creatio ex nihilo

ศล
Location :
กรุงเทพ Thailand

[Profile ทั้งหมด]

ให้ทิปเจ้าของ Blog [?]
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
Smember
ผู้ติดตามบล็อก : 85 คน [?]




Group Blog
 
All Blogs
 
Friends' blogs
[Add ศล's blog to your web]
Links
 

 
escape from the universe


Prospect No.107, Feb 2005

เขียนบทความโดย Dr. Michio Kaku
แปลโดย ศล



เมื่อเอกภพถูกกำหนดให้พบจุดจบ ก่อนถึงวาระนั้น เป็นไปได้หรือไม่ที่เราจะพาอารยธรรมอันรุ่งโรจน์อพยพผ่านรูหนอน (wormhole) หนีไปยังเอกภพอื่น (parallel universe) แม้ฟังดูเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ แต่คุณเชื่อหรือไม่ว่ามันไม่ขัดกับหลักฟิสิกส์และชีววิทยา

ท้ายที่สุดมนุษย์ก็ต้องถูกพิพากษาให้พบจุดจบด้วยภาวะเยือกแข็ง เนื่องจากเอกภพที่ขยายตัวออกเรื่อยๆ ด้วยความเร่ง หนทางรอดเดียวสำหรับเผ่าพันธุ์ที่รุ่งเรืองก็คือต้องหนีไปอยู่เอกภพคู่ขนาน

แร็กนาร๊อก (Ragnarok) หรือ ชะตากรรมแห่งเทพเจ้า ตำนานของชาวนอซ (นอรเวโบราณ) กล่าวถึงสมัยโลกและสรวงสวรรค์ถูกปกคลุมโดยความหนาวเหน็บสุดขั้ว เหล่าเทพเจ้าพากันล้มตายในสงครามที่สู้รบกับพวกอสูรและหมาป่า ความมืดนิรันดร์ปกคลุมเหนือความรกร้าง เปล่าเปลี่ยว กลายเป็นดินแดนน้ำแข็ง ไร้พระอาทิตย์และไร้พระจันทร์ ท้ายที่สุดเทพเจ้าโอดิน (Odin) ผู้เป็นใหญ่ก็ถึงแก่ความตาย แม้กระทั่งเวลาก็หยุดนิ่งไม่เคลื่อนไปข้างหน้าเหมือนอย่างเคย


Odin


เป็นได้หรือไม่ที่ตำนานโบราณเรื่องนี้คือคำทำนายอนาคตของเอกภพ?

หลังจากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์นาม เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ตั้งแต่ปี 1920 ว่าเอกภพมีการขยายตัว คนส่วนมากเชื่อว่าเอกภพนั้นขยายตัวด้วยความหน่วง กระทั่งปี 1998 นักดาราศาสตร์จาก Lawrence Berkeley National Laboratory และ Australian National University ได้คำนวณค่าอัตราการขยายตัวของเอกภพ จากการศึกษาการระเบิดของดวงดาวขนาดใหญ่ (powerful supernova explosion) ของกาแล็กซี่ที่ไกลออกไปจำนวนมาก ซึ่งการระเบิดขนาดใหญ่ที่ว่านี้สามารถทำให้เอกภพทั้งเอกภพสว่างไสวได้เลยทีเดียว ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาดังกล่าวถึงกับทำให้พวกนักดาราศาสตร์พากันฉงน พวกเขาพบว่ามีแรงลึกลับบางอย่างที่กำลังฉีกเอกภพของเราออกจากกัน นั่นทำให้เอกภพที่เราอาศัยอยู่นี้ขยายตัวออกด้วยความเร่ง ไม่ใช่ความหน่วงอย่างที่เคยเข้าใจ


Edwin Hubble

ไบรอัน ชมิตท์ (Brian Schmidt) หนึ่งในผู้นำกลุ่มวิจัยกล่าวว่า "ผมเองก็ยังไม่อยากเชื่อ แต่เราได้ตรวจสอบหมดทุกอย่างแล้วว่าไม่มีอะไรผิดพลาด ผมก็ลำบากใจที่จะต้องบอกกับคนอื่นๆ แต่ผมคิดเช่นนั้นจริงๆ ว่าพวกเรากำลังเดินทางไปสู่สุดจบของมวลมนุษย์ชาติ"

