การตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นการยืนยัน "คำทำนาย" ของไอน์สไตน์และฮอว์คิงเกี่ยวกับหลุมดำ

นักวิทยาศาสตร์เพิ่งบันทึกสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ละเอียดที่สุดจากการชนกันของหลุมดำ ซึ่งเป็นการยืนยันคำทำนายสำคัญสองประการของไอน์สไตน์และฮอว์คิงเกี่ยวกับหลุมดำเป็นครั้งแรก

Báo Tuổi Trẻ•13/09/2025

Phát hiện sóng hấp dẫn xác nhận 'tiên tri' của Einstein và Hawking về hố đen - Ảnh 1. — เมื่อหลุมดำสองหลุมรวมตัวกัน พวกมันจะสร้างระลอกคลื่นในอวกาศที่เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วง เครื่องตรวจจับบนโลกสามารถ "จับ" สัญญาณเหล่านี้ได้ ซึ่งช่วยให้ นักวิทยาศาสตร์ เข้าใจจักรวาลได้ดียิ่งขึ้น - ภาพ: Maggie Chiang/Simons Foundation

หลุมดำ "สัตว์ประหลาดแห่งจักรวาล" เหล่านี้มีแรงดึงดูดมหาศาลจนแม้แต่แสงก็ไม่อาจหลุดพ้นไปได้ เป็นหัวข้อที่นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจมานานแล้ว

แม้ว่าหลุมดำจะปรากฏอยู่ในผลงานทางทฤษฎีของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เมื่อกว่าศตวรรษที่แล้ว และได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยสตีเฟน ฮอว์คิงในศตวรรษที่ 20 แต่หลุมดำก็ยังคงเป็นหัวข้อที่เข้าถึงได้ยากที่สุดในจักรวาลเนื่องจากธรรมชาติที่ "มองไม่เห็น" ของมัน

คลื่นความโน้มถ่วง: กุญแจสำคัญในการไขปริศนาการศึกษาหลุมดำ

ในปี 2015 หอดูดาวคลื่นแรงโน้มถ่วง LIGO (สหรัฐอเมริกา) ตรวจพบคลื่นแรงโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นระลอกคลื่นในอวกาศและเวลาที่เกิดจากการชนกันของหลุมดำสองหลุมในเอกภพอันไกลโพ้น การค้นพบนี้เปรียบเสมือน "การเปิดโลกทัศน์ใหม่" ในการสังเกตเอกภพ และยังเป็นโอกาสในการทดสอบทฤษฎีเกี่ยวกับหลุมดำโดยตรงอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเบื้องต้นยังไม่ละเอียดเพียงพอที่จะยืนยันการคาดการณ์สำคัญทั้งสองข้อนี้ได้

หนึ่งในนั้นคือ ทฤษฎีเคอร์ ของไอน์สไตน์ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หลุมดำสามารถอธิบายได้ด้วยคุณสมบัติพื้นฐานเพียงสองประการเท่านั้น คือ มวลและสปิน คุณสมบัติอื่นๆ ทั้งหมดจะ "หายไป" เมื่อตกลงไปในหลุมดำ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันในชื่อ "ทฤษฎีไร้ขน"

ประการที่สอง คือ ทฤษฎีพื้นที่ ของฮอว์กิง ในปี 1971 สตีเฟน ฮอว์กิงได้ทำนายว่า พื้นที่ของขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ ซึ่งเป็นขอบเขตที่ไม่มีสิ่งใดสามารถหลุดรอดออกมาได้ จะคงที่หรือเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเท่านั้น และจะไม่ลดลงเลย

หลักการนี้ถือเป็นหลักการที่คล้ายคลึงกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งระบุว่าเอนโทรปี (ระดับความไม่เป็นระเบียบ) ของจักรวาลจะเพิ่มขึ้นอยู่เสมอ

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญหลังจากรอคอยมานานกว่าทศวรรษ

