Download as PDF, PPTX
หลุมดำและอวกาศ
- 1.
- 2. หลุมดาคืออะไร ? Stratrek มีการกล่าวถึงคาว่าหลุมดา อยูบอย ๆ แต่ ่ ่ concept อย่างเป็ นทางการ (หมายถึงทางวิทยาศาสตร์ ที่ได้ รับการ ยอมรับ) นิยามหลุมดาว่า “ เป็ นอาณาบริเวณในกาลอวกาศ (spacetime) ที่มี สนามโน้ มถ่ วงสูงมาก ๆ แม้ กระทั่งแสง (อนุภาคโฟตอนซึ่งเป็ นสิ่งที่เดินทาง ได้ เร็วที่สุดในเอกภพ เท่ าที่ เรารู้จกกัน) ก็ไม่ สามารถเล็ดลอดออกมาได้ ทาให้ อาณาบริเวณ ั นันดูเหมือนเป็ นสีดา ” ้
- 4. ประเภทของหลุมดา • แบ่งเป็ น3 ประเภท • หลุมดามวลยิ่งยวด (Supermassive black holes) เชื่อกันว่าหลุมดามวลยิ่งยวดอยูใจกลางของควอซ่าร์ (Quasars) ซึง ่ ่ เป็ นใจกลางของgalaxy ที่มีการระเบิดเกิดขึ ้น และมันดูดดาวจานวน นับพันล้ านดวง รวมถึงก๊ าซและฝุ่ น ในอวกาศ หรื อแม้ กระทังดาว ่ เคราะห์เข้ าไป ด้ วยเหตุนี ้จึงเรี ยกว่าหลุมดามวลยิ่งยวด ในปี 1994 กล้ องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble ได้ ถ่ายภาพที่ถือว่าเป็ นหลักฐาน แห่งการค้ นพบหลุมดามวลยิ่งยวด ณ ใจกลางของ galaxy M87
- 5. หลุมดาจิ๋ว (Mini blackholes) • เชื่อกันว่าหลุมดาพวกนี ้ (ขนาดราว 10-15 เมตร) เกิดขึ ้นระหว่างการ ระเบิดครังยิ่งใหญ่ (The Big Bang) Stephen Hawking ้ เป็ นผู้นาในการเสนอทฤษฎีเกียวกับหลุมดาจิ๋ว ราวต้ นทศวรรษ 70 อีก ชื่อหนึงของหลุมดาจิ๋วคือ หลุมดาแรกเริ่ม (Primordial black ่ holes) ในทฤษฎีนี ้ โปรตอนและปฏิโปรตอนอาจเกิดขึ ้นได้ รอบ ๆ หลุมดาจิ๋ว
- 6. หลุมดาที่เกิดจากดาวที่ตายแล้ ว (Stellar blackholes) • หลุมดาประเภทนี ้เกิดจากดาวยักษ์ แดง (Red giant stars) ที่มี มวลมากกว่า 3 เท่าของ มวลของดวงอาทิตย์ตามวิวฒนาการของ ั ดวงดาว (Stellar evolution) ส่วนดาวที่มีมวล น้ อยกว่านี ้ก็จะ วิวฒนาการไปสู่ ดาวแคระขาว (white dwarfs) หรื อ ดาว ั นิวตรอน (neutron stars)
- 7. • ตามหลัก ของการสร้างและการทาลายล้ างอนุภาค (Pair production and annihilation) โดยที่ถ้าตัวตัวหนึงตกลง ่ ไปในหลุมดาอีกตัวก็จะออกมา จากปรากฎการณ์นี ้ทาให้ เรารู้วา หลุม ่ ดาระเหยสาบสูญไป (Evaporate) และหลุมดาก็แผ่รังสีออกมา Stephen Hawking ได้ สร้ างทฤษฎีเกี่ยวกับการแผ่รังสีของหลุม ดาที่ร้ ูจกกันในนาม Hawking Radiation ั
- 8. • การที่หลุมดาแผ่รังสีทาให้ มนมีอายุขยที่จากัด (หรื อกล่าวว่าหลุมดาก็ ั ั ตายได้ ) นอกจากนี ้ Hawking ได้ พบด้ วยว่าการแผ่รังสีของหลุมดา นันเป็ นแบบ สเปกตรัมเชิงความร้ อน (Thermal spectrum) ้ แปลว่าหลุมดาจิ๋วที่มีมวล 1015 กรัม ซึงมีอายุขยน้ อยกว่าเอกภพได้ ่ ั ระเหยสาบสูญไปแล้ ว
