|
ประวัติการศึกษาการกำเนิดของเอกภพ เริ่มจากไอน์สไตน์ |
เราอาจกล่าวได้ว่าการศึกษาเอกภพปัจจุบันนั้นมีต้นกำเนิดรากฐานมาจาก
ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ ไอน์สไตน์ ไอน์สไตน์เป็นผู้ที่ทำให้เกิดการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพนั้นเป็นวิทยาศาสตร์
แทนที่จะเป็นเพียงความเชื่อหรือศาสนา ซึ่งก่อนหน้านั้นเรามักจะคิดเพียงว่าเอกภพเป็นสถานที่ให้ดาวและกาแลกซี่อยู่
ไม่ได้เป็นจุดสำคัญของการศึกษาค้นคว้า ในปี 1917 ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพในการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพ
ที่จริงในปี 1917 เป็นเพียงปีเดียวให้หลังจากที่เขาประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาเท่านั้น
ซึ่งแสดงว่าเขาเริ่มสนใจการศึกษาเอกภพทันที่ที่ทฤษฎีของเขาเสร็จนั่นเอง
เขาคงอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพอย่างแรงกล้าอยู่แล้วและอาจกล่าวได้ว่า เพราะความอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพจึงทำให้เขาสามารถค้นพบและสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพได้
ในตอนแรกๆ ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีของเขากับโมเดลเอกภพที่หยุดนิ่ง สม่ำเสมอ
เหมือนกันทุกทิศทาง ซึ่งก็คือโมเดลของเอกภพปิด สม่ำเสมอและเหมือนกันทุกทิศทาง
ซึ่งหมายความว่าถ้าดูในบริเวณแคบๆ ของเอกภพอาจจะมีโลก มีดาวเสาร์ ฯลฯ
แต่เมื่อดูในวงกว้างขวางแล้ว ไม่ว่าจะมองไปทิศทางไหน เอกภพจะเหมือนกันทั้งหมด
ไม่มีที่ไหนที่จะพิเศษกว่าที่อื่น ปัจจุบันเราเรียกความคิดนี้ว่า กฎของเอกภพ
ซึ่งเป็นความคิดพื้นฐานอันหนึ่งในการศึกษาเอกภพในปัจจุบัน แล้วผลของการคำนวณปรากฏออกมาตรงกันข้ามกับที่คาดไว้
ไอน์สไตน์พบว่าตามโมเดลเอกภพที่ปิดนี้ เอกภพจะหดตัว แทนที่จะหยุดนิ่งอย่างที่คิดไว้
ซึ่งที่จริงแล้วนี่เป็นสิ่งที่พอคาดคะเนได้ เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้น
ที่จริงก็คือการขยายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ถ้าในเอกภพมีมวลสารอยู่อย่างสม่ำเสมอ
มันจะดึงดูดซึ่งกันและกันเข้าหากัน ซึ่งก็คือเอกภพจะหดตัวนั่นเอง
|
|
ตามทฤษฎีเอกภพของไอน์สไตน์
เอกภพไม่มีกำเนิด
|
เอกภพจะหดตัวและสลายไปไม่ได้
เพราะสมัยนั้นเชื่อกันว่า เอกภพเป็นสิ่งที่มีมาแต่ดึกดำบรรพ์และจะยั่งยืนตลอดไปในอนาคต
ไอน์สไตน์เองก็เชื่อเช่นนั้น แต่เพื่อแก้ปัญหานี้ ไอน์สไตน์ได้เพิ่มตัวแปรเอกภพเข้าไปในทฤษฎีของเขา
โดยหวังว่ามันจะช่วยให้ผลทางทฤษฎีที่ออกมาจะไม่ทำให้เอกภพหดตัว เพราะตัวแปรเอกภพที่จะทำให้เกิดแรงต้านแรงโน้มถ่วงต่อแรงโน้มถ่วงของนิวตันและสมดุลกันไม่ให้เอกภพหดตัว
แต่ไอน์สไตน์เพิ่มตัวแปรเอกภพนี้เข้าไปในทฤษฎีโดยที่เป็นเทคนิคทางทฤษฎีเท่านั้น
และนี่ก็คือทฤษฎีโมเดลเอกภพหยุดนิ่ง ซึ่งไอน์สไตน์ประกาศในปี 1917 และเป็นทฤษฎีที่เอกภพจะไม่ขยาย
จะไม่หด แต่จะคงที่ ตามทฤษฎีเอกภพนี้เอกภพจะมีตั้งแต่ดึกดำบรรพ์และจะยั่งยืนต่อไปในอนาคต
เพราะฉะนั้นจึงไม่จำเป็นต้องคิดถึงกำเนิดของเอกภพ นั่นก็คือทฤษฎีอันแรกเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพก็คือทฤษฎีของของไอน์สไตน์ที่ว่าเอกภพไม่มีกำเนิด
แต่ในปี 1922 นักคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ทฤษฎีชาวรัสเชียชื่อ ฟรีดมานน์
ได้คำนวณเกี่ยวกับเอกภพโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ พบว่าเอกภพจะไม่คงที่