จากรายงานของ Sciencedaily ความร่วมมือระหว่างประเทศ LIGO-Virgo-KAGRA เพิ่งตีพิมพ์ผลการวิจัยใหม่ในวารสาร Physical Review Letters พวกเขาบันทึกสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่มีรายละเอียดมากที่สุดเท่าที่เคยมีมา ซึ่งเกิดจากการชนกันของหลุมดำสองหลุม (เหตุการณ์ GW250114) ทำให้เกิดหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวล 63 เท่าของดวงอาทิตย์และหมุนด้วยความเร็ว 100 รอบต่อวินาที

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำ นักวิทยาศาสตร์จึงได้ "ภาพที่สมบูรณ์" ของเหตุการณ์ทั้งก่อนและหลังการรวมตัวกันของหลุมดำสองหลุมเป็นครั้งแรก จากข้อมูลนี้ พวกเขาได้ยืนยันสมมติฐานสองข้อพร้อมกัน:

หลุมดำสามารถอธิบายได้อย่างแม่นยำด้วยมวลและการหมุนของมัน ดังที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ทำนายไว้

พื้นที่ของขอบฟ้าเหตุการณ์เพิ่มขึ้นหลังจากเกิดการควบรวมกิจการเท่านั้น ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีพื้นที่ของฮอว์กิง

hố đen - Ảnh 2. — ไอน์สไตน์ (ขวา) และฮอว์คิง (ซ้าย) ได้ทำการสังเกตการณ์อย่างแม่นยำเกี่ยวกับธรรมชาติของหลุมดำ - ภาพ: MashableIndia

จากหลุมดำสู่ธรรมชาติของจักรวาล

การพิสูจน์ทฤษฎีบทของฮอว์กิงเผยให้เห็นความคล้ายคลึงที่น่าทึ่งระหว่างหลุมดำและอุณหพลศาสตร์ กล่าวคือ การเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิวของหลุมดำนั้นคล้ายกับการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี ซึ่งหมายความว่าหลุมดำอาจเป็น "หน้าต่างทางคณิตศาสตร์" ที่ช่วยให้เราเข้าใจธรรมชาติของอวกาศ เวลา และแม้กระทั่งความพยายามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์สมัยใหม่ได้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น นั่นคือ การรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกันเป็นแรงโน้มถ่วงควอนตัม

แม็กซิมิเลียโน อิซี สมาชิกของทีมวิจัย กล่าวว่า "นี่คือหลักฐานที่ชัดเจนที่สุดเท่าที่เคยมีมาว่าหลุมดำในอวกาศนั้นมีลักษณะคล้ายกับสิ่งที่ไอน์สไตน์ได้อธิบายไว้ในทฤษฎีของเขาอย่างแท้จริง ข้อเท็จจริงที่ว่าพื้นที่ผิวของหลุมดำมีรูปแบบเอนโทรปีที่คล้ายคลึงกันนั้น มีนัยสำคัญอย่างยิ่งต่อธรรมชาติของจักรวาล"

ในอีกสิบปีข้างหน้า เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจะมีความไวมากกว่าปัจจุบันถึง 10 เท่า โครงการต่อยอดจาก Laser Interferometer Space Antenna กำลังอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง ซึ่งมีแนวโน้มที่จะตรวจจับการสั่นสะเทือนจากหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีได้

กว่า 100 ปีหลังจากที่ไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำโดยใช้สมการทางคณิตศาสตร์ และกว่าครึ่งศตวรรษหลังจากที่ฮอว์คิงพิสูจน์ทางทฤษฎีแล้ว ปัจจุบันมนุษยชาติได้เริ่ม "ได้ยิน" และ "เห็น" สัญญาณที่พิสูจน์ว่าพวกเขาคิดถูกแล้ว

หลุมดำ ซึ่งก่อนหน้านี้มีอยู่แต่ในหนังสือวิทยาศาสตร์ กำลังค่อยๆ กลายเป็นสิ่งที่ "มีอยู่จริง" ต่อหน้านักดาราศาสตร์ และสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่บันทึกได้แต่ละครั้ง ถือเป็นก้าวสำคัญที่จะช่วยให้มนุษยชาติเข้าใจจักรวาลอันลึกลับที่เราอาศัยอยู่ได้ดียิ่งขึ้น

กลับสู่หัวข้อเดิม

มินห์ ไฮ

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