วิดีโอ

สรุป

หลุมดำเก็บพลังอันมหาศาลที่ใหญ่สุดในจักรวาล

ถ้าคุณเข้าใกล้มันมากไป มันจะกลืนคุณและ เอาพลังงานคุณไปเป็นส่วนหนึ่งของมัน

แล้วพลังงานนั้นหายไปจากเราตลอดกาล?

งั้นรึ? กลายเป็นว่ามีทางลัดของจักรวาล

ทางที่จะให้พลังงานแก่อารยธรรมจนกระทั่งสูญสลาย หรือ วิธีสร้างระเบิดที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล

แต่วิธีการทำอย่างไร

เราได้เรียนรู้ว่าพลังงานทั้งหมดถูกกลืนไปในหลุมดำ แม้แต่แสง

นี่เป็นความจริง

ทุกอย่างที่คุณเห็นว่าแปลกที่สุดในจักรวาล กำลังจะแปลกกว่าเดิมด้วย 1 เหตุผลง่ายๆ:

หลุมดำหมุนได้

[เพลง]

ทำไมหลุมดำหมุนได้

เมื่อดาวฤกษ์มวลมหาศาลตาย แกนของมัน

จะยุบตัวลงด้วยแรงโน้มถ่วงของตัวเองสู่หลุมดำ

หมายความว่าบางสิ่งที่ใหญ่มากจะกลายเป็นเล็กมาก เป็นสิ่งเล็กสุดที่สามารถเป็นได้ในจักรวาลนี้

แต่ดาวฤกษ์กำลังหมุนอยู่ และสมบัติพื้นฐาน ของจักรวาลเราคือ สิ่งที่หมุนมันหมุนต่อไป

เราเรียกสิ่งนี้ว่า โมเมนตัมเชิงมุม

โมเมนตัมเชิงมุมนี้ไม่สามารถหายไปได้ สิ่งใหญ่ที่หมุนกลายเป็นเล็กลงและหมุนเร็วขึ้น

ดังนั้นเมื่อแก่นของดาวฤกษ์ยุบลง โมเมนตัมของมันทำให้ มันหมุนเร็วขึ้น เร็วขึ้น จนกระทั่งมันยุบตัวลงไปในหลุมดำ

และหลุมดำยังคงหมุนต่อไปด้วยความเร็วไม่น่าเชื่อ

บ้างหมุนไปนับล้านครั้งต่อวินาที

ทำไมหลุมดำหมุนได้จึงพิเศษ

เช่นเดียวกับหลุมดำที่ไม่ได้หมุน,

หลุมดำที่หมุนอยู่มีขอบฟ้าเหตุการณ์ และภาวะเอกฐาน ที่แกนกลางซึ่งมวลของมันรวมอยู่

ภาวะเอกฐาน(singularity) อธิบายได้ว่า เป็นจุดเล็ก ๆ ที่ไม่มีพื้นที่ผิว

แต่จุดไม่สามารถหมุนได้ ดังนั้น singularity ไม่สามารถเป็นจุดได้

แต่จะเป็น RINGuality

ringularity เป็นวงแหวนที่มีความหนาเป็นศูนย์ และไม่มีพื้นผิว หมุนเร็วมาก ๆ มีมวลทั้งหมดของหลุมดำ

หลุมดำกำลังหมุนเร็วมาก เปลี่ยนแปลงพื้นที่และเวลาไป

แท้จริงมันลากพื้นที่ไปกับมันด้วย

นี้จะสร้างพื้นที่แปลกใหม่ของกาล-อวกาศ: ergosphere ซึ่งปกคลุมหลุมดำ

ถ้าที่ว่างและเวลาถูกทำลายหมดภายในขอบฟ้าของเหตุการณ์ พวกมันจะแค่เสียหายครึ่งหนึ่งภายใน ergosphere

ภายใน ergosphere ไม่เป็นเหตุเป็นผลเลย

เป็นไปได้ที่จะเข้าไปและออกมาอีกครั้ง แต่อาจไม่ใช่ประสบการณ์ที่ดีนัก

คุณสามารถจินตนาการได้เช่นนี้: การตกเข้าสู่ หลุมดำแบบไม่หมุนก็เหมือนกับการเลื่อนลงหลุม

การอยู่ภายใน ergosphere ของหลุมดำที่หมุนเป็นเหมือน กำลังหมุนวนลงท่อระบายน้ำมรณะ

หลุมดำถ่ายโอนพลังงานจลน์ของมัน ในรูปแบบของการหมุนแก่ทุกอย่างที่เข้าสู่ ergosphere

ringularity ทำให้คุณเต้นได้ ไม่ว่าคุณจะต้องการหรือไม่

คุณจำเป็นต้องเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสง เพียงเพื่อยืนนิ่งที่นี่ ซึ่งเป็นไปไม่ได้