แต่จะต้องขยายหรือไม่ก็หด อย่างใดอย่างหนึ่ง นั่นก็คือเขาได้แสดงให้เห็นว่า
เมื่อใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพคำนวณเกี่ยวกับเอกภพที่เปลี่ยนแปลง ไม่ใช่เอกภพที่หยุดนิ่งและในปี
1929 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ ฮับเบิล
ได้สำรวจด้วยกล้องโทรทัศน์ที่หอดาราศาสตร์วิลสันแห่งแคลิฟอร์เนียพบว่า
เอกภพนั้นกำลังขยายตัวไม่ได้หยุดนิ่ง
|
|
ทำไมกำเนิดของเอกภพจึงเป็น
BIG BANG (การระเบิดใหญ่)
|
ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต
เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็กลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น
เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับการเริ่มของเอกภพทั้งนั้น
ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ
กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วงปี
1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก
แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้บรรลุถึงข้อสรุปว่า
เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG
BANG
|
|
สมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ |
ตามทฤษฎีเอกภพของฟรีดมานน์
ซึ่งได้มาจากการประยุกต์ทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกได้ว่า เอกภพมีจุดเริ่ม
ซึ่งก็คือเงื่อนไขเบื้องต้นถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกไม่ได้ว่าเงื่อนไขข้างต้นนี้มาจากไหน
แต่มันก็บอกให้เรารู้ว่า เอกภพเริ่มกำเนิดโดยมีเงื่อนไขเบื้องต้น แต่อย่างไรก็ตามทฤษฎีนี้ไม่ได้บอกเราว่าเอกภพตอนเริ่มกำเนิดนั้นร้อนหรือเย็น
แล้วทำไมกามอฟถึงคิดว่าเอกภพกำเนิดด้วยความร้อนสูง แต่เพื่อที่จะเข้าใจตรงนี้ก็ลองมาคิดกลับดูว่าทำไมเอกภพที่เย็นจึงเป็นไปไม่ได้เช่นกัน
ถึงแม้โลกจะมีธาตุมากมายหลายชนิด เมื่อดูทั้งเอกภพจะเห็นว่าเกือบทั้งหมดเป็นธาตุไฮโดรเจน
เพราะว่าไฮโดรเจนประกอบขึ้นจากโปรตอนและอิเลคตรอน เราก็จะบอกได้ว่าตอนที่เอกภพกำเนิดและมีขนาดเล็กมาก
อิเลคตรอนจะรวมเข้าไปในโปรตอนกลายเป็นนิวตรอน นั่นก็คือเอกภพที่เย็น
ในช่วงแรกจะเต็มไปด้วยนิวตรอนและเมื่อเอกภพขยายตัวขึ้น นิวตรอนจะสลายตัวแบบเบต้า
กลายเป็นโปรตอนและอิเลคตรอน โปรตอนนั้นจะทำปฏิกิริยารวมตัวกับนิวตรอนกลายเป็นตัว
ทีเรียม (ไฮโดรเจนหนัก) และดิวทีเรียมจะรวมตัวกับนิวตรอนเป็น
ไตรเทียม ซึ่งจะสลายตัวแบบเบตา กลายเป็นฮีเลียม
3 และเมื่อนิวตรอนอีกตัวรวมกับฮีเลียม 3 ก็จะได้อะตอมฮีเลียม และปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะเกิดต่อกันไป
ธาตุหนักต่างๆ ก็จะเกิดขึ้นในเอกภพต่อๆ กันไปเช่นกัน แต่ในความเป็นจริงนั้นในเอกภพมีไฮโดรเจน
75% ฮีเลียม 24% และอีก 1% เป็นธาตุอื่นๆ นั่นก็คือเกือบทั้งหมดเป็นธาตุเบาสองธาตุ
คือ ไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งขัดกับสมมติฐานของเอกภพเย็นข้างต้น เพราะฉะนั้นกามอฟจึงคิดว่าเพื่อให้ขั้นตอนการเกิดธาตุหนักไม่ติดต่อกันไป
จะต้องคิดว่าเอกภพเมื่อกำเนิดนั้นมีอุณหภูมิสูงมาก ถ้าเอกภพร้อนถึงจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกัน
แต่เพราะร้อนกันออกอีกและก็อธิบายได้ว่าทำไมธาตุหนักจึงหยุดแค่ฮีเลียมเท่านั้น
และนี่ก็คือที่มาของความคิดสมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ โดยที่ขอเน้นว่ากามอฟไม่ได้บอกว่าบิกแบงเป็นต้นเหตุของการขยายตัวของเอกภพเลย
