ยุคจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ (1)


ส่วนใหญ่จะถือกันว่าปี 1917 เป็นปีแห่งการเริ่มต้นจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ ซึ่งเป็นปีที่ไอน์สไตน์เริ่มใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขามาใช้แก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์อันหนึ่งที่เกี่ยวกับจักรวาลซึ่งกลศาสตร์แบบนิวตันไม่สามารถแก้ปัญหาได้

ก่อนหน้าปี 1917 เมื่อพูดถึงจักรวาล คำอธิบายจากนักวิทยาศาสตร์(ซึ่งส่วนใหญ่เป็นนักฟิสิกส์)มักจะเต็มไปด้วยการคาดเดา ถึงแม้ว่าจะมีความรู้หลักๆสองแขนงที่เรียกว่ากลศาสตร์ของนิวตันกับวิชาเกี่ยวกับความร้อน(เธอร์โมไดนามิค)เป็นตัวช่วย ก็ต้องผสมกับการคาดเดา เพราะส่วนใหญ่เป็นเรื่องที่พิสูจน์ไม่ได้ เช่นถ้าตั้งคำถามว่าจักรวาลมีขอบเขตหรือไม่ มีที่สิ้นสุดหรือไม่ จักรวาลมีที่มาหรือไม่ มีที่สิ้นสุดหรือไม่ คำตอบของคำถามเหล่านี้ไม่สามารถตอบได้จากความรู้ทางฟิสิกส์ที่มีอยู่(แม้แต่ในปัจจุบัน)

จักรวาลยังคงเป็นสิ่งที่ยากจะใคร่ครวญและหยั่งถึง แต่นับตั้งแต่ที่ไอน์สไตน์เริ่มบุกเบิก(แม้จะไม่ได้ตั้งใจ)รวมกับผลงานของนักฟิสิกส์สมัยนั้นและรุ่นต่อๆมา ทำให้จักรวาลวิทยาเปลี่ยนจากการคาดเดา จากเรื่องที่ยากจะใคร่ครวญมาเป็นศาสตร์ที่เข้าสู่กระบวนการทางวิทยาศาสตร์อย่างเต็มตัว

ในหนึ่งร้อยปีที่ผ่านมา ภาพของจักรวาลในมุมมองของนักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนไปมาก จากการมองว่าจักรวาลเป็นที่ว่างเปล่าที่ไร้ขอบเขตที่บรรจุดวงดาวต่างๆมาเป็นจักรวาลที่มีการเคลื่อนไหว ที่ว่าง(space)มิได้เป็นความว่างเปล่าที่มีไว้สำหรับให้ดวงดาวต่างๆได้อาศัยอยู่ แต่ถูกมองว่าเป็นสิ่งๆหนึ่งที่อ่อนนุ่มและเคลื่อนไหวได้

จักรวาลอันอ่อนนุ่ม

ในช่วงแรกไอน์สไตน์ยังไม่เชื่อว่าจักรวาล(ที่ว่าง)มีการเคลื่อนไหวตามที่ทฤษฎีของเขาทำนาย เขายังเชื่อตามที่เชื่อกันมานานมาจักรวาลนั้นต้องคงตัว(ที่ว่างยืดหยุ่นแต่ไม่มีการเคลื่อนไหว) เขาถึงกับลงทุนแก้ไขสมการเริ่มแรกของเขาเพือแก้ปัญหาการเคลื่อนไหวของจักรวาล แต่หลังจากปี 1929 เขาก็ต้องยอมรับความจริงจากการเก็บข้อมูลหลายปีของนักดาราศาสตร์ชื่อเอดวิน ฮับเบิ้ล (Edwin Hubble) ซึ่งได้ค้นพบว่ากาแลคซี่ต่างๆถีบตัวห่างออกจากกัน ซึ่งก็หมายความว่าจักรวาลมีการเคลื่อนไหว โดยเขาได้กลับไปใช้สมการเริ่มแรกของเขาในการอธิบายความเป็นไปของจักรวาล

การเคลื่อนไหวของอวกาศหรือที่ว่างระหว่างกาแลคซี่เรียกกันว่าเป็นการขยายตัวของจักรวาล ซึ่งตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์มองอวกาศอันว่างเปล่าเสมือนกับว่าเป็นสิ่งๆหนึ่งที่มีความยืดหยุ่นและถูกทำให้บิดเบี้ยว ยืดออก หรือหดตัวได้ด้วยมวลสารที่อยู่ในบริเวณนั้น

จักรวาลกำลังทะยานออก

ตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 1920 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการขยายตัวของจักรวาลเป็นการขยายตัวแบบมีความหน่วง ซึ่งอาจเปรียบได้กับรถที่กำลังไถลไปข้างหน้าโดยที่ไม่มีการเหยียบคันเร่ง ซึ่งจะค่อยๆลดความเร็วลง ซึ่งเป็นไปตามคำทำนายจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

แต่ในปี 1998 นักวิทยาศาสตร์สองทีมได้ทำการสำรวจการขยายตัวของจักรวาลใหม่ และพบว่าแท้จริงแล้วจักรวาลกำลังขยายตัวด้วยความเร่ง ซึ่งอาจเปรียบได้กับรถที่กำลังทะยานไปข้างหน้าจากการเหยียบคันเร่ง ซึ่งหมายความว่าจะต้องมีพลังงานลึกลับบางอย่างอยู่ในจักรวาลที่เป็นเหตุให้เกิดการขยายตัวด้วยความเร่ง นักวิทยาศาสตร์เรียกพลังงานนี้ว่า “พลังงานมืด (dark energy)”

สิ่งที่ไอน์สไตน์ทำเมื่อปี 1917 ถูกนำมาพิจารณาใหม่อีกครั้งเพื่อที่จะอธิบายการขยายตัวของจักรวาล สมการเริ่มแรกของไอน์สไตน์ต้องมีการแก้ไขเช่นเดียวกับที่เขาเคยทำมาก่อนเมื่อ 81 ปีก่อนหน้า แต่ต่างกันตรงที่ว่าตอนแรกไอน์สไตน์แก้ไขสมการของเขาเพื่อให้สอดคล้องกับความเชื่อว่า จักรวาลอยู่นิ่ง(ไม่หดตัวหรือขยายตัวหรือมีการเคลื่อนไหว) แต่ตอนนี้ต้องแก้เพื่อให้สอดคล้องกับความจริงที่ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวด้วยความเร่ง

จักรวาลยังเต็มไปด้วยปริศนามากมาย

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังหาคำตอบว่า จริงๆแล้วอะไรคือกลไกที่ทำให้จักรวาลขยายตัว ซึ่งก็มีทฤษฎีอยู่เป็นจำนวนมากแต่ก็ยังไม่มี consensus (ความเห็นร่วมกัน) พลังงานมืดเป็นหนึ่งในปริศนาอันยิ่งใหญ่ของนักฟิสิกส์ในยุคนี้ ยังมีรางวัลโนเบลรอแจกให้กับนักฟิสิกส์อย่างไม่อั้นถ้าสามารถไขปริศนาหลายเรื่องเกี่ยวกับจักรวาลสมัยใหม่ และแน่นอนผู้ไขปัญหาเหล่านี้ได้จะโด่งดังมากกว่าผู้ได้รับรางวัลโนเบลรายปีตามปกติ

จรัสพรรณ เปรมปรีบุตร
Latest posts by จรัสพรรณ เปรมปรีบุตร (see all)