Newsletter subscribe
Tag: หลุมดำ

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#43 บทที่ 6 หลุมดำ : คลื่นความโน้มถ่วงและทฤษฎีบทไม่มีขน

Posted: 01/08/2022 at 08:59   /   A Brief History of Time, Universe

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่าการเคลื่อนที่ของวัตถุมวลมากจะทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational waves) ที่เดินทางด้วยความเร็วแสง กระเพื่อมเป็นระลอกคลื่นในอวกาศ-เวลา มันคล้ายกับคลื่นแสงซึ่งเป็นระลอกคลื่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แต่คลื่นความโน้มถ่วงจะถูกตรวจจับได้ยากกว่ามาก มีการสร้างเครื่องตรวจจับจำนวนหนึ่งในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น ที่มีความยาวแขนเป็นระยะทางมากกว่า 10 ไมล์ ซึ่งถูกออกแบบมาให้สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความยาวแขน ที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดของนิวเคลียสของอะตอม (หนึ่งในหนึ่งพันล้านล้านล้าน)  เช่นเดียวกับแสง คลื่นความโน้มถ่วงจะนำพาพลังงานออกจากวัตถุที่ปล่อยออกมา วัตถุเหล่านี้จะค่อยๆ สูญเสียพลังงานเมื่อคลื่นความโน้มถ่วงดึงพลังงานออกจากตัว ในที่สุดพลังงานจะหมดลงและมันจะตกลงสู่สภาวะนิ่ง (มันเหมือนกับการทิ้งจุกก๊อกลงไปในน้ำ: ในตอนแรกมันจะกระดกขึ้นลงมาก แต่เมื่อระลอกคลื่นพัดพาพลังงานออกไป มันก็จะตกลงสู่สภาพนิ่ง) ยกตัวอย่างเช่น การเคลื่อนที่ของโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์จะปลดปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงออกมาซึ่งนำพาพลังงานออกมาด้วย ผลกระทบของการสูญเสียพลังงานทำให้วงโคจรของโลกเกิดการเปลี่ยนแปลง ค่อยๆ เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ จนในที่สุดโลกชนกับดวงอาทิตย์ และตกลงสู่สภาวะนิ่ง อัตราการสูญเสียพลังงานในกรณีของโลกและดวงอาทิตย์นั้นต่ำมาก—ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมานั้นเพียงพอสำหรับการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่าจะใช้เวลาประมาณหนึ่งพันล้านล้านล้านปีกว่าที่โลกจะวิ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่ต้องกังวลในขณะนี้! การเปลี่ยนแปลงในวงโคจรของโลกนั้นช้าเกินกว่าที่จะสังเกตได้ แม้ว่าไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงในปี 1915 แต่ยังไม่มีการค้นพบหลักฐานของการมีอยู่ของคลื่นนี้ จนกระทั่งในปี 1974 J. H. Taylor และ R. A. Hulse นักดาราศาสตร์สองคนสามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงด้วยวิธีทางอ้อมได้เป็นครั้งแรก เขาทั้งสองค้นพบระบบดาวคู่ PSR 1913+16 (PSR ย่อมาจาก “pulsar” […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#41 บทที่ 6 หลุมดำ : ผลงานของออพเพนไฮเมอร์

