เส้นขอบฟ้าของจักรวาลที่ยืดได้หดได้

หลังปี 1929 นักฟิสิกส์เชื่อว่าการที่กาแล็กซี่ดีดห่างกันออกไปตามที่นักดาราศาสตร์อเมริกัน
เอ็ดวิน ฮับเบิ้ล (Edwin Hubble) ค้นพบจริงๆแล้วก็คือการขยายตัวของสเปซระหว่างกาแล็กซี่ไม่ใช่การเคลื่อนของกาแล็กซี่ไปในสเปซตามปกติ การขยายตัวหรือหดตัวของสเปซไม่ใช่เรื่องใหม่เป็นสิ่งที่มีอยู่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่เสนอโดยไอน์สไตน์มาตั้งแต่ปี 1915 ไอน์สไตน์เอาทฤษฎีของเขามาสร้างแบบจำลองแรกของจักรวาลในปี 1917 แต่ก็ถูกตีตกไปหลังการค้นพบของฮับเบิ้ลเพราะแบบจำลองของเขาตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าสเปซไม่ยืดไม่หด

การขยายตัวของสเปซซึ่งเชื่อกันว่าเป็น “แบบหน่วง” เท่ากับบอกว่าสเปซหดตัวเมื่อย้อนเวลากลับไปในอดีต ซึ่งทฤษฎีของเขาทำนายว่าสเปซจะหดตัวจนกระทั่ง “ไม่มีสเปซ” ซึ่งไม่รู้ว่าจะตีความว่าคืออะไร? นักปรัชญาในอดีตบางคนกล่าวว่าจะมี Something เกิดจาก Nothing ไม่ได้ หรือจักรวาลจะเป็นข้อยกเว้น ?

และปี 1998, Big Surprise ก็บังเกิดขึ้นเมื่อพบว่าจริงๆแล้วจักรวาลกำลังขยายตัว “แบบเร่ง” ซึ่งเท่ากับว่าในอนาคตอีกหลายหมื่นล้านปีกาแล็กซี่ทุกแห่งในจักรวาลจะถูกโดดเดี่ยว มองไปบนท้องก็จะเห็นแต่ดาวในกาแล็กซี่เดียวกัน อาจไม่เหลือหลักฐานใดมาบอกอารยธรรมในอนาคตว่า “จักรวาลกำลังขยายตัว !”

เริ่มแรกไอน์สไตน์ไม่ได้คิดทฤษฎีใหม่ขึ้นมาเพื่ออธิบายจักรวาลหรือการเคลื่อนที่ของกาแล็กซี่ เขาต้องการแก้ไขข้อบกพร่องของกฏแรงดึงดูดระหว่างมวลของนิวตันที่อนุญาตให้แรงจากดาวดวงหนึ่งส่งไปยังอีกดาวดวงหนึ่งในทันทีทันใดโดยไม่ต้องใช้เวลาซึ่งเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้เพราะเขาเชื่อว่าความเร็วแสงเป็นความเร็วสูงสุด แรงดึงดูดระหว่างดวงดาวจะต้องใช้เวลาในการเดินทางที่ไม่เกินกว่าความเร็วแสง ตามกฏของนิวตันถ้ามีดาวหางชนโลกแล้วทำให้โลกมีมวลมากขึ้นดวงจันทร์จะรับรู้ถึงแรงดึงดูดที่มากขึ้นในทันทีทันใด สำหรับไอน์สไตน์ดวงจันทร์จะรับรู้ได้เร็วที่สุดประมาณ 3 วินาทีซึ่งเท่ากับความเร็วที่แสงใช้เดินทางระหว่างโลกและดวงจันทร์

คำตอบง่ายๆตามอารมณ์ก็คือหากสเปซภายในกาแล็กซี่ขยายตัวก็จะถูกฉีกออก ดาวทุกดวงจะถูกดีดห่างออกจากกันและก็จะไม่มีกาแล็กซี่อย่างที่เห็น เป็นคำตอบแบบกำปั้นทุบดิน (แต่ก็มีเหตุผลอยู่ คำอธิบายแนวนี้เขาเรียกว่า Anthropic Principle โดยรวมๆหมายถึงสิ่งต่างๆเป็นอยู่อย่างนั้นก็เพื่อให้มีสิ่งมีชีวิตกำเนิดมาเพื่อรับรู้ความเป็นไปของสิ่งเหล่านั้นอีกที)

