ประวัติย่อของอวกาศและเวลา

ประวัติย่อของเวลา
สตีเฟน ดับเบิลยู ฮอว์คิง
ภาพของเราที่มีต่อจักรวาล

ทฤษฎีทางฟิสิกส์ใดๆ ก็ตามล้วนมีข้อจำกัดเสมอ ในความหมายนี้ว่ามันเป็นเพียงแค่ข้อสันนิษฐาน: ที่ท่านพิสูจน์ไม่ได้เลย ไม่ว่าผลของการทดลองจะออกมาสอดคล้องกับทฤษฎีหลายครั้งเพียงใดก็ตาม ท่านแน่ใจไม่ได้เลยว่าผลการทดลองครั้งต่อไปจะไม่ขัดแย้งกับทฤษฎี อีกนัยหนึ่ง ท่านไม่สามารถพิสูจน์ให้เห็นได้ว่าทฤษฎีผิด โดยการค้นพบเพียงแค่การสังเกตการณ์เพียงครั้งเดียว ซึ่งไม่สอดคล้องกับการทำนายของทฤษฎี แต่ละครั้งจะมีการสังเกตการทดลองใหม่ เพื่อให้สอดคล้องกับคำทำนายซึ่งมีอยู่ในทฤษฎี และเรามีความเชื่อมั่นในทฤษฎีเพิ่มขึ้น แต่ถ้าหากว่าพบเห็นข้อสังเกตใหม่ที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎี เราจำเป็นต้องทิ้งหรือเปลี่ยนแปลงแก้ไขทฤษฎีนั้นเสีย 11




ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์อธิบายจักรวาลในแง่ของทฤษฎีบางส่วนพื้นฐานสองทฤษฎี นั่นคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและควันตัมเมคานิกส์... ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายถึงแรงโน้มถ่วง และโครงสร้างมาตราส่วนขนาดใหญ่ของจักรวาล นั่นคือ โครงสร้างบนมาตราส่วนจากเพียงแค่ไม่กี่ไมล์ถึงใหญ่โตราวๆ หนึ่งล้านล้านล้านล้านไมล์ (เลขหนึ่งพร้อมศูนย์ตามหลังยี่สิบสี่ตัว) ซึ่งเป็นขนาดของจักรวาลที่สังเกตเห็นได้ อีกนัยหนึ่ง ควันตัมเมคานิกส์ เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบนมาตราส่วนขนาดจิ๋วอย่างยิ่ง เป็นต้นว่า หนึ่งส่วนล้านของล้านของนิ้ว อย่างไรก็ตาม โชคไม่ดีนัก ทฤษฎีทั้งสองนี้เป็นที่ทราบว่าขัดแย้งซึ่งกันและกัน หรือไม่ถูกทั้งคู่ก็ว่าได้ 12




ดังนั้น การค้นพบทฤษฎีที่เป็นเอกภาพสมบูรณ์แบบ อาจไม่ช่วยให้เผ่าพันธุ์ของเราดำรงอยู่ต่อได้ มันอาจไม่มีผลกระทบแม้กระทั่งต่อแนวทางการดำเนินชีวิตของเรา แต่นับตั้งแต่อรุณรุ่งแห่งอารยธรรมเป็นต้นมา มนุษย์ไม่มีความพอใจในสภาพของตนเอง ที่ประสบกับเหตุการณ์ที่ไม่เกี่ยวโยงกันและอธิบายไม่ได้ มนุษย์ปรารถนาความเข้าใจต่อระเบียบที่ซ่อนเร้นอยู่ในโลก ทุกวันนี้ เรายังถวิลหาใคร่รู้ว่าทำไมเราถึงอยู่ที่นี่ และเรามาจากไหน ความต้องการความรู้ความเข้าใจที่ลึกล้ำที่สุดของมนุษย์โลก คือการอ้างเหตุผลให้เพียงพอเพื่อการค้นหาที่ดำเนินอยู่ต่อไป และเป้าหมายของเราก็เพียงแค่คำอธิบายถึงจักรวาลที่เราอาศัยอยู่อย่างสมบูรณ์แบบเท่านั้นเอง 14




อวกาศและเวลา

เพิ่มเติมจากกฎการเคลื่อนที่ของตัวเอง นิวตันค้นพบกฎที่อธิบายถึงแรงโน้มถ่วง ซึ่งกล่าวว่าวัตถุทุกชิ้นดึงดูดวัตถุอื่นทุกชิ้นด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนกับมวลของวัตถุแต่ละชิ้น ดังนั้นแรงระหว่างวัตถุสองชิ้นจะเป็นสองเท่า ถ้าหากว่าวัตถุชิ้นหนึ่งในสองนั้น (เรียกว่า วัตถุ ก) มีมวลเป็นสองเท่า นี่คือสิ่งที่ท่านอาจคาดไว้ เนื่องจากใครก็นึกถึง วัตถุ ก ชิ้นใหม่ ได้ว่าเกิดขึ้นมาจากวัตถุสองชิ้นด้วยมวลดั้งเดิม วัตถุแต่ละชิ้นจะดึงดูด วัตถุ ข ด้วยแรงดั้งเดิม ดังนั้น แรงรวมระหว่าง ก และ ข จะเป็นสองเท่าของแรงเดิม และกล่าวได้ว่า ถ้าหนึ่งในวัตถุทั้งสองชิ้นนั้นมีมวลเป็นสองเท่า และวัตถุที่เหลืออีกชิ้นหนึ่งมีมวลเป็นสามเท่าแล้ว แรงก็จะเข้มเป็นหกเท่า ถึงตอนนี้ คงเข้าใจได้แล้วว่า ทำไมวัตถุทุกชิ้นจึงตกด้วยอัตราเดียวกัน: วัตถุชิ้นหนึ่งที่มีน้ำหนักสองเท่า จะมีแรงโน้มถ่วงดึงมันลงอยู่สองเท่า อีกนิด มันก็มีมวลเป็นสองเท่าเช่นกัน ตามกฎข้อสองของนิวตัน ผลกระทบทั้งสองอย่างนี้จะลบล้างซึ่งกันและกันอย่างแท้จริง ดังนั้นความเร่งของวัตถุจะคงที่เสมอในทุกกรณี 16