แต่นี่คือทางลัดของเรา: เราสามารถขโมยพลังงานนี้ได้ และมีพลังงานมากมายด้วย

วิธีการขโมยพลังงานจากหลุมดำ

การใช้ประโยชน์หลุมดำมวลมหาศาลที่ศูนย์กลางทางช้างเผือก

เราสามารถขโมยพลังงาน เทียบเท่าพลังที่ได้จากดาวฤกษ์ทุก ดวงในทางช้างเผือกตลอดเวลานับพันล้านปีรวมกัน

วิธีที่ง่ายที่สุดที่จะขโมยพลังงานนี้คือ หย่อนบางสิ่งที่เข้าไปในหลุมดำ

เราได้เห็นว่า ringularity ใช้พลังงานกับเรา เมื่อเราเข้าสู่ ergosphere,

… ซึ่งเหมือนอยู่ในอ่างน้ำวนที่มีกาล-อวกาศ วิ่งรอบ ๆ

หากคุณฉลาดคุณสามารถใช้น้ำเพื่อประโยชน์ของคุณ และว่ายน้ำได้เร็วกว่าก่อน

ในทางปฏิบัตินี่หมายถึงการส่งจรวดเข้าไปใน ergosphere และแลกเปลี่ยนกับหลุมดำ:

เราให้พลังในรูปมวลแก่มัน และมันให้พลังหมุนแก่เราได้

นี่ไม่ใช่การแลกเปลี่ยนที่เป็นธรรม เราได้รับข้อเสนอที่ดีขึ้นได้

โดยปกติ ถ้าคุณยิงจรวดคุณแลกเปลี่ยน พลังงานเคมีเป็นพลังงานจลน์

นี่เหมือนกับตัวเองว่ายไปข้างหน้าในสระว่ายน้ำ

แต่ถ้าคุณยิงจรวดเข้าสู่ ergosphere ก็เหมือนกับ ตัวเองว่ายไปข้างหน้าในสระว่ายน้ำที่มีคลื่น

พลังงานการหมุนของคลื่นช่วยให้คุณได้รับพลังผลักดัน มากกว่าที่คุณจะทำได้โดยการว่ายด้วยตัวเอง

พลังผลักดันเพิ่มจากการหมุนของหลุมดำมีขนาดใหญ่มาก จน คุณออกจาก ergosphere แล้วมีพลังงานมากกว่าที่คุณให้มัน

หลุมดำสละพลังงานหมุนเล็ก ๆ น้อย ๆ แก่คุณ และทำให้มันหมุนช้าลงเล็กน้อย

เห็นได้ชัดว่า นี่ต้องให้มวลแก่มันเป็นจำนวนมาก

โชคดีที่หลุมดำกลืนไม่เลือก

อารยธรรมขั้นสูงในอนาคตอาจจะเอาดาวเคราะห์น้อยปล่อยลง ในหลุมดำ เมื่อพวกเขาต้องการใช้พลังงานเพิ่ม

แต่มีวิธีที่ดียิ่งขึ้นไปอีก แถมแปลกขึ้นอีก การสร้างระเบิดที่ใหญ่ที่สุดที่เคยคิดจะสร้าง:

ระเบิดทำจากหลุมดำ

เราต้องการสองสิ่ง เพื่อใช้สร้างระเบิดจากหลุมดำ: หลุมดำที่หมุนอย่างรวดเร็วและกระจกขนาดใหญ่

กระจกต้องห่อหุ้มหลุมดำอย่างสมบูรณ์

ซึ่งคล้ายกับ Dyson Sphere โครงสร้าง ขนาดใหญ่ที่เก็บเกี่ยวพลังงานของดาวฤกษ์ทั้งดวง

แม้ว่ากระจกของเราจะสร้างได้ง่าย

เพราะหลุมดำมีขนาดเล็กกว่าดาวฤกษ์มาก

ถ้าเราทำกระจกหนา 10 cm ใช้โลหะจากดาวเคราะห์น้อยขนาด ใหญ่คงเพียงพอสำหรับหลุมดำที่มีมวลเท่าดวงอาทิตย์ของเรา

เมื่อใส่กระจกของเราเข้าที่ เราแค่ต้องเปิดหน้าต่าง และยิงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสู่หลุมดำ