เพียงแต่บอกว่าเพื่อที่จะอธิบายกำเนิดและปริมาณธาตุในเอกภพ เอกภพจะต้องเกิดด้วยบิกแบงเท่านั้น
|
|
เอกภพบิกแบงได้กลายเป็นโมเดลมาตรฐานของเอกภพ |
เมื่อกามอฟประกาศทฤษฎีอันนี้
เขาได้พยากรณ์สิ่งที่น่าสนใจไว้สิ่งหนึ่งซึ่งบอกว่าถ้าเอกภพเกิดขึ้นจากบิกแบงที่ร้อนมากๆ
จะต้องมีร่องรอยของมันเหลือปรากฏอยู่ในเอกภพปัจจุบัน ร่องรอยที่ว่านั้นคืออะไร
ถ้าเอกภพเย็นลงเมื่อขยายตัว แสดงว่าแสงที่อยู่ในเอกภพตอนบิกแบงนั้นก็ต้องเหลืออยู่ในเอกภพปัจจุบันด้วย
โดยที่แสงนั้นเมื่อเย็นลงความยาวคลื่นจะยาวขึ้น และกามอฟคำนวณว่าแสงที่อยู่ในเอภพบิกแบงนั้นปัจจุบันจะมีความยาวคลื่นในเขตไมโครเวฟซึ่งเทียบกับอุณหภูมิได้
7 องศาสมบูรณ์ (เคลวิน) แต่ในช่วงนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่สนใจเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพมีไม่มาก
และทฤษฎีการทำนายของกามอฟนี้แทบไม่ได้รับความสนใจเท่าไรเลย แต่เมื่อปี
1964 นักวิจัยชาวอเมริกัน 2 คน ชื่อ เพนเซียสและวินสัน
ได้ค้นพบโดยบังเอิญว่าเอกภพนี้เต็มไปด้วยคลื่นไมโครเวฟขนาด 3
เคลวิน ซึ่งอยู่ทุกหนแห่งและทุกทิศทางอย่างสม่ำเสมอ และนี่ก็คือร่องรอยของบิกแบงตามที่กามอฟได้พยากรณ์ไว้นั่นเอง
และในที่สุดเอกภพบิกแบงก็ได้เป็นที่ยอมรับกันและโมเดลนี้ก็ได้เป็นโมเดลมาตรฐานในการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับเอกภพในเวลาต่อมา
โมเดลอื่นๆ เช่น เอกภพที่ไม่มีจุดกำเนิดของไอน์สไตน์เป็นอันต้องตกกระป๋องไป
|
|
แล้วเราจะเริ่มเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพอย่างไร |
จนถึงจุดนี้ว่าไปแล้วก็เป็นเพียงครึ่งแรกเกี่ยวกับปัญหากำเนิดของเอกภพ
จากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ การพบว่าเอกภพขยายตัวของฮับเบิ้ลและการค้นพบแสงร่องรอยของบิกแบง
ตามคำพยากรณ์ของกามอฟ ซึ่งก็คือ 1 ทฤษฎี กับ 2 การค้นพบทำให้เรารู้ว่าเอกภพนั้นมีจุดเริ่มนั่นเอง
แต่นี่ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของปัญหาเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพเริ่มมาอย่างไร
เพราะอะไร ฯลฯ ยังมีปัญหาอย่างมากมายที่ต้องทำให้กระจ่าง โมเดลเอกภพที่สั่นนี้เราอาจจะชอบเพราะมันให้ความรู้สึกว่าเอกภพนั้นจะยั่งยืนอยู่ตลอดไป
แต่ ฮอว์คิงและเพนโรส ได้พิสูจน์ให้เห็นในเวลาต่อมาว่าโมเดลนี้ไม่มีทางเป็นไปได้
|
|
พระเจ้าเท่านั้นหรือที่รู้ว่าเอกภพมีกำเนิดอย่างไร |
ฮอร์คิงและเพนโรสได้พิสูจน์ว่า
ตราบใดที่คำนวณตามทฤษฎีสัมพัทธภาพตอนที่เอกภพกำเนิดนั้นอุณหภูมิและความหนาแน่นของเอกภพจะเป็นอนันต์ทั้งคู่
เพราะตามทฤษฎีจะมีจุดซิงกูลาริตีขึ้นมา ซึ่งจะทำให้เราไม่สามารถคำนวณอย่างต่อเนื่องได้ว่าก่อนหน้านั้นเป็นมาอย่างไร
เราจะรู้ได้ก็เฉพาะหลังจากนั้นเท่านั้น และเพราะโมเดลเอกภพที่สั่นก็มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพ
เพราะฉะนั้นจะมีปัญหาของจุดซิงกูลาริตีติดอยู่เช่นกัน จากการพิสูจน์นี้ทำใหเทฤษฎีเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพต้องชนกำแพงอีกครั้ง
ตราบใดที่มีจุดซิงกูลาริตีเป็นกำแพงกั้นอยู่ ก็จะมีแต่พระเจ้าเท่านั้นที่จะรู้ว่าก่อนหน้านั้นเป็นอย่างไร
แม้แต่ไอน์สไตน์ก็ได้ออกความเห็นเกี่ยวกับเกี่ยวกับจุดนี้ไว้ตอนปลายชีวิตว่า
สิ่งที่ผมสนใจมากคืออยากรู้ว่าพระเจ้ามีโอกาสที่จะเลือกในการสร้างเอกภพหรือไม่
(What really interest me is whether God had any