... ถ้าหากว่า เราหยุดพักการหมุนของโลกและวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ไว้ชั่วขณะ ก็กล่าวได้ว่าโลกหยุดอยู่กับที่แต่รถไฟบนโลกนั้นวิ่งไปทางทิศเหนือด้วยความเร็วเก้าสิบไมล์ต่อชั่วโมง หรือรถไฟหยุดอยู่กับที่แต่โลกเคลื่อนที่ไปทางทิศไต้ด้วยความเร็วเก้าสิบไมล์ต่อชั่วโมง 17




[เจมส์ เคลิร์ค] สมการของมักซ์เวลล์ ทำนายว่ามีความไม่สงบคล้ายคลื่นเกิดขึ้นได้ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่รวมกันอยู่ และความไม่สงบเหล่านี้เดินทางด้วยความเร็วคงที่ เหมือนกับพลิ้วคลื่นบนสระน้ำ ถ้าหากว่าความยาวคลื่นของคลื่นเหล่านี้ยาวหนึ่งเมตรหรือมากกว่า มันก็คือสิ่งที่เราเรียกในปัจจุบันนี้ว่าคลื่นวิทยุนี่เอง เรารู้จักความยาวคลื่นที่สั้นกว่าว่าไมโครเวฟ (ยาวไม่กี่เซนติเมตร) หรืออินฟาเรด (เหนือแดง) (ยาวกว่าสิบในพันของเซนติเมตร) แสงที่มองเห็นได้ด้วยตามีความยาวคลื่นระหว่างเพียงสี่สิบและแปดสิบในล้านของเซนติเมตรเท่านั้น แม้กระทั่งคลื่นที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่านี้อีก เราก็รู้จักในชื่อ รังสีอุลตราไวโอเลต เอกซเรย์ และ แกมมา นั่นเอง 19




... ณ 10 เปอร์เซนต์ของความเร็วแสง มวลของวัตถุจะมีมากกว่าปกติเพียง 0.5 เปอร์เซนต์ เท่านั้น ในขณะที่ ณ 90 เปอร์เซนต์ของความเร็วแสงจะมีมวลมากกว่าปกติสองเท่า เมื่อวัตถุเข้าใกล้ความแรงแสง มวลของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้นมันจึงใช้พลังงานมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเร่งความเร็วของมันเพิ่มขึ้น ที่จริงแล้ว วัตถุไม่มีทางเร่งความเร็วได้เท่ากับแสง เนื่องจากว่า ที่ความเร็วแสงมวลของมันจะไม่มีที่สิ้นสุด และเมื่อมวลและพลังงานเท่ากัน มันจะใช้ปริมาณของพลังงานไม่มีที่สิ้นสุดเพื่อให้เร็วเท่าแสง สำหรับเหตุผลนี้ วัตถุธรรมดาใดๆ มีข้อจำกัดจากความสัมพันธ์ในการเคลื่อนที่ ณ ความเร็วที่ช้ากว่าความเร็วแสงเสมอ มีแต่แสง หรือคลื่นอื่นๆ ที่ไม่มีมวลแท้จริงอยู่เท่านั้น จึงสามารถเคลื่อนที่ได้ ณ ความเร็วแสง 21




... แสงกำหนดหน่วยวัดไว้เป็นระยะการเดินทางใน 0.000000003335640952 วินาที ตามที่จับได้ด้วยนาฬิกาแคสเซียม 22




อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพ โดยพื้นฐานแล้ว บังคับให้เราเปลี่ยนแปลงแนวความคิดของเราที่มีต่ออวกาศและเวลา เราต้องยอมรับเวลานั้น ถ้าหากว่าเราไม่แยกตัวออกไปอย่างสิ้นเชิง และเป็นอิสระจากอวกาศ แต่รวมอยู่กับมันเกิดเป็นรูปวัตถุที่เรียกว่า อวกาศ-เวลา 24




... เราไม่ทราบว่าอะไรกำลังเกิดขึ้นต่อไปหลังเกิดจักรวาลขึ้น: แสงที่เราเห็นจากดาราจักรที่อยู่ห่างไกล ออกเดินทางเมื่อหลายล้านปีก่อน และในกรณีของวัตถุที่อยู่ห่างไกลที่สุดที่เรามองเห็นนั้น แสงออกเดินทางเมื่อแปดพันล้านปีก่อน ดังนั้น เมื่อเรามองจักรวาล เราเห็นจักรวาลอย่างที่มันเป็นในอดีตนั่นเอง 30




วัตถุต่างๆ เช่นโลกไม่ได้เกิดขึ้นจากแรงที่เรียกว่าแรงโน้มถ่วงให้มาเคลื่อนที่อยู่บนวงโคจรที่เป็นแนวโค้ง แต่วัตถุเหล่านั้นไล่ตามสิ่งที่อยู่ใกล้ที่สุดสู่เส้นทางที่เป็นเส้นตรงในอวกาศที่เป็นแนวโค้ง ซึ่งเราเรียกว่าขนาด รูปร่างและพื้นผิวของโลก ขนาด รูปร่างและพื้นผิวของโลกเป็นเส้นทางที่ใกล้ที่สุด(หรือยาวที่สุด)ระหว่างจุดสองจุด

มวลของดวงอาทิตย์ทำให้อวกาศ-เวลาเป็นแนวโค้งในแบบที่แม้กระทั่งโลกก็ยังไล่ตามเส้นทางที่เป็นแนวตรงในอวกาศ-เวลาสี่มิติ จึงปรากฏแก่เราว่ามันเคลื่อนที่ไปตามวงโคจรที่เป็นวงกลมในอวกาศสามมิติ 32