บรรดานักฟิสิกส์ทั้งหลายจึงหวนกลับไปพิจารณาสิ่งที่เรียก "พลังงานมืด" (dark energy) ซึ่งถูกอ้างถึงโดยไอน์สไตน์ในฐานะ "ค่าคงที่ของเอกภพ" (cosmological constant) ว่าเจ้านี่กระมังที่ทำตัวเป็นผู้ต่อต้านสนามโน้นถ่วง (anti-gravity force) และเจ้าสิ่งนี้แหละที่แทรกซึมที่ว่างทั่วทั้งเอกภพ และคอยผลักเอกภพให้หนีห่างออกจากกัน นั่นหมายความว่ายิ่งเอกภพห่างจากกันมากขึ้นเท่าไร ก็ยิ่งมีพลังงานมืดซึ่งฉีกเอกภพมากขึ้น และเอกภพก็ยิ่งขยายตัวห่างจากกันเร็วขึ้นเป็นทวีคูณ

ในปี 2003 ข้อสรุปที่ชวนตกใจนี้ก็ได้รับการยืนยันโดยข้อมูลจากดาวเทียม WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ซึ่งโคจรด้วยระยะห่างประมาณ 1 ล้านไมล์จากผิวโลก ดาวเทียมดวงนี้มีกล้องโทรทัศน์ 2 ตัวทำหน้าที่ตรวจจับรังสีไมโครเวฟที่แผ่กระจายอาบอยู่ทั่วเอกภพ มันมีความสามารถสูงขนาดถ่ายภาพรังสีไมโครเวฟที่หลงเหลือหลังจากเกิดบิกแบงได้ด้วยรายละเอียดที่ค่อนข้างมาก ดังนั้นข้อมูลที่เราได้จาก WMAP ก็เหมือนกับการถ่ายรูปของเอกภพตอนที่มันยังเป็นเด็กทารก นั่นคือสมัยที่มีอายุเพียง 380,000 ปี


WMAP


WMAP ยังได้ให้ตอบต่อคำถามอายุขับของเอกภพเท่ากับ 13.7 พันล้านปี (ด้วยค่าความผิดพลาด 1%) แต่ที่น่าสนใจยิ่งกว่าก็คือ ข้อมูลได้บอกกับเราว่าพลังงานมืดไม่ใช่เพียงเรื่องของความบังเอิญ แต่เป็นส่วนประกอบถึง 73% ของจักรวาล ส่วนอีก 23% เป็นสสารมืด (dark matter) ซึ่งก็คือสสารรูปแบบหนึ่งที่แปลกประหลาดสักหน่อย เพราะมันไม่สามารถมองเห็นได้ แต่ก็มีมวล (น้ำหนัก) ส่วนที่เหลืออีกประมาณ 4% นั้นเป็นองค์ประกอบของไฮโดรเจนและฮีเลียม สำหรับธาตุหนักอื่นๆ (รวมทั้งคุณและผมด้วย) เป็นเพียง 0.03% เท่านั้นเอง พลังงานมืดและเกือบทั้งหมดของสสารมืดไม่ได้ประกอบด้วยอะตอม นี่หมายความว่าทั้งความเชื่อของชาวกรีกโบราณและสิ่งที่สอนๆ กันในวิชาเคมีว่าทุกอย่างประกอบด้วยอะตอมก็เป็นอันตกไป เพราะองค์ประกอบส่วนใหญ่ในเอกภพไม่ได้สร้างจากอะตอม