choice in the creations of the world) ถ้าเอกภพเกิดด้วยบิกแบงซึ่งร้อนมากแล้วเวลาที่ย้อนไปก่อนหน้านั้นเอกภพจะเป็นอย่างไร
ถ้าคิดตรงไปตรงมาจะเห็นว่าความหนาแน่นของเอกภพจะต้องเป็นอนันต์ ซึ่งทฤษฎีทางฟิสิกส์ต่างๆ
จะใช้การไม่ได้ จริงหรือที่จะเป็นอนันต์ ตราบใดที่เราตอบปัญหาเหล่านี้ไม่ได้
ก็แสดงว่าเรายังไม่รู้เกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพอย่างแท้จริง
|
|
เอกภพจะเปลี่ยนไปมาระหว่างขยายตัว และ หดตัว อย่างไม่มีที่สิ้นสุด |
เพื่อที่จะตอบปัญหานี้
ได้มีการเสนอทฤษฎีของเอกภพที่สั่น ถ้าเอกภพซึ่งกำลังขยายตัวของเราเป็นเอกภพปิด
เป็นไปได้ที่ถึงจุดหนึ่งมันจะเริ่มหดตัว นั่นก็คือถ้าในเอกภพมีมวลสารซึ่งเป็นต้นกำเนิดแรงโน้มถ่วงมาก
แรงโน้มถ่วงของสารจะเบรกแรงขยายตัว และดึงให้เอกภพหดตัวในที่สุด และปัจจุบันการค้นพบแหล่งมวลสาร
เช่น หลุมดำ นิวตริโน นั้นเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เป็นไปได้ที่เอกภพปิดจะเป็นจริง
เอกภพที่หดตัวนี้ในที่สุดจะหดตัวจนเล็กมาก แต่ก็จะระเบิดบิกแบงอีก และปรากฏการณ์เดียวกันก็จะเริ่มอีกรอบ
นั่นคือเอกภพจะเริ่มขยายตัวใหม่ และการขยายและหดตัวนี้จะต่อเนื่องกันไปไม่สิ้นสุด
นี่ก็คือโมเดลของ เอกภพสั่น และเอกภพในปัจจุบันของเรากำลังอยู่ในช่วงขยายตัว
|
|
วิทยาศาสตร์ได้ได้ก้าวเข้าสู่อาณาเขตของพระเจ้า |
ถ้าอาณาเขตของพระเจ้ามีจริง
เราก็คงไม่ควรจะไปก้าวก่าย แต่ในกรณีนั้นเพียงแต่หมายความว่ามนุษย์เรายังรู้ไม่ถึงเท่านั้น
แต่ถ้าเราสามารถมองหาวิธีได้ วิทยาศาสตร์ย่อมเข้าไปได้ทุกหนทุกแห่ง ในทศวรรษ
1980 นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มค้นพบเส้นทางที่จะเข้าไปสู่อาณาเขตของพระเจ้านี้แล้ว
ด้วยทฤษฎีที่เกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน ซึ่งกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว และจากนี้ก็จะเป็นครึ่งหลังของการค้นคว้าเกี่ยวกับ
กำเนิด ของเอกภพ ทำไมทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานจึงมาเกี่ยวกับ กำเนิด ของเอกภพได้
เมื่อลองพิจารณาเหตุต่อไปนี้จะบรรลุได้ ตอนที่เอกภพกำเนิด มันจะมีความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิที่สูงมาก
ในสภาพเช่นนั้นสสารจะมีสภาพเช่นไร จะรู้ได้โดยยกอุณหภูมิของสสารให้สูงขึ้นไปเรื่อยๆ
จะเห็นว่าขั้นแรกจะแยกออกเป็นอะตอม เช่น ออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน เป็นต้น
และเมื่ออุณหภูมิยิ่งสูงขึ้นอิเล็กตรอนจะหนีออกจากอะตอม นิวเคลียสกับอิเล็กตรอนจะแยกกันอยู่ในสภาพพลาสมา
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีกนิวเคลียสจะแยกออกเป็นนิวตรอน และโปรตอนและเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า
10 (ยกกำลัง 12) องศา (1 ล้านล้านองศา) อนุภาคเหล่านี้จะแยกตัวออกเป็นอนุภาค
ควาร์ก อนุภาคควาร์กเป็นอนุภาคพื้นฐานยิ่งกว่าโปรตอนและนิวตรอน
นั่นก็คือการที่จะศึกษาสภาพตอนที่เอกภพกำเนิด ซึ่งมีอุณหภูมิและความหนาแน่นสูงมากนั้น
เราจำเป็นต้องรู้และใช้ทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และการค้นคว้าเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐานนั้นได้ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วหลังจากทศวรรษที่
1980 เป็นต้นมา ซึ่งเป็นการเปิดยุคใหม่แห่งการค้นคว้าเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพด้วยนั่นเอง
ตามทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐาน
เอกภพและสสารในเอกภพของเราจะอยู่ภายใต้กฎของแรง 4 ชนิด ส่วนเหตุผลที่ใช้ทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานในการคิดเกี่ยวกับแรงก็เพราะสามารถคิดได้ว่าแรงนั้นก็คือการแลกเปลี่ยนอนุภาคสมมติระหว่างอนุภาคนั่นเอง
ยกตัวอย่างเช่น การที่แม่เหล็กมีแรงต่อกันก็เพราะสารแม่เหล็กนั้นแลกอนุภาคโฟตอน
(แสง)ระหว่างกันนั่นเอง และการที่โลกกับดวงจันทร์ดึงดูดกันก็เพราะมีการและเปลี่ยนอนุภาค
กราวิตอน (อนุภาคแรงโน้มถ่วง) ระหว่างกันนั่นเอง
แรง 4 ชนิดที่ว่าก็คือ แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบแข็ง
และแรงนิวเคลียร์แบบอ่อน เราอาจจะคิดว่ายังมีแรงอื่นๆ อีก เช่นแรงเสียดทาน
แต่แรงอื่นนั้นจะสามารถอธิบายได้ว่ามีกำเนิดมาจากแรง 4 ชนิดนี้เท่านั้น
ทำไมถึงมีแรง 4 ชนิด ก็เพราะว่าจากการที่ฟิสิกส์ได้พัฒนารวบรวมแรงตามธรรมชาติมาเป็นลำดับก็ปรากฏว่าเหลืออยู่เพียง
4 แรงเท่านั้นที่ไม่สามารถรวมกันได้อีกแต่เป็นอิสระต่อกัน นิวตันได้แสดงให้เห็นว่าแรงระหว่างดาวบนท้องฟ้ากับแรงที่ดึงลูกแอปเปิลให้ตกลงสู่พื้นดินนั้นเป็นแรงเดียวกัน
คือแรงโน้มถ่วง ส่วน แมกซ์เวลนั้นได้รวมแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็ก
เข้าอยู่ภายใต้กฎอันเดียวกัน คือ กฎของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า
|
|
แรงทั้ง 4 ชนิดนั้น ตอนแรกเป็นแรงชนิดเดียวกัน |
ถึงแรงทั้ง
4 ชนิดนี้แยกกันเป็นอิสระก็จริง แต่ประวัติของฟิสิกส์นั้นอาจกล่าวได้ว่าเป็นประวัติของการรวมแรงต่างชนิดให้อยู่ภายใต้กฎอันเดียวกัน
ในอนาคตเราอาจรวมแรงเข้าด้วยกันจนเหลือ 3 ชนิด 2 ชนิด หรือในที่สุดเป็นแค่ชนิดเดียวก็ได้
ที่จริงความสำเร็จนี้ก็ไปถึงขั้นหนึ่งแล้ว ทฤษฎีเอกภาพของ ไอน์เบิร์กและซาลัม
นั้น รวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนเข้าด้วยกัน
ความถูกต้องของทฤษฎีนี้ ได้รับการพิสูจน์ด้วยการทดลองแล้ว และทั้งสองก็ได้รับรางวัลโนเบลแล้วด้วย
เพราะฉะนั้นจึงเสนอทฤษฎีที่จะคิดว่าแรงที่เหลือก็น่าจะรวมเข้าได้อีก
ซึ่งปัจจุบันกำลังคิดคำนวณกันอย่างขะมักเขม้น ซึ่งบางทีเราอาจจะได้ข่าวตามหนังสือพิมพ์เกี่ยวกับทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่
( Grand Unitied Theory, GUT ) ซึ่งเป็นการรวมแรง 3 แรง หรือทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ที่สุดซึ่งพยายามที่จะรวมแรงทั้ง
4 เข้ด้วยกัน ตามแนวคิดนี้จะบอกได้ว่าตอนที่เอกภพกำเนิดนั้นแรงทั้ง 4
ชนิดนี้เป็นแรงชนิดเดียวกัน แต่เมื่อเอกภพวิวัฒนาการขึ้น แรงทั้ง 4 ได้แยกตัวออกจากกัน
จนในที่สุดเป็นเหมือนต่างชนิดกันดังที่เห็นในปัจจุบัน
|
|
ปรากฏการณ์แปลกที่เกิดตอนเอกภพกำเนิด |
และเมื่อการค้นคว้าเกี่ยวกับการรวมแรงได้พัฒนาไปอีก
เราก็รู้กันว่าตอนที่เอกภพกำเนิดนั้นไม่เพียงแต่ได้แยกตัวกันออกไปเท่านั้นแต่เอกภพจะเกิดการขยายใหญ่หรือ
อินเฟลชัน ขึ้นด้วย นี่คือความรู้ใหม่ที่เราได้เกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพจากการใช้ทฤษฎีของเอกภพของแรง
เมื่อเอกภพกำเนิดหลังจากที่แรงโน้มถ่วงได้แยกตัวออกจาก แรงชนิดเดียว เมื่อเวลา 10 (ยกกำลัง 36) วินาทีได้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะทำให้แรงนิวเคลียร์แบบแข็งแยกตัวออกมาอีก ซึ่งเป็นช่วงเวลาเพียง 10 (ยกกำลัง 34) วินาที ขนาดของเอกภพได้ขยายตัวใหญ่ออกถึง 100 หลัก ขอให้ระวังว่า 100 หลัก ไม่ใช่ 100 เท่า
