หลุมดำนำไปสู่ที่ไหน?

Send

ดังนั้นคุณจะกระโดดเข้าไปในหลุมดำ สิ่งที่อาจรอได้เมื่อเทียบกับอัตราต่อรอง - คุณจะเอาชีวิตรอดได้บ้าง? คุณจะไปจบที่ไหนและเรื่องราวที่ยั่วเย้าอะไรที่คุณจะรู้สึกยินดีหากคุณพยายามส่งเสียงกลับมา?

คำตอบง่ายๆสำหรับคำถามเหล่านี้คือศาสตราจารย์ริชาร์ดมาสซี่อธิบายว่า "ใครจะไปรู้ล่ะ" ในฐานะนักวิจัยของ Royal Society ที่สถาบัน Cosmology Cosmology แห่งมหาวิทยาลัย Durham Massey ตระหนักดีว่าความลึกลับของหลุมดำนั้นลึก “ การตกผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์กำลังผ่านพ้นม่านไป - เมื่อมีใครบางคนผ่านมันไปไม่มีใครสามารถส่งข้อความกลับมาได้” เขากล่าว “ พวกเขาจะถูกฉีกเป็นชิ้น ๆ ด้วยแรงดึงดูดมหาศาลดังนั้นฉันจึงสงสัยว่าใครก็ตามที่ผ่านพ้นจะไปไหนมาไหน”

ถ้านั่นฟังดูน่าผิดหวังและเจ็บปวด - คำตอบก็เป็นเรื่องที่คาดหวัง ตั้งแต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ได้รับการพิจารณาให้ทำนายหลุมดำด้วยการเชื่อมโยงอวกาศกับการกระทำของแรงโน้มถ่วงเป็นที่ทราบกันดีว่าหลุมดำเป็นผลมาจากการตายของดาวมวลสูงทิ้งไว้ข้างหลังแกนกลางขนาดเล็ก ถ้าแกนกลางนี้มีมวลของดวงอาทิตย์มากกว่าแรงโน้มถ่วงสามเท่าแรงโน้มถ่วงจะครอบงำจนระดับที่มันตกลงไปในจุดเดียวหรือเป็นเอกฐานเข้าใจว่าเป็นแกนกลางที่หนาแน่นของหลุมดำ

หลุมดำที่ไม่สามารถอยู่อาศัยได้นั้นจะมีแรงดึงโน้มถ่วงอันทรงพลังซึ่งแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ดังนั้นหากคุณพบว่าตัวเองอยู่ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ - จุดที่แสงและสสารสามารถผ่านเข้ามาด้านในตามที่นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันนำเสนอ Karl Schwarzschild - ไม่มีทางหนีรอด ตามที่ Massey กองกำลังน้ำขึ้นน้ำลงจะลดร่างกายของคุณให้เป็นเกลียวของอะตอม (หรือ 'สปาเก็ตตี้' ตามที่เป็นที่รู้จักกัน) และในที่สุดวัตถุก็จะถูกบดขยี้ในภาวะเอกฐาน ความคิดที่คุณสามารถโผล่ออกมาที่ไหนสักแห่ง - บางทีที่ด้านอื่น ๆ - ดูเหมือนแปลกประหลาดอย่างเต็มที่

แล้วหนอนล่ะ

หรือมันคืออะไร? ในช่วงหลายปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบความเป็นไปได้ที่หลุมดำน่าจะเป็นหลุมหนอนต่อกาแลคซีแห่งอื่น พวกมันอาจเป็นเส้นทางสู่จักรวาลอื่น

ไอเดียดังกล่าวลอยไปมาระยะหนึ่ง: ไอน์สไตน์ร่วมมือกับนาธานโรเซ็นเพื่อเชื่อมโยงทฤษฎีที่เชื่อมโยงสองจุดที่แตกต่างกันในอวกาศในปี 1935 แต่มันก็ได้พื้นดินที่สดใหม่ในปี 1980 เมื่อนักฟิสิกส์ Kip Thorne ผู้เชี่ยวชาญชั้นนำเกี่ยวกับผลกระทบทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein - ยกการอภิปรายว่าวัตถุสามารถเดินทางผ่านวัตถุเหล่านั้นได้หรือไม่

"การอ่านหนังสือยอดนิยมของ Kip Thorne เกี่ยวกับตัวหนอนเป็นสิ่งแรกที่ทำให้ฉันตื่นเต้นเกี่ยวกับฟิสิกส์เมื่อตอนเป็นเด็ก" Massey กล่าว แต่มันดูเหมือนว่าหนอนไม่มีอยู่จริง

