โลกคู่ขนาน (Multiverse) คืออะไร มีหลักฐานว่ามีอยู่จริงหรือไม่ เรียบเรียงโดย นายสืบสกุล พานเงิน
ค าน า มีสิ่งใดที่ปรากฏอยู่นอกขอบเขตของเอกภพที่มองเห็นได้? เป็นไปได้ไหมที่เอกภพของเราเป็นเพียงหนึ่งเอกภพอีกมากมายในโลกคู่ขนาน ( Multiverse หรือ พหุเอกภพ ) อันกว้างใหญ่ไพศาล? ภาพยนตร์เรื่องต่างๆ ส ารวจค าถามเหล่านี้อย่างไม่รู้จบ ตั้งแต่ผลงานรางวัลออสการ์อย่างซือเจ๊ทะลุมัลติเวิร์ส (Everything Everywhere All at Once) ไปจนถึงภาพยนตร์ซูเปอร์ฮีโร่รายได้ถล่มทลายอย่างจอมเวทย์มหากาฬ ในมัลติเวิร์สมหาภัย (Dr. Strange in the Multiverse of Madness) เรื่องราวในภาพยนตร์ไซไฟนั้นเต็มไปด้วยการปฏิสัมพันธ์อย่างสร้างสรรค์ในความเป็นจริงคู่ขนาน (alternate realities) ต่างๆ มนุษยชาติมีแนวคิดเกี่ยวกับความเป็นจริงคู่ขนานมาอย่างยาวนาน เมื่อปี 1848 เอดการ์แอลลัน โพ ได้เขียนเรื่องราวที่จินตนาการถึงการมีอยู่ของ “ความเกี่ยวเนื่องกันอย่างไม่รู้จบของเอกภพต่างๆ ” แต่แนวคิดโลกคู่ขนานเริ่มต้นขึ้นอย่างแท้จริงเมื่อบรรดาทฤษฎีวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่พยายามอธิบายคุณสมบัติของเอกภพของเรา คาดคะเนถึงการมีอยู่ของเอกภพอื่นๆ ที่มีเหตุการณ์ที่อยู่นอกเหนือจากความเป็นจริงของเรา ในปัจจุบัน ความเข้าใจในเรื่อง “ความเป็นจริง” ของเรายังไม่สมบูรณ์ครับ” Andrei Linde นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด กล่าว “ความเป็นจริงคือสิ่งที่ปรากฏอยู่อย่างเป็นอิสระนอกเหนือจากตัวเรา” หากโลกคู่ขนานมีอยู่จริง เอกภพเหล่านี้ต้องอยู่อย่างเป็นเอกเทศจากเอกภพของเรา, ไม่สามารถเอื้อมถึง และรับรู้ถึงได้โดยตรง (อย่างน้อยก็ไม่ใช่ในขณะนี้) สิ่งนี้ท าให้ผู้เชี่ยวชาญบางคนตั้งค าถามว่า การค้นหามัลติเวิร์สด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นไปได้จริงหรือไม่ จะเป็นไปได้ไหมที่เหล่านักวิทยาศาสตร์แน่ใจได้ว่าเอกภพของเรามีเพียงหนึ่งเดียว? เราวิเคราะห์ทฤษฎีต่างๆ เกี่ยวกับมัลติเวิร์สซึ่งอาจมีอยู่ รวมถึงเอกภพอื่นๆ ที่มีกฎของฟิสิกส์ของตนเอง และเป็นไปได้หรือไม่ที่จะมีตัวตนอื่นๆ ของคุณปรากฏอยู่ในที่ใดสักแห่ง
สารบัญ โลกคู่ขนาน ( Multiverse ) คืออะไร ทฤษฎีซึ่งเป็นที่นิยมแพร่หลาย แนวคิด โลกคู่ขนาน อื่นๆ โลกใบอื่นๆ ปรากฏอยู่ที่ไหน มีหลักฐานโดยตรงที่บ่งชี้ว่าโลกคู่ขนานมีอยู่จริงไหม? ทฤษฎีบิกแบงหรือทฤษฎีก าเนิด เอกภพ จักรวาล ว่าด้วยการระเบิดครั้งใหญ่ถือเป็นแนวคิดที่ได้รับการยอมรับมากที่สุด และยังไม่มีทฤษฎีใดเทียบเคียงได้ ภายหลังการพองตัวของเอกภพ การก่อตัวของอะตอม จากดาวกลุ่มแรกสู่เอกภพในปัจจุบัน 1 2 3 4 5 6-8 9-10 11 12-15
โลกคู่ขนาน ( Multiverse ) คืออะไร? โลกคู่ขนานคือค าที่นักวิทยาศาสตร์ใช้อธิบายแนวคิดว่า อาจมีเอกภพอื่นๆ ที่ปรากฏอยู่นอกเหนือจากเอกภพที่เรามองเห็นได้ มีการคาดคะแนถึงบรรดามัลติเวิร์สด้วยหลายทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่อธิบายถึงชุดเหตุการณ์ต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้นได้ ตั้งแต่บริเวณต่างๆ ของอวกาศในเอกภพอื่นนอกจากเอกภพของเรา จนถึงเอกภพฟองสบู่ (bubble universe) ต่างๆ ที่ปรากฏอยู่แยกกันและถือก าเนิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทฤษฎีเหล่านี้มีสิ่งหนึ่งร่วมกันคือการเสนอแนวคิดที่ว่า ปริภูมิ (space) และกาล (time) ที่เราสังเกตเห็นได้ไม่ใช่ความจริงเพียงหนึ่งเดียว โอเค … แต่เพราะอะไรที่ท