Newsletter subscribe

Origin and Evolution of The Universe, Universe

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#33 งานวิจัยสุดท้ายของสตีเฟน ฮอว์คิง: จักรวาลคู่ขนาน

Posted: 13/06/2021 at 13:14   /   by   /   comments (0)

แนวคิดเรื่อง  “จักรวาลคู่ขนาน (Parallel universe)” เป็นทฤษฎีหนึ่งในแนวคิดมากมายในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ หลายแนวคิดนำไปสู่แนวคิดเกี่ยวกับพหุภพ (multiverse) ซึ่งเป็นแนวคิดที่ว่าจักรวาลของเราเป็นเพียงหนึ่งในจักรวาลจำนวนนับไม่ถ้วนที่ผุดขึ้นและออกจากการดำรงอยู่ เหมือนเช่นฟองสบู่ ทั้งหมดล่องลอยอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า “พหุภพ (multiverse)”

การมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนานยังไม่ได้รับการพิสูจน์ แต่บทความสุดท้ายของ สตีเฟน ฮอว์คิง อาจปูทางไปสู่การค้นพบหลักฐานของ multiverse 

 

บทความสุดท้ายของ Stephen Hawking: เราอยู่ในพหุภพ

สตีเฟน ฮอว์คิง (Stephen Hawking) เสียชีวิตเมื่อวันที่ 14 มีนาคม 2018 ในวัย 76 ปี เนื่องจากภาวะแทรกซ้อนจากโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงหรือ ALS (Amyotrophic Lateral Sclerosis) ซึ่งเป็นโรคทางระบบประสาท เถ้าถ่านของฮอว์คิงถูกฝังอยู่ภายใน Westminster Abbey ในลอนดอน ใกล้กับหลุมศพของนักวิทยาศาสตร์ Isaac Newton และ Charles Darwin ในปี 1988 ฮอว์คิงโด่งดังไปทั่วโลกหลังจากตีพิมพ์หนังสือ “ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History of Time)” ในโลกของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เขาเป็นที่รู้จักดีจากทฤษฎีเกี่ยวกับหลุมดำ

 

Pallbearers carry the coffin out of Great St Marys Church at the end of the funeral of theoretical physicist Stephen Hawking,

แม้นว่านักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและนักจักรวาลวิทยาที่มีชื่อเสียง สตีเฟน ฮอว์คิง (Stephen Hawking) จะถึงแก่กรรมแล้ว แต่มรดกแห่งการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ของเขาจะคงอยู่ และทฤษฎีจักรวาลสุดท้ายของเขามีศักยภาพที่จะวางรากฐานสำหรับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดเรื่องหนึ่งในศตวรรษที่ 21 สตีเฟน ฮอว์คิงส่งบทความทางวิทยาศาสตร์ฉบับสุดท้ายของเขาไปยัง Journal of High-Energy Physics เพื่อการตีพิมพ์ 10 วันก่อนที่เขาจะเสียชีวิต

“ทางออกที่ราบรื่นจากการพองตัวชั่วนิรันดร์ของจักรวาล (A Smooth Exit from Eternal Inflation)” เป็นบทความทางคณิตศาสตร์ที่ศาสตราจารย์ สตีเฟน ฮอว์คิง ทำงานร่วมกับศาสตราจารย์ โธมัส เฮิร์ทอก (Thomas Hertog) นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยคาธอลิกลูเวน ในความพยายามหาข้อพิสูจน์ของ “ทฤษฎีพหุภพ (Multiverse Theory)” ซึ่งระบุถึงการมีอยู่ของจักรวาลอื่นๆ มากมายที่ดำรงอยู่เคียงข้างจักรวาลของเรา และยังกำหนดคณิตศาสตร์ที่ก้าวล้ำที่สามารถช่วยตรวจจับหลักฐานของ “จักรวาลคู่ขนาน (parallel universe)” และได้วาดภาพ “พหุภพ (multiverse)” ที่เรียบง่ายมากกว่าที่ทฤษฎีก่อนหน้านี้ได้เสนอไว้

 

