เปลี่ยนบรรยากาศกับช่วง “FSci Q1 Research” มาทางฝั่งฟิสิกส์ทฤษฎีกันบ้างนะฮะ ???
.
ช่วงปลายปีที่แล้ว ทุกท่านคงทราบกันดีว่าหนึ่งในรางวัลโนเบลประจำปี 2020 มาจากสาขาวิชาฟิสิกส์ ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับ “Black Hole” ของ ศ.โรเจอร์ เพนโรส ศ.ไรน์ฮาร์ด เกนเซล และ ศ.แอนเดรีย เกซ ซึ่งการศึกษาในหัวข้อดังกล่าวเป็นที่น่าสนใจและจับตามองเป็นอย่างมากในวงการของนักฟิสิกส์ทฤษฎีทั่วโลก ดังนั้นนักฟิสิกส์ทฤษฎีต่างพยายามศึกษาและคิดค้นสมมติฐานต่าง ๆ เกี่ยวกับ Black Hole ในมุมมองอื่น ๆ เพื่อนำไปสู่การไขความลับของจักรวาลในอนาคต
.
วันนี้อะตอมได้มีโอกาสเข้าไปสัมภาษณ์กับ ดร.ธนภัทร์ ดีสุวรรณ อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มจธ. ซึ่งเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์ทฤษฎีของทีมวิจัยที่ได้นำเสนอผลงานวิจัยเกี่ยวกับ “Thermodynamics and Phase Transition of Spherically Symmetric Black Hole” ต้องขอบอกเลยว่าเป็นอีกหนึ่งองค์ความรู้ของการไขความลับเกี่ยวกับ Black Hole ของจักรวาล
.
อาจารย์เล่าให้ฟังว่า ตั้งแต่ยุคของ สตีเฟน วิลเลียม ฮอว์กิง (Stephen William Hawking) ได้นำทฤษฎี Quantum Field มาคำนวณกับทฤษฎี General Relativity ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) แล้วพบว่านอกจาก Black Hole ไม่เพียงแต่จะดูดกลืนพลังงาน แต่ยังสามารถคายพลังงานออกมาได้ด้วย เรียกว่า Black Hole Radiation จึงเป็นที่มาให้นักวิทยาศาสตร์หลายท่านมองว่าปรากฎการณ์นี้คล้ายกับระบบของ Thermodynamics ที่ประกอบไปด้วยอุณหภูมิ และ เอนโทรปี ทำให้เกิดคำถามตามมาว่า “หากเราสามารถศึกษา Black Hole ในมุมมองของ Thermodynamics ได้ คุณสมบัติทาง thermodynamics เช่น อุณหภูมิ และ เอนโทรปี จะสัมพันธ์กับลักษณะทางกายภาพของ Black Hole และ จักรวาล อย่างไร และความเชื่อมโยงนี้จะทำให้เราเข้าใจธรรมชาติของ Black Hole มากขึ้นได้อย่างไร?” ด้วยเหตุนี้จึงเกิดสาขาวิชาใหม่ที่เรียกว่า Black Hole Thermodynamics
.
ซึ่งสิ่งที่น่าสนใจประเด็นหนึ่งของสาขาวิชานี้ คือ การศึกษาเสถียรภาพของ Black Hole ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อ Black Hole มีอัตราการดูดกลืนและคายพลังงานที่เท่ากัน ซึ่งจากผลการศึกษาที่มีมาก่อนโดยอาศัยหลักสถิติแบบ Boltzmann-Gibbs ที่ใช้กันโดยทั่วไปดูเหมือนว่า ภายใต้เงื่อนไขที่ค่าคงที่ของจักรวาลมีค่าเป็นบวกเหมือนจักรวาลในช่วงปัจจุบันที่เราอยู่ (หรือที่เรียกว่า de Sitter space) นั้น Black Hole จะไม่สามารถเข้าสู่สมดุลทางความร้อนได้ หรือเรียกว่า ไม่มีความเสถียรภาพทาง Thermodynamics ถ้าไม่สลายตัวจากการคายพลังงานไปจนหมด ก็จะดูดกลืนพลังงานแล้วเพิ่มขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนไม่มีที่สิ้นสุด อย่างไรก็ตามข้อสรุปนี้ก็ยังไม่เป็นที่แน่ชัด เนื่องจากปัจจุบันเรายังไม่มีองค์ความรู้เกี่ยวกับ Black Hole Thermodynamics ที่มากเพียงพอ การศึกษาหาเงื่อนไขที่อาจทำให้ Black Hole มีความเสถียรจึงเป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์ให้ความสนใจ เพราะอาจนำมาซึ่งความเข้าใจเกี่ยวกับ Black Hole และจักรวาล ในระดับที่ลึกมากยิ่งขึ้น
.
และนี่คือจุดสำคัญของงานวิจัยจากทีมของ ดร.ธนภัทร์ เพราะทางทีมวิจัยได้นำหลักการเชิงสถิติแบบใหม่ที่เรียกว่า Rényi Statistics มาใช้ โดยการพิจารณา Black Hole ใน de Sitter space ที่มีลักษณะอยู่นิ่งไม่มีการหมุนและไม่มีประจุไฟฟ้า ผลการศึกษาพบว่า สามารถหาเงื่อนไขที่ทำให้ระบบ Thermodynamics ของ Black Hole มีความเสถียรภาพทาง Thermodynamics ได้!! โดยสามารถอธิบายพฤติกรรมของ Black Hole ได้ทั้ง 3 กรณี ได้แก่ 1) Black Hole ที่คายพลังคายจนเกิดการสลายตัวไปจนหมด 2) Black Hole ที่ดูดกลืนพลังงานเข้าไปจนขยายตัวขึ้นเรื่อย ๆ และ 3) Black Hole ที่มีความเสถียรภาพหรือสามารถเข้าสู่สมดุลทางความร้อนได้ จากเดิมที่สามารถอธิบายได้เพียงสองกรณีแรกเท่านั้น
.
และนี่คืออีกหนึ่งผลงานวิจัยของบุคลากร คณะวิทยาศาสตร์ ที่เป็นประโยชน์อย่างมากในการศึกษาพฤติกรรม Thermodynamics ของ Black Hole เพื่อใช้เป็นอีกหนึ่งองค์ความรู้ในการไขความลับของจักรวาลต่อไปในอนาคตของวงการฟิสิกส์ทฤษฎี
.
ผลงานชิ้นนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร The European Physical Journal Plus ปี 2020 (Q1, Impact factor 3.228) ในชื่อผลงาน “Thermodynamics and phase transition of spherically symmetric black hole in de Sitter space from Rényi statistics”

#FSciResearchInnovation #KMUTT