คำตอบจริงก็คือในสเกลระดับใหญ่มวลสารมีอำนาจในการ “ต้าน” การขยายตัวของสเปซ มวลสารที่รวมตัวกันอย่างหน่าแน่นจะร่วมกันสร้างอาณาบริเวณที่มีอำนาจมากพอที่จะต้านการขยายตัวของสเปซในบริเวณนั้นได้ และมวลสารรวมของทั้งจักรวาลก็ทำหน้าที่ต้านการขยายตัวของสเปซโดยรวมเช่นกัน หากความหนาแน่นเฉลี่ยของมวลสารทั้งจักรวาลมีมากพอก็จะสามารถหยุดการขยายตัวของสเปซทั้งจักรวาลได้ แต่หากไม่มากพอก็จะแพ้การขยายตัวของสเปซ

ในสเกลระดับเล็กเช่นร่างกายเราหรือสิ่งของต่างๆรอบตัวทำไมไม่ถูกการขยายตัวของสเปซฉีกออก คำตอบคือเป็นเพราะมวลสารทั้งหมดมีอะตอมเป็นหน่วยย่อยๆที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงทางไฟฟ้าผ่านประจุที่ต่างกัน แรงระยะสั้นในสเกลระดับอะตอม(รวมทั้งแรงยึดเหนี่ยวภายในนิวเคลียสของอะตอม)เป็นแรงที่มีอำนาจสูงและเพียงพอที่จะต้านการขยายตัวของสเปซซึ่งมีอำนาจมากเฉพาะในสเกลขนาดใหญ่

ดังนั้นเราจึงถูกปกป้องจากการขยายตัวของสเปซทั้งในสเกลขนาดใหญ่และขนาดเล็กเว้นเสียแต่ว่าการขยายตัวของสเปซมากเกินกว่าค่าที่ตรวจวัดได้ในปัจจุบัน นักฟิสิกส์จักรวาลมีตัวเลขตัวหนึ่งที่เรียกว่า w ใช้บอกความมากน้อยในการขยายตัว(แบบเร่ง), ในทางทฤษฎี w ที่เท่ากับ -1 เป็นตัวเลขที่พอดิบพอดีและใกล้เคียงกับค่าที่วัดได้ในปัจจุบัน แต่ถ้าต่ำกว่า -1 ทฤษฎีทำนายว่าการขยายตัวอาจมีอำนาจมากพอที่สสารมืดก็ต้านไม่อยู่จนถึงแรงดึงดูดระหว่างอะตอมหรือแม้แต่ภายในนิวเคลียสของอะตอมก็เอาไม่อยู่ด้วย ทุกสิ่งจะถูกฉีกให้กลายไปเป็นอนุภาคเล็กๆกระจายไปทั่วจักรวาล !

ดาวไม่ได้กระจัดกระจายไปทั่วจักรวาลแต่รวมกันเป็นกลุ่มที่เรียกว่ากาแล็กซี่ กาแล็กซี่เองก็ไม่ได้กระจัดกระจายไปทั่วจักรวาลแต่รวมเป็นกลุ่มเรียกว่าคลัสเตอร์(Cluster) คลัสเตอร์เองก็รวมเป็นกลุ่มเรียกว่าซุปเปอร์คลัสเตอร์(Supercluster) และยังมีโครงสร้างหลายแบบที่ astronomer จำแนกออกมา

นักจักรวาลไม่ได้สนใจรายละเอียดภายในมากนัก หากกาแล็กซี่, คลัสเตอร์หรือกลุ่มที่ใหญ่กว่าไหลไปตามเส้นทางเดียวกัน(ไม่ว่าองค์ประกอบภายในจะเคลื่อนที่ผ่านกันไปอย่างไร)ทั้งหมดก็จะถูกมองเป็นเพียงจุดๆหนึ่งที่ไหลไปตามกระแสการขยายตัวของสเปซ เพราะสิ่งที่เขาสนใจก็คือการเคลื่อนไหวของจักรวาลในภาพใหญ่

ข้อตกลงก็คือเมื่อกล่าวถึงกาแล็กซี่อาจหมายถึงคลัสเตอร์ของกาแล็กซี่หรืออะไรที่ใหญ่กว่าที่มารวมกันเป็นกลุ่มก้อนแล้วไหลไปตามการขยายตัวของสเปซพร้อมกันเสมือนกับว่าทั้งหมดคือจุดๆหนึ่งที่ไม่มีมิติ

ความเห็น
จรัสพรรณ เปรมปรีบุตร