ดาวฤกษ์ที่ตายแล้วไม่ได้แผ่รังสี

• งานวิจัยล่าสุดอ้างว่า สสารมวลมากทั้งหมด ปล่อย รังสี Hawking และแม้แต่ดาวฤกษ์ที่ตายแล้วก็จะหายไปในที่สุด
• ข้ออ้างนี้ส่อถึงการ ละเมิดการอนุรักษ์แบรีออน และขัดแย้งกับทฤษฎีเดิม
• ผู้เชี่ยวชาญ วิจารณ์ ว่าวิธีคำนวณของงานนี้ไม่แม่นยำ และในความเป็นจริง สนามโน้มถ่วงของมวลที่หยุดนิ่งไม่ได้สร้างคู่อนุภาค-ปฏิอนุภาค
• หลายสิบปีก่อน Ashtekar และ Magnon เป็นต้น ได้พิสูจน์อย่างเข้มงวดแล้วว่าสุญญากาศในปริภูมิเวลาสถิตมีเสถียรภาพ
• แม้ระยะหลังจะมีข่าวเกินจริงจากการรายงานที่ผิดพลาดอยู่มาก แต่หลักฟิสิกส์ที่มีอยู่เดิมไม่ได้เปลี่ยนแปลง

---

ข้ออ้างเรื่องรังสี Hawking จากดาวฤกษ์ที่ตายแล้ว

เมื่อไม่นานมานี้ นักวิจัยสามคนคือ Michael F. Wondrak, Walter D. van Suijlekom และ Heino Falcke อ้างว่าไม่ใช่แค่หลุมดำเท่านั้น แต่ สสารมวลมากทั้งหมด ต่างก็ปล่อยรังสี Hawking

• พวกเขาอ้างว่าแม้แต่ดาวฤกษ์ตายที่เย็นลงแล้วก็ยังแผ่รังสี Hawking ทำให้ค่อย ๆ สูญเสียมวลและสุดท้ายก็จะสาบสูญไป
• ตามข้ออ้างนี้ จึงมีการกล่าวถึงความเป็นไปได้ที่ การดับสูญของเอกภพ จะมาถึงเร็วกว่าที่เคยคาดการณ์ไว้อย่างมาก

ทฤษฎีนี้ขัดกับ กฎการอนุรักษ์แบรีออน ที่มีอยู่เดิม

• ไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจนเกี่ยวกับกลไกการ สลายหายไปของโปรตอนและนิวตรอน ที่ประกอบกันเป็นดาว
• พวกเขาเพียงอ้างว่าสนามโน้มถ่วงของดาวสร้างคู่อนุภาค-ปฏิอนุภาคขึ้นมา แล้วทำให้ดาวสูญเสียมวล

ปฏิกิริยาจากผู้เชี่ยวชาญ

หากผู้เชี่ยวชาญเห็นว่าข้ออ้างนี้ใช้ได้จริง นี่จะเป็นเหตุการณ์ระดับปฏิวัติในวงการ ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม

• ที่ผ่านมา แนวคิดที่ได้รับการยอมรับคือสสารที่หยุดนิ่งไม่ปล่อยรังสี Hawking
• หากทฤษฎีนี้ถูกต้อง ทฤษฎีสนามควอนตัมในปริภูมิเวลาโค้ง ก็จะ หลีกเลี่ยงการแตกของการอนุรักษ์จำนวนแบรีออนไม่ได้ ซึ่งจะเป็นแรงสั่นสะเทือนครั้งใหญ่ต่อวงการฟิสิกส์

แต่ในความเป็นจริง บทความชุดนี้ แทบไม่สร้างผลกระทบต่อวงการฟิสิกส์เลย

• งานของ Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla และคนอื่น ๆ ชี้ว่าการประมาณแบบง่ายที่พวกเขาใช้ก่อให้เกิดความผิดพลาดร้ายแรง
• E. T. Akhmedov และคณะก็วิจารณ์ในทำนองเดียวกัน

ผู้เชี่ยวชาญตัวจริงทราบกันมาตั้งแต่ก่อนปี 1975 แล้วว่า สนามโน้มถ่วงของมวลสถิต ไม่ได้ก่อให้เกิดการสร้างคู่อนุภาค-ปฏิอนุภาค