Posted: 22/01/2022 at 10:35   /   A Brief History of Time, Universe

จันทรเสกขาร์ได้แสดงให้เห็นว่าหลักการกีดกันไม่สามารถหยุดการยุบตัวของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากเกินกว่าขีดจำกัดของจันทรเสกขาร์ได้ (Chandrasekhar limit) แต่ปัญหาของการทำความเข้าใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับดาวดวงนั้นตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ผลงานในปี 1939 ของหนุ่มชาวอเมริกัน โรเบิร์ต ออพเพนไฮเมอร์ (Robert Oppenheimer) ได้นำแนวคิดนี้ไปไกลกว่านี้ แม้ว่าทฤษฎีของเขาจะไม่สามารถพิสูจน์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ในสมัยของเขาได้ จากนั้นสงครามโลกครั้งที่สองก็เกิดขึ้นและออพเพนไฮเมอร์เองก็มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดในโครงการระเบิดปรมาณู หลังสงคราม ปัญหาการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงถูกลืมไป เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม อย่างไรก็ตาม ในทศวรรษที่ 1960 ความสนใจในปัญหาใหญ่ของดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาก็ฟื้นขึ้นมาอีกครั้ง จากการเพิ่มขึ้นอย่างมากของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่เกิดจากการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ งานของออพเพนไฮเมอร์ถูกค้นพบและถูกเผยแพร่ออกไปโดยผู้คนจำนวนมาก   ภาพที่เรามีตอนนี้จากผลงานของออพเพนไฮเมอร์มีดังนี้ สนามความโน้มถ่วงของดาวฤกษ์เปลี่ยนเส้นทางของรังสีแสงในอวกาศ-เวลา กรวยแสง (light cones) ซึ่งระบุเส้นทางที่ตามมาในอวกาศและเวลา โดยแสงวาบที่เปล่งออกมาจากปลายของพวกมัน จะโค้งงอเข้าด้านในเล็กน้อยใกล้กับพื้นผิวของดาวฤกษ์ สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากการโก่งตัวของแสงจากดวงดาวที่อยู่ห่างไกลซึ่งสังเกตได้ในช่วงสุริยุปราคา เมื่อดาวหดตัว สนามโน้มถ่วงที่พื้นผิวของมันจะแรงขึ้นและกรวยแสงจะโค้งเข้าด้านในมากขึ้น ซึ่งทำให้แสงจากดาวหลบหนีได้ยากขึ้น และแสงจะหรี่ลงและแดงขึ้นสำหรับผู้สังเกตจากระยะไกล ในที่สุด เมื่อดาวหดตัวถึงรัศมีวิกฤต สนามโน้มถ่วงที่พื้นผิวจะรุนแรงมากจนโคนแสงโค้งเข้าด้านในมากจนแสงไม่สามารถหลบหนีได้อีกต่อไป (รูปที่ 6.1)  ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ไม่มีสิ่งใดเดินทางได้เร็วกว่าแสง ดังนั้นหากแสงไม่สามารถหลบหนีได้ ทุกอย่างถูกดึงกลับโดยสนามโน้มถ่วง จึงมีชุดของเหตุการณ์ ขอบเขตของอวกาศ-เวลา ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะหลบหนีไปถึงผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลได้ บริเวณนี้เป็นสิ่งที่เราเรียกว่าหลุมดำ ขอบเขตของมันถูกเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) และมันเกิดขึ้นพร้อมกับเส้นทางของรังสีแสงที่ไม่สามารถหนีจากหลุมดำได้   เพื่อที่จะเข้าใจสิ่งที่คุณจะได้เห็น […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#39 บทที่ 6 หลุมดำ : ดาวมืด

