คนเกิดวันพุธ ความทุกข์โถมทับทวี
Time machine กับความเป็นไปได้ทางฟิสิกส์ (1)

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 : 3127 Pageviews.

 
สุขสันต์วันคล้ายวันเกิดนะคะขอให้มีสุขภาพแข็งแรง อย่าเจ็บ อย่าจน และ อย่าจาก นะคะ คิดสิ่งใดนางดี ในทางที่ถูกและที่ควร ก็ขอให้สมพรดังใจปรารถนานะคะ


โดย: Thatcha70 วันที่: 27 กุมภาพันธ์ 2552 เวลา:16:43:46 น.  

ชื่อ : * blog นี้ comment ได้เฉพาะสมาชิก
Comment :
  *ส่วน comment ไม่สามารถใช้ javascript และ style sheet
 

Valentine's Month


 
มีชีวิตบนดาวอังคารหรือเปล่านะ
Location :


[Profile ทั้งหมด]

ให้ทิปเจ้าของ Blog [?]
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
Smember
ผู้ติดตามบล็อก : 18 คน [?]






....โลกมนุษย์นี้ไม่มีที่แน่นอน
ประเดี๋ยวเย็นประเดี๋ยวร้อนช่างแปรผัน
โชคหมุนเวียนเปลี่ยนไปได้ทุกวัน
สารพันหาอะไรไม่แน่นอน
ชีวิตเหมือนเรือน้อยล่องลอยอยู่
ต้องต่อสู้แรงลมประสมคลื่น
ต้องทนทานหวานสู้อมขมสู้กลืน
ต้องจำฝืนสู้ภัยไปทุกวัน
เป็นการง่ายยิ้มได้ไม่ต้องฝืน
เมื่อชีพชื่นเหมือนบรรเลงเพลงสวรรค์
แต่คนที่ควรชมนิยมกัน
ต้องใจมั่นยิ้มได้เมื่อภัยมา


พันตรีหลวงวิจิตรวาทการ





เขามีส่วนเลวบ้างช่างหัวเขา
จงเลือกเอาสิ่งที่ดีเขามีอยู่
เป็นประโยชน์โลกบ้างยังน่าดู
เรื่องที่ชั่วอย่าไปรู้ของเขาเลย
จะหาคนที่มีดีเพียงส่วนเดียว
อย่าเที่ยวเสาะหาสหายเอ๋ย
เหมือนเที่ยวหาหนวดเต่าตายเล่าเอย
ฝึกให้เคยมองแต่ดีมีคุณจริง

หลวงพุทธทาส





ชีวิตใกล้ปัจฉิมวัย ไม่เป็นไปตามแผนการเมื่อปฐมวัย อะไรที่ยิ่งใหญ่เมื่อเช้า เป็นของเล็กน้อยเมื่อเย็น อะไรที่เป็นสัจจะเมื่อแดดจ้า กลายเป็นมายาเมื่อยามพลบ

We cannot live the afternoon if life
according to the program on life’s morning; for what was great in the morning will be little at evening, and what in the morning was true will at evening have become a lie.



C.G. Jung.




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

MY VIP Friend

 Pantip.com | PantipMarket.com | Pantown.com | © 2004 BlogGang.com allrights reserved.