Aផ្ដេនហូរីហ្សុនព្រឹត្តិការណ៍ គឺជាអ្វី?

រណ្តៅខ្មៅកកើតឡើងនៅពេលដែលម៉ាស់ច្រើនត្រូវបានបង្រួមទៅជាតំបន់តូចមួយ រហូតដល់កម្លាំងទំនាញរបស់វាខ្លាំងហួសកម្រិត ដែលសូម្បីតែពន្លឺក៏មិនអាចរួចផុតបានដែរ។ ព្រំដែនដែលបំបែករវាងតំបន់ដែលពន្លឺនៅតែអាចរួចផុត និងតំបន់ដែលពន្លឺលែងអាចរួចផុតទៀត ហៅថា ផ្ដេនហូរីហ្សុនព្រឹត្តិការណ៍ (event horizon)។ វាមិនមែនជាផ្ទៃរឹងណាមួយទេ — គ្មានអ្វី «ប៉ះ» វាបានឡើយ — ប៉ុន្តែជាព្រំដែនគណិតវិទ្យាដ៏ស្រួចស្រាវក្នុងលំហ-ពេលវេលា។

សម្រាប់រណ្តៅខ្មៅម៉ាស់ព្រះអាទិត្យមួយ កាំរង្វង់ស៊្វាតស៊ីល (Schwarzschild radius) ដែលកំណត់ទំហំផ្ដេនហូរីហ្សុន មានប្រហែល ៣ គីឡូម៉ែត្រប៉ុណ្ណោះ — ប្រៀបធៀបនឹងព្រះអាទិត្យពិតដែលមានកាំប្រហែល ៧០០.០០០ គីឡូម៉ែត្រ។ ចំណុចសំខាន់នៅត្រង់នេះ៖ ទំហំរបស់ផ្ដេនហូរីហ្សុនកើនឡើងជាលីនេអ៊ែរតាមម៉ាស់ ប៉ុន្តែ ដង់ស៊ីតេថាមពល នៅជិតវាមិនដូចគ្នាទេសម្រាប់រណ្តៅខ្មៅគ្រប់ទំហំ — ជាចំណុចដែលនាំទៅដល់លទ្ធផលគួរឲ្យភ្ញាក់ផ្អើលមួយនៅផ្នែក C ខាងក្រោម។

Bយន្តការគូគូនិម្មិត — របៀបដែល Hawking គណនា

យោងតាមមេកានិចកង់ទិច ភាពទទេ (vacuum) របស់លំហមិនមែនជា «គ្មានអ្វីទាំងស្រុង» នោះទេ។ វាពោរពេញទៅដោយគូគូ ភាគល្អិត-ប្រតិភាគល្អិតនិម្មិត (virtual particle-antiparticle pairs) ដែលលេចឡើង និងបំផ្លាញគ្នាឡើងវិញក្នុងរយៈពេលខ្លីបំផុត ដោយអនុលោមតាមគោលការណ៍មិនប្រាកដច្បាស់របស់ Heisenberg។ ជាធម្មតា គូនេះលេចឡើងហើយបំផ្លាញគ្នាភ្លាមៗដោយមិនបន្សល់ទុកអ្វីឡើយ។

ប៉ុន្តែ Hawking បានវិភាគថា នៅជិតៗផ្ដេនហូរីហ្សុនរបស់រណ្តៅខ្មៅ អាចមានករណីមួយកើតឡើង៖ ភាគល្អិតមួយក្នុងគូធ្លាក់ចូលទៅក្នុងរណ្តៅខ្មៅ ខណៈដែលដៃគូរបស់វារួចផុតទៅឆ្ងាយ។ ដោយសារពួកវាលែងអាចបំផ្លាញគ្នាឡើងវិញ ភាគល្អិតដែលរួចផុតទៅ ក្លាយជាភាគល្អិតពិត — ជាវិទ្យុសកម្មដែលអ្នកសង្កេតការណ៍នៅចម្ងាយអាចវាស់បាន។ ដើម្បីរក្សាតុល្យភាពថាមពល ភាគល្អិតដែលធ្លាក់ចូលទៅក្នុងត្រូវយកថាមពលអវិជ្ជមានទៅជាមួយ (ធៀបនឹងអ្នកសង្កេតការណ៍ឆ្ងាយ) ដែលនេះមានន័យថា ម៉ាស់សរុបរបស់រណ្តៅខ្មៅថយចុះបន្តិចម្ដងៗរាល់ពេលមានការបញ្ចេញវិទ្យុសកម្មនេះ។

