มีเพื่อนหลายคนบอกว่า ให้เล่าแบบง่ายๆ หน่อยว่า Stephen Hawking นั้น ดังเพราะอะไร คราวนี้เอาแบบเกิน 7 บรรทัด แต่ถ้าไม่ง่าย จะไม่อ่าน : ก็เลยเป็นตามนี้ครับ :
----------------------------------------------------------------------------------
ความสำคัญของ Stephen Hawking อยู่ที่ว่า เขาใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพ และ ทฤษฎีควอนตัม มาอธิบายธรรมชาติต่างๆของหลุมดำหรือ black hole ได้ ความรู้เรื่อง black hole ทำให้เรารู้ต่อไปอีกหลายเรื่องของจักรวาล ซึ่งทำให้มีการต่อยอดออกไปได้เรื่อยๆ

แต่ก่อนนี้ การอธิบายเรื่อง black hole ดูจะติดขัดไปหมด เพราะทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ กับ ทฤษฎีควอนตัม ดูขัดแย้งกัน มี Hawking นี่แหละ ที่ทำให้หลุดจากการชะงักทางวิชาการนี้

ทฤษฎีสัมพัทธภาพ นั้นบอกว่าแรงดึงดูดหรือ gravity นั้นเป็น sheet หรือแผ่น ที่มีการบิดโค้งงอได้ ไม่ใช่สนามพลังอย่างที่นิวตันเชื่อ และธรรมชาติของจักรวาลนั้น จริงๆ มันก็คือแผ่น sheet ของ gravity ที่มีความต่อเนื่อง แล้วแต่มันจะบิดโค้งงอยังไง

อย่างโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ก็เพราะอยู่ในแผ่นของ gravity ที่ทำตัวเหมือนชามข้าว และโลกกลิ้งไปบนขอบในของชามข้าว ไม่ใช่ว่าดวงอาทิตย์ส่งแรงมาดึงดูด (เหมือนอย่างที่เรียนตอนประถม)

ทฤษฎีนี้นำพาไปสู่เรื่องของหลุมดำ โดยชี้ว่า การตายโดยการหยุบตัวของดาว ทำให้เกิดหลุมดำที่มีแรงดึงดูดอันมหาศาล ขนาดเป็นอินฟินนิตี้

ว่ากันว่า Black hole นั้น มีสภาพเหมือนกรวยไอติม ที่ปากไอติมเหมือนกับเป็นหลุม โดยปลายก้นกรวยเป็นจุดที่แรงดึงดูดเป็นอินฟินนิตี้ เรียกจุดนี้ว่า singularity

ตามทฤษฎีบอกว่า อะไรก็แล้วแต่เมื่อถูกดูดจากปากของกรวยไอติมลงไป มันจะถึงเขตแดนหนึ่งที่มันหลุดกลับออกมาไม่ได้อีกเลย เส้นพรมแดนนั้นเรียกว่า event horizon หากเลยจาก event horizon ก็ลงต่อไปยัง singularity

(อาจเปรียบได้ว่า เมื่อกินไอติมไปถึงจุดหนึ่งแล้วหยุดกินไม่ได้จนกว่าจะหมด รอยกัดบนกรวยตรงนั้นคือ event horizone ก็พอจะได้)

เชื่อกันมานานว่า ถ้าตกลงไปใน black hole เลย event horizon ละก็ เป็น one way ticket คือ ไปแล้วไปเลย สิ่งนั้นจะถูกแรงดึงดูดที่เป็นอินฟินนิตี้ ยุบทำลายจนหมด

แต่นั่นก็เป็นการคาดคะเน ไม่มีใครพิสูจน์ได้ว่า มันน่าจะเป็นอย่างนั้นจริง

การพิสูจน์เรื่อง black hole นั้น มีความสำคัญมาก เพราะมันจะเอาไปอธิบายสภาพของจักรวาลและ gravity ได้ หากหยุดชะงักอยู่แค่นี้ ความรู้เรื่องจักรวาลก็ไม่ไปไหน เป็นเพียงจินตนาการที่เอาไปต่อยอดไม่ได้ นอกจากเอาไปเขียนนิยาย ดังนั้น ความรู้ ความหวัง ของมนุษย์เรื่องจักรวาล ก็จะถูกจำกัดแค่บนนิยายเท่านั้น

แต่แล้วก็มีคนใช้คณิตศาสตร์พิสูจน์เรื่องนี้ได้ อธิบายได้ และคนนั้นคือ Stephen Hawking

เรื่องมีอยู่ว่า

ในขณะที่ black hole ใช้ทฤษฎีสัมพันธภาพของไอสไตน์อธิบายได้ แต่ ไม่สามารถใช้ทฤษฎีที่สำคัญอย่างยิ่งคือ ทฤษฎีควอนตัม อธิบายได้