1 ล้าน ยังเป็นแค่ 6 หลัก 1 ล้าน ล้านก็แค่ 12 หลัก เพราะฉะนั้น 100 หลักใหญ่มหาศาลขนาดไหนคงพอจะได้ความรู้สึก และเราคงพอจะคาดเดาได้เองว่าถ้าปรากฏการณ์เหลือเชื่อเช่นนี้เกิดขึ้นมันย่อมมีผลต่อการเกิดปรากฏการณ์อื่นที่เหลือเชื่อต่อไปอีกด้วย
|
|
เกิดรูหนอน ( WORM HOLE ) ขึ้นในเอกภพอินเฟลชัน |
ได้กล่าวมาแล้วว่าการขยายใหญ่
(อินเฟลชัน) ในช่วงที่เอกภพเปลี่ยนสถานะ แต่การเปลี่ยนสถานะคืออะไร เราอาจจะไม่ค่อยคุ้นเคยกับคำนี้
แต่ที่จริงไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่แปลกเท่าไร ยกเว้นตัวอย่างเช่นการที่น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำก็คือการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปสู่ก๊าช
และน้ำแข็งก็คือการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปสู่ของแข็ง ปรากฏการณ์คล้ายกันนี้ได้เกิดขึ้นกับเอกภพนั่นเอง
แล้วตอนที่เอกภพเปลี่ยนสถานะน่าจะเกิดอะไรขึ้นลองวาดภาพเปรียบเทียบกับกรณีที่น้ำเดือดกลายเป็นไอดูก็แล้วกัน
จะเห็นว่ามีฟองเกิดขึ้นที่โน่นที่นี่ นั่นก็คือเอกภพ (อวกาศ) นั้นถูกทำให้โค้งอย่างรุนแรงไปทั่วทุกหนแห่ง
ทฤษฎีที่จะใช้กับเอกภพที่โค้งเช่นนี้ก็คือทฤษฎีสัมพัทธภาพ เมื่อใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพคำนวณศึกษาดูพบว่าจะเกิดรูหนอนขึ้นระหว่างฟองอวกาศเหล่านั้น ทำไมถึงเกิดขึ้น ก็เพราะขณะที่ฟองขยายตัวอย่างรวดเร็วนั้นช่องว่างระหว่างฟองอากาศจะถูกดันอัดด้วยผนังของฟองให้เล็กลงจนถึงที่สุด ซึ่งตามทฤษฎีสัมพัทธภาพนั้นอวกาศที่ถูกอัดให้เล็กที่สุดนั้นจะกลายเป็น รูหนอน (ซึ่งเมื่อมองจากข้างนอกจะเหมือนกับหลุมดำ) และอย่าลืมว่าอวกาศที่เปลี่ยนสถานะนี้กำลังเกิดอินเฟลชันอยู่ ซึ่งจะต้องมีพลังมหาศาล และเมื่อเกิดเป็นรูหนอนพลังงานอันมหาศาลในตัวมันจะผันแปรไปอย่างไร
|
|
เกิดอวกาศลูกจากอวกาศแม่ |
เมื่อครู่ที่ได้บอกว่ารูหนอนเกิดขึ้นในอวกาศที่ถูกอัดระหว่างฟองอากาศ
ถ้าจะพูดให้ถูกต้องยิ่งขึ้นต้องบอกว่าได้เกิดขอบฟ้าของเหตุการณ์ขึ้น เมื่อมองจากอวกาศด้านที่เกิดอินเฟลชันก็จะเห็นเป็นรูหนอนนั้นเอง
ถ้าเช่นนั้นมาลองคิดกันดูว่าด้านในของขอบฟ้าของเหตุการณ์เป็นอย่างไร เราจะพบกับความจริงที่คาดไม่ถึงเมื่อเข้าไปข้างใน
แต่ถ้าข้างในรูหลุมร้อนจริงจะกลับออกมาไม่ได้ (แต่ทางทฤษฎีเราย่อมคิดได้เสมอ)
ทางเข้าจะแคบมากเพราะถูกอัดด้วยฟองอากาศรอบข้าง แต่เมื่อผ่านทางเข้าไปสู่ข้างในมันจะกลายเป็นที่กว้างใหญ่ แม้จะถูกอัดด้วยพลังที่สูงมาก แต่เนื่องจากอวกาศส่วนที่เกิดขอบฟ้าของเหตุการณ์นั้นก็มีพลังสูงมาก อวกาศส่วนที่อยู่ข้างในของขอบฟ้าของเหตุการณ์ก็จะเกิด การขยายตัวใหญ่ (อินเฟลชัน) เช่นกัน จึงเกิดเป็นอวกาศที่ใหญ่ไพศาลขึ้น
อาจคิดได้ว่ารูหนอนเป็นอุโมงค์ที่ต่อเชื่อมระหว่างจุดสองจุดในเอกภพหรือเชื่อมระหว่างอวกาศหนึ่งกับอีกอวกาศหนึ่ง แต่ที่บอกว่าเชื่อมนั้นจะต่างจากความหมายทั่วไป เพราะระหว่างนั้นจะถูกกั้นด้วยขอบฟ้าของเหตุการณ์ ทั้งสองส่วนจะไม่เกี่ยวข้องกันได้เลย นั่นก็คืออวกาศอีกอันที่อยู่ฟากโน้นจะไม่มีความเกี่ยวข้องกับอวกาศฟากนี้ของเราได้เลย นั่นก็คือเราอาจสรุปง่ายๆ ได้ว่าถ้าเราให้อวกาศที่เกิดการเปลี่ยนสถานะเป็น อวกาศแม่ (Mother Universe) อวกาศใหม่ที่เกิดนี้จะเรียกว่าเป็นอวกาศลูก (Child Universe)
|
|
เกิดเอกภพใหม่จากเอกภพเดิมอย่างไม่มีที่สิ้นสุด |
 นั่นก็คือเราได้พบว่าเอกภพสามารถสร้างเอกภพใหม่ขึ้นจากตัวเองได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด
และที่น่าตื่นเต้นก็คือเอกภพลูกที่เกิดขึ้นก็จะสามารถให้กำเนิดเอกภพลูกใหม่
(ซึ่งมองจากเอกภพแม่เดิมก็จะเป็นเอกภพหลาน) ได้และเอกภพหลานก็สามารถให้กำเนิดเอกภพเหลนต่อไปอีกได้
และย่อมเป็นไปได้ที่ว่าในเอกภพใดเอกภพหนึ่งเหล่านี้จะมีสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นแล้ววิวัฒนาการจนมีปัญญาอันสูงส่ง
และกำลังคิดเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพเช่นที่เรากำลังทำกันอยู่ก็ได้
แต่อย่างที่ได้บอกเมื่อครู่แล้วว่า
ถึงจะมีเอกภพเช่นนั้นจริง เอกภพนั้นจะไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับเอกภพเราเลย
ฮอว์คิงเคยได้เสนอทฤษฎีการระเหยของหลุมดำเล็ก (mini black hole) ไว้
ซึ่งเมื่อใช้ทฤษฎีนี้กับรูหนอน รูหนอนนี้ก็จะระเหยได้เช่นกัน และถ้าเป็นเช่นนั้นจริง
สิ่งที่จะเป็นตัวเชื่อมระหว่างเอกภพแม่และเอกภพลูกก็จะหายไปหมด
ถ้าไม่มีความเกี่ยวข้องกัน
คิดไปก็อาจจะไม่มีประโยชน์ แต่เพราะเรารู้เสียแล้วว่ามันมี เราย่อมต้องค้นคว้าในรายละเอียดต่อไป
|
|
เอกภพแรกสุดเกิดมาจากศูนย์ |
จากการที่รู้ว่าเอกภพสามารถให้กำเนิดเอกภพใหม่ได้ช่วยให้ความรู้เกี่ยว
กำเนิด ของเอกภพของเราก้าวหน้าขึ้นขึ้นไปอย่างมาก แต่ถ้าคิดให้ดีก็จะเห็นว่าในคำอธิบายข้างต้นไม่ได้บอกว่าเอกภพแม่แรกสุดมาจากไหน
บอกแต่ว่าเอกภพแม่นี้ให้กำเนิดเอกภพลูก หลาน
เพื่อที่จะเข้าใจถึงกำเนิดของเอกภพอย่างถ่องแท้ เราจะต้องสามารถเข้าใจและอธิบายได้ว่าเอกภพแม่เกิดขึ้นมาได้อย่างไร ทฤษฎีล่าสุดยังอธิบายจุดนี้ไม่ได้เช่นนั้นหรือ ปัจจุบันนักทฤษฎีระดับโลก เช่น ฮอว์คิง และวิเลนเคนกำลังศึกษาเพื่อหาคำตอบต่อปัญหานี้อยู่ และคนทั่วโลกให้ความสนใจกับฮอว์คิงขณะนี้ก็เพราะต้องการรู้คำตอบเร็วๆ นั่นเอง
ในการศึกษาของฮอว์คิงนั้น เขาได้ใช้คณิตศาสตร์ชั้นสูงกับฟังก์ชันคลื่น (wave function) ของอวกาศซึ่งเข้าใจยากมากสำหรับคนธรรมดา เพราะฉะนั้นในที่นี้จะอธิบายถึงแนวทางการศึกษาของวิเลนเคนซึ่งเข้าใจได้ค่อนข้างง่ายกว่า ที่จริงความคิดของสองคนแทบจะเหมือนกัน เพราะฉะนั้นถ้าเข้าใจความคิดของวิเลนเคนได้ก็แสดงว่าก็เข้าใจความคิดของฮอว์คิงแล้วเช่นกัน วิเลนเคนได้ใช้ทฤษฎี ลอดอุโมงค์ ของอนุภาคพื้นฐานอธิบายว่าเอกภพแรกสุดเกิดมาจากศูนย์
|
|
เอกภพแรกสุดเกิดมาจากปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ |
ก่อนที่จะอธิบายทฤษฎีของวิเลนเคน
ขอเน้นทฤษฎีที่บอกว่าเอกภพแรกเกิดมาจากศูนย์ นั่นเป็นทฤษฎีที่จะสามารถอธิบาย
กำเนิดของเอกภพได้สมบูรณ์ที่สุด เพราะในแง่ของปรัชญาศาสตร์แล้วถ้าเอกภพแรกไม่ได้เกิดมาจากศูนย์
ก็จะมีคำถามต่อได้ว่า แล้วก่อนหน้านั้นมันมีอะไร ซึ่งจะถามไปได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุดนั่นเอง
แล้วปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ของวิเลนเคนคืออะไร เราอาจจะไม่ค่อยคุ้นกับคำๆ นี้ในชีวิตประจำวัน แต่สำหรับในระดับอนุภาคพื้นฐานนั้นปรากฏการณ์นี้เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่สุดอย่างหนึ่ง
เราจะเข้าใจปรากฏการณ์นี้ได้ดังนี้