รังสีต่างๆ ของแสงก็ไล่ตามขนาด รูปร่างและพื้นผิวของโลกในอวกาศ-เวลาเช่นเดียวกัน... นี่หมายความว่าแสงจากดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลออกไป ซึ่งปรากฏว่าเคลื่อนที่เฉียดใกล้ดวงอาทิตย์ไป จะหักเหผ่านมุมขนาดเล็กมุมหนึ่ง อันเป็นเหตุให้ดาวฤกษ์ปรากฏในตำแหน่งที่แตกต่างออกไปต่อสายตาของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่บนโลก 34




จักรวาลที่กำลังขยายตัว

เราพบว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุด คือพรอกซิมา เซนเทารี นั้น อยู่ห่างไกลออกไปสี่ล้านปีแสง หรือประมาณยี่สิบสามล้านล้านไมล์ ดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ส่วนใหญ่ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า อยู่ห่างจากเราภายในระยะไม่กี่พันปีแสง 37




เดี๋ยวนี้เราทราบว่าดาราจักรของเราเป็นเพียงดาราจักรหนึ่งในหลายแสนล้านดาราจักร ที่มองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทัศน์สมัยใหม่ แต่ละดาราจักรเองยังประกอบไปด้วยดาวฤกษ์อีกนับหลายแสนล้านดวง... เราอยู่ในดาราจักรที่มีความยาวตามแนวนอนประมาณหนึ่งแสนปีแสง และหมุนรอบตัวเองอย่างช้าๆ ดาวฤกษ์ต่างๆ ที่อยู่ในงวงที่ขดเป็นก้นหอยของดาราจักรนี้โคจรรอบแกนกลางของดาราจักรหนึ่งรอบประมาณทุกๆ หลายแสนล้านปีแสง 38




นิวตัน และท่านอื่นๆ ควรตระหนักว่า จักรวาลคงที่จะเริ่มหดตัวลงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในไม่ช้า แต่สมมติแทนว่าจักรวาลกำลังขยายตัว ถ้าหากว่าจักรวาลกำลังขยายตัวอย่างช้าๆ พอประมาณ อำนาจของแรงโน้มถ่วงจะเป็นเหตุให้มันหยุดขยายตัวในที่สุด และจากนั้นจึงเริ่มหดตัวลง อย่างไรก็ตาม ถ้าหากว่าจักรวาลกำลังขยายตัวเร็วกว่าอัตราวิกฤติเฉพาะแล้ว แรงโน้มถ่วงจะไม่มีทางเข้มพอจนทำให้การขยายตัวหยุดลงได้ และจักรวาลจะขยายตัวต่อไปตลอดกาล 42




ลักษณะที่น่าสังเกตของแบบจำลองฟรีดมันน์แบบแรกคือว่า ในแบบจำลองนั้นจักรวาลไม่ใช่ไม่มีที่สิ้นสุดในอวกาศ แต่อวกาศก็ไม่มีขอบเขตใดๆ อยู่เช่นกัน แรงโน้มถ่วงเข้มมากจนกระทั่งว่าอวกาศโค้งงอรอบตัวของมันเอง จึงทำให้มันออกจะคล้ายกับผิวเปลือกหน้าของโลก ถ้าหากว่าเรารักษาการเดินทางไว้ในทิศทางที่แน่นอนบนผิวเปลือกหน้าของโลกแล้ว เราจะไม่มีวันเผชิญกับสิ่งกีดขวางที่ผ่านไปไม่ได้ หรือว่าหลุดจากขอบโลกไป แต่ในที่สุดแล้วจะกลับมายังจุดเริ่มต้นที่ออกเดินทาง 47




ดังนั้นหลักฐานที่เรามีอยู่ในปัจจุบันนี้ชี้ให้เห็นว่า จักรวาลน่าจะขยายตัวออกไปตลอดกาล แต่ทั้งหมดที่เราแน่ใจได้ก็คือ แม้กระทั่งถ้าหากว่าจักรวาลกำลังยุบตัวลงใหม่อีก มันจะไม่ขยายตัวออกไปอย่างน้อยอีกตราบหนึ่งหมื่นล้านปี เพราะว่าจักรวาลกำลังขยายตัวอย่างน้อยก็เป็นเวลานานขนาดนั้นอยู่แล้ว เราจึงไม่ควรวิตกกังวลมากจนเกินไป: เมื่อถึงเวลานั้น นอกจากว่าเราสร้างอาณานิคมไว้โพ้นระบบสุริยะนี้ก่อนแล้ว มนุษยชาติก็สาบสูญ สิ้นพันธุ์ไปนานแล้วพร้อมกับดวงอาทิตย์ของเรา! 49




หลักความไม่แน่นอน

ไอน์สไตน์ไม่เคยยอมรับเลยว่ามีการจัดระเบียบจักรวาลโดยบังเอิญ ความรู้สึกของไอน์สไตน์สรุปรวมอยู่ในวาทะอันโด่งดังของเขาว่า "พระเจ้าไม่ทรงทอดลูกเต๋า"

มัน [ควันตัมเมคานิกส์] จัดระเบียบพฤฒิกรรมของทรานซิสเตอร์และวงจรรวม ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญอย่างยิ่งของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น โทรทัศน์และคอมพิวเตอร์ และยังเป็นพื้นฐานของชีววิทยาและเคมีสมัยใหม่อีกด้วย ี่เฉพาะบริเวณของวิทยาศาสตร์กายภาพเท่านั้นที่มีแรงโน้มถ่วงและโครงสร้างมาตรส่วนขนาดใหญ่ของจักรวาล ในบริเวณดังกล่าวนี้ยังไม่มีการสถาปนารูปแบบควันตัมเมคานิกส์ที่เหมาะสมขึ้นมา 60




อนุภาคพื้นฐานและแรงของธรรมชาติ

อริสโตเติลเชื่อว่าสสารทั้งหมดในจักรวาลประกอบขึ้นด้วยธาตุพื้นฐานทั้งสี่ นั่นคือ ดิน น้ำ ไฟ และ ลม ธาตุเหล่านี้มีแรงกระทำต่อมันอยู่สองแรง: แรงโน้มถ่วง มีแนวโน้มสำหรับดินและน้ำว่าจะจม และความเบา มีแนวโน้มสำหรับลมและไฟว่าจะผุดขึ้น...