าให้เหล่านักวิทยาศาสตร์คิดว่ามีเอกภพมากกว่าหนึ่ง? “เราไม่สามารถอธิบายส่วนประกอบทั้งหมดของเอกภพของเรา หากมันมีเอกภพเพียงแห่งเดียวครับ” ทอม ซิกฟรีด นักข่าวสายวิทยาศาสตร์ผู้เขียนหนังสือ The Number of the Heavens ซึ่งส ารวจว่าในช่วงหนึ่งพันปีมานี้ แนวคิดเกี่ยวกับมัลติเวิร์สได้ก่อร่างสร้างวิวัฒนาการไปอย่างไรบ้าง “เหตุใดที่ค่าคงตัวพื้นฐานของธรรมชาติ (fundamental constants of nature) มีค่าแบบนั้น? เขาสงสัยในค าถามดังกล่าวนี้ ท าไมมันจึงมีเวลาที่เพียงพอส าหรับการสร้างดวงดาวและดาวเคราะห์ในเอกภพของเรา? เพราะเหตุใดเหล่าดวงดาวจึงส่องแสงในแบบของพวกมัน ด้วยปริมาณของพลังงานที่เหมาะสมพอดี? สิ่งเหล่านี้คือค าถามที่เรายังหาค าตอบไม่ได้ด้วยทฤษฎีทางฟิสิกส์ของเราครับ” ซิกฟรีดกล่าวว่า มีค าอธิบายที่เป็นไปได้อยู่สองประการ: อย่างแรก เราต้องการทฤษฎีใหม่ๆ ที่ปรับปรุงขึ้นเพื่ออธิบายถึงคุณสมบัติของเอกภพของเรา หรือ มันเป็นไปได้ว่า “เอกภพของเราเป็นเพียง ‘หนึ่งในบรรดาเอกภพ’ มากมายที่แตกต่างออกไป โดยเราอาศัยอยู่ในเอกภพที่ดีและสะดวกสบาย” 1
แนวคิดที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุดในเชิงวิทยาศาสตร์ อาจมาจากแนวคิดที่เรียกว่าเอกภพวิทยาการพองตัว (inflationary cosmology) ซึ่งมีทฤษฎีว่า ในเวลา เพียงชั่วขณะหลังการระเบิดครั้งใหญ่หรือบิ๊กแบง (big bang) เอกภพขยายตัวอย่างต่อเนื่องและเป็นไปในแบบทวีคูณ การพองตัวของเอกภพให้ค าอธิบายมากมาย ถึงคุณสมบัติที่สังเกตได้ของเอกภพ เช่นโครงสร้างและการกระจายตัวของเหล่ากาแล็กซี “ตอนแรก ทฤษฎีนี้ดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์สักเรื่อง แต่เป็นนิยายวิทยาศาสตร์ที่เปี่ยมไปด้วยจินตนาการ” Linde หนึ่งในผู้คิดค้นทฤษฎีการพองตัวของเอกภพ กล่าว “แต่มันสามารถอธิบายถึงคุณสมบัติที่น่าสนใจของโลกของเราได้มากมาย จนผู้คนเริ่มพิจารณามันอย่างจริงจัง” หนึ่งในการคาดคะเนของทฤษฎีนี้คือการพองตัวสามารถเกิดขึ้นได้ซ ้าไปซ ้ามา หรืออาจเกิดขึ้นได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด ท าให้มีกลุ่มเอกภพฟองสบู่ (bubble universe) เกิดขึ้น และไม่ใช่ว่าทุกเอกภพเหล่านี้จะมีคุณสมบัติเหมือนเอกภพของเรา โดยเอกภพบางแห่งอาจมีกฎทางฟิสิกส์ที่แตกต่างออกไป บางแห่งอาจเหมือนกับเอกภพ ของเรา แต่สิ่งที่พวกมันมีเหมือนกันคือการมีอยู่นอกพรมแดนที่เราสามารถสังเกตได้โดยตรง ทฤษฎีซึ่งเป็นที่นิยมแพร่หลาย 2
แนวคิด โลกคู่ขนาน อื่นๆ โลกคู่ขนานของกลศาสตร์ควอนตัม (many-worlds interpretation of quantum mechanics) คืออีกหนึ่งแนวคิดมัลติเวิร์สที่น่าสนใจ ทฤษฎีดังกล่าวนี้อธิบายพฤติกรรมของสสารโดยใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ ทฤษฎีโลกคู่ขนานซึ่งเสนอโดยฮิวจ์เอเวอเรตต์เมื่อปี 1957 นี้ คาดเดาการมีอยู่ของเส้นเวลา (timeline) ที่แตกแขนงกันออกไป หรือความเป็นจริงคู่ขนานที่การตัดสินใจของเราด าเนินไปอย่างแตกต่าง และบางครั้งการตัดสินใจเหล่านั้นก็สร้างผลกระทบที่แตกต่างออกไปอย่างสุดขั้ว “อิวจ์เอเวอเรตต์กล่าวว่า ดูสิ ที่จริงแล้วมันมีโลกคู่ขนานอยู่อย่างไม่มีที่สิ้นสุด และเมื่อคุณท าการทดลองและได้ความน่าจะเป็นมา โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งเหล่านี้ พิสูจน์ได้ว่าคุณอาศัยอยู่บนโลกที่เป็นผลของการทดลองที่ว่านั้นครับ” James Kakalios นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยมินเนโซตา ซึ่งเขียนเกี่ยวกับฟิสิกส์ (หรือความไม่ใช่ฟิสิกส์) ของซูเปอร์ฮีโร่ กล่าว “แต่บนโลกใบอื่นๆ มันมีผลลัพธ์ที่ต่างออกไป” จากทฤษฎีนี้ อาจมีตัวคุณอยู่หลายคน ซึ่งมีหนทางชีวิตที่อาจแตกต่างกันออกไปหากคุณเลือกการตัดสินใจแบบอื่น กระนั้น ความเป็นจริงหนึ่งเดียวที่คุณสามารถรับรู้ได้คือความเป็นจริงที่ตัวคุณอาศัยอยู่ 3
