การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงยืนยัน 'คำทำนาย' ของไอน์สไตน์และฮอว์คิงเกี่ยวกับหลุมดำ

นักวิทยาศาสตร์เพิ่งบันทึกสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ละเอียดที่สุดจากการชนกันของหลุมดำ ซึ่งยืนยันเป็นครั้งแรกว่าคำทำนายสำคัญ 2 ข้อของไอน์สไตน์และฮอว์คิงเกี่ยวกับหลุมดำนั้นถูกต้อง

เมื่อหลุมดำสองหลุมมารวมกัน พวกมันจะสร้างคลื่นระลอกคลื่นในอวกาศที่เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วง เครื่องตรวจจับบนโลกสามารถ "จับ" สัญญาณเหล่านี้ได้ ช่วยให้ นักวิทยาศาสตร์ เข้าใจจักรวาลได้ดีขึ้น - ภาพ: Maggie Chiang/Simons Foundation

หลุมดำ “สัตว์ประหลาดแห่งจักรวาล” ที่มีแรงโน้มถ่วงรุนแรงมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกมาได้ ถือเป็นหัวข้อที่น่าสนใจสำหรับนักวิทยาศาสตร์มานานแล้ว

แม้ว่าหลุมดำจะปรากฏในผลงานทางทฤษฎีของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เมื่อกว่าศตวรรษที่แล้ว และได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยสตีเฟน ฮอว์คิงในศตวรรษที่ 20 แต่หลุมดำยังคงเป็นหัวข้อที่เข้าถึงได้ยากที่สุดในจักรวาลเนื่องจากธรรมชาติที่ "มองไม่เห็น" ของมัน

คลื่นความโน้มถ่วง: กุญแจไขประตูสู่การวิจัยหลุมดำ

ในปี พ.ศ. 2558 หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง LIGO (สหรัฐอเมริกา) ได้บันทึกคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นระลอกคลื่นในอวกาศและเวลาที่เกิดจากหลุมดำสองหลุมชนกันในจักรวาลอันห่างไกลเป็นครั้งแรก การค้นพบนี้เปรียบเสมือน "การเปิดมุมมองใหม่" ในการสังเกตการณ์จักรวาล และยังเปิดโอกาสให้พิสูจน์ทฤษฎีเกี่ยวกับหลุมดำได้โดยตรงอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเบื้องต้นยังไม่มีรายละเอียดเพียงพอที่จะยืนยันคำทำนายที่สำคัญสองประการได้

ทฤษฎีหนึ่งคือ ทฤษฎีเคอร์ ของไอน์สไตน์ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หลุมดำสามารถอธิบายได้ด้วยคุณสมบัติพื้นฐานเพียงสองประการ คือ มวลและสปิน คุณสมบัติอื่นๆ ทั้งหมดจะ "หายไป" เมื่อตกลงไปในหลุมดำ ซึ่งเรียกว่า "ทฤษฎีบทไม่มีเส้นผม"

ประการที่สองคือ ทฤษฎีบทพื้นที่ ของฮอว์คิง สตีเฟน ฮอว์คิงทำนายไว้ในปี พ.ศ. 2514 ว่าพื้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ ซึ่งเป็นขอบเขตที่ไม่มีสิ่งใดหลุดรอดออกไปได้นั้น จะสามารถคงอยู่เท่าเดิมหรือเพิ่มขึ้นตามเวลาเท่านั้น และไม่ลดลงเลย

ถือเป็นหลักการที่คล้ายกับกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งระบุว่าเอนโทรปี (ระดับความไม่เป็นระเบียบ) ของจักรวาลจะเพิ่มขึ้นอยู่เสมอ