Thorne ที่ยืมคำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญของเขาไปยังทีมผู้ผลิตภาพยนตร์ฮอลลีวูดระหว่างดวงดาวเขียนว่า: "เราไม่เห็นวัตถุใด ๆ ในจักรวาลของเราที่อาจกลายเป็นหนอนเจาะรูเมื่ออายุมากขึ้น" ในหนังสือ "วิทยาศาสตร์แห่งดวงดาว" (WW Norton) และ บริษัท 2557) Thorne บอก Space.com ว่าการเดินทางผ่านอุโมงค์เชิงทฤษฎีเหล่านี้น่าจะยังคงเป็นนิยายวิทยาศาสตร์และแน่นอนว่าไม่มีหลักฐานแน่ชัดว่าหลุมดำสามารถยอมให้ผ่านได้

แนวคิดของศิลปินหนอน หากหนอนมีอยู่พวกมันอาจนำไปสู่จักรวาลอื่น แต่ไม่มีหลักฐานว่ารูหนอนนั้นเป็นของจริงหรือหลุมดำจะทำหน้าที่คล้ายกัน (เครดิตรูปภาพ: Shutterstock)

แต่ปัญหาคือเราไม่สามารถเข้าใกล้ตัวเราเองได้ ทำไมเราถึงไม่สามารถถ่ายรูปอะไรก็ได้ที่เกิดขึ้นในหลุมดำ - ถ้าแสงไม่สามารถหลบหนีจากแรงดึงดูดอันมหาศาลของพวกเขากล้องก็จะไม่สามารถถ่ายอะไรได้เลย ตามทฤษฎีแล้วมันแสดงให้เห็นว่าอะไรก็ตามที่นอกเหนือจากขอบฟ้าเหตุการณ์ถูกเพิ่มเข้าไปในหลุมดำและยิ่งไปกว่านั้นเพราะเวลาที่อยู่ใกล้กับขอบเขตนี้จะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ อย่างไม่น่าเชื่อดังนั้นคำตอบจะไม่รวดเร็ว เตรียมพร้อม.

"ฉันคิดว่าเรื่องมาตรฐานคือพวกเขานำไปสู่จุดจบของเวลา" Douglas Finkbeiner ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลจะไม่เห็นเพื่อนมนุษย์อวกาศของพวกเขาตกลงไปในหลุมดำพวกเขาจะได้รับสีแดงและจางลงเมื่อพวกเขาเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ แต่เพื่อนตกอยู่ในสถานที่ที่อยู่นอกเหนือจาก 'ตลอดไป' อะไรก็ตามที่แปลว่า "

บางทีหลุมดำอาจนำไปสู่หลุมสีขาว

แน่นอนถ้าหลุมดำนำไปสู่อีกส่วนหนึ่งของกาแลคซีหรือจักรวาลอื่นมันจะต้องมีสิ่งที่ตรงกันข้ามกับพวกมันในอีกด้านหนึ่ง นี่อาจเป็นหลุมสีขาว - ทฤษฎีที่หยิบยกโดยนักดาราศาสตร์ชาวรัสเซียชื่ออิกอร์โนวิคอฟในปี 1964? โนวิคอฟเสนอว่าหลุมดำเชื่อมโยงกับหลุมสีขาวที่มีอยู่ในอดีต หลุมสีขาวจะทำให้แสงและสสารออกไป แต่ต่างจากแสงสีดำ แต่แสงและสสารจะไม่สามารถเข้าไปได้

นักวิทยาศาสตร์ยังคงสำรวจการเชื่อมต่อที่อาจเกิดขึ้นระหว่างหลุมดำและสีขาว ในการศึกษา 2014 ของพวกเขาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review D นักฟิสิกส์ Carlo Rovelli และ Hal M. Haggard อ้างว่า "มีตัวชี้วัดคลาสสิกที่ทำให้สมการ Einstein พอใจกับสมการไอน์สไตน์นอกขอบเขตเวลา จำกัด ซึ่งเรื่องพังลงไปในหลุมดำ ในขณะที่หลุม " กล่าวอีกนัยหนึ่งหลุมดำที่เป็นวัตถุทั้งหมดได้ถูกพ่นออกมาและหลุมดำอาจกลายเป็นหลุมสีขาวเมื่อพวกมันตาย

ห่างไกลจากการทำลายข้อมูลที่ดูดซับการล่มสลายของหลุมดำจะหยุดลง มันจะได้สัมผัสกับการตีกลับของควอนตัมแทนที่จะปล่อยให้ข้อมูลหนีไป หากเป็นกรณีนี้มันจะฉายแสงบางส่วนจากข้อเสนอของอดีตนักดาราศาสตร์เอกภพมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสตีเฟ่นฮอว์คิงผู้ซึ่งในปี 1970 ได้สำรวจความเป็นไปได้ที่หลุมดำปล่อยอนุภาคและรังสี - ความร้อนจากความร้อน .

