เราสามารถเดินทางข้ามเวลาได้หรือไม่?

หากคุณถามคำถามดังกล่าวกับนักฟิสิกส์ มีคำตอบที่เป็นไปได้ทั้งสองอย่าง เป็นไปได้ กับ เป็นไปไม่ได้
ทั้งสองคำตอบถูกต้องครับ หากจะพูดให้ถูกมากขึ้นคือ เป็นไปได้ในทางทฤษฎีแต่เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ

ไม่มีกฎทางฟิสิกส์ข้อไหนห้ามไม่ให้มีการเดินทางข้ามเวลาครับ

ทฤษฎีทางฟิสิกส์เกี่ยวกับการเดินทางข้ามเวลาที่เราต้องยกความดีความชอบให้คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ไม่มีทฤษฎีใดที่จะเกี่ยวข้องกับการเดินทางข้ามเวลาได้เท่ากับทฤษฎีนี้อีกแล้ว

ทฤษฎีสัมพัทธภาพคืออะไร?
เพื่อเป็นการปูพื้นฐาน ผมจะอธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพอย่างคร่าวๆ สำหรับผู้ที่ทราบอยู่แล้วก็ข้ามไปได้เลยครับ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพแบ่งเป็น 2 กรณี
1. ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special relativity) อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ไม่มีความเร่ง (ประยุกต์หลักสัมพัทธภาพกับกรอบอ้างอิงเฉื่อยเท่านั้น)
2. ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General relativity) อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีความเร่งหรือเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง (ประยุกต์หลักสัมพัทธภาพให้ใช้ทั่วไป กล่าวคือ ใช้ได้กับทุกกรอบอ้างอิง)

เรามาดูทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษกันก่อน

ในยุคกาลิเลโอ ความเข้าใจเกี่ยวกับสัมพัทธภาพนั้นเหมือนกับที่เราได้เรียนในฟิสิกส์ม.ปลายกล่าวคือ กฎทางฟิสิกส์จะเหมือนกันสำหรับผู้สังเกต 2 คนที่เคลื่อนที่สัมพัทธ์กันด้วยความเร็วคงที่

ยกตัวอย่างเช่น คุณ Choco-mix กำลังจอดรถสีแดงอยู่นิ่งๆรอสัญญาณไฟเขียว ส่วนคุณ primjang กำลังขับรถสีฟ้าด้วยความเร็ว 60 km/hr ฝ่าไฟแดงผ่านหน้าคุณ Choco-mix ไปอย่างหน้าตาเฉย

สิ่งที่คุณช็อคโก้มิกซ์เห็นคือ คุณพริมจังเคลื่อนที่ผ่านหน้าไปด้วยความเร็ว 60 km/hr



ส่วนคุณพริมจังล่ะ คุณพริมจังก็จะเห็นคุณช็อคโก้มิกซ์เคลื่อนไปข้างหลังด้วยความเร็ว 60 km/hr เช่นกัน เข้าใจไม่ยากนะ



เขยิบความเข้าใจขึ้นมาอีกนิด ทีนี้สมมติว่า คุณพริมจังยังคงขับรถด้วยความเร็ว 60 km/hr อยู่ ส่วนคุณช็อคโก้มิกซ์เนื่องจากอารมณ์เสียที่ถูกคุณพริมจังแซง ก็เร่งความเร็วจนถึง 100 km/hr ขับแซงหน้าคุณพริมจังในที่สุด

ดังนั้น สิ่งที่คุณพริมจังเห็นคือ คุณช็อคโก้มิกซ์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยความเร็ว 100-60 = 40 km/hr
ส่วนคุณช็อคโก้มิกซ์ก็จะเห็นคุณพริมจังเคลื่อนที่ไปข้างหลังด้วยความเร็ว 40 km/hr เช่นกัน

ขยับขึ้นมาอีกหน่อย แล้วถ้าหากคุณช็อคโก้มิกซ์กำลังขี่จรวดด้วยความเร็ว 90% ของความเร็วแสงในสุญญากาศ (c ~ 3 x 108 m/s) พุ่งตรงเข้าหาแหล่งกำเนิดแสงเส้นเดี่ยว ดังนั้นคุณช็อคโก้มิกซ์ต้องเห็นแสงกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 0.9c - c = -0.1c หรือ 10% ของความเร็วแสงในสุญญากาศในทิศทางตรงข้ามกับจรวด ถูกต้องหรือไม่?



