ตั้งแต่กระจุกดาราจักรขนาดใหญ่เช่นนี้ไปจนถึงอนุภาคมูลฐาน ทุกสิ่งในจักรวาลถูกรวมไว้ในแผนภูมิเดียว
เครดิตภาพ: NASA Goddard
ดูเหมือนเป็นแนวคิดง่ายๆ ที่น่าประหลาดใจที่ไม่มีใครเคยทำมาก่อน: พล็อตทุกอย่างตั้งแต่อนุภาคมูลฐานไปจนถึงกระจุกดาวบนแผนภูมิมวลและรัศมี เมื่อมีคนทำแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้ทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจมาก และอาจรบกวนจิตใจเล็กน้อย
แผนภูมิเป็นผลงานของดร.ชาร์ลส ไลน์วีเวอร์และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา วิหาร ปาเตล พวกเขาใช้กราฟบันทึก-บันทึก เนื่องจากไม่มีสิ่งอื่นใดที่สามารถครอบคลุมลำดับความสำคัญมากมายทั้งขนาดและมวลระหว่างขนาดและมวลที่เล็กมากและใหญ่มากได้ พื้นที่บางส่วนถูก "ห้าม" ตามกฎหมายที่ทราบ หรือในกรณีที่ "กลศาสตร์ควอนตัมทำให้ธรรมชาติของความหมายของวัตถุเอกพจน์ไม่ชัดเจน" Patel กล่าวในคำแถลง-
บางทีส่วนที่สำคัญที่สุดของแผนภูมิอาจเป็นเส้นสีดำที่แยกพื้นที่ที่ทำเครื่องหมายว่า "ถูกแรงโน้มถ่วงต้องห้าม" ออกจากพื้นที่ที่เต็มไปด้วยวัตถุที่คุ้นเคย ตามเส้นนี้มีหลุมดำประ “ยิ่งมวลของหลุมดำมีขนาดใหญ่เท่าใดความหนาแน่นของมันก็จะลดลง” Lineweaver อธิบายกับ IFLScience แม้ว่าด้านซ้ายของเส้นจะเป็นตามทฤษฎี แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ได้สังเกตเห็นหลุมดำขนาดต่างๆ ตั้งแต่เศษดาวฤกษ์ที่ยุบตัวไปจนถึงหลุมดำมวลมหาศาลที่ใหญ่ที่สุดและรูปแบบนี้ได้รับการสถาปนาและเข้าใจแล้ว
กราฟลอการิทึมของมวลและรัศมีของวัตถุทุกประเภทในจักรวาล และพื้นที่ต้องห้ามรอบๆ วัตถุเหล่านั้น
เครดิตรูปภาพ: Lineweaver และ Patel, American Journal of Physics 2023 (ซีซี BY 4.0-
อย่างไรก็ตาม เมื่อไล่ตามเส้นขึ้นไป เราเรียนรู้ว่าเอกภพที่สังเกตได้ทั้งหมด – พื้นที่ที่อยู่ภายใน “รัศมีฮับเบิล” ก็อยู่บนเส้นนั้นเช่นกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากหลุมดำมีขนาดใหญ่เท่ากับจักรวาลที่เรามองเห็น มันก็จะมีความหนาแน่นเท่ากับจักรวาล จักรวาลเป็นหลุมดำหรือเปล่า? และถ้าเป็นเช่นนั้นหมายความว่าอย่างไร?