Posted: 19/11/2021 at 11:14   /   A Brief History of Time, Universe

คำว่าหลุมดำมีต้นกำเนิดมาไม่นาน มันถูกประกาศในปี 1969 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน จอห์น วีลเลอร์ (John Wheeler) เพื่อเป็นคำอธิบายภาพเกี่ยวกับแนวคิดที่ย้อนกลับไปอย่างน้อยสองร้อยปี จนถึงช่วงเวลาที่มีทฤษฎีเกี่ยวกับแสงสองทฤษฎี ทฤษฎีหนึ่งของนิวตัน – แสงประกอบด้วยอนุภาค; อีกทฤษฎีหนึ่ง – แสงสร้างมาจากคลื่น ตอนนี้เรารู้แล้วว่าจริง ๆ แล้วทั้งสองทฤษฎีนั้นถูกต้อง ทวิภาคของคลื่น–อนุภาค (wave/particle duality) ของกลศาสตร์ควอนตัม ถือได้ว่าแสงเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค  ภายใต้ทฤษฎีที่ว่าแสงเป็นคลื่น ยังไม่ชัดเจนว่าแสงจะตอบสนองต่อความโน้มถ่วงอย่างไร แต่ถ้าแสงประกอบด้วยอนุภาค พวกมันจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกับลูกกระสุนปืนใหญ่ จรวด และดาวเคราะห์ ตอนแรกผู้คนคิดว่าอนุภาคของแสงเดินทางด้วยความเร็วอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจะไม่สามารถทำให้พวกมันช้าลงได้ แต่การค้นพบโดย โรเมอร์ (Roemer) ที่ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดหมายความว่าความโน้มถ่วงอาจมีผลกระทบที่สำคัญ   จากข้อสันนิษฐานนี้ จอห์น มิเชลล์ (John Michell) แห่งเคมบริดจ์ ดอน เขียนบทความในปี 1783 ซึ่งตีพิมพ์โดยราชสมาคมแห่งลอนดอน เขาชี้ให้เห็นว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลและความหนาแน่นเพียงพอจะมีสนามโน้มถ่วงที่แรงมากจนแสงไม่สามารถหลบหนีได้ แสงใดๆ ที่เปล่งออกมาจากพื้นผิวของดาวฤกษ์จะถูกดึงกลับโดยแรงดึงดูดของดาวฤกษ์ก่อนที่มันจะไปได้ไกล มิเชลล์แนะนำว่าอาจมีดาวแบบนี้เป็นจำนวนมาก แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นพวกมัน เพราะแสงจากพวกมันไม่มาถึงเรา แต่เราอาจรับรู้ถึงแรงดึงดูดของพวกมัน วัตถุดังกล่าวเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#30 หลุมดำ

Posted: 23/04/2021 at 13:45   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

หลุมดำคืออะไร หลุมดำ (Black hole) เป็นวัตถุที่แปลกประหลาดและน่าสนใจที่สุดในอวกาศ พวกมันเป็นพื้นที่ของอวกาศ-เวลา (space-time) ในจักรวาลที่มีความหนาแน่นและความโน้มถ่วงสูงมากซึ่งไม่มีสิ่งใดสามารถหลุดรอดออกไปได้แม้แต่แสง เราไม่สามารถเข้าใจภายในของหลุมดำได้ เพราะหลุมดำเป็นสถานที่ที่กฎของฟิสิกส์ถูกทำลายลง แนวคิดเรื่องหลุมดำมีมานานหลายศตวรรษแล้ว ในปี 1783 จอห์น มิทเชล (John Michell) ได้ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับดาวมืดซึ่งเป็นดาวที่มีขนาดใหญ่มากจนแรงโน้มถ่วงของมันดักจับแสง ในขณะที่มิทเชลสร้างแนวคิดเรื่องหลุมดำแต่ก็ไม่ได้รับเครดิตเพราะเขาไม่เคยขยายความคิดของเขา เป็นเวลากว่าสองศตวรรษที่ทฤษฎีของวัตถุที่มีขนาดใหญ่พอที่จะดักจับแสงได้ถูกปล่อยให้อยู่ตามลำพังในขณะที่นักฟิสิกส์มุ่งเน้นไปที่แง่มุมอื่นๆ ของจักรวาล จากนั้น อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้ค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและความสนใจในหลุมดำก็ปะทุขึ้น   ประเภทของหลุมดำ หลุมดำมี 4 ประเภท มวลและขนาดของหลุมดำเป็นตัวกำหนดว่ามันจัดอยู่ในประเภทใด หลุมดำดึกดำบรรพ์ (Primordial black holes) หลุมดำที่เล็กที่สุดเรียกว่า “หลุมดำดึกดำบรรพ์ (Primordial black holes)” หลุมดำประเภทนี้ไม่ได้เริ่มต้นจากการเป็นดาวฤกษ์ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์ก่อตัวขึ้นทันทีหลังจากการระเบิดบิกแบงซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของจักรวาล พื้นที่ที่ขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาลเต็มไปด้วยพลังงานอย่างไม่น่าเชื่อ อาจบีบบางพื้นที่ให้กลายเป็นหลุมดำขนาดเล็กมากประมาณอะตอม แต่มีมวลเท่าภูเขาขนาดใหญ่  หลุมดำมวลดาวฤกษ์ (Stellar black holes) ชนิดของหลุมดำที่พบมากที่สุดและนักวิทยาศาสตร์เข้าใจมากที่สุดที่เรียกว่า “หลุมดำมวลดาวฤกษ์ (Stellar black […]

No Comments read more