- 9. การวางแผนสร้ างหลุมดาของมนุษย์ • หลุมดาทัง้3 ชนิดที่นกฟิ สิกส์เป็ นผู้แบ่งกลุม แต่ชนิดที่ มนุษย์จะสร้ าง ั ่ ขึ ้น คือหลุมดาจิ๋ว เพราะถ้ า เราสร้ างหลุมดาชนิดที่ 1 และ 2 ได้ จริง ๆ ก็ ไม่มีอะไรเหลืออยู่ เพราะเราและ ทุกอย่าง บนโลกจะถูกดูดหายไป และ เราก็คงไม่ได้ เรี ยนรู้อะไรอีก หลุมดาจิ๋วที่นกฟิ สิกส์จะสร้ างขึ ้นมาอยูที่ ั ่ CERN (ห้ องทดลองทางฟิ สกส์อนุภาคที่กรุงเจนีวา ประเทศ ิ สวิตเซอร์ แลนด์)
- 11. • โดยเครื่ องมือที่จะสร้างมีชื่อว่า LHC (Large Hadron Collider) ซึงเป็ นที่ที่นกฟิ สิกส์ จะจับ เอา Hadron มาชนกันที่ ่ ั พลังงานสูงยิงยวด Hadron คืออนุภาคที่มีอนตรกิริยา อย่างแรง นัน ่ ั ่ คือ Meson (ประกอบด้ วยควาก และปฏิควาก (quark antiquark) ) และ Baryon (ประกอบด้ วย ควาก 3 ตัว เช่น โปรตอน นิวตรอน เป็ นต้ น) LHC ได้ รับการ คาดหมายว่าจะสร้ าง เสร็จในปี 2005 และเดินเครื่ องได้ ในปี 2006
- 12. • การที่อนุภาควิ่งมาชนกันที่ LHCนัน จะเกิดพลังงาน ในระดับเดียวที่ ้ เกิดขึ ้น 1 ในล้ านล้ านของวินาทีหลังจากการระเบิดครังยิ่งใหญ่ ซึงอุณ ้ ่ ภูมิของเอกภพ ตอนนันจะอยูที่ประมาณ 1 หมื่นล้ านล้ านองศาเซลเซียส ้ ่ (1016 ) ที่พลังงานสูงมาก ๆ ระดับนี ้ เราคาดหวังว่าสสารจะเปิ ดเผย ความลับเช่น มวลสารนัน มาจากไหนกัน ้
- 13. • ไม่เป็ นที่แน่นอนและไม่มีสามารถยืนยันได้100 % ว่าหลุมดาจิ๋วจะ เกิดขึ ้นได้ จากฝี มือของมนุษย์จริง ๆ ภายในปี 2006 การสร้ าง LHC นัน ้ ต้ องใช้ เงินทุนมหาศาล ดังนันจะเห็น ได้ ว่า ความรู้ความอยากเห็นของ ้ มนุษย์ต้องแลกมาด้ วยการทุมเทอย่างมากและเป็ นไปไม่ได้ ที่ทกประเทศ ่ ุ ในโลกจะทาสิงนี ้ได้ สาเร็จ ่
- 14. ตัวอย่ างสิ่งที่คาดว่ าเป็นหลุมดา • แม้ เราจะมองไม่ สามารถมองเห็นมันได้ แต่ หลุมดาก็เป็ นสิ่งที่มี อยู่จริงและน่ ากลัวมากเสียด้ วย เพราะมันมีพลังมากพอที่จะ ดูดกลืนทุกสิ่งที่เข้ าไปอยู่ในรัศมี ชนิดที่ไม่ ว่าจะเป็ นสิ่งไหนก็ไม่ สามารถหลุดรอดไปได้ ไม่ เว้ นแม้ กระทั่งนาหรือแสง ซึ่งตอนนี ้ ้ นักวิทยาศาสตร์ เชื่อว่ านอกจากบนอวกาศแล้ ว บนโลกของเราก็มี หลุมดาอยู่ด้วย
- 15. • เมื่อวันที่ 24กันยายน 2556 เว็บไซต์เดลี่เมลของอังกฤษ รายงานว่า นักวิทยาศาสตร์ พบวังน ้าวนพลังงานมหาศาลซ่อนตัวอยูในมหาสมุทร ่ แอตแลนติก มีพลังและมีรูปแบบเดียวกับหลุมดาที่อยูในห้ วงอวกาศ ่ รายงานระบุว่า หลุมดาที่ว่านีอยู่ทางตอนใต้ ของมหาสมุทร ้ แอตแลนติก เป็ นนาวนขนาดยักษ์ และนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอีที ้ เอช ซูริค และมหาวิทยาลัยไมอามี่ เชื่อว่ ามันดูดกลืนนาแบบเดียวกับ ้ ที่หลุมดาในห้ วงอวกาศดูดกลืนแสง อย่ างไรก็ตาม การจะสรุ ปว่ านี่ เป็ นแค่ นาวน หรื อเป็ นหลุมดาที่ซ่อนตัวอยู่บนโลก ยังคงเป็ นปริศนาที่ ้ ไม่ อาจกล่ าวได้ แน่ ชัด