อริสโตเติลเชื่อว่าสสารมีความต่อเนื่อง นั่นคือ ใครก็สามารถแบ่งสสารชิ้นหนึ่งออกเป็นชิ้นส่วนที่เล็กลงเรื่อยๆ โดยไม่มีที่สิ้นสุด: เราจะไม่พบเห็นสสารก้อนใดที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก 67




มีควากส์นานาชนิดแตกต่างกันออกไปอยู่จำนวนหนึ่ง: คิดกันว่ามี "เฟลเวอร์" อยู่อย่างน้อยหกชนิด ที่เราเรียกกันว่า ขึ้น ลง แปลก เย้ายวน ล่าง และ บน เฟลเวอร์แต่ละชนิดมีสาม "สี" แดง เขียว ฟ้า 69




... อนุภาคของการหมุน 1 เหมือนกันกับลูกศร: ูจากทิศทางที่ต่างออกไปมันจะดูแตกต่างกัน เพียงแต่ถ้าเราไปหมุนมันให้ครบหนึ่งรอบพอดี (360 องศา) อนุภาคจึงจะดูเหมือนเดิม อนุภาคของกรหมุน 2 เหมือนกันกับลูกศรสองหัว: มันจะดูเหมือนเดิมถ้าหากว่าเราหมุนมันไปครึ่งรอบ (180 องศา) ... มีอนุภาคหลายอนุภาคที่ดูไม่เหมือนเดิม ถ้าเราหมุนมันให้ครบหนึ่งรอบ: ท่านต้องหมุนมันให้ครบสองรอบพอดี! อนุภาคเช่นนั้นกล่าวได้ว่ามีการหมุน ½ รอบ 71




เดี๋ยวนี้เราทราบว่าอนุภาคทุกอนุภาคมีปฏิอนุภาคอยู่ ซึ่งมันสามารถทำลายล้างกันได้อย่างถอนรากถอนโคน ดังนั้นจึงมีปฏิโลกาและปฏิมนุษย์ที่สร้างออกมาด้วยปฏิอนุภาคได้ อย่างไรก็ตาม ถ้าหากท่านพบปฏิภาคของตัวท่านเอง ก็อย่าไปขอจับมือเข้าล่ะ! ท่านทั้งคู่จะอันตรธานหายไปในแสงสว่างวาบใหญ่ 73




ค่าของพลังงานที่เป็นผลจากการรวมตัวกันอย่างมโหฬารไม่เป็นที่ทราบกันดีมากนัก แต่น่าจะมีค่าอย่างน้อยหนึ่งพันล้านล้าน GeV เครื่องเร่งอนุภาคในยุคปัจจุบันสามารถยิงอนุภาคให้ชนกันด้วยพลังงานประมาณหนึ่งพัน GeV และวางแผนไว้ว่าเครื่องเร่งจะเพิ่มพลังงานขึ้นเป็นไม่กี่พัน GeV แต่เครื่องที่ทรงพลังพอในการเร่งอนุภาคจนถึงพลังงานที่เป็นผลจากการรวมตัวกันอย่างมโหฬารจะมีขนาดใหญ่พอๆ กับระบบสุริยะ และคงไม่น่ามีเงินกองทุนสำรองเพียงพอในบรรยากาศเศรษฐกิจปัจจุบัน 79




... เราสามารถคำนวณได้ว่าชีวิตที่น่าจะเป็นไปได้ของโปรตอนต้องมากกว่าสิบล้านล้านล้านล้านล้านปี (1 ตามด้วยเลขศูนย์สามสิบเอ็ดตัว) 80




หลุมดำ

... ดาวฤกษ์ที่มีมวลพอเพียงและอัดแน่นจะมีสนามแรงโน้มถ่วงเข้มมากจนกระทั่งแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกไปได้: แรงดึงดูดจากแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์จะดึงแสงใดๆ ที่ปลดปล่อยออกมาจากผิวเปลือกหน้าของดาวฤกษ์กลับไปเสียก่อนที่มันจะหลุดรอดไปไหนได้... วัตถุเช่นนั้นคือสิ่งที่เราเรียกว่าหลุมดำ... 86




ขณะที่ดาวฤกษ์หดตัว สนามแรงโน้มถ่วง ณ ผิวเปลือกหน้าของมันก็เข้มขึ้น และกรวยแสงโค้งงอเข้าข้างในมากขึ้น นี่แหละทำให้แสงหลุดรอดออกไปจากดาวฤกษ์ได้ยากขึ้น และแสงจะปรากฏสลัวลงและแดงขึ้นต่อสายตาของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างออกไป ในที่สุด เมื่อดาวฤกษ์หดตัวลงถึงรัศมีวิกฤตเฉพาะแล้ว สนามแรงโน้มถ่วง ณ ผิวเปลือกหน้าจะเข้มขึ้นจนกรวยแสงโค้งงอเข้าข้างในมากจนกระทั่งแสงไม่สามารถหลุดรอดออกไปได้ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ไม่มีอะไรที่เดินทางได้เร็วกว่าแสง ดังนั้น ถ้าแสงไม่สามารถหลุดรอดออกไปได้แล้ว ก็ไม่มีอะไรอื่นอีกเลยที่หลุดรอดออกไปได้... 90




