ฟิสิกส์ของ Red Matter


ในหนัง Star Trek ปี 2009 สป๊อค ได้พยายามหยุดยั้งซุเปอร์โนว่าครั้งใหญ่ที่จะสร้างหายนะระดับกาแลคซี่ด้วยสิ่งที่เรียกว่า Red Matter สสารสีแดงที่ผลิตจากไอโซโทปของ Decalithium ไอโซโทปธาตุปริศนา Red Matter สามารถสร้างสิ่งที่เรียกว่า Singularity หรือสิ่งเทียมหลุมดำ โดยใช้ปริมาณเพียงแค่หยดเดียวก็หยุดยั้งซุเปอร์โนว่าได้ แต่หลังจากนั้น ยานของสป๊อค ได้ถูกไล่ล่าโดยยานของโรมูลันจนตกลงไปใน Singularity และย้อนเวลากลับมาในช่วงวัยหนุ่มของกัปตันเคิร์ก



Red Matter เป็นสิ่งที่อยู่นอกเหนือกฎทางฟิสิกส์ใดๆ ณ ปัจจุบันจะอธิบายได้ ไม่ว่าจะในแง่ของมวลและพลังงานของสสารใดที่จะสร้าง singularity ขึ้นมา แต่เนื่องจากที่นี่ เป็นเฟซของ Darth Prin นักวิดกระยาสาร์ทสติเฟื่อง ของน่าสนุกอย่างนี้เราจะไม่เอามาแถเล่นได้อย่างไร เพราะ เรื่องไร้สาระ Mumbo Jumbo พรรค์นี้ละ คือสิ่งที่ Laurence Krauss อภิอัครสาวกแห่งสตาร์เทรคเรียกว่า เป็นของเล่นชั้นยอดให้นักวิทยาศาสตร์เอามาเล่นกัน

เรามาลองศึกษาคลิปการทำงานของ Red Matter ดูกัน

คลิกเพื่อดูคลิปวิดีโอ


สิ่งที่ต้องสังเกตในคำอธิบายของ Red Matter มันสร้างสิ่งที่เรียกว่า Singularity ภาวะเอกฐาน ไม่ได้พูดว่ามันสร้างหลุมดำเสียทีเดียวแม้ว่าเราจะตีความว่า Singularity คือจุดศูนย์กลางของหลุมดำ สภาพที่มันสามารถดูดทุกสิ่งทุกอย่างเข้าหาตัวมันแม้แต่พลังทำลายของซุเปอร์โนว่า บางที จริงๆแล้ว แทนจะบอกว่ามันดูดสิ่งต่างๆเข้าไป สิ่งต่างๆนั้นอาจแค่กำลังรั่วลงสู่สถานะที่มีศักย์พลังงานต่ำสุด ตัว Red Matter อาจไม่ใช่ก้อนของพลังงาน แต่มันเป็น Catalyst ที่จะทำให้ภาวะ False Vacuum ของจักรวาลของเรา เอาชนะ Space-time Activation energy และรั่วเข้าไปสู่โหมดของ True Vacuum  ก็เป็นได้

False Vacuum คืออะไร

ในกระทู้ของท่าน Pomzazed แห่งหว้ากอ (ที่ไม่ป๊อปและถูกทอดทิ้งไว้ตั้งแต่ปี 2556) เคยแปลความจากวิเกรียนไว้ว่า False Vacuum คือสภาพที่ระดับพลังงานต่ำสุดที่เรารู้จักกันในจักรวาลนั้น ไม่ใช่ค่าพลังงานต่ำสุดที่แท้จริงหากแต่เป็นสภาวะคงตัวชั่วคราว (meta-stable state) เท่านั้น (คณิตศาสตร์: จุดนี้เป็นเพียง Local minima ไม่ใช่ global minima) และหากมีหนทางใดที่ทำให้พิกัดพลังงานของเอกภพ (energy coordinate) เคลื่อนตัวไปยังตำแหน่งที่ต่ำกว่าได้นั้น อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนสภาวะ ของเอกภพทั้งหมดอย่างรวดเร็ว ทำให้สภาวะต่างๆ ในเอกภพแตกดับไปหมดอย่างแทบจะกะทันหัน โดยแพร่ออกจากแกนเหนี่ยวนำ “Seed” ที่เป็น true vacuum ไปทั่วจักรวาล