คุณสามารถจินตนาการได้ว่า คล้ายโยนลูกบอลใส่ผนัง และมันสะท้อนกลับมาเร็วกว่ากระสุน

คลื่นกระทบหลุมดำด้วยความเร็วแสง

ส่วนเล็ก ๆ ของคลื่นเข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ และหายไปตลอดกาล

แต่ส่วนมากของมันกระเด็นสู่ ergosphere

ที่ๆ หลุมดำใช้พลังงานหมุนกับมัน และเพิ่มพลังแก่มัน

ตอนนี้พวกมันเริ่ม superradiant scattering ซึ่งความหมายคือ:

“เด้งไปมาระหว่างกระจกและหลุมดำและมีพลังมากขึ้น”

ทุกครั้งที่พวกมันเด้งไปรอบ ๆ พวกมันจะได้พลังงานมากขึ้นอย่างมาก

หากเปิดหน้าต่างกระจกบางส่วน เราสามารถ ดึงพลังงานจากคลื่นได้เร็วเท่าที่พลังของมันโตขึ้น

ในทางทฤษฎี เราสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานที่ ไม่มีที่สิ้นสุดเป็นเวลาหลายพันล้านปี

หรือ เราอาจให้มันเป็นระเบิดก็ได้

หากคลื่นไม่ได้รับการปล่อยออกมา มันจะยังคงมีพลังมากขึ้นเรื่อยๆ

… และมีพลังงานมากขึ้นจนกระจกแตกเป็นเสี่ยงๆ

หลุมดำมวลมหาศาลจะปลดปล่อย พลังงานมากที่สุดเท่าซูเปอร์โนวา (supernova)

… เกิดระเบิดที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีสิ่งมีชีวิตสร้างได้

บ้านหลังสุดท้ายของจักรวาลที่กำลังจะตาย

ความงามของระเบิดหลุมดำ (กระบวนการ Penrose และการกระเจิง) มันไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์

ในอนาคตอันใกล้ นี่อาจเป็นวิธีเดียวที่จะมีชีวิตอยู่ ในจักรวาลที่กำลังจะตายของเรา

หลังจากที่ดาวแคระแดงได้เย็นตัวลง และดาวแคระขาวทั้งหมด เปลี่ยนเป็นดาวแคระดำ จักรวาลจะมืดมิดตลอดไป

หลุมดำที่หมุนอาจเป็นพลังงานเพียงแหล่งเดียวในจักรวาล ที่สิ่งมีชีวิตสามารถเก็บเกี่ยวได้

ถ้าเป็นเช่นนั้น การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต อาจจะจบชีวิตลงที่หลุมดำสักวันหนึ่ง

ซึ่งมันน่ากลัวพอๆ กับ ที่มันก็เป็นคติธรรม

ปรากฎว่า แม้ไม่มีแสงใด ๆ ก็มีสถานที่ที่เราสามารถไปได้

หลุมดำนั้นน่าสนใจพอๆ กับที่มันลึกลับ แต่ที่เราได้รู้ก็มีไม่น้อยเลย

การใช้คณิตศาสตร์ เราสามารถคำนวณสิ่งต่างๆ และได้ ทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีการที่เราตายหากเราตกลงไปในนั้น

ถ้าคุณชอบคณิตศาสตร์และชอบคำนวณ สิ่งเหล่านี้ด้วยตัวคุณเอง

เพื่อน ๆ ของเราที่ Brilliant ได้รวบรวมแบบทดสอบหลุมดำ เพื่อช่วยให้คุณได้คิดเกี่ยวกับมัน

Brilliant เป็นเว็บไซต์การแก้ปัญหาที่สอนให้คุณคิด เช่นนักวิทยาศาสตร์ โดยแนะนำปัญหาต่างๆ

พวกเขาใช้แนวคิดเช่นนี้ แบ่งปัญหาออกเป็นชิ้นเล็ก แสดงให้ ชัดเจนในแต่ละส่วน จากนั้นสร้างรวมสู่ข้อสรุปที่น่าสนใจ

หากคุณเข้าชม Brilliant.org/nutshell หรือคลิกลิงก์ในคำ อธิบาย คุณสามารถลงทะเบียนฟรีและเรียนรู้ทุกสิ่งที่น่าสนใจ

และโบนัสสำหรับผู้ชม Kurzgesagt 688 คนแรก จะได้รับ ส่วนลด 20% จากการเป็นสมาชิกรายปีด้วย

ถ้าคุณต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับหลุมดำและสนับสนุน Kurzgesagt อย่างแท้จริง นี่เป็นวิธีที่ดีที่สุด

บรรยายไทยโดย ytuaeb sciencemath