លទ្ធផលចុងក្រោយ៖ រណ្តៅខ្មៅមានឥរិយាបទដូចវត្ថុក្តៅមួយ ដែលមានសីតុណ្ហភាព និងអង់ត្រូពី (entropy) ពិតប្រាកដ — ការភ្ជាប់គំនិតរវាងទំនាញ (relativity) និងកង់ទិច (quantum mechanics) ដែលនៅតែជាមូលដ្ឋានគ្រឹះមួយសម្រាប់ការស្វែងរកទ្រឹស្តី «ទំនាញកង់ទិច» (quantum gravity) រហូតដល់សព្វថ្ងៃ។

Cហេតុអ្វីរណ្តៅខ្មៅតូច = ក្តៅ = ហិនហោចលឿន

រូបមន្តរបស់ Hawking បង្ហាញថា សីតុណ្ហភាពរបស់រណ្តៅខ្មៅ ច្រាសទៅនឹងម៉ាស់របស់វា (T ∝ 1/M)។ នេះមានន័យថា រណ្តៅខ្មៅកាន់តែតូច កាន់តែក្តៅ ហើយកាន់តែបញ្ចេញវិទ្យុសកម្មខ្លាំង។ ដោយសារអត្រាហិនហោចកើនឡើងទាំងតាមសីតុណ្ហភាព ដំណើរការនេះបង្កើនល្បឿនដោយខ្លួនឯង៖ រណ្តៅខ្មៅកាន់តែហិនហោច កាន់តែតូច កាន់តែក្តៅ កាន់តែហិនហោចលឿនថែមទៀត — រហូតដល់ (តាមទ្រឹស្តី) វារលាយបាត់ក្នុងការផ្ទុះថាមពលចុងក្រោយមួយ។

ចំណុចនេះពន្យល់ថា ហេតុអ្វីបានជាអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រនិយាយថា រណ្តៅខ្មៅតូចខ្លាំង (ប្រសិនបើវាមានស្រាប់ តាំងពីដើមចក្រវាឡ ហៅថា primordial black holes) ទំនងជាកន្លែងសមរម្យបំផុតដើម្បីស្វែងរកសញ្ញាចុងក្រោយនៃការហិនហោច — ដោយសារពួកវាតូចល្មម ក្តៅល្មម និងជិតដល់ចុងអាយុកាលរបស់ខ្លួនហើយ។

Dហេតុអ្វីវិទ្យុសកម្មនេះមិនធ្លាប់ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញផ្ទាល់

ហេតុផលគឺសាមញ្ញ ប៉ុន្តែជាមូលដ្ឋានគ្រឹះ៖ សីតុណ្ហភាព Hawking សម្រាប់រណ្តៅខ្មៅតារាសាស្ត្រធម្មតា (ចាប់ពីទំហំផ្កាយ រហូតដល់មហាឥទ្ធិពល) ទាបជាងសីតុណ្ហភាពសាំមេនៃចក្រវាឡ (Cosmic Microwave Background — CMB) ដែលមានប្រហែល ២,៧ អង្សាកែលវិន ជាច្រើនដងណាស់។ រណ្តៅខ្មៅមួយម៉ាស់ព្រះអាទិត្យមានសីតុណ្ហភាព Hawking ត្រឹមតែប្រហែល ៦០ ណាណូខេលវិន (nanokelvin) — ត្រជាក់ជាង CMB រាប់លានដង។