เมื่อเอกภพขยายตัว สิ่งที่ตามมาคือพลังงานภายในระบบลดลง และอุณหภูมิก็ต่ำลง ท้ายที่สุดก็จะเข้าใกล้ศูนย์องศาสมบูรณ์ ซึ่งเป็นอุหณภูมิที่แม้แต่อะตอมก็หยุดนิ่ง จากกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ (thermodynamics) ซึ่งถือว่าเป็นกฎเหล็กข้อสำคัญข้อหนึ่งทางฟิสิกส์ กล่าวว่าผลรวมของ "เอ็นโทรปี" (entropy = ความไร้ระเบียบ ความยุ่งเหยิง) ในเอกภพมีค่าเพิ่มขึ้น ณ สภาวะที่เป็นจุดจบของทุกสิ่ง ซึ่งก็คือร่างกายจะผุพังกลายเป็นผุยผง จักรวรรดิล่มสลาย ดวงดาวใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของตัวเองจนหมด เอกภพอ่อนล้ามีอุณหภูมิเท่ากันโดยตลอดคือเข้าใกล้ 0 K

ชาร์ล ดาร์วิน (Charles Darwin) ก็เคยอ้างถึงกฎข้อนี้เช่นกันตอนที่เขาเขียนว่า "ผมเชื่อว่ามนุษย์ในอนาคตอีกยาวไกลต่อไปข้างหน้าจะยิ่งห่างจากการเป็นมนุษย์ที่สมบูรณ์แบบอย่างที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ มันเป็นความคิดที่ชวนเศร้าใจนักเมื่อต้องนึกถึง ต่อไปมนุษย์และสิ่งที่มีชีวิตอื่น (sentient being) จะค่อยๆ ถูกทำลายล้างเผ่าพันธุ์อย่างช้าๆ และต่อเนื่อง กระทั้งสูญหายไปโดยสมบูรณ์"


Charles Darwin

ข้อความอีกตอนหนึ่งเขียนโดย เบอร์ทรัลด์ รัซเซล (Bertrand Russell) ซึ่งแสดงความสิ้นหวังอย่างแรงกล้า (unyielding despair) ที่เขารู้สึกได้เมื่อพิจารณาอนาคตข้างหน้า "ไม่มีหนทางต่อสู้ใด หรือวีรบุรุษหน้าไหน แม้แต่ปัญญาหรือความรู้สึกลึกล้ำอันใดที่จะช่วยปกป้องชีวิตให้รอดพ้นจากอวสานนี้ได้ ความทุ่มเททั้งมวล รวมถึงการเสียสละมหาศาล หรือจะเป็นแรงบันดาลใจทั้งหลาย แม้มาผนวกกับอัจฉริยภาพของมนุษย์ทุกคนรวมกัน ก็ไม่อาจยับยั้งจุดจบของระบบสุริยะ เมื่อเวลานั้นมาถึง บรรดาวิหารศักดิ์สิทธิ์ก็หนีไม่พ้นที่จะต้องถูกทำลายไปพร้อมกับความย่อยยับของเอกภพ"


Bertrand Russell

ข้อความนี้รัสเซลได้เขียนไว้ก่อนยุคที่เริ่มต้นการเดินทางสู่อวกาศ ดังนั้นจุดจบของดวงอาทิตย์สำหรับทุกวันนี้ อาจพอจะพูดได้ว่าไม่ใช่ปัญหาหายนะใหญ่หลวงสักเท่าไร แต่จุดจบของเอกภพนี่สิ ที่ยังไงก็ไม่อาจหลีกพ้นได้

วันใดวันหนึ่ง ณ อนาคตไกลโพ้นข้างหน้า เมื่อดาวดวงสุดท้ายดับแสง เอกภพเกลื่อนไปด้วยซากนิวเคลียร์ ดาวนิวตรอนที่ตายแล้ว และหลุมดำ เหล่าผู้มีอารยธรรมอันรุ่งโรจน์ก็คงพากันไปกระจุกตัวอยู่รอบๆ หลุมดำซึ่งเปรียบเสมือนถ่านไฟที่ยังคุอยู่ด้วยการแผ่รังสีฮอว์กิ้งเพียงเล็กน้อย ไม่ผิดไปจากพวกคนจรจัดเกาะกลุ่มกันรอบกองไฟที่ใกล้มอด