การรายงานของสื่อและความเข้าใจผิดของสาธารณะ

งานวิจัยที่ Wondrak และคณะส่งตีพิมพ์ผ่านการพิจารณาโดยผู้ทรงคุณวุฒิจริง แต่ไม่ได้หมายความว่าได้รับการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญเฉพาะด้านนี้อย่างแท้จริง

• การได้ตีพิมพ์ในวารสารฟิสิกส์ชื่อดังไม่ได้แปลว่าน่าเชื่อถือโดยอัตโนมัติ
• บทความข่าวที่นำเสนอข้ออ้างนี้จำนวนมากไม่ได้ตรวจสอบข้อเท็จจริงอย่างเพียงพอ และ รายงานแบบหวือหวา

ตัวอย่างบทความเด่น

• CBS News: “เอกภพจะดับสูญเร็วกว่าที่เคยคิดไว้มาก”
• Space.com, Forbes และสื่ออีกหลายแห่งขยายประเด็นนี้จนเพิ่มความสับสนในหมู่สาธารณะ
• ข้อมูลผิดแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว ทำให้การสื่อสารข้อเท็จจริงที่ถูกต้องยิ่งยากขึ้น

พื้นฐานทางทฤษฎีอย่างเข้มงวด

ที่จริงแล้ว Ashtekar และ Magnon (1975) ได้ศึกษาทฤษฎีสนามควอนตัมในปริภูมิเวลาโค้งอย่างเข้มงวดไว้แล้ว

• พวกเขาพิสูจน์ว่าในปริภูมิเวลาสถิต หากมี 'สมมาตรของปริภูมิเวลาแบบ timelike Killing field ที่มีอยู่ทุกแห่ง' สภาวะสุญญากาศจะมีเสถียรภาพ
• ภายใต้เงื่อนไขนี้ จะไม่เกิด การเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติของคู่อนุภาค-ปฏิอนุภาค (การสร้างแบบสปอนเทเนียส)

ในตำราของ Robert Wald ก็อธิบายประเด็นเหล่านี้ไว้อย่างละเอียด

• อธิบาย นิยามของแนวคิดเรื่องพลังงาน ในปริภูมิเวลาโค้ง เสถียรภาพของสุญญากาศ และวิธีแยกอนุภาค/ปฏิอนุภาคอย่างเข้มงวด
• คำตอบแบบ Schwarzschild (กล่าวคือ หลุมดำหยุดนิ่ง) ก็มี Killing field เช่นกัน แต่ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์คุณสมบัติจะเปลี่ยนไป จึงไม่สามารถนำผลนี้ไปใช้ตรง ๆ ได้

จากงานของ Ashtekar และ Magnon รวมถึง Wald จึงเกิดฉันทามติว่า สนามโน้มถ่วงของวัตถุท้องฟ้าสถิตไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์การสร้างอนุภาคได้

บทสรุปและสถานการณ์ปัจจุบัน

• สนามโน้มถ่วงสถิตของดาวฤกษ์หรือสสารไม่ได้ก่อให้เกิดรังสี Hawking หรือการสร้างคู่อนุภาค ซึ่งเป็นข้อสรุปที่ยืนยันกันมาหลายสิบปีแล้ว
• วิธีคำนวณแบบประมาณที่เสนอในงานล่าสุดขัดแย้งกับเรื่องนี้ และความผิดพลาดของมันก็ถูกชี้ไว้แล้วจากหลายแหล่ง
• ประเด็นนี้ไม่จำเป็นต้องถกเถียงยืดเยื้อ เพราะปัญหาอยู่ที่ข้อบกพร่องของวิธีประมาณเอง
• นี่เป็นเรื่องที่มีข้อยุติมาตั้งแต่กว่า 50 ปีก่อน จึงยากจะเรียกว่าเป็นผลลัพธ์ใหม่
• งานล่าสุดมีลักษณะ เกินจริงและชวนให้เข้าใจผิด โดยยังตามความลึกซึ้งของทฤษฎีเดิมไม่ทัน