ขอบฟ้าเหตุการณ์ เขตแดนของบริเวณของรูปอวกาศ-เวลา ซึ่งไม่มีอะไรหลุดรอดออกไปจากมันได้ มีพฤติกรรมคล้ายเยื่อหุ้มบางๆ ทางเดียวรอบๆ หลุมดำ ... เราพูดถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ได้เลยถึงสิ่งที่กวีดังเต (Dante) พูดตรงทางเข้าสู่นรก: "เจ้าผู้เข้ามายังที่นี่ จงปลดปล่อยความฝันทั้งมวลไปเสีย" อะไรก็ตามหรือใครก็ตามที่หลุดออกไปจากขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) ในไม่ช้าจะไปถึงขอบเขตแห่งความหนาแน่นไม่มีที่สิ้นสุด และจุดสิ้นสุดของเวลา 94




... การเคลื่อนที่ของโลกในวงโคจรของมันรอบดวงอาทิตย์ทำให้เกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงขึ้นมา ผลกระทบของการสูญเสียพลังงานจะเปลี่ยนวงโคจรของโลก จนกระทั่งมันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์เข้าไปเรื่อยๆ ทีละน้อยๆ แล้วชนกับดวงอาทิตย์ในที่สุด และแหมะอยู่บนผิวดวงอาทิตย์ในสภาวะที่หยุดนิ่ง อัตราการสูญเสียพลังงานในกรณีของโลกและดวงอาทิตย์ช้ามาก พลังงานส่วนนี้มีประมาณขับเคลื่อนเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าขนาดเล็กสักเครื่องเท่าได้นั้นเอง นี่หมายความว่าโลกวิ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ต้องใช้เวลาประมาณหนึ่งแสนล้านล้านล้านล้านปี 94




เดี๋ยวนี้เรามีหลักฐานเช่นเดียวกันสำหรับหลุมดำอื่นๆ อีกหลายหลุมในระบบ เช่น คีกนุซ เอกซ์-วัน (Cygnus X-1) ในดาราจักรของเรา และในดาราจักรใกล้เคียงเราอีกสองดาราจักรที่เรียกว่าเมฆมาเจลลัน อย่างไรก็ตาม จำนวนของหลุมดำมีมากกว่านี้มากอย่างแน่นอน ในประวัติอันยาวนานของจักรวาล ดาวฤกษ์ต่างๆ ต้องเผาผลาญเชื้อเพลิงปรมาณูของตัวเองและต้องยุบตัวลง จำนวนของหลุมดำอาจมีมากกว่าแม้กระทั่งดาวฤกษ์ที่เรามองเห็นได้ ซึ่งมีจำนวนรวมประมาณแสนล้านดวงเฉพาะในดาราจักรของเราเท่านั้น 100




หลุมดำไม่เชิงดำทีเดียวนัก

... มวลของหลุมดำยิ่งต่ำเท่าใด อุณหภูมิของมันก็ยิ่งสูงเท่านั้น ดังนั้นในขณะที่หลุมดำสูญเสียมวลไป อัตราการปลดปล่อยพลังงานและอุณหภูมิของมันจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นมวลของมันจึงสูญไปอย่างรวดเร็วกว่าเดิม สิ่งที่บังเกิดขึ้นเมื่อมวลของหลุมดำกลายขนาดเป็นเล็กกระจิ๋วอย่างยิ่งในที่สุดไม่กระจ่างชัดนัก แต่การคาดเดาที่สมเหตุสมผลที่สุดคือมันจะหายไปอย่างสิ้นเชิงในการสันดาปมโหฬารครั้งสุดท้าย เทียบเท่ากับการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจนเป็นล้านๆ ลูก 114




หลุมดำที่มีมวลของเวลาน้อยกว่ามวลของดวงอาทิตย์จะมีอุณหภูมิเพียงสิบในล้านองศาเหนือองศาสัมบูรณ์เท่านั้น... ถ้าหากว่าจักรวาลมีชาตากรรมกำหนดไว้ให้ขยายตัวออกตลอดกาลแล้ว อุณหภูมิของการแผ่รังสีไมโครเวฟในที่สุดจะลดลงน้อยกว่าอุณหภูมิของหลุมดำนั้น ซึ่งจากนั้นมวลของมันจะเริ่มสูญไป แต่แม้กระทั่งบัดนั้นอุณหภูมิของมันจะต่ำเสียจนกระทั่งต้องใช้เวลาประมาณล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านปี จึงค่อยๆ ระเหยกลายเป็นไอไปจนหมดสิ้น 114




... หลุมดำที่ว่าเพียงหนึ่งหลุมสามารถขับเคลื่อนโรงพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้ถึงสิบโรง ถ้าเพียงแต่เราสามารถควบคุมพลังของมันได้ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่เรื่องง่ายเลย: หลุมดำมีมวลเท่ากับภูเขาลูกหนึ่งอัดกันแน่นเข้าจนเหลือขนาดเล็กกว่าล้านส่วนล้านของนิ้ว ขนาดที่ว่านี้คือขนาดนิวเคลียสของอะตอม! ถ้าหากว่าท่านมีหลุมดำที่ว่านี้อยู่สักหลุมหนึ่งบนเปลือกผิวหน้าโลก ท่านไม่มีทางหยุดมันไม่ให้ตกทะลุพื้นเข้าสู่จุดศูนย์กลางของโลกได้เลย... ดังนั้นสถานที่เดียวที่เอาหลุมดำดังกล่าวไปใส่ไว้ได้คือให้มันอยู่ในวงโคจรรอบโลก และในสถานที่นั้นเราต้องใช้พลังงานที่มันปลดปล่อยออกมา และทางเดียวเท่านั้นที่สามารถเอาหลุมดำไปใส่ไว้ในวงโคจรของโลกคือต้องดึงดูดมันไปตรงนั้นโดยการลากจูงมวลขนาดใหญ่นำหน้ามันไป... 115