លទ្ធផលនោះមានន័យថា រណ្តៅខ្មៅតារាសាស្ត្រពិតទាំងអស់ កំពុងស្រូបយកវិទ្យុសកម្ម CMB (និងសារធាតុជុំវិញខ្លួន) លឿនជាងអត្រាដែលពួកវាបញ្ចេញវិទ្យុសកម្ម Hawking ដោយខ្លួនឯង ។ និយាយឲ្យសាមញ្ញ៖ រណ្តៅខ្មៅដែលមានស្រាប់ភាគច្រើននៅតែកំពុង «ញ៉ាំ» ច្រើនជាង «ហិនហោច» ។ ការហិនហោចពិតប្រាកដនឹងចាប់ផ្តើមកើតឡើងលើសពីការស្រូបយក លុះត្រាតែចក្រវាឡបន្តពង្រីកខ្លួន និងត្រជាក់ចុះរហូតដល់សីតុណ្ហភាព CMB ធ្លាក់ក្រោមសីតុណ្ហភាព Hawking របស់រណ្តៅខ្មៅនោះ — ព្រឹត្តិការណ៍ដែលនឹងកើតឡើងបានតែក្នុងអនាគតដ៏ឆ្ងាយបំផុត (ន័យប្រហែល ១០¹⁴ ឆ្នាំទៅមុខ)។

Eសម្មតិកម្មព័ត៌មាន (Information Paradox)

ប្រសិនបើរណ្តៅខ្មៅអាចហិនហោចបាត់ខ្លួនទាំងស្រុងបានមែន នោះកើតឡើងបញ្ហាមួយធ្ងន់ធ្ងរ៖ វិទ្យុសកម្ម Hawking ដែល Hawking បានគណនាដំបូងមានលក្ខណៈ «ចៃដន្យសុទ្ធសាធ» (thermal) — មានន័យថាវាមិនផ្ទុកព័ត៌មានអ្វីអំពីអ្វីដែលធ្លាក់ចូលទៅក្នុងរណ្តៅខ្មៅនោះទាល់តែសោះ។ ប៉ុន្តែមេកានិចកង់ទិចមានច្បាប់មូលដ្ឋានមួយហៅថា unitarity ដែលចែងថា ព័ត៌មានមិនអាចរលាយបាត់ពីចក្រវាឡបានទាល់តែសោះ។ ដូច្នេះ តើព័ត៌មានទាំងអស់ដែលធ្លាក់ចូលទៅក្នុងរណ្តៅខ្មៅមួយ (សៀវភៅ ថាមពល ភាគល្អិត) បាត់ទៅណានៅពេលរណ្តៅខ្មៅនោះហិនហោចអស់?

ជម្លោះនេះហៅថា ព្រះជាតិសម្មតិកម្មព័ត៌មានរណ្តៅខ្មៅ (black hole information paradox) ហើយបានក្លាយជាបញ្ហាចោទសួរដ៏ល្បីមួយក្នុងរូបវិទ្យាទ្រឹស្តីអស់ជាច្រើនទសវត្សរ៍។ ក្នុងទសវត្សរ៍ ២០២០ ការសិក្សាដោយប្រើគំនិត «កោះ Quantum» (quantum extremal islands) បានផ្ដល់ភស្តុតាងគណិតវិទ្យាដំបូងគេថា ព័ត៌មានប្រហែលជាមិនបាត់បង់ទាំងស្រុងទេ ប៉ុន្តែជជែកវែកញែកនៅតែបន្តលើលម្អិតនិងអត្ថន័យរូបវិទ្យា។

Fរណ្តៅខ្មៅ «សំឡេង» ក្នុងបន្ទប់ពិសោធន៍

ដោយសារវិទ្យុសកម្ម Hawking ពិតមិនអាចវាស់វែងបានពីរណ្តៅខ្មៅតារាសាស្ត្រ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានងាកទៅរក ប្រព័ន្ធ analog ដែលត្រាប់តាមគណិតវិទ្យារបស់ផ្ដេនហូរីហ្សុន ដោយប្រើសំឡេង ឬពន្លឺជំនួសទំនាញ។ អ្នករូបវិទ្យា Jeff Steinhauer និងក្រុមការងាររបស់គាត់នៅវិទ្យាស្ថានបច្ចេកវិទ្យា Technion ប្រទេសអ៊ីស្រាអែល បានបង្កើត «រណ្តៅខ្មៅសំឡេង» (sonic black hole) ដោយប្រើឧស្ម័នអាតូមត្រជាក់ខ្លាំង (Bose-Einstein condensate) ដែលហូរលឿនជាងល្បឿនសំឡេងក្នុងតំបន់មួយ — បង្កើតជា «ផ្ដេនហូរីហ្សុនសំឡេង» ដែលរលកសំឡេងចេញពីខាងក្នុងលែងអាចរួចផុតបាន។