เอกสารอ้างอิง

• Abhay Ashtekar, Anne Magnon: Quantum fields in curved space-times (1975)
• Robert Wald: Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics (1994)
• วิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของ Valeria Michelle Carrión Álvarez (2004) เป็นต้น

ขณะนี้เป็นที่ยืนยันชัดเจนจากการศึกษาทั้งเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองตลอดหลายสิบปีว่า วัตถุท้องฟ้าสถิตรวมถึงดาวฤกษ์ที่ตายแล้วไม่ได้ปล่อยรังสี Hawking

[GN⁺]

ความเห็นบน Hacker News

• มีความรู้สึกว่าในจักรวาลยังมีบางอย่างที่เรายังมองข้ามไป และทฤษฎีขนาดมหึมาที่จะคงอยู่ต่อไปอีกหลายพันล้านปีก็ยังไม่ได้รวมสิ่งนั้นเข้าไป

• ตั้งคำถามว่าถ้าความเร็วหลุดพ้นจากหลุมศักย์โน้มถ่วงไม่ได้มากกว่าความเร็วแสง แล้วในกรณีนี้ Hawking radiation เกิดขึ้นได้อย่างไร ชี้ปัญหาว่าหากอนุภาคเสมือนทั้งคู่รอดอยู่ และไม่มีฝั่งใดข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ไป ก็ไม่มีเหตุผลที่มันจะหายไป

  • เตือนว่าคำอธิบายแบบ “อนุภาคหนึ่งตัวในคู่ถูกกักไว้ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์” สำหรับ Hawking radiation เป็นเพียงอุปมาแบบลดทอนเพื่อให้เข้าใจง่าย ไม่ใช่ความจริงตามตัวอักษร ในความเป็นจริง ปรากฏการณ์ที่แท้จริงคือการกระเจิงของอนุภาค (หรือสนาม) ที่เกิดขึ้นตรงขอบฟ้าเหตุการณ์ ชี้ว่า Hawking เองก็เน้นว่าภาพนี้เป็นเพียงอุปมาเชิงฮิวริสติกและไม่ควรตีความตรงตัวเด็ดขาด
  • จริง ๆ แล้วอุปมานั้นเป็นเพียงตัวอย่างสมมติที่สร้างขึ้นเพื่ออธิบายกลไกการทำงานของ Hawking radiation และเป็นแค่อุปลักษณ์ที่ขยายเกินจริงเพื่อให้ผู้สื่อข่าววิทยาศาสตร์พอใจเท่านั้น

• ถามหาวิธีเข้าใจแบบง่าย ๆ ว่าทำไมเทห์ฟากฟ้าที่มีมวลมากจึงไม่ปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง ถ้าผู้สังเกตที่ถูกเร่งจะเห็นการแผ่รังสีความร้อนจาก Unruh effect การยืนอยู่บนดาวเคราะห์ซึ่งหมายถึงกำลังถูกเร่งโดยแรงโน้มถ่วงจะทำให้เห็น Unruh radiation หรือไม่ และมันเกี่ยวข้องกับ Hawking radiation อย่างไร

  • ชี้ว่าจากมุมมองของคนทั่วไป เวลาเรายืนอยู่บนดาวเคราะห์ เราไม่ได้ถูกเร่งจริง ๆ แต่เป็นเพราะพื้นรองรับอยู่ ดังนั้นหากไม่ได้อยู่ในภาวะตกอย่างอิสระก็ไม่มีความเร่งจริง

• กล่าวอย่างขำ ๆ ว่าเพิ่งเขียนความเห็นคล้ายกันไปเมื่อไม่กี่วันก่อน เตือนว่าเนื้อหาของบทความนี้เหลวไหล และบนเซิร์ฟเวอร์ preprint ก็มักมีบทความที่ไม่อาจผ่านการทบทวนโดยเพื่อนร่วมวงการหลุดขึ้นมาได้ สื่อจึงควรระมัดระวังเรื่องนี้