สามารถกล่าวได้ว่าการสังเกตการณ์ภูมิหลังของรังสีแกมมา ไม่ได้ให้หลักฐาน ที่มีน้ำหนัก ใดๆ เลย สำหรับหลุมดำในยุคเริ่มแรกกำเนิดโลก แต่การสังเกตการณ์นั้นบอกให้ทราบโดยเฉลี่ยว่าไม่สามารถมีหลุมดำได้เกิน 300 หลุม ในทุกๆ ลูกบาศก์ปีแสงในจักรวาล ข้อจำกัดนี้หมายความว่าหลุมดำในยุคเริ่มแรกกำเนิดโลกสามารถเกิดขึ้นได้มากที่สุดจากหนึ่งในล้านของสสารในจักรวาล 116




กำเนิดและชาตากรรมของจักรวาล

ณ การระเบิดครั้งใหญ่ หรือ บิกแบง เราคิดว่าจักรวาลมีขนาดเป็นศูนย์และก็ร้อนอย่างไม่มีที่สิ้นสุดอยู่ก่อน แต่ในขณะที่จักรวาลขยายตัวออกไป อุณหภูมิของการแผ่รังสีก็ลดลง หนึ่งวินาทีหลังการระเบิดครั้งใหญ่ อุณหภูมิจะลดลงเหลือประมาณหมื่นล้านองศา นั่นคือหมื่นเท่าของอุณหภูมิ ณ จุดศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ แต่อุณหภูมิสูงขนาดนี้มีอยู่ในการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจน 123

ประมาณหนึ่งพันวินาทีหลังการระเบิดครั้งใหญ่ อุณหภูมิจะลดลงเหลือหนึ่งพันล้านองศา อุณหภูมิภายในของดาวฤกษ์ที่ร้อนที่สุด 124

ภายในไม่กี่ชั่วโมงของการระเบิดครั้งใหญ่ การเกิดฮีเลียมและธาตุอื่นๆ จะหยุดลง และหลังจากนั้น เป็นเวลาหนึ่งล้านปีหรือกว่านั้นต่อมา จักรวาลก็เริ่มขยายตัวออกไปแล้ว โดยไม่มีอะไรต่างๆ เกิดขึ้นมากนัก 125




ดวงอาทิตย์ของเรามีธาตุหนักที่ว่านี้อยู่ประมาณ 2 เปอร์เซนต์ [ออกซิเจนและคาร์บอน] เพราะว่ามันเป็นดาวฤกษ์ในยุคที่สองหรือสาม ก่อตัวขึ้นมาจากก๊าซที่หมุนรอบตัวเองราวห้าพันล้านปีก่อน ในก๊าซนั้นมีซากมหานวดาราหรือซุเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นก่อนหน้านั้นอยู่ด้วย ก๊าซส่วนใหญ่ในเมฆนั้นก่อตัวเป็นดวงอาทิตย์หรือพลัดปลิวหายจากไป แต่ธาตุหนักจำนวนเล็กน้อยจำนวนนวนหนึ่งรวมตัวกันเข้ากลายเป็นรูปร่างวัตถุที่ปัจจุบันโคจรรอบดวงอาทิตย์ในฐานะดาวเคราะห์ เช่น โลก 126




ถ้าอัตราการขยายตัวหนึ่งวินาทีหลังการระเบิดครั้งใหญ่ลดลงแม้แต่สักส่วนหนึ่งในแสนล้านล้าน จักรวาลจะยุบตัวลงอีกครั้งหนึ่ง ก่อนขยายตัวจนถึงขนาดในปัจจุบันของมัน 128




"เราเห็นจักรวาลอย่างที่มันเป็นเพราะเรามีอยู่" 130




ตามทฤษฎีนี้ [หลักที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์ที่เข้มข้น] กล่าวว่ามีทั้งจักรวาลที่แตกต่างหลายจักรวาล หรือขอบเขตที่แตกต่างกันหลายแห่งของจักรวาลอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ละอย่างมีระบบเดิมของตัวเอง และ บางทีก็มีชุดของกฎเหณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ของตัวเอง ในจักรวาลส่วนใหญ่ สภาพเงื่อนไขต่างๆจะไม่เหมาะสมสำหรับพัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน ในจักรวาลไม่กี่จักรวาลเท่านั้นที่สิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดวิวัฒนาขึ้นมาและตั้งคำถามเหมือนในจักรวาลของเรา "ทำไมจักรวาลจึงเป็นเหมือนอย่างที่เราเห็น?" ดังนั้นคำตอบจึงมีอย่างง่ายๆ: ถ้าจักรวาลแตกต่างๆ ออกไปแล้ว ก็ไม่มีเราอยู่ที่นี่! 131




มีบางสิ่งบางอย่างเช่นอนุภาคสิบล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านอนุภาค (1 ตามด้วยเลขศูนย์แปดสิบตัว) ในขอบเขตของจักรวาลที่เราสังเกตการณ์เห็นได้ อนุภาคเหล่านั้นมาจากไหน? ในทฤษฎีควันตัม คำตอบคือ อนุภาคสามารถเกิดขึ้นได้จากพลังงานในรูปแบบของชิ้นส่วนอนุภาค/ปฏิอนุภาค แต่นั่นทำให้เกิดคำถามตามมาว่าพลังงานมาจากไหน คำตอบคือ พลังทั้งมวลของจักรวาลเป็นศูนย์อย่างแน่แท้ สสารในจักรวาลสร้างขึ้นมาจากพลังงานบวก อย่างไรก็ตาม สสารดึงดูดตัวมันเองอยู่โดยแรงโน้มถ่วงทั้งสิ้น สสารสองชิ้นซึ่งอยู่ใกล้กันมีพลังงานน้อยกว่าสสารสองชิ้นเดียวกันที่อยู่ห่างกัน เพราะว่าท่านต้องใช้พลังงานเพื่อแยกมันออกมาจากอำนาจแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดมันไว้ด้วยกัน ดังนั้นในความหมายนี้ สนามแรงโน้มถ่วงย่อมมีพลังงานเชิงลบ ในกรณีของจักรวาลซึ่งเป็นเป็นแบบเดียวกันโดยประมาณในอวกาศ เราอธิบายได้ว่าพลังแรงโน้มถ่วงลบนี้ยกเลิกพลังงานบวกจริง พลังงานบวกนี้มีสสารทำหน้าที่แทน ดังนั้นพลังงานรวมของจักรวาลจึงเป็นศูนย์