ทฤษฎีควอนตัมนั้น มองธรรมชาติเป็นเรื่องที่ “ไม่ต่อเนื่อง” เพราะบอกว่า ทุกอย่างเป็นชิ้นส่วนเล็กๆหรืออนุภาค ที่มาประกอบกันเป็นสิ่งต่างๆ (รวมถึง gravity ด้วย) เท่ากับว่า ควอนตัมมองจักรวาลว่า ไม่ใช่แผ่น sheet แต่ทุกอย่างในจักรวาลนั้นประกอบด้วยอนุภาคจิ๋ว จักรวาลจึงเป็นโลกแห่งความไม่ต่อเนื่องหรือ discrete

แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพบอกว่า มันต่อเนื่องเป็นแผ่น sheet

สองทฤษฎีก็เลยขัดแย้งกันหลักๆตรงนี้ เพราะ ถ้าจักรวาลไม่ใช่แผ่น sheet แล้ว จะอธิบายเรื่อง gravity กับ black hole ได้อย่างไร ?

Stephen Hawking บอกว่า โอเคละ ไม่มีใครผิด ทั้งสองทฤษฎีถูกทั้งคู่ เพียงแต่เรามองข้ามตรงนี้ไปต่างหาก

เขาบอกว่า ความรู้ที่ยอมรับกันแล้วเรื่อง “คู่อนุภาค ว่าด้วย matter และ antimatter (สสาร กับ ปฏิสสาร)” เอามาอธิบายปลดล็อคความขัดแย้งนี้ได้

เป็นรู้กันว่า เมื่อ matter ซึ่งมีพลังงานบวก มาเจอกับ antimatter ซึ่งมีพลังงานลบ จะเกิดการทำลายล้างอย่างรวดเร็วจนไม่มีทางเห็นได้ทัน จนเรียกว่าเป็น virtual partcles หรือ “อนุภาคเสมือน”

Hawking บอกว่า แทนที่จะเป็น virtual particles คู่อนุภาคนี้ปรากฏขึ้นได้จริงๆ เป็น real particles หรือ “อนุภาคจริง” ได้ก็ที่หลุมดำนี่แหละ และการโผล่ให้เห็นของมันนี้ มีผลต่อ black hole อย่างมากมาย

เพราะเมื่อคู่อนุภาคถูกดูดลงไปใน event horizon นั้น antimatter ที่มีพลังงานลบ จะถูกดึงเข้าไปใน black hole เหลือแต่ matter ที่มีพลังงานบวกเท่านั้น ที่รอดออกมาได้

เมื่อ black hole ได้รับพลังงานลบจาก antimatter ของคู่อนุภาคมากๆเข้า พลังงานโดยรวมของมันจะลดลง ซึ่งหมายถึงมวลของมันก็จะลดลงตามไปด้วย และทำการปลดปล่อยพลังงานออกมา หรือที่เรียกเป็นการให้เกียรติว่า “Hawking radiation”

ตรงนี้เอง มีความสำคัญคือ Hawking กำลังบอกว่า 1. สามารถมีพลังงานหลุดกลับออกมาจาก event horizon ได้ และ 2. black hole ถึงแม้จะเป็นตัวดูดอย่างเดียว มันก็สามารถลดขนาดลงได้ ไม่ใช่อ้วนขึ้นเรื่อยๆ เพราะดันไปกิน antimatter นี่เอง

คราวนี้ ทั้งสองทฤษฎีที่ดูขัดแย้งกัน กลับเอามาช่วยอธิบายธรรมชาติของ black hole ได้แล้ว และต่อเนื่องไปถึงเรื่องอื่นๆในจักรวาล อันเป็นการปลดล็อกความชะงักทางวิชาการที่มีมาหลายสิบปี โดย Stephen Hawking

ผลงานของ Stephen Hawking ยังมีตอนต่อไปเรื่อยๆ ซึ่งล้วนแต่เกียวกับ black hole บางผลงานมาจากการพยายามพิสูจน์เรื่องที่คนอื่นคิดไว้แล้ว แต่หาทางพิสูจน์ไม่ได้ บางผลงานก็มาจาก การพยายามพิสูจน์ว่าที่เคยคิดกันนั้นผิดแน่ๆ แต่แล้วไปเจอว่า มันถูกต้อง เพียงแต่ต้องพิสูจน์แบบนี้ต่างหาก

งานของ Hawking จึงไม่ใช่ ทฤษฎีชิ้นใหญ่ เหมือนอย่างที่ไอสไตน์คิดทฤษฎีสัมพัทธภาพ แต่เป็นงานโน่นนี่หลายๆชิ้น

(black hole chart จาก astronomysource.com)

CR: Suraporn Menn Koetsawang