- 16. • ส่วนทางด้ านจอร์ จ ฮอลเลอร์ ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัอีทีเอช ซู ริค ได้ ทาการวิเคราะห์น ้าวนปริศนานี ้ด้ วยโมเดลทางคณิตศาสตร์ ผ่าน การจับตามองด้ วยภาพจากดาวเทียม ทาให้ พบสิงที่น่าตกใจ ซึงก็คือ ่ ่ การที่แสงแดดไม่สองไปในบริเวณนี ้ แต่กลับเบนกลับสูทิศเดิม ่ ่ กลายเป็ นวงโคจรของแสง
- 17. • นอกจากนี ้จากการที่นาวนปริศนานีทางานเหมือนกับหลุมดา คือ ้ ้ ดูดกลืนทุกสิ่ง รวมทังทาให้ เกิดความผิดปกติของแสง คล้ ายคลึง ้ กับปรากฏการณ์ ท่ ีไอสไตน์ ตงชื่อว่ า โฟตอน สเฟี ยร์ ที่มกเกิด ั้ ั บริเวณหลุมดา ทาให้ นกวิทยาศาสตร์ ทงหลายให้ ความสนใจกับมันเป็ น ั ั้ พิเศษ และตังใจจะศึกษาต่อไป เพื่อค้ นหาว่ามันคือน ้าวนธรรมดาหรือ ้ หลุมดากันแน่ รวมทังศึกษาหาสาเหตุ เผื่อเป็ นแนวทางในการศึกษา ้ ปั ญหาเกี่ยวกับธรรมชาติเพิ่มเติม
- 18. รูหนอน ย้ อนเวลา? • “รูหนอน” คือสิ่งที่เชื่อกันว่าจะเป็ นประตูพาข้ ามเวลาไปยังอดีตหรื อ อนาคตรวมถึงเอกภพอันห่างไกลได้ โดยภาพง่ายๆ ของทางลัดนี ้ สามารถแสดงได้ โดยการเจาะรูตรงปลายแผ่นกระดาษ 2 รูด้านตรงข้ าม กันซึงแสดงถึงจุดที่ห่างไกลกันในเอกภพ ่
- 19. • แล้ วม้วนด้ านใดด้ านหนึงให้ มาซ้ อนทับกันและหากบิดเบี ้ยวเวลาด้ วยวิธี ่ นี ้ได้ คนเราอาจจะกระโดดลงรูหนอนแล้ วไปโผล่ยงกาลเวลาที่ห่าง ั ออกไปหรื อสถานที่อนไกลโพ้ น โดยต้ องผ่านบริเวณ “คอคอด” ั (throat) ของรูหนอนที่มีลกษณะคล้ ายท่อและปลายทัง้ 2 ด้ านที่บาน ั ออก
- 20. • ทางลัดของจักรวาลซึงเชื่อมจุดหนึงในเอกภพไปยังอีกจุดหนึงนี ้ถูกเติม ่ ่ ่ แต่งจินตนาการจากนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ ให้ เป็ นทังตัวอธิบายการ ้ เดิน ทางข้ ามกาลเวลาและการหลีกเลี่ยงข้ อจากัดที่ถกกาหนดว่าไม่มีสง ู ิ่ ใดเคลื่อน ที่เร็วกว่าแสง และเหมือนเป็ นหนทางที่ดีที่สดสาหรับสร้ าง ุ ยานข้ ามเวลาแบบ "เรี ยลไทม์" แต่มีนกวิทยาศาสตร์ 2 กลุมที่แสดง ั ่ แนวคิดว่าในการเดินข้ ามมิตผานรูหนอนนี ้ไม่ใช่เรื่ องง่าย ิ ่