และสองเท่าศูนย์ก็เท่ากับศูนย์นั่นเอง ดังนั้นจักรวาลจึงสามารถเพิ่มปริมาณของพลังงานสสารบวกได้เป็นสองเท่า และยังเพิ่มพลังงานแรงโน้มถ่วงลบได้เป็นสองเท่าเช่นเดียวกัน โดยไม่ฝืนการป้องกันการสูญเสียพลังงาน

"กล่าวได้ว่า ไม่มีอะไรได้มาเปล่าๆ แต่จักรวาลนี่แหละคือสิ่งที่ได้มาเปล่าๆ โดยไม่ต้องจ่ายอะไรเลย" 136




เราอาจกล่าวได้ว่า: "สภาพขอบเขตของจักรวาลนั้นคือมันไม่มีขอบเขต" ในจักรวาลนั้นบรรจุไว้ด้วยตัวมันเองทั้งนั้น และไม่ได้รับผลกระทบจากสิ่งใดทั้งสิ้นที่อยู่ข้างนอกมัน ไม่มีอะไรไปสร้างมันขึ้นมาหรือทำลายมันไป มันเป็นอยู่อย่างนั้นของมันเอง 144




ความคิดที่ว่าอวกาศและเวลาอาจก่อรูปผิวพื้นหน้าใกล้ชิดกันขึ้นมาโดยไม่ขอบเขตนั้น อาจมีความหมายโดยนัยอย่างลึกซึ้งสำหรับบทบาทของพระเจ้าในกิจการของจักรวาล ด้วยความสำเร็จของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ในการบรรยายเหตุการณ์ คนส่วนใหญ่ออกไปทางเชื่อว่าพระเจ้าทรงอนุญาตให้จักรวาลค่อยๆ มีวิวัฒนาการขึ้นมา ตามกฎที่ทรงบัญญัติไว้ และไม่ทรงสอดพระหัถต์แทรกแซงเข้ามาในจักรวาล เป็นการละเมิดกฎ อย่างไรก็ตาม กฎดังกล่าวไม่ได้บอกให้เราทราบว่าจักรวาลควรมีหน้าตาอย่างไรในตอนแรกเริ่ม ก็ยังคงขึ้นกับพระเจ้าอีกนั่นแหละที่ทรงไขลานนาฬิกา และเลือกว่าจะทรงให้จักรวาลเริ่มต้นอย่างไร ตราบใดที่จักรวาลมีจุดเริ่มต้น เราก็คาดคะเนได้ว่ามีผู้สร้างจักรวาลขึ้นมา แต่ถ้าในจักรวาลมีแต่ตัวมันเองบรรจุอยู่ทั้งสิ้นจริง ไร้เขตแดนหรือขอบเขตแล้ว มันก็จะไม่มีทั้งจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดนั่นเอง: น่าจะง่ายๆ อย่างนี้แหละ ถ้าอย่างนั้นผู้สร้างจักรวาลอยู่ไหน? 149




ลูกศรของเวลา

เวลาสมมติไม่สามารถจำแนกออกจากทิศทางในอวกาศ ถ้าเราไปทางทิศเหนือได้ เราก็กลับตัวแล้วมุ่งหน้าไปทางทิศใต้ได้ และพอๆ กัน ถ้าเราไปข้างหน้าในเวลาสมมติได้แล้ว เราก็ควรหมุนตัวกลับแล้วไปข้างหลังได้เช่นเดียวกัน นี่หมายความว่า ไม่มีความแตกต่างที่สำคัญนักระหว่างทิศข้างหน้าและข้างหลังของเวลาสมมติ อีกนัยหนึ่ง เมื่อเรามองดู "เวลาจริง" มันกลับมีความแตกต่างกันอย่างใหญ่หลวงระหว่างทิศข้างหน้าและข้างหลัง เช่นที่เราทุกคนทราบ ความแตกต่างระหว่างอดีตและอนาคตนี้มาจากไหน? ทำไมเราจำอดีตได้แต่จำอนาคตไม่ได้? 151




ความไร้ระเบียบเพิ่มขึ้นกับเวลา เนื่องจากเราวัดเวลาในทิศทาง ซึ่งในนั้นมีความไร้ระเบียบเพิ่มขึ้น 156




ความก้าวหน้าของเผ่าพันธุ์มนุษย์ในการเข้าใจจักรวาลปักหลักขึ้นในมุมเล็กๆ มุมหนึ่งของระเบียบในจักรวาลที่ไร้ระเบียบอย่างมาก ถ้าท่านจดจำทุกคำในหนังสือเล่มนี้ ความจำของท่านจะบันทึกข้อมูลไว้ประมาณสองล้านชิ้น ระเบียบในสมองของท่านจะเพิ่มขึ้นโดยประมาณสองล้านหน่วย อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ท่านกำลังอ่านหนังสือเล่มนี้อยู่ ท่านจะแปลงแคลอรีอย่างน้อยหนึ่งพันแคลอรีหรือพลังงานที่มีระเบียบ ในรูปของอาหาร ไปเป็นพลังงานที่ไร้ระเบียบ ในรูปของความร้อนที่ท่านสูญเสียไปกับอากาศรอบตัวท่านจากการพาความร้อนหรือเหงื่อ นี่จะเพิ่มความไร้ระเบียบของจักรวาลโดยประมาณยี่สิบล้านล้านล้านล้านหน่วย หรือประมาณสิบล้านล้านล้านเท่าการเพิ่มขึ้นตามระเบียบในสมองของท่าน และนั่นคือถ้าท่านจำ ทุกสิ่งทุกอย่าง ในหนังสือเล่มนี้ 161