ความก้าวหน้าหลังจากทศวรรษ

วารสาร Sciencedaily รายงานว่า ความร่วมมือระดับนานาชาติระหว่าง LIGO-Virgo-KAGRA ได้เผยแพร่ผลการวิจัยล่าสุดในวารสาร Physical Review Letters โดยบันทึกสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่มีรายละเอียดมากที่สุดเท่าที่เคยมีมา ซึ่งเกิดจากการชนกันของหลุมดำสองหลุม (เหตุการณ์ GW250114) ก่อให้เกิดหลุมดำขนาดยักษ์ที่มีมวล 63 เท่าของดวงอาทิตย์ และหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วถึง 100 ครั้งต่อวินาที

ด้วยเทคโนโลยีที่ล้ำสมัย นักวิทยาศาสตร์จึงได้ “ภาพรวม” ของทั้งก่อนและหลังการควบรวมของหลุมดำสองหลุมเป็นครั้งแรก จากข้อมูลนี้ พวกเขาได้ยืนยันสมมติฐานสองข้อในเวลาเดียวกัน:

หลุมดำได้รับการอธิบายอย่างแม่นยำด้วยมวลและการหมุน ดังเช่นที่ทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายไว้

พื้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะเพิ่มขึ้นหลังจากการรวมตัวกันเท่านั้น ตามทฤษฎีบทพื้นที่ของฮอว์คิง

ไอน์สไตน์ (ขวา) และฮอว์คิง (ซ้าย) ประเมินธรรมชาติของหลุมดำได้อย่างแม่นยำ - ภาพ: MashableIndia

จากหลุมดำสู่ธรรมชาติของจักรวาล

บทพิสูจน์ทฤษฎีบทของฮอว์คิงเผยให้เห็นความคล้ายคลึงอันน่าพิศวงระหว่างหลุมดำกับอุณหพลศาสตร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเติบโตของพื้นที่หลุมดำเปรียบเสมือนการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี ซึ่งหมายความว่าหลุมดำอาจเป็น "หน้าต่างทางคณิตศาสตร์" สู่ความเข้าใจธรรมชาติของอวกาศ เวลา และความพยายามอันยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์สมัยใหม่ นั่นคือ การรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม

“นี่คือหลักฐานที่ชัดเจนที่สุดเท่าที่เคยมีมาว่าหลุมดำในจักรวาลสอดคล้องกับทฤษฎีของไอน์สไตน์จริงๆ” แม็กซิมิเลียโน อิซี หนึ่งในทีมวิจัยกล่าว “ความจริงที่ว่าพื้นที่ของหลุมดำเป็นไปตามกฎเดียวกันกับเอนโทรปีนั้นมีความหมายลึกซึ้งอย่างยิ่งต่อธรรมชาติของจักรวาล”

ในทศวรรษหน้า เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจะมีความไวเพิ่มขึ้น 10 เท่าจากปัจจุบัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศแบบเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์กำลังอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง ซึ่งคาดว่าจะสามารถตรวจจับการสั่นสะเทือนจากหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแล็กซีของเราได้

กว่า 100 ปีหลังจากที่ไอน์สไตน์ทำนายหลุมดำด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ และกว่าครึ่งศตวรรษหลังจากที่ฮอว์คิงพิสูจน์ทฤษฎีดังกล่าว มนุษย์ได้เริ่ม "ได้ยิน" และ "เห็น" สัญญาณที่พิสูจน์ว่าสิ่งเหล่านั้นถูกต้องโดยตรง

หลุมดำซึ่งครั้งหนึ่งเคยมีอยู่เพียงในหนังสือวิทยาศาสตร์ กำลังค่อยๆ กลายเป็นสิ่งที่ "มีอยู่จริง" ต่อหน้าเหล่านักดาราศาสตร์ และสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่บันทึกไว้แต่ละครั้งถือเป็นก้าวสำคัญในการช่วยให้มนุษย์เข้าใจจักรวาลอันลึกลับที่เราอาศัยอยู่ได้ดียิ่งขึ้น

กลับสู่หัวข้อ

มินห์ ไฮ

ที่มา: https://tuoitre.vn/phat-hien-song-hap-dan-xac-nhan-tien-tri-cua-einstein-va-hawking-ve-ho-den-20250913075131812.htm