โลกใบอื่นๆ ปรากฏอยู่ที่ไหน พวกมันทับซ้อนกันอยู่ในมิติที่เราไม่สามารถเข้าถึงได้ Max Tegmark จากสถาบัน MIT เรียกมัลติเวิร์สแบบนี้ว่ามัลติเวิร์สระดับที่สาม (Level III multiverse) ที่ชุดเหตุการณ์หลายแบบด าเนินไปในความจริงต่างๆ ที่แตกแขนงกันออกไป “ในทฤษฎีโลกคู่ขนาน คุณจะยังมีระเบิดปรมาณูอยู่ เพียงแค่คุณไม่รู้ว่ามันจะระเบิดขึ้นเมื่อไหร่” Linde กล่าว และในโลกเหล่านั้นบางใบ เหตุการณ์นี้อาจไม่เกิดขึ้น ในทางตรงกันข้าม หลายเอกภพ ซึ่งถูกคาดคะเนถึงในบางทฤษฎีการพองตัวคือเอกภพที่ Tegmark เรียกว่ามัลติเวิร์สระดับที่สอง (Level II multiverse) ที่ซึ่งกฎรากฐานของฟิสิกส์อาจแตกต่างกันไปตามแต่เอกภพต่างๆ ในบางมัลติเวิร์สที่พองตัว โดย Linde กล่าวว่า “คุณไม่ทราบเลยว่าในบางส่วนของเอกภพ ระเบิดปรมาณูจะถูกสร้างขึ้นได้จริงหรือไม่” แล้วหากฉันอยากไปพบตัวเอง ฉันจะไปที่นั่นได้อย่างไร? เราจะเดินทางระหว่างมัลติเวิร์สได้ไหม? โชคร้ายที่ค าตอบคือไม่ บรรดานักวิทยาศาสตร์คิดว่าการเดินทางข้ามเอกภพนั้นเป็นไปได้ อย่างน้อยก็ไม่ใช่ในตอนนี้ “คุณไม่สามารถเดินทางไปมัลติเวิร์สเหล่านั้นได้ เว้นแต่ว่าหลักฟิสิกส์มากมายที่เรารู้จักกันและเป็นที่ยอมรับในวงกว้างนั้นผิด” ซิกฟรีดกล่าว “แต่ใครจะรู้ได้ล่ะ? หนึ่งพันปีหลังจากนี้ ผมไม่ได้พูดว่าจะไม่มีใครซักคนคิดในสิ่งที่เราไม่เคยจินตนาการถึงได้ส าเร็จ” 4
มีหลักฐานโดยตรงที่บ่งชี้ว่าโลกคู่ขนานมีอยู่จริงไหม? แม้ดูเหมือนว่าคุณสมบัติบางประการของเอกภพจะต้องพึ่งการมีอยู่ของมัลติเวิร์ส แต่ยังไม่มีสิ่งใดที่เราสามารถมองเห็นได้โดยตรงที่บ่งชี้ว่ามัลติเวิร์สมีอยู่จริง ในปัจจุบัน หลักฐานที่สนับสนุนแนวคิดเกี่ยวกับมัลติเวิร์สนั้นมีแต่ในทางทฤษฎี หรือในบางกรณีก็มีเพียงหลักการทางปรัชญา ผู้เชี่ยวชาญบางคนโต้แย้งว่ามันอาจเป็นความบังเอิญระดับยิ่งใหญ่ที่บิ๊กแบงได้หล่อหลอมเอกภพซึ่งสมดุลอย่างสมบูรณ์แบบที่เหมาะสมต่อการด ารงอยู่ของ มนุษย์อย่างที่สุด ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นคิดว่ามีความเป็นไปได้มากกว่าว่ามีเอกภพเชิงกายภาพ (physical universe) ปรากฏอยู่ในจ านวนใดๆ ก็ตาม และเราเพียงแต่อาศัยอยู่ในเอกภพซึ่งมีคุณลักษณะที่เหมาะสมต่อการอยู่รอดของเรา ทฤษฎีว่าด้วยเอกภพคู่ขนานเล็กๆ หรือเอกภพฟองสบู่ซึ่งมีจ านวนเป็นอนันต์ ซึ่งบางแห่งอาจกฎทางมีฟิสิกส์หรือค่าคงตัวพื้นฐานที่ต่างออกไปนั้น เป็นแนวคิดที่ น่าสนใจ Kakalios กล่าว “นี่จึงเป็นเหตุผลว่าท าไมบางคนจึงมองทฤษฎีนี้อย่างจริงจังครับ เพราะมันสามารถช่วยตอบปัญหาทางปรัชญาบางอย่างได้” เขากล่าว บรรดานักวิทยาศาสตร์ถกเถียงกันว่า มัลติเวิร์สคือทฤษฎีที่สามารถทดสอบได้ด้วยวิธีการเชิงประจักษ์ (empirically testable) ได้จริงหรือ บางคนกล่าวว่าไม่ เนื่องจากตามค านิยาม มัลติเวิร์สอยู่แยกอย่างเป็นเอกเทศจากเอกภพของเราและไม่สามารถเข้าถึงได้ แต่บางที เราแค่ยังไม่ค้นพบวิธีทดสอบที่ถูกต้องก็เป็นได้ จะมีสักวันไหมที่เราจะรู้ได้ว่าเอกภพของเราเป็นเพียงหนึ่งในบรรดาเอกภพมากมาย? เราอาจไม่รู้ แต่บรรดามัลติเวิร์สคือหนึ่งในการคาดคะเนของหลายทฤษฎีที่สามารถทดสอบได้ด้วยวิธีการอื่น และหากทฤษฎีเหล่านี้ผ่านการทดสอบทุกขั้นตอน ทฤษฎีมัลติเวิร์สอาจมีน ้าหนักด้วยเช่นกัน หรืออาจมีการค้นพบใหม่ๆ ที่จะช่วยให้เหล่านักวิทยาศาสตร์สามารถไขปริศนาได้ว่า มีสิ่งใดที่อยู่นอกเหนือขอบเขต ของเอกภพของเราสามารถที่สังเกตได้หรือไม่ “เอกภพไม่ได้ถูกจ ากัดด้วยสิ่งมีชีวิตแบบเซลล์เล็กจิ๋วเช่นผู้คนบนดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่แก้ปริศนาได้ หรือท าการทดสอบได้หรอกครับ” ซิกฟรีดกล่าว “เรา สามารถบอกได้ว่า สิ่งนี้มันทดสอบไม่ได้ เพราะฉะนั้นมันจึงไม่มีอยู่จริง แต่สิ่งนี้หมายถึงแค่ว่าเราไม่รู้ว่าจะทดสอบมันอย่างไร และบางที ในบางวัน เราอาจสามารถ แก้ปริศนาได้ว่าจะทดสอบมันได้อย่างไร หรือบางที เราอาจจะหาทางท ามันไม่ได้ แต่เอกภพสามารถท าอะไรก็ตามที่มันอยากท าได้ครับ” 5
ทฤษฎีบิกแบงหรือทฤษฎีก าเนิด เอกภพ จักรวาล ว่าด้วยการระเบิดครั้งใหญ่ถือเป็นแนวคิดที่ได้รับการยอมรับมาก ที่สุด และยังไม่มีทฤษฎีใดเทียบเคียงได้ 6
สิ่งที่อธิบายถึงการก าเนิดเอกภพ จักรวาล ได้ดีที่สุดคือทฤษฎีปรากฏการณ์ที่เรียกว่าบิกแบง (Big Bang) ทฤษฎีนี้เกิดจากการสังเกตว่ากาแล็กซีต่างๆ เคลื่อนตัวออกห่างจากกาแล็กซีทางช้างเผือกหรือที่ตั้งของโลกอยู่ทุกขณะ โดยเคลื่อนที่ไปทุกทิศทุกทางด้วย ความเร็วราวกับแรงดันของระเบิดที่สร้างเอกภพขึ้นมามีผลต่อกาแล็กซีเหล่านั้นอยู่ ฌอร์ฌ เลอแม็ทร์(Georges Lemaitre) บาทหลวงชาวเบลเยียม เป็นผู้เสนอทฤษฎีนี้ครั้งแรกในช่วงปี 1920 ใจความส าคัญของทฤษฎีบิกแบงคือเอกภพมี จุดก าเนิดมาจากอะตอมต้นก าเนิดเพียงอะตอมเดียว และมีการสนับสนุนแนวคิดนี้จากการสังเกตการณ์ของเอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ว่าด้วยลักษณะการเคลื่อนที่ของกาแล็กซี นอกจากการสังเกตการณ์ของฮับเบิลจะมีส่วนท าให้ทฤษฎีของเลอแม็ทร์สมบูรณ์แล้ว ลักษณะการเคลื่อนที่ของ กาแล็กซียังเป็นส่วนส าคัญที่ท าให้อาร์โน เพนเซียส (Arno Penzias) และโรเบิร์ต วิลสัน (Robert Wilson) นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบรังสี ไมโครเวฟพื้นหลังของอวกาศ (Cosmic Microwave Background Radiation) หรืออีกชื่อหนึ่งคือเสียงสะท้อนจากปรากฏการณ์บิกแบง (Echoes of the Big Bang) ในช่วงปี 1960 การตั้งชื่อวัตถุนี้ว่า “กาแล็กซีทานตะวัน” ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เพราะเมื่อมองผ่านกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลแล้วแขนกังหันทั้งสองของ กาแล็กซีทานตะวันหรือ Messier 63 นั้นมีรูปแบบคล้ายกับดอกย่อยวงในของดอกทานตะวันภาพโดย NASA GODDARD 7
ต่อมา การศึกษาอื่น ๆ ที่ตามมาก็ช่วยไขข้อกระจ่างเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นภายหลังการระเบิดครั้งใหญ่ โดยสามารถอธิบายจากทฤษฎีที่ตั้งขึ้นได้ดังนี้ ในช่วง 10-43 วินาทีแรกของการระเบิดนั้น เอกภพยังมีขนาดเล็กและหนาแน่นมาก คาดว่าเล็กกว่าอะตอมต้นก าเนิดถึงหนึ่งล้านล้านล้านล้าน (1024) เท่า ซึ่งใน อดีตนักวิทยาศาสตร์ต่างคาดว่าอันตรกิริยาหรือแรงพื้นฐานในธรรมชาติทั้งสี่ (The Four Fundamental Forces of Nature) ซึ่งประกอบไปด้วยแรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม และแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนจะถูกรวมเข้าเป็นแรงชนิดเดียวกันขณะที่เอกภพอยู่ในสภาวะที่พลังงานและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ในปัจจุนี้ยังไม่มีทฤษฎีใดที่สามารถหาค าตอบได้ว่าแรงซึ่งรวมเป็นหนึ่งเดียวดังกล่าวจะท างานอย่างไร และเพื่อที่จะพิสูจน์ข้อ สันนิษฐานนี้ เราจ าเป็นจะต้องทราบว่าแรงโน้มถ่วงท างานอย่างไรในอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมให้ได้ก่อน ซึ่ง ณ ปัจจุบันนี้ยังไม่มีใครสามารถหาค าตอบได้ อีกหนึ่งทฤษฎีที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้คือสสารที่เกิดขึ้นจ านวนมหาศาลจะท าให้บรรดาอนุภาคตั้งต้นของเอกภพรวมตัวเข้าหากันและมีอุณหภูมิใกล้เคียงกัน จากนั้นภายในเวลาไม่ถึงเสี้ยววินาที สสารและพลังงานทั้งหมดจะขยายตัวออกไปรอบ ๆ โดยเกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยจากความผันผวนของอนุภาค ควอนตัม การขยายตัวอย่างรวดเร็วจากการระเบิดนี้เรียกอีกอย่างว่าการพองตัวของเอกภพ (Inflation) ซึ่งปรากฏการณ์นี้อาจสามารถอธิบายได้ว่าเหตุใดภายใน เอกภพของเราจึงมีอุณหภูมิที่เสมอกันและมีการกระจายตัวของสสารที่สม ่าเสมอกันเช่นนี้หลังการพองตัว เอกภพยังคงขยายตัวต่อไปเรื่อย ๆ ทว่ามีอัตราการ ขยายตัวที่ต ่าลงมาก ซึ่ง ณ ปัจจุบันนี้ยังไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัดว่าสิ่งใดกันแน่ที่มีผลต่อการพองตัวของเอกภพ 8 ดาวซีตาในกลุ่มดาวคนแบกงู (Zeta Ophiuchi) ขนาดมหึมานี้เป็นดาวอายุน้อยขนาดใหญ่ซึ่งมีอุณหภูมิสูงมาก และดาวดวงนี้อยู่ห่างจาก โลกประมาณ 370 ล้านปีแสง โดยภาพอินฟาเรดของดาวซีตาถูกถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ ภาพโดย NASA, JPL-CALTECH
ภายหลังการพองตัวของเอกภพ เมื่อเวลาผ่านไปจนสสารต่าง ๆ เริ่มเย็นตัวลง อนุภาคหลากชนิดก็ได้ก่อก าเนิดขึ้น และในที่สุดอนุภาคเหล่านั้นก็ได้รวมเข้าเป็นดวงดาวและ กาแล็กซีต่าง ๆ ภายในเอกภพของเรา เมื่อมีอายุได้ 10-9 วินาที อุณหภูมิของเอกภพเริ่มลดลงพอที่จะท าให้แรงพื้นฐานทั้งสี่สามารถแยกตัวออกจากกันและอนุภาคพื้นฐานของเอกภพ สามารถก่อตัวขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่ลดลงยังคงสูงเกินกว่าที่อนุภาคพื้นฐานเหล่านั้นจะรวมตัวเป็นอนุภาคย่อยชนิดต่าง ๆ ที่พบในทุกวันนี้ ได้ และขณะที่เอกภพขยายตัวออกไปควาร์ก–กลูออน พลาสมา (Quark-gluon Plasma) ซึ่งมี อุณหภูมิสูงกว่า 2 ล้านล้านเคลวินก็ค่อย ๆ เย็นตัวลง ซึ่งในปัจจุบันนี้เครื่องเร่งอนุภาคบางชนิด เช่น Large Hadron Collider ขององค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป (CERN) มีพลังงานมากพอที่จะ สามารถจ าลองพลาสมาดังกล่าวขึ้นมาได้ ภาพโลกสีฟ้าสดใสท่ามกลางทุ่งแห่งดวงดาวซึ่งมีดาวเคราะห์ที่เก่าแก่ที่สุดในกาแล็กซีทางช้างเผือกโคจรอยู่ ดาวเคราะห์ดึกด าบรรพ์นี้มีอายุ ประมาณ 1,300 ล้านปี ถือว่าเป็นดาวเคราะห์ที่อายุน้อยกว่าอายุโดยประมาณของเอกภพเพียงพันล้านปีเท่านั้น ด้วยเหตุนี้การค้นพบดาวนี้ ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจึงเป็นการพิสูจน์ว่าดาวเคราะห์เริ่มก่อตัวขึ้นหลังการระเบิดครั้งใหญ่ไม่นาน ภาพโดย COURTESY NASA/BRAD HANSEN (UCLA)/HARVEY RICHER (UBC)/STEINN SIGURDSSON (PENN STATE)/INGRID STAIRS (UBC)/STEPHEN THORSETT (UCSC) 9