Stephen Hawking







String theory to the rescue?
ฤาทฤษฎีสตริงเผยทางรอด

ถึงแม้หลักอุณหพลศาสตร์และจักรวาลวิทยาต่างชี้ให้เห็นจุดจบของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดในเอกภพ แต่ใช่ว่ามันจะไม่มีช่องโหว่เสียทีเดียว ตามกฎแห่งวิวัฒนาการ เมื่อสิ่งต่างๆ รอบตัวเปลี่ยนแปลง สิ่งมีชีวิตจะปรับตัว หนี หรือไม่ก็ตาย ในกรณีจุดดับของเอกภพนี้การปรับตัวคงเป็นไปไม่ได้ ส่วนทางเลือกสุดท้ายคือตายก็คงไม่มีใครปรารถนา ดังนั้นเราเหลือเพียงทางเลือกเดียว... ทิ้งเอกภพนี้ซะ

คุณคงคิดว่ามันบ้าสิ้นดีที่จะทิ้งเอกภพที่กำลังตายนี้ไปอยู่เอกภพใหม่ แต่เชื่อหรือไม่ ไม่มีกฎทางฟิสิกส์ข้อใดที่ห้ามเราอพยพไปสู่อีกเอกภพคู่ขนาน (parallel universe) ในมุมมองตามทฤษฎีสัมภัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ "รูหนอน" (wormhole) หรือช่องทางเชื่อมต่อระหว่างเอกภพคู่ขนานเป็นสิ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้ บางครั้งเราเรียกว่า "สะพานไอน์สไตน์-โรเซ็น" (Einstein-Rosen bridges) ปัญหาประการเดียวคือปัญหาทางควอนตัมที่ยังไม่สามารถบอกได้แน่นอนว่าเมื่อไรสามารถเดินทางได้ เมื่อไรไม่

แนวคิดเรื่อง "พหุภพ" (multiverse) ครั้งหนึ่งเคยถูกมองว่าเป็นเรื่องน่าขัน แต่ปัจจุบันนี้ความคิดเรื่องการมีเอกภพของเราอยู่คู่ขนานกับเอกภพอื่นๆ นับอนันต์กลับได้รับความสนใจอย่างล้นหลามจากบรรดานักฟิสิกส์ในหลายๆ แง่มุม



ก่อนอื่น มาเริ่มต้นกันที่ทฤษฎี "การพองตัว" ของเอกภพ (inflationary theory) นำเสนอโดย Alan Guth แห่ง MIT ในปี 1979 นี่เป็นทฤษฎีเด่นบทหนึ่งที่สอดคล้องกับข้อมูลจาก WMAP ให้คำอธิบายว่าเอกภพตอนเริ่มต้นเกิดการขยายตัวแบบเฉียบพลันและรวดเร็ว (พองตัว) ทฤษฎีนี้สามารถตอบคำถามลี้ลับหลายคำถามของเอกภพได้อย่างงดงาม ไม่ว่าจะเป็น เพราะเหตุใดเอกภพของเราจึงแบนราบ (flatness) หรือความเป็นเอกภาพในเอกภพ (uniformity of the universe)


Alan Guth



แต่นักฟิสิกส์ก็ยังไม่ทราบอยู่ดีว่า อะไรเป็นตัวการทำให้เกิดการพองตัวอย่างรวดเร็วแบบนั้น ดังนั้นมันจึงมีโอกาสเป็นไปได้เช่นกันที่จะเกิดการพองตัวแบบนี้อีกในช่วงก่อนเอกภพตาย ซึ่งจะสร้างวงจรต่อไปเรื่อย เข้าทำนอง "เอกภพแม่" (parent universe) ให้กำเนิด "เอกภพลูก" (baby universe) แนวความคิดเรื่องการพองตัวแบบไร้ระเบียบนี้ ได้รับการนำเสนอโดย Andrei Linde แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Standford University) กรณีดังกล่าวเปรียบเทียบได้กับฟองสบู่ที่แตกตัวออกเป็นฟองสบู่เล็กๆ 2 ฟอง เอกภพใหม่ก็สามารถแยกตัวออกจากเอกภพเก่าได้เช่นกัน