ក្នុងឆ្នាំ២០១៦ ក្រុមការងារនេះបានរាយការណ៍ថា បានវាស់ស្ថិតិលក្ខណៈវិទ្យុសកម្មដែលស្របតាមការព្យាករណ៍របស់ Hawking ជាលើកដំបូង ហើយក្នុងឆ្នាំ២០១៩ ពួកគេបានទៅសិក្សាបន្ថែម រហូតអាចវាស់ «សីតុណ្ហភាព» នៃវិទ្យុសកម្មនោះ ដែលនៅតែស្ថិតស្ថេររយៈពេលជាច្រើននាទី — ស្របតាមអ្វីដែលទ្រឹស្តីព្យាករណ៍ថារណ្តៅខ្មៅពិតគួរធ្វើ។ លទ្ធផលទាំងនេះមិនមែនជាភស្តុតាងផ្ទាល់នៃវិទ្យុសកម្ម Hawking ពីរណ្តៅខ្មៅទំនាញពិតនោះទេ ប៉ុន្តែផ្ដល់ការគាំទ្រយ៉ាងខ្លាំងចំពោះគណិតវិទ្យាមូលដ្ឋានដែល Hawking បានប្រើ។

Gអនាគតដ៏ឆ្ងាយ៖ បើវាហិនហោចអស់ តើនឹងមានអ្វីកើតឡើង?

ក្នុងវិនាទីចុងក្រោយបំផុតនៃការហិនហោចរបស់រណ្តៅខ្មៅមួយ (បើវាឈានដល់ចំណុចនោះក្នុងអនាគតដ៏ឆ្ងាយបំផុត) ទ្រឹស្តីព្យាករណ៍ថា អត្រាបញ្ចេញវិទ្យុសកម្មនឹងកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង ស្រដៀងទៅនឹងការផ្ទុះថាមពលមួយ។ ទោះជាយ៉ាងណា នេះមិនមែនជា «ការផ្ទុះ» បែបគ្រាប់បែកនោះទេ — វាជាការបញ្ចេញកាំរស្មីហ្គាម៉ា និងភាគល្អិតកម្រិតថាមពលខ្ពស់ក្នុងរយៈពេលខ្លីបំផុត។ ចំពោះរណ្តៅខ្មៅមហាឥទ្ធិពលដូច Sagittarius A* ឬ M87* ដំណើរការនេះនៅឆ្ងាយសែនឆ្ងាយ — ប្រហែល ១០⁸⁷ ឆ្នាំ ដែលវែងជាងអាយុបច្ចុប្បន្នរបស់ចក្រវាឡជាច្រើនដងហួសពីការស្រមៃ។

• ចក្រវាឡបច្ចុប្បន្នមានអាយុប្រហែល ១៣,៨ ពាន់លានឆ្នាំ — ខ្លីជាងអាយុហិនហោចរបស់រណ្តៅខ្មៅសូម្បីតែម៉ាស់ព្រះអាទិត្យ (~១០⁶⁷ ឆ្នាំ) ច្រើនរាប់លានដងទៀត។
• ដើម្បីឲ្យរណ្តៅខ្មៅចាប់ផ្ដើមហិនហោចដោយសុទ្ធសាធ (មិនមែនកើនទំហំ) ចក្រវាឡត្រូវត្រជាក់ចុះក្រោមកម្ដៅ Hawking របស់វាសិន — ព្រឹត្តិការណ៍ដែលអ្នកចក្រវាឡសាស្ត្រហៅថាចូលដល់ «យុគសម័យរណ្តៅខ្មៅ» (Black Hole Era) នៃប្រវត្តិសាស្ត្រចក្រវាឡ។
• ការស្រាវជ្រាវលើ «ភ្លើងឆេះចុងបញ្ចប់» (final burst) របស់រណ្តៅខ្មៅ primordial តូចៗ គឺជាមូលហេតុមួយដែលអ្នកចក្រវាឡសាស្ត្របន្តស្វែងរកសញ្ញាកាំរស្មីហ្គាម៉ាចម្លែកលើមេឃ។

Hជំនឿខុស ទល់ នឹង ការពិត