  • ล้อเล่นว่าบทความนี้ยังได้ลง PRL ด้วย ดังนั้นถ้าตนเองเขียนบทความคล้าย ๆ กันส่งไปบ้าง อาจช่วยเรื่องอาชีพก็ได้
  • ไม่ว่าบทความจะเละเทะหรือไม่ ก็แสดงความกังวลต่อท่าทีจากการประเมินเชิงวิจารณ์ที่ว่า “ถ้าเป็นข่าวการค้นพบสุดช็อก นักข่าววิทยาศาสตร์ต้องให้ผู้เชี่ยวชาญตรวจสอบข้อเท็จจริงเสมอ” เพราะถ้ายึดท่าทีแบบนั้น ในอดีตตอนผู้เชี่ยวชาญเผยแพร่ความเชื่อผิด ๆ ว่าโลกแบนหรือดวงอาทิตย์โคจรรอบโลก คนก็จะต้องเชื่อทั้งหมดเช่นกัน

• มองว่าปัญหาที่ข้อถกเถียงครั้งนี้สะท้อน ไม่ใช่ว่าผู้เขียนต้นฉบับโง่ แต่เป็นความจริงที่ว่าความรู้ในแต่ละสาขาวิชาถูกแยกส่วนและกระจัดกระจาย หากเป้าหมายคือการพัฒนาความรู้ร่วมกัน สภาพความรู้ที่แบ่งแยกเช่นนี้ไม่ใช่เรื่องพึงประสงค์ พร้อมชี้ว่ามีปัญหาเกิดขึ้นในวงวิชาการระหว่างสาขาที่เกี่ยวข้อง

  • ตั้งข้อสงสัยว่ามันแยกส่วนถึงขนาดนั้นจริงหรือไม่ เงื่อนไขเรื่อง “global timelike Killing vector” ที่ปรากฏในบทความนี้เป็นเรื่องพื้นฐานใน quantum field theory และผู้เขียนบทความก็ไม่ได้อยู่นอกแวดวงเสียทีเดียว จึงน่าจะอย่างน้อยต้องกล่าวถึง ชี้ว่าทีมวิจัยไม่ได้ชั่วร้ายหรือโง่ แต่การสรุปข้อค้นพบที่ช็อกโดยไม่ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญให้เพียงพอถือว่าประมาท
  • มองว่าในความเป็นจริง เป้าหมายของวงการวิจัยคือการเผยแพร่บทความให้กว้างและเปิดเผยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ จึงไม่ใช่การแตกแยกของความรู้โดยแท้ แต่ผู้วิจัยส่วนใหญ่มักเก็บผลลัพธ์เงียบไว้แน่นจนกว่าจะเผยแพร่เป็น preprint ทำให้บ่อยครั้งไม่มีใครบอกได้ว่างานของตนมีปัญหาร้ายแรงอยู่แล้ว สุดท้ายก็มีข้อจำกัดของมนุษย์อยู่ เช่น การสร้างเครือข่ายระหว่างนักวิจัยจำนวนมาก ภาระข้อมูลเข้า และฟีดแบ็กที่ล้นเกิน แม้จะพอป้องกันไม่ให้ข่าวประชาสัมพันธ์ลักษณะนี้ออกสื่อโดยไม่ตรวจสอบข้อเท็จจริงได้ แต่ก็ไม่ใช่ปัญหาที่รากฐาน
  • อีกด้านหนึ่ง ผู้เขียนบทความต้นฉบับและนักข่าววิทยาศาสตร์กระแสหลักมักไม่รู้ว่าผิดตรงไหน หรือไม่เข้าใจว่าทำไมข้ออ้างที่กล้าหาญนั้นจึงใช้ไม่ได้ นี่เป็นปัญหาเรื้อรังที่ทำให้แม้เวลาจะผ่านไป 2 ปีแล้ว ข้อถกเถียงก็ยังไม่ยุติ
  • ปัญหาจริงไม่ใช่ความรู้ผู้เชี่ยวชาญที่แยกส่วน แต่เป็นจิตวิทยาที่สาธารณชนชอบการเผยแพร่และถกเถียงเรื่องที่เร้าอารมณ์ อธิบายว่าคนไม่ค่อยอยากฟังคำโต้แย้งจากผู้เชี่ยวชาญเพราะมันทำลายความสนุก มีประสบการณ์ว่าบน HN ก็มีคอมเมนต์โต้แย้งบทความนี้อยู่ แต่หลายคนเมินมันเพื่อเก็บความบันเทิงเล็ก ๆ ของตนไว้
  • เนื้อหาของบทความไม่ได้เกิดจาก “ความรู้ที่แยกส่วน” และทั้งหมดก็เปิดเผยบน arxiv อยู่แล้ว ปัญหาคือทุกคนล้วนพลาดได้ง่ายเมื่อออกนอกสาขาของตน ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์คือการเปิดให้คนจำนวนมากตรวจสอบ และกรณีนี้ก็เป็นตัวอย่างที่ระบบทำงานจนได้ข้อสรุปหลังการถกเถียง มองในแง่บวกระบบทำงานได้ดี เพียงแต่ยอมรับว่ายังขาดกลไกกรองไอเดียใหม่ก่อนจะถูกห่อเป็นข่าวหนังสือพิมพ์