การพองตัวของจักรวาลสร้างพหุภพ

We can imagine a very large number of possible outcomes that could have resulted from the conditions... [+] our Universe was born with. The fact that all 10^90 particles contained within our Universe unfolded with the interactions they experienced and the outcomes that they arrived at over the past 13.8 billion years led to all the intricacies of our experiences, including our very existence. It is possible, if there were enough chances, that this could occur many times, leading to a scenario that we think of as "infinite parallel Universes" to contain all possible outcomes, including the roads our Universe didn't travel, but we can only observe the one Universe we have.

forbes.com

ฟิสิกส์สมัยใหม่มีทฤษฎีมากกว่าหนึ่งทฤษฎีว่าจักรวาลเกิดขึ้นได้อย่างไร แนวคิดที่เป็นที่นิยมอย่างหนึ่งของบิกแบงชี้ให้เห็นว่าจักรวาลของเราไม่ใช่หนึ่งเดียว มีจักรวาลจำนวนมากดำรงอยู่คู่ขนานกัน หนึ่งในแนวคิดนั้นคือ ทฤษฎีการพองตัวชั่วนิรันดร์ (Theory of eternal inflation) ซึ่งมีแนวคิดที่ว่า จักรวาลของเราเริ่มต้นด้วยการระเบิดบิกแบง (Big Bang) ตามมาด้วยการขยายตัวอย่างรวดเร็วมากแบบทวีคูณ เรียกว่า “การพองตัวของจักรวาล (Cosmic inflation)” ซึ่งสร้าง “จักรวาลพ็อกเก็ต (pocket universes)” ขึ้นมามากมายจนนับไม่ถ้วน กระจัดกระจายไปทั่วห้วงอวกาศ สร้างเป็น “พหุภพ (multiverse)” 

นี่เป็นเพราะการพองตัวในจักรวาลยุคแรกถูกควบคุมโดยกฎแปลกๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม ทำให้มันทำงานในลักษณะที่ไม่คาดคิด ตัวอย่างเช่น ตามกลศาสตร์ควอนตัม ความผันผวนของควอนตัมทำให้อนุภาคสามารถปรากฏขึ้นจากสูญญากาศแล้วหายไปอีกครั้ง และความผันผวนของควอนตัมอาจทำให้บางส่วนของจักรวาลในยุคแรกๆ พองตัวเร็วกว่าส่วนอื่นๆของจักรวาล ในบางพื้นที่ของจักรวาลการพองตัวไม่ได้หยุดนิ่ง แต่ก็ยังดำเนินต่อไปในส่วนอื่นๆ ส่งผลให้จักรวาลโดยรวม “พองตัวตลอดไป (eternally inflating)” แต่เราอาศัยอยู่ในจักรวาลพ็อกเก็ตที่การพองตัวสิ้นสุดลง พลังงานกลายเป็นมวล และดวงดาวและกาแล็กซี่ได้ก่อตัวขึ้น หลังจากการพองตัว จักรวาลของเรายังมีการขยายตัวตลอดเวลา แต่ด้วยอัตราการขยายตัวที่ช้ากว่า

สตีเฟน ฮอว์คิงเคยกล่าวในการให้สัมภาษณ์ในปี 2017 ว่า “ทฤษฎีการพองตัวชั่วนิรันดร์ทำนายว่า จักรวาลของเราเป็นเพียงหนึ่งในจำนวนอนันต์ของจักรวาลพ็อกเก็ตที่แยกจากกันด้วยทะเลแห่งการขยายตัวอันกว้างใหญ่” “กฎของฟิสิกส์และเคมีอาจแตกต่างกันไปในจักรวาลหนึ่งไปยังอีกจักรวาลหนึ่งซึ่งจะรวมกันเป็น multiverse หากจักรวาลพ็อกเก็ตที่มีขนาดแตกต่างกันใน multiverse นั้นมีจำนวนเป็นอนันต์ ทฤษฎีการพองตัวชั่วนิรันดร์จะไม่สามารถตรวจสอบได้”

