่งเป็น 2 ส่วน ครึ่งหนึ่งตกเป็นของเซอร์ โรเจอร์ อีกครึ่งนำไปแบ่งกันระหว่าง เกซ กับ เกนเซล ครับ
มีหลายคนเข้าใจผิดว่า ทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปีนี้เพราะ “ค้นพบ” หลุมดำ ซึ่งไม่ใช่
จริงๆ แล้ว คนที่พูดถึงหลุมดำเอาไว้เป็นคนแรกในโลกนี้ ไม่ใช่ใคร แต่คืออัจฉริยะอย่าง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นั่นแหละ
ไอน์สไตน์ “ทำนาย” ถึงหลุมดำเอาไว้ใน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ครับ
ภายใต้ทฤษฎีที่มีชื่อเสียงมากที่สุดของไอน์สไตน์ชิ้นนี้ อุปมา กาลเวลาและอวกาศ เอาไว้ว่า เหมือนผืนเส้นใยที่แผ่ปกคลุมไปทั่วจักรวาล
คุณสมบัติสำคัญของผืนเส้นใย “กาล-อวกาศ” ที่ว่านี้ คือมันโค้งหรือบิดงอได้เพราะ “แรงโน้มถ่วง” (gravity) ยิ่งมีแรงโน้มถ่วงสูงมากเท่าใด (หรือมีมวลมาก) กาล-อวกาศ ยิ่งบิดงอหรือโค้งงอได้มากขึ้นเท่านั้น
ไอน์สไตน์ ทำนายต่อเอาไว้ว่า ณ บางจุดของจักรวาล ซึ่งมี “วัตถุมีมวลมหาศาลยิ่ง” ก็จะทำให้แผ่นผืนกาล-อวกาศโค้งงอถึงกับเป็นหลุมล้ำลึกได้ ด้วยเหตุที่ว่าเมื่อมีมวลสูงมากก็ยิ่งมีแรงโน้มถ่วงสูงมากตามไปด้วย
แรงโน้มถ่วงของหลุมมวลมหาศาลนี้สูงมากเสียจนดึงดูดเอาวัตถุทั้งหลายโดยรอบให้หลุดลงไปภายใน
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ระบุเอาไว้ว่า วัตถุใดๆ ที่ถูกดึงดูดเข้าหาหลุมดำ เมื่อผ่านเลย “เส้นแบ่งอาณาเขต” ที่เรียกว่า “เส้นขอบฟ้าของเหตุการณ์” หรือ “event horizon” แล้ว จะไม่มีอะไร แม้แต่ “แสง” หลุดรอดกลับออกมาจากหลุมดำอีกเลย
ปัญหาก็คือ ไอน์สไตน์ ไม่ได้เชื่อถือในคำทำนายของตัวเองมากนัก ไม่ได้จริงจังกับความคิดที่ว่า หลุมดำ ตามคำบรรยายเชิงทฤษฎีของตัวเองจะมีอยู่จริง เพียงแค่ว่าไปตามหลักของทฤษฎีเท่านั้นเอง
คนที่ยืนยันการดำรงอยู่จริงของหลุมดำ ตามที่ไอน์สไตน์ว่าไว้ ก็คือ เซอร์ โรเจอร์ เพนโรส นั่นเอง
ไอน์สไตน์ เสียชีวิตเมื่อ 18 เมษายน 1955 อีกเกือบ 10 ปีต่อมา คือในเดือนมกราคม 1965 เซอร์โรเจอร์ ก็พิสูจน์การมีอยู่จริงของหลุมดำให้เห็นด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ พร้อมกับเขียนความเรียงชิ้นหนึ่งอธิบายอย่างละเอียดลออว่า หลุมดำ สามารถก่อรูปและดำรงอยู่ได้
จนถึงทุกวันนี้ บทความชิ้นดังกล่าวยังคงได้รับการยอมรับว่าเป็น “ส่วนเสริมที่สำคัญที่สุดซึ่งสนับสนุนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป” ของไอน์สไตน์
เซอร์ โรเจอร์ เพนโรส ยังเสริมไว้ด้วยว่า ณ ใจกลางของหลุมดำ จะมีแกนที่มีมวลหนาแน่นเป็น “อนันต์” จนกฎเกณฑ์ใดๆ ไม่ทำงานอีกต่อไป และเรียกมันว่า “เอกภาวะ” หรือ “เอกฐาน”
(singularity) นั่นเอง
ส่วน เกซ กับ เกนเซล นั้น อาศัยองค์ความรู้ทั้งของไอน์สไตน์และคำบรรยายของเซอร์โรเจอร์ มาใช้ในการสังเกตพบความผิดปกติบริเวณใจกลาง ดาราจักรทางช้างเผือกของเรา นั่นคือพบว่าดาราทั้งหลายในพื้นที่ซึ่งรู้จักกันในชื่อ Sagittarius A* (ออกเสียงว่า แซกิททาริอุส เอ สตาร์) เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงผิดปกติ เหมือนถูกดูดด้วยแรงมหาศาลของอะไรสักอย่างที่มองไม่เห็น ที่คำนวณแล้วมีมวลมหาศาลจนน่าตกใจ คือ มีมวลเท่ากับ 4 ล้านโซลาร์แมส (คือเท่ากับมวลของดวงอาทิตย์ 4 ล้านดวงรวมกัน) ทั้งๆ ที่มีอาณาเขตครือๆ กับอาณาเขตของระบบสุริยะเราเท่านั้น
ที่น่าสนใจก็คือ ทั้ง เกซ และ เกนเซล ต่างคนต่างคิดต่างทำ เรื่องนี้แยกจากกัน แต่ทั้งคู่ได้ข้อสรุปเหมือนๆ กันกล่าวคือ ตรงใจกลางดาราจักรทางช้างเผือกนั่น ต้องมี “หลุมดำมวลยวดยิ่ง” มหึมาปรากฏอยู่
ทั้งสองนำทีมวิจัยพัฒนาเทคนิคกล้องโทรทรรศน์ เพื่อตรวจสอบข้อสรุปของตนจากพื้นโลก บุกเบิกวิธีการค้นหาหลุมดำ
และพบหลักฐานที่ดีที่สุดเท่าที่มีอยู่ ซึ่งแสดงให้เห็นว่า มีหลุมดำมหึมาอยู่ใจกลางทางช้างเผือกจริงๆ
รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปีนี้ จึงพาเราไปทำความรู้จักหลุมดำตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงปัจจุบันได้อย่างเอกอุทีเดียว