- 21. • ทังนี ้ตามหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก(Heisenberg’s ้ Uncertainty Principle) ซึงเป็ นส่วนหนึงของควอนตัมฟิ สกส์ ่ ่ ิ (Quantum Physics) เมื่ออนุภาคเล็กๆ ในระบบๆ หนึงสันด้ วย ่ ่ ช่วงเวลาหนึง (t) จะเกิดพลังงาน (E) ขึ ้นมาจานวนหนึง เมื่อคูณค่าทัง้ ่ ่ 2 เข้ าด้ วยกันแล้ วจะได้ มากกว่าหรื อเท่ากับค่าคงที่คาหนึงที่เรี ยกว่า ่ ่ “ค่าคงที่ของพลังค์” (Planck’s constant) และถ้ าระบบใดๆ ไม่มี พลังงาน (E=0) นันหมายความว่าอะตอมต้ องสันด้ วยเวลาเป็ นอนันต์ ่ ่ (infinite)
- 23. • และตามแนวคิดหนึงเกี่ยวกับรูหนอน ประตูข้ามเวลานี้จะเปิ ดอยูได้ ด้วย ่ ่ การบรรจุสงที่เรี ยกว่า “วัตถุอนแปลกประหลาด” (exotic matter) ิ่ ั ลงในคอคอดรูหนอนหรื อบริเวณรอบๆ ซึงเป็ นวิธีอนน่าแปลกที่เดียว แต่ ่ ั วัตถุเหล่านันจะถูกผลักมากกว่าถูกดูดโดยแรงโน้ มถ่วง ซึงกล่าวได้ วามี ้ ่ ่ พลังงานเป็ นลบและมีความหมายที่น่าปวดหัวมากกว่าอวกาศที่ ว่าง เปล่า (ไม่มีพลังงาน) ดังนันเพื่อจะอธิบายวิธีการนี ้ นักวิทยาศาสตร์ ต้อง ้ มองข้ ามกฎฟิ สิกส์ดงเดิมไปสูโลกของกลศาสตร์ ควอนตัม ั้ ่
- 24. ผลการศึกษาวิจยเรื่ องรู หนอน ั •กลุมแรกคือ ดร.สตีเฟน ซู (Dr.Stephen Hsu) และโรมัน บิวนี ่ (Roman Buniy) แห่งมหาวิทยาลัยโอเรกอน (University of Oregon) สหรัฐซึงตีพิมพ์ผลงานผ่านเซิร์ฟเวอร์ ของ arXiv ได้ ค้ าน ่ ว่าทฤษฎีรูหนอนแบบเดิมนันอาจจะมีช่องโหว่ก็ได้ ซึงนักวิจยทัง้ 2 ได้ ้ ่ ั เพ่งพินิจรูหนอนแบบ “ท่อ” กาล-อวกาศที่มีความคลาดเคลื่อนเล็กน้ อย จากกฎฟิ สิกส์ดงเดิม และเสนอว่าไม่ควรนาวัตถุแปลกประหลาดเข้ ามา ั้ รวมในการคานวณด้ วย
- 25. • ส่วนการศึกษาอีกด้ านหนึงโดยคริส ฟิ วสเตอร์ (Chris Fewster) ่ จากมหาวิทยาลัยแห่งยอร์ ค (the University of York) สหราช อาณาจักร และธอมัส โรมัน จากมหาวิทยาลัย เซ็นทรัล คอนเนคติกต ั สเตต (Central Connecticut State University) สหรัฐ
- 26. • ใช้ วิธีการที่ตางออกไปเพื่อไขปริศนาของรูหนอนนี้ โดยงานวิจยของพวก ่ ั เขานันอาศัยพื ้นฐานที่คนอื่นศึกษาก่อนหน้ านี ้ว่าคอขอดของ รูหนอน ้ สามารถเปิ ดรับวัตถุแปลกประหลาดได้ เพียงเล็กน้ อยเท่านัน ้
- 27. • ฟิ วสเตอร์และโรมันคานวณว่าแม้ จะสามารถสร้ างอะไรคล้ ายๆ กับรู หนอนได้ แต่คอขอดของรูหนอนก็แคบเกินกว่าจะเดินทางผ่านกาลเวลา ได้ แม้ จะเป็ นไปได้ ในเชิงทฤษฎีวาหากปรับเรขาคณิตของรูหนอนดีๆ คอ ่ ขอดของรูหนอนก็อาจจะกว้ างพอที่จะให้ คนๆ หนึงเดินทางทะลุมิติผ่าน ่ ไปได้
- 28. • แต่วาการจะสร้ างรูหนอนที่คอขอดมีรัศมีกว้างพอที่จะให้ โปรตอนตัว ่ หนึงผ่านไปได้ ต้องปรับรายละเอียดโครงสร้ างในระดับ 1/1030 และรู ่ หนอนขนาดพอดีตวคนนันต้ องปรับกันที่ความละเอียด 1/1060 เลย ั ้ ทีเดียว