Andrei Linde

2 คำถามที่ยังไม่มีคำตอบ อะไรเป็นสาเหตุของบิกแบง และอะไรที่เป็นแรงขับดันให้เกิดการพองตัว (inflation)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ไม่สามารถนำไปใช้กับการเกิดบิกแบงได้ แม้ว่าทฤษฎีดังกล่าวจะอธิบายเหตุการณ์หลังจากนั้นได้ดีเยี่ยม แต่ ณ จุดบิกแบงพอดี ทฤษฎีสนามโน้มถ่วงของไอน์สไตน์พังไม่เป็นท่า ไม่สามารถตอบคำถามได้ทั้งในเชิงทฤษฎีและปรัชญา ณ จุดนี้ จุดที่มีอุณหภูมิสูงอย่างไม่น่าเชื่อ หนทางที่จะอธิบายได้ เราจำเป็นต้องผนวกเอาทฤษฎีควอนตัม (quantum theory) เข้าไปร่วมด้วย ทฤษฎีควอนตัมเป็นทฤษฎีที่ใช้อธิบายพฤติกรรมทางกายภาพในระดับอะตอม เป็นทฤษฎีที่ยิ่งใหญ่อีกทฤษฎีหนึ่งเคียงคู่กับสัมพัทธภาพในศตวรรษที่ 20

ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ 2 ทฤษฎีนี้เรียกได้ว่าเป็นคู่ตรงข้ามกัน ทฤษฎีแรกจะพูดถึงพฤติกรรมในระดับเล็กๆ อาณาจักรที่มีขนาดใหญ่ไม่เกินอะตอม โดยเฉพาะอิเล็กตรอนและคว๊าก ส่วนอีกทฤษฎีจะพูดถึงพฤติกรรมในระดับมหัพภาค หลุมดำ การขยายตัวของเอกภพ ฯลฯ ดังนั้นลำพังทฤษฎีสัมพัทธภาพจึงใช้อธิบายบิกแบงไม่ได้ เพราะเอกภพขณะนั้นอัดกันเล็กจิ๋วยิ่งกว่าอนุภาคในระดับที่เล็กกว่าอะตอมเสียอีก (subatomic particle) ในระดับจ้อยขนาดนี้สิ่งที่เกิดจากการแผ่รังสีน่าจะมีบทบาทสำคัญมากกว่าสนามโน้มถ่วง นี่แหละสิ่งที่ท้าทายนักฟิสิกส์ในยุคของเรา คือการรวม 2 ทฤษฎีที่ว่าให้เป็นหนึ่งเดียว ทฤษฎีที่รวมแรงทั้งหมดในเอกภพเข้าไว้ด้วยกัน

เป้นหมายหนึ่งของนักฟิสิกส์ทฤษฎีคือการควานหา "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" (theory of everything) กว่าครึ่งศตวรรษมาแล้ว ที่มีการนำเสนอทฤษฎีดังกล่าวมากมาย แต่ทั้งหมดล้วนไม่สมบูรณ์บ้าง ไม่ลงรอยกับข้อมูลหรือทฤษฎีเก่าๆ บ้าง มีเพียงทฤษฎีเดียวเท่านั้นที่ยังคงหลุดรอดและโดดเด่นอยู่ได้ นั่นคือ ทฤษฎีสตริง (string theory)



ทฤษฎีเอ็ม (M-theory) คือทฤษฎีสตริงล่าสุดที่ได้รับการพัฒนา เป็นไปได้ว่าทฤษฎีนี่แหละที่จะเปิดเผยโฉมหน้าเจ้ามิติสูงๆ ให้เราได้รับรู้กัน

มีคำถามอยู่ว่า มิติที่เหลือนะ มันอยู่ไหน??? ยกตัวอย่างเช่นควันที่กระจายอยู่เต็มห้อง ทำไมมันไม่หายไปในมิติอื่นบ้าง ถ้าเอกภพเรามีมิติอื่นจริง ดังนั้นคำตอบที่พอจะเป็นไปได้คือ มิติอื่นๆ มันเล็กกว่าขนาดของอะตอมนะสิ ถ้ามันมีขนาดใหญ่กว่า เราก็ควรจะเห็นอะตอมที่มีพฤติกรรมแปลกๆ หรืออะตอมที่อาจจะเคลื่อนที่เข้าไปในมิติอื่นหายไปหน้าตาเฉย ซึ่งเราก็ไม่พบพฤติกรรมเหล่านี้ในห้องทดลอง