คำตอบคือผิด!! สิ่งที่เกิดขึ้นคือ คุณช็อคโก้มิกซ์จะเห็นความเร็วแสงเท่าเดิมเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้ามกับจรวด และเวลาของคุณช็อคโก้มิกซ์เดินช้าลง เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงใกล้ความเร็วแสง สิ่งที่เกิดขึ้นคือสัมพัทธภาพแบบกาลิเลโอจะใช้ไม่ได้ผล! ทั้งหมดนี้พิสดารเกินสามัญสำนึกของคนทั่วไป แต่สามารถอธิบายด้วยทฤษฎีสัมพันธภาพพิเศษครับ

สัจพจน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

1. กฎเกณฑ์ทางฟิสิกส์เหมือนกันในทุกๆกรอบอ้างอิงเฉื่อย (สัมพัทธภาพแบบกาลิเลโอ)
2. อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศมีค่าคงที่สำหรับทุกๆผู้สังเกต

สิ่งที่เกิดขึ้นตามมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่จะต้องนำมาใช้ในการอธิบายการเดินทางข้ามเวลาคือ

การยืดออกของเวลา (time dilation) – เวลาที่ล่วงไประหว่างเหตุการณ์สองอย่างนั้นไม่แปรเปลี่ยนจากผู้สังเกตหนึ่งไปยังผู้สังเกตหนึ่ง แต่ขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของกรอบอ้างอิงของผู้สังเกต




...ต่อไปมาดู ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

เช่นเดียวกันกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก่อกำเนิดขึ้นเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่ฟิสิกส์ยุคนิวตันอธิบายไม่ได้ คือความพยายามที่จะพยากรณ์เส้นทางโคจรของดาวพุธ ซึ่งตามทฤษฎีของนิวตันแล้วจะต้องมีดวงจันทร์ล้อมรอบดาวพุธ แต่เมื่อพิสูจน์พบว่าไม่มีดวงจันทร์โคจรรอบดาวพุธ นักวิทยาศาสตร์จึงคาดว่าทฤษฎีของนิวตันต้องมีบางอย่างผิดพลาด ซึ่งปัจจุบันเราก็เข้าใจว่าทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันเป็นเพียงการประมาณการณ์ที่ดีมากๆ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายการเบี่ยงเบนวงโคจรของดาวพุธซึ่งได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ได้แม่นยำกว่าทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน




ไอน์สไตน์กล่าวว่าความโน้มถ่วงและความเร่งเป็นสิ่งเดียวกัน นอกจากนี้เขายังรวมอวกาศกับเวลาเข้าด้วยกันในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป กลายเป็น 4 มิติ (M-theory พิสูจน์ในภายหลังว่าจักรวาลมีทั้งหมด 11 มิติ แต่เราจะไม่พูดถึงมันในที่นี้---อ่านย้อนหลังได้ในกระทู้น้องวินครับ) คือกว้าง-ยาว-สูง และเวลา ทอถักเป็นพื้นผ้าแห่งจักรวาล

ไม่ต้องพูดถึง 11 มิติ แค่ 4 มิตินี้ก็เข้าใจยากแล้ว เพื่อให้พูดกันรู้เรื่องจึงขอลดให้ง่ายที่สุดเหลือแค่ 2 มิติ คือ อาจจะเป็นอวกาศทั้ง 2 มิติ (ไม่รวมเวลา) หรือ อวกาศ 1 มิติ + เวลา อีก 1 มิติ เปรียบเปรยว่าถ้า 2 มิติเป็นแบบนี้ แล้ว 4 มิติจะเป็นแบบไหน นี่คือที่มาของแบบจำลองผืนยางบางๆ ที่ฝรั่งเรียกว่า Rubber Sheet Model ตามแบบจำลองนี้ ในบริเวณที่ไม่มี ความโน้มถ่วง อวกาศจะมีลักษณะ “แบน” (flat space) ซึ่งเป็นกรณีที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษใช้ได้ดีครับ

แต่ถ้าหากมีความโน้มถ่วงมาเกี่ยวข้อง เช่น บริเวณนั้นมีดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์อยู่ใกล้ๆ อวกาศบริเวณนั้นจะ “โค้ง” (curved space) ในกรณีนี้ ทฤษฎีที่ถูกต้องคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เพราะเป็นทฤษฎีเกี่ยวกับความโน้มถ่วงที่บอกว่า ความโน้มถ่วงเป็นผลมาจากความโค้งของอวกาศ

จินตนาการเหมือนเรามีผืนผ้าขนาดใหญ่ที่ขึงให้แบนเรียบ คุณโยนลูกบอลหนึ่งลูกลงไปกลางผืนผ้านั้น ผ้าก็จะยุบตัวลงไปตำแหน่งที่ลูกบอลนั้นอยู่ ยิ่งลูกบอลใหญ่เท่าไรผ้าก็ยิ่งยุบตัวลงมาก—เปรียบเทียบว่ายิ่งมวลมาก อวกาศก็ยิ่งโค้งงอมาก ทีนี้หากคุณวางลูกเทนนิสลงบนผืนผ้า ลูกเทนนิสที่มีมวลน้อยกว่าลูกบอลจะเคลื่อนหมุนเป็นวงตามความโค้งที่เกิดขึ้น—เปรียบเหมือนดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์



สิ่งที่อยากจะเน้นย้ำคือ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เราไม่สามารถแยกกาลและอวกาศออกจากกัน ดังนั้นวัตถุที่มีมวลบิดทั้งกาลและอวกาศให้โค้งงอได้ ตรงนี้ขอเน้นย้ำเลยครับ เพราะว่ามีความสำคัญกับทฤษฎีการข้ามเวลาที่จะพูดถึงต่อไป

Create Date : 27 มกราคม 2552
Last Update : 29 มกราคม 2552 10:43:37 น.		1 comments
Counter : 3855 Pageviews.
Share Tweet