ในกรณีดังกล่าว ถ้าหาก Red Mater จะเป็นแกนเหนี่ยวนำให้เกิดการตกผลึกของกาลอวกาศในระนาบของเรา เข้าไปสู่สภาพของกาลอวกาศที่มีศักย์พลังงานต่ำสุดอย่างแท้จริง มวลและพลังงานของระนาบกาลอวกาศเราจะรั่วเข้าจุดดังกล่าวอย่างรวดเร็ว เหมือนการดึงจุกก๊อกของอ่างน้ำ ตัว Red Matter จึงเป็นสิ่งที่ต้องเก็บแยกเป็นอิสระของทุกสิ่งแม้แต่กาลอวกาศของเรามิฉะนั้น กาลอวกาศของเราจะรั่วฉีกขาดลงไปสู่สภาวะต่ำสุดทั้งหมด และมันอาจรั่วทะลุไปกาลอวกาศในระนาบเวลาอื่นๆของเราทำให้เกิดการเดินทางข้ามเวลาเสียก็ได้

แต่ทีนี้ ถ้าหากRed Matter จะอันตรายขนาดนั้น เราคงไม่มีทางที่จะใช้มันได้ แต่บางที ถ้าเราคิดถึงสภาพของการรั่วลงไป ณ จุดๆเดียว สสาร และพลังงานที่รั่วลงด้วยความรวดเร็วอาจจับก้อนขึ้นมาใน Singularity เกิดเป็นหลุมดำที่อุดปากรูรั่วไว้พอดี ดังนั้นแม้ Red Matter จะสามารถสร้างรูรั่วสู่ True Vacuum แต่ธรรมชาติของการไหลลงสู่รูรั่วนั้นจะทำให้เกิดการตันในที่สุด และการไหลไปสู่ True Vacuum จะไม่เกิดขึ้นได้ง่ายขนาดนั้น ชาว วัลแคน ถึงยอมให้มีการใช้งาน Red Matter ที่แสนทรงพลังได้ เพราะมันจะไม่มีทางถึงขนาดทำลายจักรวาลทั้งหมดทีเดียวนั่นเอง....มั๊งนะ

แล้วถ้าเราจะหาประโยชน์ใช้พลังงานจาก Red Matter ล่ะ
ถ้าเรารู้จักสมการการแผ่รังสีฮอว์กิ้งของหลุมดำ เราจะได้ข้อสังเกตว่า หลุมดำยิ่งเล็ก การแผ่รังสียิ่งมาก และการยุบมวลขนาดดวงจันทร์โฟบอสของดาวอังคาร อาจจะให้หลุมดำขนาดพอดีที่จะใช้เป็นเตาปฏิกรณ์พลังงานรังสีฮอว์กิ้ง Event horizon ของการยุบดวงจันทร์โฟบอสจะมีขนาดเพียงพิโคเมตร (Picometer) มันจะเล็กกว่าอะตอม แต่ยังใหญ่กว่านิวเคลียสและแผ่รังสีฮอว์กิ้งเป็นแหล่งความร้อนให้เราเอามาเดินเครื่องจักรได้ แต่ การจะหาหลุมดำขนาดเล็กแบบนี้มาใช้ จะเป็นเรื่องยากฝุดๆเพราะมันต้องเป็นหลุมดำที่เก่ามากๆและมีการเสียมวลผ่าน Hawking radiation ไปมหาศาลจนเหลือมวลที่เล็กขนาดนี้ และอย่างที่เราทราบกันดี การแผ่รังสีฮอว์กิ้งของหลุมดำแปรตามขนาดของ Event horizon และเราต้องการดวงอาทิตย์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราไปอย่างน้อย 3 เท่าที่จะมีสิทธิ์ที่มันจะยุบตัวเองเป็นหลุมดำ


สมการการแผ่รังสีฮอว์กิ้ง อุณหภูมิของหลุมดำแปรผกผันกับขนาด ในความหมายก็คือ ถ้าหลุมดำเล็กถึงระดับหนึ่ง มันจะแผ่รังสีออกมาที่ความร้อนไม่ต่างอะไรจากดวงอาทิตย์ และเราสามารถใช้ประโยชน์จากหลุมดำในฐานะเตาปฏิกรณ์ได้


ด้วยอายุของจักรวาล มันไม่น่าจะมีหลุมดำที่เสียมวลผ่านกระบวนการ Hawking Radiation จนเล็กพอทีเราจะเอามาใช้งานได้ (และถึงมันมี การค้นหาหลุมดำขนาดเล็กนี้ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายแน่ๆในจักรวาลอันใหญ่โตนี้) แต่ สถานการณ์จะเปลี่ยนไปถ้าเราสามารถควบคุมขนาดของหลุมดำได้ ลองคิดถึงการออกเดินทางไปยังแถบดาวเคราะห์น้อย แล้วเอาพวกดาวเคราะห์แคระอย่าง เซเรส หรือ เวสต้า เคลื่อนมาเข้าวงโคจรตามหลังโลก ก่อนยุบมวลลงด้วย Red Matter ก่อนหุ้มม้นด้วยกระจกแล้ว Feed สสารลงไป สสาร จะเข้าไปชดเชยการเสียมวลด้วยการแผ่รังสีฮอว์กิ้งที่เรานำมาใช้เป็นพลังงานด้วยเครื่องจักรความร้อน หรือ photo-voltaic ก็แล้วแต่ เท่านี้ เราก็ได้เตาปฏิกรณ์หลุมดำแล้ว