สมมติมีลูกบอลวางอยู่ตรงหุบเขาระหว่างยอดเขาสองลูก ตามปกติจะให้ลูกบอลออกจากหุบเขานี้ได้จะต้องโยนหรือยกลูกบอลข้ามยอดเขาถึงจะทำได้ แต่ปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ บอกเราว่าลูกบอลสามารถ ลอด (อุโมงค์) ใต้ยอดเขาออกมาข้างนอกได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานเลยปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเป็นประจำกับอนุภาคพื้นฐานต่างๆ แม้แต่ของใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น นาฬิกาควอตซ์ ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ ซึ่งก็คือการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ของอิเล็กตรอนให้เป็นประโยชน์นั่นเอง วิเลนเคนบอกว่า เอกภพเริ่มเกิดด้วยปรากฏการณ์นี้เช่นกัน นั่นก็คือเอกภพแม่แรกสุดเกิดมาจากศูนย์ ด้วยปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์
|
|
มี เกิดจาก ศูนย์ ได้อย่างไร |
ตามทฤษฎีขนาดของเอกภพตอนแรกที่เกิดจากศูนย์ด้วยปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์นั้นมีขนาดประมาณ
10 (ยกกำลัง 32) เซนติเมตร ซึ่งเป็นขนาดที่เล็กยิ่งกว่าอนุภาคพื้นฐานมากมาย
วิเลนเคนบอกว่าในโลกระดับเล็กขนาดนั้นไม่แปลกเลยที่จะเกิดปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์
แต่ก็ยังคงเป็นที่น่าสงสัยอยู่ดีว่าการที่เอกภพเกิดจากศูนย์นั้นเป็นไปได้อย่างไร
ตามคำอธิบายข้างต้นของปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์จะเห็นว่าก่อนลอดนั้นมีลูกบอลอยู่ที่หุบเขาอยู่แล้วจะบอกว่าสภาพเป็นศูนย์ได้อย่างไร
เพื่อที่จะเข้าใจจุดนี้เราต้องเข้าใจคำว่าศูนย์ ของวิเลนเคนให้ดี
|
|
ศูนย์
ตามทฤษฎีของวิเลนเคน
|
| ศูนย์
ที่วิเลนเคนบอกก็คือไม่มีเอกภพ นั่นก็คือไม่มีทั้งเวลา (กาล) และอวกาศ
แต่ถึงจะไม่มีทั้งกาลและอวกาศก็ไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีอะไรเลย นี่เป็นจุดที่เข้าใจยากจุดหนึ่ง
ก็เพราะว่าปกติเราจะไม่เรียกสภาพที่ไม่มีอะไรว่าศูนย์ แต่ทางทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานจะไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป
ตัวอย่างต่อไปนี้อาจช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้น
ที่ศูนย์วิจัย Fermi ของ อเมริกาและ CERN ของยุโรป (ที่สวิส) จะมีเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้ในการทดลองเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน สิ่งหนึ่งที่นักวิจัยทำกันอยู่คือการรวมพลังงานขนาดมหึมาเข้าสู่จุดหนึ่งในอวกาศ (สุญญากาศ) ซึ่งผลที่เกิดขึ้นก็คือจะเกิดอนุภาคขึ้นในอวกาศที่แต่เดิมไม่มีอะไรเลย อนุภาคเหล่านี้ก็คือโปรตอนและแอนติโปรตอน อิเล็กตรอนและแอนติอิเล็กตรอน
ทำไมถึงเกิดขึ้นได้ ก็เพราะอวกาศที่เราคิดว่าไม่มีอะไรเลยนั้นเมื่อมองในระดับที่เล็กมากๆ และในเวลาที่สั้นมากๆ จะมีการเกิดและสลายตัวของอนุภาคอยู่ตลอดเวลา ถ้าเรารวมพลังขนาดสูงเข้าที่จุดในอวกาศ อนุภาคที่เกิดขึ้นที่นั่นจะปรากฏตัวออกมาให้เห็นได้
นั่นก็คือ ถึงจะมองไม่เห็น แต่ในสุญญากาศนั้นจะไม่ใช่อวกาศที่ไม่มีอะไรแต่จะมีการเกิดและสลายตัวของอนุภาคอยู่ตลอดเวลา
|
|
เอกภพเกิดขึ้นจากสภาพ ศูนย์ หรือเอกภพสมมติ
|
 วิเลนเคนบอกว่าการเกิดของเอกภพก็สามารถคิดได้ในทำนองเดียวกัน
นั่นก็คือสภาพศูนย์นั้นมีเอกภพสมมติอยู่ระหว่างยอดเขาสองลูกในหุบเขา
(ซึ่งนักฟิสิกส์เรียกสภาพนี้ว่า Super space) ในสภาพนี้จะการเกิดและสลายตัวของเอกภพอยู่ตลอดเวลา
เกิดแล้วก็สลาย สลายแล้วก็เกิด จะเปลี่ยนแปลงไปมาตามกฎของความไม่แน่นอน
ซึ่งทางฟิสิกส์จะเรียกสภาพนี้ว่าไม่มีสถานะที่เสถียร และวิเลนเคนนิยามว่านี่คือสภาพศูนย์นั่นเอง
และเอกภพของเรานั้นก็เกิดมาจากปรากฎการณ์ลอดอุโมงค์ของเอกภพสมมติอันใดอันหนึ่งนั่นเอง
|