“ ฮอว์คิงกล่าวว่าหลุมดำไม่คงอยู่ตลอดไป” ฟินด์บอยเนอร์กล่าว ฮอว์คิงคำนวณว่าการแผ่รังสีจะทำให้หลุมดำสูญเสียพลังงานหดตัวและหายไปดังที่อธิบายไว้ในกระดาษ 1976 ของเขาที่ตีพิมพ์ใน Physical Review D. จากคำกล่าวอ้างของเขาว่าการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมานั้นจะเป็นการสุ่มและไม่มีข้อมูล หลุมดำเมื่อเกิดการระเบิดจะลบข้อมูลจำนวนมาก

นั่นหมายความว่าความคิดของฮอว์คิงขัดแย้งกับทฤษฎีควอนตัมซึ่งบอกว่าไม่สามารถทำลายข้อมูลได้ ข้อมูลด้านฟิสิกส์ระบุว่าจะยากต่อการค้นหาเพราะหากมันหายไปมันจะกลายเป็นไปไม่ได้ที่จะรู้อดีตหรืออนาคต ความคิดของฮอว์คิงนำไปสู่ 'ข้อมูลหลุมดำที่ขัดแย้งกัน' และมันมีนักวิทยาศาสตร์งงงวยมานาน มีบางคนบอกว่าฮอว์คิงนั้นผิดปกติและผู้ชายเองก็บอกว่าเขาทำผิดพลาดในระหว่างการประชุมทางวิทยาศาสตร์ในดับลินเมื่อปี 2547

ดังนั้นเราจะกลับไปที่แนวคิดของหลุมดำที่ปล่อยข้อมูลที่เก็บรักษาไว้และโยนมันกลับออกมาผ่านหลุมสีขาวหรือไม่? อาจจะ. ในการศึกษา 2013 ของพวกเขาที่ตีพิมพ์ใน Physical Review Letters, Jorge Pullin จากมหาวิทยาลัยรัฐลุยเซียนาและ Rodolfo Gambini จากมหาวิทยาลัยแห่งสาธารณรัฐในมอนเตวิเดโอ, อุรุกวัยใช้แรงโน้มถ่วงควอนตัมวนเป็นหลุมดำและพบว่าแรงโน้มถ่วงเพิ่มขึ้น สิ่งที่เข้าสู่ภูมิภาคอื่นของจักรวาล ผลลัพธ์ให้ความเชื่อมั่นเป็นพิเศษกับแนวคิดของหลุมดำที่ทำหน้าที่เป็นพอร์ทัล ในการศึกษานี้ไม่มีความเป็นเอกเทศดังนั้นจึงไม่มีสิ่งกีดขวางที่ไม่สามารถผ่านเข้าไปได้ นอกจากนี้ยังหมายความว่าข้อมูลจะไม่หายไป

บางทีหลุมดำก็ไปไม่ได้

ถึงกระนั้นนักฟิสิกส์ Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski และ James Sully ก็ยังเชื่อว่า Hawking น่าจะเป็นอะไรบางอย่าง พวกเขาทำงานในทฤษฎีที่รู้จักกันในชื่อไฟร์วอลล์ AMPS หรือสมมติฐานของไฟร์วอลล์หลุมดำ จากการคำนวณกลศาสตร์ควอนตัมสามารถเปลี่ยนขอบฟ้าเหตุการณ์ให้เป็นกำแพงเพลิงขนาดใหญ่ได้และสิ่งใดก็ตามที่เข้ามาสัมผัสจะไหม้ในทันที ในแง่นั้นหลุมดำก็ไม่มีที่ไหนเลยเพราะไม่มีสิ่งใดเข้าไปข้างในได้

อย่างไรก็ตามนี่เป็นการละเมิดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein บางคนที่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่ควรรู้สึกถึงความยากลำบากอย่างแท้จริงเพราะวัตถุจะตกอย่างอิสระและตามหลักการความเท่าเทียมวัตถุหรือบุคคลนั้นจะไม่รู้สึกถึงผลกระทบที่รุนแรงที่สุดของแรงโน้มถ่วง มันสามารถปฏิบัติตามกฎของฟิสิกส์ที่มีอยู่ในเอกภพอื่น ๆ ได้แม้ว่ามันจะไม่ขัดกับหลักการของไอน์สไตน์ก็ตามมันก็จะบ่อนทำลายทฤษฎีสนามควอนตัมหรือการแนะนำข้อมูลอาจสูญหายได้

ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับเหตุการณ์น้ำขึ้นน้ำลงซึ่งเกิดขึ้นเมื่อดาวดวงหนึ่งผ่านเข้าใกล้หลุมดำมวลมหาศาล (เครดิตรูปภาพ: นิตยสาร All About Space)

หลุมดำแห่งความไม่แน่นอน

ก้าวไปข้างหน้าฮอว์คิงอีกครั้ง ในปี 2014 เขาตีพิมพ์ผลการศึกษาที่เขาหลีกเลี่ยงการดำรงอยู่ของขอบฟ้าเหตุการณ์ - หมายถึงไม่มีอะไรที่จะเผาไหม้ - บอกว่าการล่มสลายแรงโน้มถ่วงจะสร้าง 'ขอบฟ้าชัดเจน' แทน

ขอบฟ้านี้จะระงับรังสีแสงที่พยายามเคลื่อนห่างจากแกนกลางของหลุมดำและจะคงอยู่เป็น "ช่วงเวลา" ในการคิดทบทวนขอบเขตอันชัดเจนของเขาจะเก็บสสารและพลังงานไว้ชั่วคราวก่อนที่จะสลายตัวและปล่อยลงมาในภายหลัง คำอธิบายนี้เหมาะสมที่สุดกับทฤษฎีควอนตัมซึ่งบอกว่าข้อมูลไม่สามารถถูกทำลายได้และถ้ามันได้รับการพิสูจน์มาแล้วมันแสดงให้เห็นว่าอะไรก็ตามที่สามารถหนีออกจากหลุมดำได้

ฮอว์คิงไปไกลเท่าที่บอกว่าหลุมดำอาจไม่มีอยู่จริง “ หลุมดำควรได้รับการนิยามใหม่ในฐานะรัฐที่มีการแพร่กระจายของสนามแรงโน้มถ่วง” เขาเขียน จะไม่มีความแปลกประหลาดและในขณะที่สนามที่ชัดเจนจะย้ายเข้าด้านในเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมันจะไม่เคยไปถึงจุดศูนย์กลางและรวมอยู่ในมวลหนาแน่น

และสิ่งใดก็ตามที่ถูกปล่อยออกมาจะไม่อยู่ในรูปแบบของข้อมูลที่ถูกกลืนเข้าไป มันจะเป็นไปไม่ได้ที่จะคิดออกว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อมองไปที่สิ่งที่กำลังเกิดขึ้นซึ่งทำให้เกิดปัญหาของตัวเอง - ไม่อย่างน้อยสำหรับคนที่พบว่าตัวเองอยู่ในตำแหน่งที่น่าตกใจ พวกเขาจะไม่รู้สึกเหมือนเดิมอีกครั้ง!

สิ่งหนึ่งที่แน่นอนคือความลึกลับนี้จะกลืนกินเวลาทางวิทยาศาสตร์อีกหลายชั่วโมงเป็นเวลานาน Rovelli และ Francesca Vidotto เพิ่งแนะนำว่าส่วนประกอบของสสารมืดอาจเกิดขึ้นได้จากเศษของหลุมดำที่ระเหยและกระดาษของ Hawking บนหลุมดำและ 'ขนนุ่ม' ถูกปล่อยออกมาในปี 2561 และอธิบายว่าอนุภาคพลังงานศูนย์เหลืออยู่รอบจุดอย่างไร ขอบฟ้าเหตุการณ์ - แนวคิดที่แนะนำข้อมูลไม่สูญหาย แต่ถูกจับ

สิ่งนี้บินต่อหน้าทฤษฎีบทที่ไม่มีขนซึ่งแสดงโดยนักฟิสิกส์จอห์นอาร์ชิบัลด์วีลเลอร์และทำงานบนพื้นฐานที่ว่าหลุมดำสองหลุมจะแยกไม่ออกจากผู้สังเกตการณ์เพราะไม่มีการปลอมแปลงอนุภาคฟิสิกส์พิเศษใด ๆ มันเป็นความคิดที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์พูดได้ แต่มีวิธีที่จะทำก่อนที่มันจะถูกมองว่าเป็นคำตอบที่หลุมดำนำ ถ้าเพียง แต่เราสามารถหาทางที่จะก้าวกระโดดเป็นหนึ่งเดียว