• ต่อข้ออ้างที่ว่า “ถ้าการอนุรักษ์จำนวนแบรีออนถูกทำลาย มันจะน่าตกใจมาก” กลับมองว่านี่ออกจะเป็นผลตามตรรกะที่ถกเถียงกันมานานแล้วในเรื่อง Hawking radiation มากกว่า เป็นเรื่องที่ครั้งหนึ่งเคยรับว่า ‘ช็อก’ แต่ปัจจุบันกลับมองเป็นธรรมดา ผู้เขียนบทความอาจคำนวณผิดก็ได้ แต่รู้สึกว่าประโยคหลายส่วนในบล็อกถูกเสนอราวกับเป็นข้อเท็จจริงที่ชัดเจนเกินไป จนยิ่งบั่นทอนความน่าเชื่อถือ โดยอ้างอิง Wikipedia และคำพูดของ Daniel Harlow แห่ง MIT เพื่ออธิบายว่าความเป็นไปได้ที่การระเหยของหลุมดำจะไม่สอดคล้องกับการอนุรักษ์จำนวนแบรีออนนั้นเป็นเรื่องที่รู้กันดีอยู่แล้ว

  • มองว่าการวิจารณ์ด้วยสมการและตรรกะอย่างเรียบร้อยแบบการประเมินเชิงวิชาชีพของบทความ PRL ที่ John Carlos Baez อ้างถึงนั้นอ่านสบายใจกว่าการเขียนเชิงอารมณ์ โดยในบทความดังกล่าวมีการอธิบายในระดับผู้เชี่ยวชาญว่าสมการในบทความต้นฉบับใช้ไม่ได้จริงภายใต้ weak-field approximation และไม่สามารถจัดการกรณีการสร้างคู่เชิงแม่เหล็กไฟฟ้า/ความโน้มถ่วงได้อย่างถูกต้อง
  • มีบทความและตำราเกี่ยวข้องจำนวนมากถูกลิงก์ไว้แล้ว และแสดงความเชื่อมั่นว่า John Baez เป็นคนที่มีความเชี่ยวชาญ ประเด็นหลักของข้อถกเถียงคือ การอ้างว่าสามารถเกิดการไม่อนุรักษ์จำนวนแบรีออนได้แม้ไม่มีหลุมดำ นั่นต่างหากที่น่าตกใจจริง
  • การทดลองที่พยายามวัดการละเมิดกฎการอนุรักษ์จำนวนแบรีออนนั้นกำลังทำบนโลกโดยไม่มีหลุมดำเช่นกัน และจนถึงตอนนี้ก็ยังไม่พบการตรวจจับจริง จึงพิสูจน์ได้ว่าครึ่งชีวิตของโปรตอนต้องอย่างน้อย 2.4E34 ปี พร้อมยกบทความการทดลองที่เกี่ยวข้องของ Quantamagazine และการถกเถียงบน HN
  • กล่าวถึงว่าภายใน standard model เองก็มีปรากฏการณ์ไม่อนุรักษ์จำนวนแบรีออนแบบ non-perturbative อยู่แล้ว
  • สำหรับความไม่สอดคล้องระหว่างการระเหยของหลุมดำกับการอนุรักษ์จำนวนแบรีออน เน้นว่าจริง ๆ แล้วก็มีโมเดลหลุมดำที่ยังคงอนุรักษ์เลขควอนตัมลักษณะนี้ได้ วิจารณ์ว่าการอ้างสมมติฐานที่ไม่เป็นกายภาพซ้ำ ๆ เช่นปริภูมิ-เวลาที่ไร้ขอบเขต ตามความเห็นของ Penrose เป็นข้ออ้างที่ผิด ในวิทยาศาสตร์สำหรับสาธารณะมักมีคำกล่าวสองอย่างพร้อมกันคือ “ไม่มีอะไรเกิดขึ้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ” และ “ผู้สังเกตจากภายนอกจะไม่มีวันเห็นเหยื่อตกเข้าไปในหลุมดำอย่างแท้จริง” พร้อมชี้เชิงตรรกะว่าผู้สังเกตทั้งสองไม่อาจอยู่ในเอกภพเดียวกันแล้วมีความเห็นต่างกันต่อเหตุการณ์ทางกายภาพได้ การตีความที่สอดคล้องทางตรรกะมีเพียงแบบที่ไม่มีใครข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ได้ และเลขควอนตัมทั้งหมดถูกอนุรักษ์ พร้อมเสนอการตีความที่สอดคล้องกันสำหรับผู้สังเกตทุกฝ่าย รวมถึงปรากฏการณ์ที่การระเหยของหลุมดำเร่งตัวขึ้น