แล้วถ้าเราจะใช้เตาปฏิกรณ์หลุมดำในการเดินทางล่ะ


ยานอวกาศพลังงานหลุมดำเป็นทฤษฎีการใช้หลุมดำเป็นแหล่งพลังงานขับเคลื่อน โดยมีการกล่าวถึงในนิยายของ อาเธอร์ ซี คลาก Imperial Earth และงานเขียนของ ชาร์ล เชฟฟิลด์ โดยดึงพลังงานจากหลุมดำแบบ Kerr-Newman เพื่อการขับเคลื่อนจรวด สำหรับในรูป เป็นภาพออกแบบของ Schwarzschild Kugelblitz drive ของ Adrian Mann จาก Bisbos.com


การที่หลุมดำไม่มีอะไรจะไปจับต้องมันได้เป็นปัญหาใหญ่เมื่อจะใช้มันเป็นเตาปฏิกรณ์ในอวกาศยาน สิ่งเดียวที่จะจับต้องมันโดยไม่ถูกดูดลงไปในขอบฟ้าปรากฎการณ์มีเพียงแรงโน้มถ่วง ดังนั้น แม้มันคงอยู่ในวงโคจรของดาวฤกษ์ได้ แต่จะขนไปมาในยานอวกาศคงไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปได้ด้วยฟิสิกส์ที่เรารู้ ณ ตอนนี้ แต่ ในรูปแบบการสร้างเตาปฏิกรณ์หลุมดำ ศาสตราจารย์ เพนโรส (Penrose) มีแนวคิดในการใช้ประโยชน์จากหลุมดำที่มี Spin เพราะดาวฤกษ์เมื่อยุบตัวลงเป็นหลุมดำมันจะมี การคงโมเมนตั้มเชิงมุม ยิ่งขนาดดาวลดลงมาก รัศมีหดลงความเร็วก็ยิ่งทวีคุณจนมีการวาร์ปของกาลอวกาศรอบนอกของ Event horizon ขอบเขตรอบนอก Event horizon ที่เรียกว่า  Ergosphere และเราสามารถใช้ประโยชน์จากการหมุนในลักษณะคล้าย gravity assist ในการดึงพลังงานจากการหมุนของหลุมดำ กรณีถ้าเราส่งยานอวกาศเข้าไปในขอบเขต Ergosphere แล้วทิ้งส่วนขับดันลงหลุมดำเพิ่มความเร็วให้กับตัวยานอวกาศ เราจะมีการได้เปรียบเชิงพลังงาน ดึงพลังงานจากการหมุนของหลุมดำเข้ามาเป็นความเร็วของอวกาศยานของเราได้ ในกรณีที่เราสามารถสร้างหลุมดำได้โดยอิสระจาก Red Matter เราสามารถสร้าง Portal การเดินทางใกล้ความเร็วแสงโดยอาศัยการยุบดาวฤกษ์เป็นหลุมดำและใช้เป็นตัวเหวี่ยงเร่งความเร็วในการเดินทางในอวกาศได้โดยไม่ต้องทุ่มทุนเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล หรือเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ จำนวนมหาศาล ถ้าเราจะเดินทางไปยังระบบสุริยะของอัลเดบารัน เราอาจไป transit ยุบมวลของอัลฟ่าเซนจูรี่เพื่อใช้เป็นตัวเร่งการเดินทางไปยังเป้าหมายของเราก็ได้


เตาปฏิกรณ์พลังงานหลุมดำตามวิธีการของเพนโรส


อ่านมาจนถึงตรงนี้ เราอาจจินตนาการบรรเจิดไปว่า ถ้าเรามี Red Matter เราจะทำอะไรกับมันได้บ้าง แต่ด้วยหลักฟิสิกส์ ณ ปัจจุบัน การจะมี Red Matter ได้จริง มันยังต้องการการแถของเหล่านักวิดกระยาสาร์ทแฟนบอยของสตาร์เทรคอีกมาก มันก็เหมือนกับการวาร์ปนี่ละ แรงบันดาลใจจากหนัง นิยายไซไฟ คือสิ่งที่ขับเคลื่อนวงการวิทยาศาสตร์ไปข้างหน้า เกิดเป็นโทรศัพท์มือถือ ไอแพด แว่นกูเกิ้ล และเครื่องพิมพ์สามมิติมาแล้ว การที่เราจะเชื่อว่ามันจะมีวาร์ป หรือ สสารแดง ในอนาคตมันก็คงไม่เลอะเทอะเกินไปสักเท่าไรหรอกน่ะ..... มั๊ง
แก้ไขข้อความเมื่อ
แสดงความคิดเห็น
Preview
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่