Lineweaver ตั้งข้อสังเกตกับ IFLScience ว่าเขาและ Patel ไม่ใช่คนแรกที่ถามว่าทั้งจักรวาลอาจเป็นหลุมดำได้หรือไม่ แม้ว่าคนอื่นๆ จะเข้าถึงแนวคิดนี้ด้วยวิธีที่แตกต่างกันก็ตาม แนวคิดนี้ดูไม่น่าจะเป็นไปได้ แต่ทั้งคู่สังเกตว่าจักรวาลอยู่ในแนวนั้นมาโดยตลอด การวัดมวลรวมถึงสสารมืดและพลังงานมืด (ตั้งแต่พลังงานและมวลสามารถใช้แทนกันได้- เนื่องจากจักรวาลภายในรัศมีฮับเบิลมีขนาดใหญ่ขึ้น มวล/พลังงานรวมก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วยเนื่องจากพลังงานมืดที่เพิ่มขึ้น ความจริงที่ว่าจักรวาลอยู่บนเส้นนี้เมื่อหลายพันล้านปีก่อนเมื่อรัศมีของฮับเบิลเล็กกว่ามาก ทำให้ตำแหน่งของมันบนเส้นนี้เป็นเรื่องบังเอิญน้อยลง
Lineweaver ตั้งข้อสังเกตว่ามีขอบฟ้าเหตุการณ์รอบๆ จักรวาลที่สังเกตได้ เช่นเดียวกับที่มีรอบๆ หลุมดำ และนี่เป็นเพียงหนึ่งในสิ่งที่คล้ายคลึงกันระหว่างสิ่งเหล่านั้น
อย่างไรก็ตาม Lineweaver ยังเน้นย้ำว่าจักรวาลที่เป็นหลุมดำนั้นจำเป็นต้องสันนิษฐานว่าทุกสิ่งที่อยู่นอกรัศมีฮับเบิลนั้นเป็นพื้นที่ Minkowski ที่มีความหนาแน่นเป็นศูนย์ (สุญญากาศสำหรับพวกเราส่วนใหญ่) นักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่ รวมถึง Lineweaver คิดว่านี่เป็นข้อสันนิษฐานที่ไม่ดี เขาบอกกับ IFLScience โดยไม่ทิ้งความหมายของแผนภูมิของเขาไว้ชัดเจน “จักรวาลอาจเป็นหลุมดำจากในไปข้างนอก” เขากล่าวเสริม ทั้งหมดนี้เขาคิดว่าคำถามนี้ต้องใช้การไตร่ตรองมากกว่านี้อย่างมาก
อุปสรรคในการตอบคำถามว่าจักรวาลเป็นหลุมดำหรืออย่างน้อยก็มีอะไรเกี่ยวข้องกับมัน ก็คือเราไม่รู้ว่าอะไรคือหลุมดำข้างในของหลุมดำก็เหมือนกับ “ไม่มีอะไรสามารถดำรงอยู่ทางด้านซ้าย [ของเส้นหลุมดำ]” Lineweaver บอกกับ IFLScience “แต่ใจกลางของหลุมดำน่าจะหนาแน่นกว่าตัวหลุมดำไม่ใช่หรือ? เราไม่รู้อะไรเกี่ยวกับศูนย์เลย” ดังที่ Stephen Hawking และ Roger Penrose ชี้ให้เห็น ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมให้คำตอบที่แตกต่างกันสำหรับคำถามเช่นนี้ และความตึงเครียดยังไม่ได้รับการแก้ไข
ผู้เขียนได้วางแผนอายุของเอกภพเทียบกับอุณหภูมิเพื่อระบุเวลาที่สิ่งต่าง ๆ สามารถก่อตัวขึ้นได้ในฐานะที่เป็นก้าวสำคัญในแผนภูมิด้านบน
เครดิตรูปภาพ: Lineweaver และ Patel, American Journal of Physics 2023 (ซีซี BY 4.0-
แผนภูมิยังทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของจุดเริ่มต้นของจักรวาล “ที่ด้านปลายเล็กกว่า สถานที่ที่กลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมาบรรจบกันนั้นเป็นวัตถุที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นั่นคือทันทีn” พาเทลพูดว่า- “โครงเรื่องนี้เสนอว่าเอกภพอาจเริ่มต้นจากจุดทันที ซึ่งมีขนาดและมวลจำเพาะ แทนที่จะเป็นเอกภาวะ ซึ่งเป็นจุดสมมุติที่มีความหนาแน่นและอุณหภูมิไม่สิ้นสุด”
แม้ว่าคำว่า “เอกภาวะ” จะมีความเกี่ยวข้องกับความเป็นเอกเทศมากกว่าก็ตามบิ๊กแบงในจินตนาการของสาธารณชน Lineweaver บอกกับผู้คน IFLScience ควรทำความคุ้นเคยกับ Instanton มากขึ้น ซึ่งเขาถือว่าเป็นแบบจำลองที่เป็นไปได้มากกว่าสำหรับต้นกำเนิดของจักรวาล
การศึกษานี้ได้รับการเผยแพร่แบบเปิดในวารสารฟิสิกส์อเมริกัน-