• สะดุดใจกับสมมติฐานในบทความปี 1975 ของ Ashtekar และ Magnon ที่ว่า “ปริภูมิ-เวลามีโครงสร้างไฮเพอร์โบลิกแบบทั่วทั้งปริภูมิ” และสงสัยว่าปัจจุบันสมมติฐานว่าปริภูมิ-เวลาแบนทั่วทั้งเอกภพไม่ใช่สิ่งที่ใช้กันทั่วไปหรือ

  • “globally hyperbolic” หมายถึงโครงสร้างเชิงเหตุและผลของปริภูมิ-เวลา ดู Wikipedia ได้
  • ความโค้งของปริภูมิ-เวลากับความโค้งของอวกาศเป็นคนละเรื่องกัน และแม้หน้าตัดสามมิติจะราบ ปริภูมิ-เวลาโดยรวมก็ยังเป็นไฮเพอร์โบลิกได้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไม่ได้กำหนดความโค้งเชิงพื้นที่ทั้งหมดไว้ ดังนั้นจนถึงขณะนี้ก็ยังไม่มีหลักฐานพิเศษใด ๆ

• แชร์ประสบการณ์ว่าเคยเห็นกรณีที่นำการคำนวณแบบทำให้ง่ายเกินจริงไปปฏิบัติราวกับเป็นความจริง แล้วเสนอเครื่องจักรนิรันดร์ออกมา

• มองว่าทั้งปัญหาแบบคลาสสิกและรูปแบบร่วมสมัยของมันถูกเข้าใจกันหมดแล้ว แต่ตอนนี้สิ่งสำคัญคือเราจะทำอะไรต่อ วิทยาศาสตร์ไม่ควรเป็นพื้นที่ของข้อมูลเท็จ แต่ปัจจุบันกลับไม่มีระบบป้องกัน มีคนได้รับเงินเพื่อเผยแพร่เรื่องเท็จ ขณะที่ไม่มีรางวัลสำหรับบทบาทที่คอยชี้ว่าอะไรเป็นเท็จ จากภายนอกข้อถกเถียงในวิทยาศาสตร์จึงดูคล้ายการต่อสู้ทางการเมือง และท้ายที่สุดความน่าเชื่อถือของนักวิทยาศาสตร์ก็เสียหาย มองว่านี่เป็นปัญหาที่ร้ายแรงจริง ๆ

• อ้างคำสอนของนักวิจัยผู้มีชื่อเสียง Eskil Simonsson ว่า “ดาวที่ตายแล้วก็ยังส่องแสงอยู่”