เอกภาพของฟิสิกส์

ทำไมเราถึงไม่สังเกตเห็นมิติพิเศษทั้งหมดเหล่านั้น ถ้ามีอยู่จริง? ทำไมเราถึงเห็นเพียงแค่อวกาศสามมิติและเวลามิติเดียวเท่านั้น? คำแนะนำก็คือว่า มิติอื่นๆ มีรูปร่างโค้งงอเข้าไปในอวกาศที่มีขนาดเล็กมาก อะไรสักอย่างสักหนึ่งล้านล้านล้านล้านล้านของนิ้ว เล็กจนเราไม่สังเกตเห็น เราจึงเห็นแต่เวลามิติเดียวและอวกาศสามมิติ ซึ่งในนั้นอวกาศ-เวลามีลักษณะแบนตามเหตุผลดังกล่าว เหมือนผิวเปลือกหน้าของผลส้ม: ถ้าท่านดูอวกาศ-เวลาเข้าไปใกล้ๆ มันจะโค้งงอและย่นทั้งนั้น แต่ถ้าท่านดูจากระยะไกล ท่านก็ไม่เห็นส่วนยื่นออกมาและปรากฏราบเรียบต่อสายตา กับอวกาศ-เวลาเป็นดังนั้น: ในมาตราส่วนขนาดเล็กมาก มันจะเป็นสิบมิติและโค้งงอมาก แต่ในมาตราส่วนขนาดใหญ่ขึ้น ท่านจะไม่เห็นความโค้งหรือมิติพิเศษเหล่านั้น 173




... ถ้าหากว่ามีชุดของกฎที่สมบูรณ์แบบอยู่ นั่นคือการละเมิดเสรีภาพแห่งพระเจ้า ที่ไปเปลี่ยนพระเจตนาของพระองค์และยื่นมือเข้าไปแทรกแซงโลก คลับคล้ายนิทานที่เล่าขัดแย้งกันเอง: พระเจ้าทรงสร้างหินสักก้อนที่หนักจนพระองค์ทรงไม่สามารถยกขึ้นได้หรือไม่? แต่ความคิดที่ว่าพระเจ้าอาจมีพระประสงค์เปลี่ยนพระเจตนาของพระองค์นั้นเป็นการยกตัวอย่างของวิธีคิดแบบผิดๆ ของพระฉายาของพระเจ้าดังที่มีอยู่ในเวลา ดังนักบุญเอากุซตินชี้ทางให้เห็น: เวลาเป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะของจักรวาลที่พระเจ้าทรงส้รางขึ้นมา น่าจะเป็นไปได้ว่า พระเจ้าทรงทราบว่าพระองค์ทรงมีเจตนาอะไรเมื่อสร้างมันขึ้นมา! 176




ทฤษฎีที่เป็นเอกภาพสอดคล้องกันและสมบูรณ์แบบเป็นเพียวก้าวแรกเท่านั้น: จุดมุ่งหมายของเราคือ ความเข้าใจ ที่สมบูรณ์แบบของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นรอบตัวเรา และของการมีอยู่ของเราเอง 179




สรุป

ครั้งหนึ่งไอน์สไตน์ตั้งคำถามว่า: "พระเจ้าทรงมีทางเลือกมากเท่าใดในการสร้างจักรวาล?"

ถ้าหากว่ามีทฤษฎีรวมที่เป็นไปได้เพียงบทเดียวแล้ว มันก็คือชุดของกฎและสมการนั่นเอง มันคืออะไรที่ต้องมาโกรธแค้นสมการต่างๆ และต้องใช้มันมาอธิบายจักรวาล? ... ทำไมจักรวาลถึงเป็นตัวปัญหายุ่งยากของการมีอยู่ทั้งมวล? ทฤษฎีที่มีเอกภาพกระตุ้นความสนใจจนทำให้เกิดการมีอยู่ของมันหรือ? หรือว่ามันจำเป็นต้องมีผู้สร้าง และหากเป็นเช่นนั้นแล้ว ผู้สร้างนั้นมีความรู้สึกที่เกิดขึ้นอื่นๆ ต่อจักรวาลไหม? และใครสร้างผู้สร้างนั้นขึ้นมา? 184




... หากว่าเราค้นพบทฤษฎีสมบูรณ์แบบสักบทหนึ่ง เราทุกคนควรเข้าใจหลักการกว้างๆ ได้ไม่ช้าก็เร็ว ไม่ใช่เข้าใจแต่เพียงนักวิทยาศาสาตร์ไม่กี่คนเท่านั้น ดังนั้นเราทุกคนไม่ว่าปรัชญาเมธี นักวิทยาศาสตร์ และแม้แต่คนธรรมดาสามัญ จึงมีส่วนร่วมในการถกปัญหาได้ว่า ทำไมเราและจักรวาลจึงมีอยู่ หากเราพบคำตอบของคำถามนั้น มันก็จะเป็นชัยชนะสูงสุดของการใช้เหตุผลของมนุษย์ เพราะว่าจากนั้นเราจึงจะรับทราบถึงพระเจตนาแห่งพระเจ้า 185

Create Date : 29 กันยายน 2551		1 comments
Last Update : 29 กันยายน 2551 21:54:49 น.
Counter : 2210 Pageviews.
Share Tweet