- 29. • อย่างไรก็ดีก็ยงมีกลุมคน ที่สนับสนุนแนวคิดการสร้างรูหนอนที่กาหนด ั ่ สถานที่และเวลาได้ โดยนักฟิ สิกส์คนหนึงกล่าวว่าเขามองเห็นปั ญหาใน ่ ข้ อสรุปของทัง้ ดร.ซูและบิวนี ซึงเขาแสดงความเห็นว่าการละเมิด ่ หลักการทางฟิ สิกส์จากสภาวะที่ไม่มีพลังงาน นันเกิดขึ ้นในหลาย ้ ปรากฏการณ์ แต่นกวิจยจากมหาวิทยาลัยโอเรกอนก็พยายามที่จะมอง ั ั เพื่อละปั ญหานี ้ไป
- 30. • สาหรับสตีเฟน ฮอว์กิง(Stephen Hawking) นักฟิ สกส์จาก ิ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (Cembridge University) ก็เป็ น นักวิจยอีกคนหนึงที่พยายามจะไขข้ อข้ องใจเกี่ยวกับหลุมดา ั ่ โดยประมาณปี ค.ศ.1980 บางสิงที่เป็ นพื ้นฐานอยูภายใต้ กฎฟิ สิกส์นน ่ ่ ั้
- 31. • จะต้ องปองกันรูหนอนจากการใช้เพื่อเดินทางข้ ามเวลา ซึงความคิด ้ ่ ดังกล่าวเป็ นพื ้นฐานของการคาดเดาของฮอว์กิงเกี่ยวกับการปกปอง ้ เรื่ องของเวลา (Hawking’s Chronology Protection Conjecture) ซึงเชื่อว่าการเดินทางย้ อนเวลาไม่สามารถเกิดขึ ้นได้ ่
- 32. ทาไมรูหนอนจึงถูกเชื่อกันว่ าข้ ามเวลาได้O_o เพราะตามกฏฟิ สิกส์ปัจจุบนแล้ วนันไม่สามารถนามาใช้ อธิบายรูหนอน ั ้ เพราะมันอยูห่างไกลความเป็ นจริงไปหน่อย เราไม่ร้ ูวามีอะไรอยูหลัง ่ ่ ่ WormHole นักวิทยาศาสตร์ สวนใหญ่คิดว่าเราไม่สามารถกาหนด ่ เวลา มิติ ตาแหน่งและสถานที่ด้านหลังรูหนอนได้ เลย จึงมีความเป็ นไป ได้ ที่จะไปยังตาแหน่งกาลอวกาศอีกจุดได้ ด้วย เพราะกาล อวกาศคือจุดที่เวลาและอวกาศรวมกันเป็ นทางเดียวแล้ ว
- 33. อันตรายจากการข้ ามมิติ 1.เรายังไม่ร้ ูรูปแบบการปรากฏตัว"ที่แน่นอน"ของมัน 2.ความต่างชนิดของสสารเพราะรูหนอนนันเป็ นสภาพลบและแน่นอน ้ ว่าเราเป็ นสสารบวก... กฏข้ อเนี ้ยแหละที่ฉีกการข้ ามมิตเิ ป็ นชิ ้นๆเลย...
- 34. • 3.พลังงานมหาศาลที่อยูรอบๆรูหนอนอาจบดขยี ้เราจนเละหากเราขับ ่ ยานพลาดไปชนมันเข้า... 4.ข้ อสุดท้ าย การขับยานในรูหนอนนันต้ องระวังเป็ นพิเศษ หากเข้ าไป90 ้ องศาตอนขับในนันก็ต้อง90องศา ห้ ามเฉียงแม้ แต่องศาเดียว เพราะไม่ร้ ู ้ อะไรจะเกิดขึ ้นถ้ าเราขับชนกาแพงรูหนอน
- 35. ผู้จัดทา • 1. นางสาวชัญญาแสนเสมอ เลขที่ 19 • 2. นางสาวหิรัญญิการ์ หิรัญสุรงค์ เลขที่ 40 • ชัน ม. 6/3 ้
- 36. แหล่ งอ้ างอิง •http://www.neutron.rmutphysics.com/science news/index.php?option=com_content&task=v iew&id=500&Itemid=4 • http://www.manager.co.th/science/ViewNews .aspx?NewsID=9570000012940 • http://www.dek-d.com/board/view/3077107/ • http://www.mythland.org/v3/thread-4595-11.html