รังสีในระยะแรกที่เอกภพก่อตัวขึ้นมีพลังงานสูงมากจนท าให้โฟตอน (Photon) ที่มักจะชนกับอนุภาคอื่น ๆ สามารถสร้างคู่อนุภาคระหว่าง สสาร (Matter) และปฏิสสาร (Antimatter) ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับสสารทั่วไป เว้นแต่มีประจุไฟฟ้าขั้วตรงกันข้ามขึ้นได้ ทว่าเมื่อเอกภพ เย็นตัวลง โฟตอนกลับมีพลังงานไม่มากพอที่จะสร้างอนุภาคคู่ตรงข้ามได้อีก ด้วยเหตุนี้อนุภาคของสสารและปฏิสสารจ านวนมากจึงจับคู่กันเอง และเริ่มท าลายกันอย่างรวดเร็ว หรือที่เรียกว่าการเกิดการประลัย (Annihilation) อย่างไรก็ตาม ยังมีสสารบางชนิดที่เหลือรอดจากระยะประลัยข้างต้นและได้กลายเป็นสสารต้นก าเนิดของกาแล็กซี พืชพรรณต่าง ๆ หรือแม้แต่ มนุษย์ภายในเอกภพนี้ นอกจากนั้นการด ารงอยู่ของมนุษย์ยังถือเป็นข้อบ่งชี้ว่ากฎแห่งธรรมชาติกระท าต่อสสารและปฏิสสารต่างกันเล็กน้อย ด้วยเหตุนี้เอง บรรดานักวิจัยจึงได้ท าการทดลองขึ้นโดยใช้วิธีสังเกตความไม่สมดุลของสสารและปฏิสสารในเอกภพ (CP Violation) ในขณะที่ นักฟิสิกส์ต่างก็พยายามหาค าตอบว่าสสารสามารถอยู่รอดได้อย่างไรในช่วงแรกเริ่มของเอกภพ 10 ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ GALEX นี้ชี้ให้เห็นความสวยงามของแอนโดรเมดา กาแล็กซีที่ใหญ่ที่สุดในกาแล็กซีท้องถิ่นซึ่งเป็นที่อยู่ของ กาแล็กซีทางช้างเผือก ภาพโดย NASA, JPL/ CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGYการก่อตัวของอะตอม
การก่อตัวของอะตอม ในช่วงวินาทีแรกของการก าเนิดเอกภพ เมื่ออุณหภูมิลดลงสสารต่าง ๆ ที่หลงเหลืออยู่จะรวมเข้าหากันและเกิดเป็นโปรตอนและนิวตรอน อนุภาค องค์ประกอบของนิวเคลียสที่เราคุ้นเคยกันดี จากนั้นเมื่อผ่านสามนาทีแรกไปโปรตอนและนิวตรอนจะรวมเป็นนิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียม และเมื่อ วัดโดยมวลแล้ว สัดส่วนของสสารในระยะแรกเริ่มของเอกภพประกอบไปด้วยอะตอมไฮโดรเจน 75 เปอร์เซ็นต์และอะตอมฮีเลียม 25 เปอร์เซ็นต์ โดยผล การสังเกตการของนักวิทยาศาสตร์ได้ยืนยันว่าปริมาณของอะตอมฮีเลียมนั้นเป็นตัวแปรส าคัญในการศึกษาทฤษฎีบิกแบง แม้ว่าเอกภพก าเนิดใหม่นี้จะมีอะตอมของนิวเคลียสเกิดขึ้นมากมาย แต่เมื่อพิจารณาอุณหภูมิแล้วยังถือว่าร้อนเกินกว่าที่อิเล็กตรอนจะเข้าไปโคจรรอบ ๆ นิวเคลียสเหล่านั้นเพื่อสร้างอะตอมที่เสถียรขึ้นได้ ในช่วงนั้นสสารต่าง ๆ ในเอกภพยังคงมีลักษณะเป็นหมอกหนาแน่นและเต็มไปด้วยประจุไฟฟ้าซึ่งท าให้ แสงแทบจะไม่สามารถเดินทางผ่านได้ ด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้เวลากว่า 380,000 ปีเพื่อรอให้อุณหภูมิของเอกภพเย็นลงพอที่นิวเคลียสและอิเล็กตรอนจะ สามารถรวมเข้าเป็นอะตอมที่สมบูรณ์ได้ โดยระยะนี้มีชื่อว่าระยะการสูญเสียพลังงานและเกิดการตกกลับของอิเล็กตรอน (Recombination) และเมื่อเอก ภพเย็นตัวลงจนถึงจุดหนึ่ง กลุ่มฝุ่นหมอกที่ปกคลุมในตอนแรกก็ค่อย ๆ สลายตัวลงจนในที่สุดโฟตอนหรืออนุภาคของแสงก็สามารถวิ่งผ่านอะตอมได้โดย ปราศจากสิ่งกีดขวางและในทุกวันนี้ เราก็ยังสามารถเห็นแสงแรกแห่งเอกภพได้ในลักษณะของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังซึ่งสามารถพบได้ทั่วไปในเอกภพ และ เนื่องจากการแผ่ตัวของรังสีดังกล่าวมีความคล้ายคลึงกับการส่งสัญญาณโทรทัศน์ผ่านเสาอากาศ เหล่านักวิทยาศาสตร์จึงคาดว่ารังสีที่เก่าแก่ที่สุดนี้อาจจะเป็น กุญแจไขความลับในช่วงต้นของการก าเนิดเอกภพก็เป็นได้ ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนี้แสดงให้เห็นว่าเนบิวลาในภาพมีลักษณะราวกับก าลังจะหมุนออกจากดาวฤกษ์ ภาพโดย NASA 11