ตามทฤษฎีสตริงยุคเริ่มแรก มิติ 6 มิติม้วนตัวเล็กจิ๋วปล่อยให้ 4 มิติที่เหลือปรากฎออกมาดังเอกภพที่เราสังเกตทุกวันนี้ เจ้ามิติทั้ง 6 ที่ม้วนก็ขดแทรกกันเป็นก้อนกลมๆ (ซึ่งเรียกว่า Calabi-Yau manifold) ที่ไม่อาจเห็นหรือวัดค่าได้ แต่ทฤษฎีเอ็มได้เพิ่มมิติเข้าไปอีก 1 มิติ โดยกล่าวว่า บางมิตินั้นอาจจะใหญ่มากก็ได้ ใหญ่ประมาณว่ามีขนาดเป็นอนันต์เลยทีเดียว เราลองนึกภาพมด 2 ตัวอยู่บนกระดาษ 2 แผ่นที่ขนานกัน มดแต่ละตัวก็คิดว่ากระดาษที่มันอยู่นั่นแหละ คือเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาล โดยไม่รับรู้การมีอยู่ของอีกเอกภพซึ่งอาจจะหางกันแค่คืบ ทำนองเดียวกัน เอกภพของเราอาจจะเป็นคล้ายแผ่นกระดาษ (membrane) ที่ลอยอยู่ในอวกาศ 11 มิติ โดยที่เราไม่อาจรับรู้การมีอยู่ของเอกภพคู่ขนานก็เป็นได้


Calabi-Yau manifold

เอกภพ "ekpyrotic" (มาจากภาษากรีกแปลว่าการลุกโพลง) ก็เป็นอีกแบบของทฤษฎีเอ็มที่น่าสนใจ Paul Steinhardt, Burt Ovrut และ Neil Turok นำเสนอทฤษฎีนี้ โดยตั้งสมมติฐานว่าเอกภพของเรานี้เป็นแผ่น (membrane) แบนราบที่อยู่ในอวกาศชั้นสูง (higher dimensional space) บางครั้ง ระหว่างแผ่นที่อยู่ติดกัน ก็มีสนามโน้มถ่วงดึงดูดกัน ทำให้ทั้ง 2 แผ่นเบนเข้าหาและปะทะกัน ผลที่ตามมาคือเกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมามหาศาล และสร้างให้เกิดเอกภพใหม่ ก่อนที่ทั้ง 2 แผ่นตั้งต้นจะแยกย้ายกันไปคนละทางในไฮเปอร์สเปซ




ตอนต่อไป ค้นหามิติที่ซ่อนเร้น
(Searching for higher dimensions)




Create Date : 08 พฤษภาคม 2550
Last Update : 4 มิถุนายน 2550 21:42:42 น. 2 comments
Counter : 1835 Pageviews.

 
อ่านจบแบบมึนๆ ด้วยความที่ตกฟิสิกส์มาตลอด คุณศลนี่ท่าจะค๊องฟิสิกส์มากๆ เราเจอไป2-3ทฤษฏีก็มึนตึบแล้ว แล้วจอรอมาอ่านตอนต่อไป


โดย: coming soon (The Yearling ) วันที่: 11 พฤษภาคม 2550 เวลา:10:20:41 น.  

 
เข้ามาอ่านแล้วครับ
ชอบครับ
ขอบคุณครับ


โดย: ลุงกฤช (ลุงกฤช ) วันที่: 19 กรกฎาคม 2550 เวลา:12:55:45 น.  

ชื่อ : * blog นี้ comment ได้เฉพาะสมาชิก
Comment :
  *ส่วน comment ไม่สามารถใช้ javascript และ style sheet
 
 Pantip.com | PantipMarket.com | Pantown.com | © 2004 BlogGang.com allrights reserved.