จากดาวกลุ่มแรกสู่เอกภพในปัจจุบัน เอกภพนั้นว่างเปล่าเป็นเวลานาน จนกระทั่ง 180 ล้านปีหลังเกิดการระเบิดครั้งใหญ่ ดาวต่าง ๆ จึงเริ่มก าเนิดขึ้นผ่านการรวมกลุ่มเมฆหมอกไฮโดรเจนหรือ เนบิวลารุ่นแรกเข้าหากันด้วยแรงโน้มถ่วงภายในเอกภพ นอกจากนี้ยังมีนักฟิสิกส์จ านวนไม่น้อยที่เชื่อว่ากลุ่มเมฆขนาดมหึมาของสสารมืด (Dark Matter) หรือ สสารที่ยังไม่สามารถตรวจจับได้แต่มีน ้าหนักมากกว่าสสารทั่วไปถึงห้าเท่านั้นเป็นที่มาของแรงโน้มถ่วงที่สร้างกาแล็กซีและดาวต่าง ๆ ขึ้นมา ภาพขาวด าจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนี้แสดงให้เห็นเกลียวฝุ่นรอบ ๆ บริเวณก าเนิดดาวซึ่งปรากฎเมฆแมเจลแลนขนาดเล็กจากกาแล็กซีแคระ นอกทางช้างเผือกอยู่ด้วย อนุบาลดาวฤกษ์ซึ่งปรากฎในบริเวณใกล้เคียงเช่นนี้ถือเป็นโอกาสดีส าหรับนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในการศึกษาลักษณะการก่อ ตัวของดวงดาวและกาแล็กซีต่าง ๆ ในขณะเดียวกันก็ช่วยเสริมสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับลักษณะของเอกภพเกิดใหม่ ภาพโดย COURTESY NASA/ESA/HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA) เมื่อดาวฤกษ์กลุ่มแรกก าเนิดขึ้น พบว่าแสงจากดาวเหล่านั้นมีพลังมากพอที่จะดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมที่ สมบูรณ์อีกครั้ง ซึ่งปรากฏการณ์ในระยะนี้เรียกว่าการแตกตัวเป็นไอออนอีกครั้งของ อะตอม (Reionization) อย่างไรก็ดี ในเดือนกุมภาพันธ์ของปี 2018 ทีมนักวิทยาศาสตร์จากออสเตรเลียก็ได้ ประกาศว่าพวกเขาตรวจจับสัญญาณของ “รุ่งอรุณแห่งห้วงอวกาศ” (Cosmic Dawn) ได้เป็นครั้งแรก นับเป็นเวลา กว่า 400 ล้านปีมาแล้วที่กาแล็กซีกลุ่มแรกก าเนิดขึ้นหลังเกิดปรากฏการณ์บิกแบง และหลายพันล้านปีนับแต่นั้น มาบรรดาดาวเคราะห์ กาแล็กซี และกระจุกกาแล็กซีต่าง ๆ ก็ได้ก าเนิดขึ้น ดับสูญ และก าเนิดขึ้นใหม่มาโดย ตลอด ซึ่งกาแล็กซีทางช้างเผือกและระบบสุริยะของเราก็อยู่ในวัฏจักรนี้เช่นกัน แม้กระทั่งในตอนนี้เอกภพของเราก็ยังท าให้เหล่านักดาราศาสตร์ประหลาดใจอยู่เสมอ เนื่องจากเอกภพยัง ขยายตัวด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ อยู่ตลอดเวลา โดยนักดาราศาสตร์คาดว่าความเร็วในการขยายตัวนี้อาจ เกิดจากพลังงานมืด (Dark Energy) ซึ่งต้านกับแรงโน้มถ่วงในเอกภพ อย่างไรก็ตาม ไม่มีใครทราบว่าพลังงาน มืดซึ่งคิดเป็น 68 เปอร์เซ็นต์ของสสารและพลังงานทั้งหมดในเอกภพคืออะไร เช่นเดียวกับปริศนาของสสารสสาร มืดซึ่งคิดเป็น 27 เปอร์เซ็นต์ของเอกภพ กล่าวคือ เมื่อเทียบระหว่างสสารและพลังงานทั้งหมดที่มนุษย์รู้จักกับสิ่ง อื่น ๆ ที่ยังไม่สามารถหาค าตอบได้จะพบว่าเราศึกษาสสารต่าง ๆ ในเอกภพได้เพียง 5 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น 12
ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอกริดจ์ของสหรัฐฯ (Oak Ridge National Laboratory ) ก าลังจะเริ่มท าการทดลองเพื่อพิสูจน์ ถึงการมีอยู่ของเอกภพคู่ขนาน (Parallel Universe) และค้นหา ช่องทางที่เปิดประตูไปสู่เอกภพดังกล่าว ซึ่งอาจมีความคล้ายคลึง กับเอกภพของเราในทุกทางเหมือนภาพสะท้อนในกระจก ดร. เลอาห์บรูซซาร์ด ผู้น าทีมนักฟิสิกส์ในโครงการดังกล่าว ให้สัมภาษณ์กับสถานีโทรทัศน์เอ็นบีซีว่า แม้การทดลองในครั้งนี้ จะฟังดูแปลกประหลาดเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ทีมของตน ต้องการจะทดสอบถึงความเป็นไปได้ ในเรื่องที่อนุภาคมูลฐานของ อะตอมอย่างนิวตรอน (Neutron) น่าจะสามารถเดินทางข้ามไป มาระหว่างเอกภพของเราและเอกภพคู่ขนานได้ การระเบิดขยายตัวครั้งใหญ่หรือเหตุการณ์บิ๊กแบงเมื่อ 14,000 ล้านปีก่อน นอกจากจะ ให้ก าเนิดเอกภพหรือจักรวาลของเราแล้ว ยังให้ก าเนิดพหุภพ (Multiverse) ซึ่งก็คือ เอกภพอื่น ๆ ที่นอกเหนือไปจากเอกภพของเราอีกเป็นจ านวนนับไม่ถ้วน ซึ่งบางครั้ง เรียกว่า "เอกภพคู่ขนาน" ในพหุภพนั้นอาจมีเอกภพคู่ขนานที่มีองค์ประกอบต่าง ๆ เหมือนกับในเอกภพของเราแบบ คู่แฝด เช่นมีอนุภาคมูลฐาน ดวงดาว หรือแม้กระทั่งสิ่งมีชีวิตและมนุษย์แต่ละคน เหมือนกัน คล้ายกับเป็นภาพสะท้อนในกระจก แต่อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นใน เอกภพคู่ขนานนั้นจะมีความเป็นไปได้แตกต่างออกไปจากเอกภพของเรานับไม่ถ้วนแบบ • รังสีที่แผ่ออกจากหลุมด าอาจให้ก าเนิดสิ่งมีชีวิตได้ • นักฟิสิกส์ชี้สิ่งมีชีวิตด ารงอยู่ได้ในจักรวาลสองมิติ • ดวงอาทิตย์มีโอกาสเกิด "ซูเปอร์แฟลร์" ภายในอีกร้อยปีข้างหน้า พหุภพ (Multiverse) ประกอบด้วยเอกภพของเราและเอกภพคู่ขนานอีกจ านวนนับไม่ถ้วน 13
ก่อนหน้านี้มีปรากฏการณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่อาจอธิบายได้อยู่หลายประเด็น ซึ่งปรากฏการณ์เหล่านี้ชี้ถึงความเป็นไปได้ที่เอกภพคู่ขนานจะมีอยู่จริง เช่นในกรณีที่เอกภพของเรามีไอโซโทปลิเทียม -7 อยู่น้อยกว่าปริมาณที่ควรจะเกิดขึ้นจากเหตุการณ์บิ๊กแบง หรือในกรณีของรังสีคอสมิกพลังงานสูงที่เดินทางมาจากนอกกาแล็กซี ซึ่งตรวจพบว่าทรงพลังรุนแรงเกินกว่าจะเดินทางอยู่แต่ภายในขอบเขตของเอกภพที่สังเกตได้ (Observable Universe) ในช่วงทศวรรษ 1990 มีการทดลองจับเวลาที่อนุภาคนิวตรอนใช้ในการสลายตัวกลายเป็นโปรตอน หลังนิวตรอนถูกน าออกจากนิวเคลียสของอะตอม แต่ผลที่ได้ หลังจากนั้นกลับผิดคาด เมื่อพบว่าเวลาที่นิวตรอนใช้ในการสลายตัวแต่ละครั้งนั้นไม่เท่ากันเสียทีเดียว นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถให้ค าอธิบายต่อปรากฏการณ์นี้ได้ เว้นเสียแต่ว่ามีนิวตรอนบางส่วนที่เกิดหลุดเข้าไปในเอกภพคู่ขนานและกลายเป็นอนุภาคในเอกภพอื่นครู่หนึ่ง ก่อนที่จะกลับมาปรากฎตัวยังเอกภพของเราอีกครั้ง มีความเป็นไปได้ว่าเหตุการณ์บิ๊กแบงได้ให้ก าเนิดเอกภพอื่น ๆ ที่นอกเหนือไปจากเอกภพของเราด้วย การทดลองครั้งล่าสุดที่ทีมนักฟิสิกส์ของสหรัฐฯ จะเริ่มเดินหน้าในเดือนนี้ จะใช้ วิธียิงล าอนุภาคนิวตรอนไปยังก าแพงที่กั้นไม่ให้พวกมันผ่านไปได้ และจะติดตั้ง เครื่องตรวจจับนิวตรอนไว้ที่ด้านหลังก าแพงดังกล่าว ตามปกติแล้ว เครื่องตรวจจับอนุภาคนิวตรอนในการทดลองนี้จะต้องแสดงผล เป็นศูนย์ กล่าวคือไม่พบนิวตรอนทะลุผ่านก าแพงมาได้เลย แต่หากมีกรณี ผิดปกติซึ่งพบว่ามีนิวตรอนหลุดลอดผ่านมาได้ ก็อาจเป็นเครื่องยืนยันว่าอนุภาค นั้นเกิดการ "สั่น" (Oscillating) จนสามารถข้ามเส้นแบ่งระหว่างเอกภพ ผ่าน เข้าไปในเอกภพคู่ขนานและกลับออกมาได้ 14
นอกจากนี้ ทีมผู้วิจัยยังจะติดตั้งสนามแม่เหล็กพลังสูงไว้ที่ข้างใดข้างหนึ่งของก าแพงในการทดลองแต่ละครั้ง และจะปรับความแรงของสนามแม่เหล็กให้แปร 15 เปลี่ยนไปหลาย ๆ ระดับ เพราะคาดว่าอาจเป็นปัจจัยส าคัญที่ช่วยให้นิวตรอนเกิดการสั่นจนสามารถข้ามไปยังเอกภพอื่นได้ อย่างไรก็ตาม ดร. บรูซซาร์ดบอกว่าไม่ได้คาดหวังจะพบกับปรากฏการณ์ที่เปิดประตูสู่เอกภพคู่ขนานได้ทันทีในครั้งนี้ และคาดว่าผลการตรวจจับพฤติกรรม ประหลาดของนิวตรอนจะเป็นศูนย์ "แต่หากเกิดมีการค้นพบอะไรใหม่ ๆ อย่างนั้นขึ้นมา โฉมหน้าของวงการฟิสิกส์จะเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงเลยทีเดียว" ดร. บรูซซาร์ดกล่าว
บรรณานุกรม ขอบคุณข้อมูลจาก นักฟิสิกส์เริ่มความพยายามครั้งใหม่เปิดประตูสู่เอกภพคู่ขนาน - BBC News ไทย และ Multiverse - นิยามของ พหุภพ และหลักฐานการมีอยู่ (ngthai.com), จักรวาล หรือ เอกภพ ของเรา มีต้นก าเนิด-เกิดขึ้นได้อย่างไร (ngthai.com)
Thanks !