แต่ในงานวิจัยล่าสุด “ทางออกที่ราบรื่นจากการพองตัวชั่วนิรันดร์ของจักรวาล (A Smooth Exit from Eternal Inflation)” ที่สตีเฟน ฮอว์คิงทำงานร่วมกับโธมัส เฮิร์ทอก ท้าทายมุมมองของทฤษฎีการพองตัวชั่วนิรันดร์  แทนที่จะเป็นพื้นที่ที่เต็มไปด้วยจักรวาลพ็อกเก็ตซึ่งใช้กฎฟิสิกส์ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง งานวิจัยนี้ระบุว่าจักรวาลคู่ขนานเหล่านี้อาจไม่ได้มีความแตกต่างกันมากนัก

โธมัส เฮิร์ทอก ผู้ร่วมวิจัยกล่าวกับ BBC ว่า เขาและฮอว์คิงกำลังต่อสู้กับแนวคิดที่ว่า Big Bang ส่งผลให้เกิดจักรวาลพ็อกเก็ตขึ้นมากมายที่มีอยู่ทั่วอวกาศ ไม่ชัดเจนสำหรับพวกเขาว่ากฎของฟิสิกส์ที่ใช้กับจักรวาลของเราจะนำไปใช้กับจักรวาลทางเลือกเหล่านี้ได้หรือไม่” “ในทฤษฎีเก่ามีจักรวาลทุกประเภท: บางส่วนเต็มไปด้วยสสาร บางส่วนขยายเร็วเกินไป บางส่วนมีอายุสั้นเกินไป มีความแปรปรวนอย่างมาก” “ความลึกลับคือเหตุใดเราจึงอาศัยอยู่ในจักรวาลพิเศษนี้ ที่ทุกอย่างสมดุลอย่างดี เพื่อให้ความซับซ้อนและชีวิตปรากฏขึ้น”

“บทความที่ผมทำงานร่วมกับฮอว์คิง มันลด multiverse ลงเหลือชุดจักรวาลที่จัดการได้มากขึ้น ซึ่งทั้งหมดมีลักษณะเหมือนกัน มันทำให้เราหวังว่าเราจะสามารถบรรลุกรอบการทำนายจักรวาลวิทยาได้อย่างเต็มที่” 

 

เปลี่ยนแนวคิดเรื่องพหุภพ โดยลงจำนวนจักรวาลคู่ขนานและอยู่ภายใต้กฎฟิสิกส์เดียวกัน

A representation of the different parallel "worlds" that might exist in other pockets of the... [+] multiverse, or anyplace else that theoretical physicists can concoct.

forbes.com

โธมัส เฮิร์ทอก (Thomas Hertog) ผู้ร่วมเขียนบทความกับสตีเฟน ฮอว์คิง (Stephen Hawking) กล่าวว่าบทความ “ทางออกที่ราบรื่นจากการพองตัวชั่วนิรันดร์ของจักรวาล (A Smooth Exit from Eternal Inflation)” นี้ มีจุดมุ่งหมายเพื่อที่จะเปลี่ยนแนวคิดเกี่ยวกับพหุภพ (multiverse) ให้อยู่ในกรอบทางวิทยาศาสตร์ที่สามารถทดสอบได้” 

เพื่อลดมุมมองที่วุ่นวายของ multiverse ในทฤษฎีการพองตัวชั่วนิรันดร์ (Theory of eternal inflation) แทนที่ multiverse จะมีจักรวาลพ็อกเก็ตจำนวนอนันต์ ฮอว์คิงและเฮิร์ทอกใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์แบบใหม่เพื่อคืนความสงบเรียบง่ายให้กับมุมมองที่วุ่นวายก่อนหน้านี้ของ multiverse 

การวิเคราะห์ใหม่ของฮอว์คิงและเฮิร์ทอกได้เสนอกรอบการทำงานสำหรับการทำความเข้าใจจักรวาล โดยคาดการณ์ “พหุภพ (multiverse)” ว่ามีขอบเขตจำกัด นับได้ และอยู่ภายใต้การมีส่วนร่วมอย่างมีความหมายผ่านเครื่องมือของวิทยาศาสตร์ พวกเขาใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์แบบใหม่โดยบอกว่าจักรวาลต่างๆ เหล่านี้อยู่ภายใต้กฎฟิสิกส์เดียวกันกับที่มีอยู่ในจักรวาลของเรา สิ่งนี้ทำให้จำนวนจักรวาลที่เป็นไปได้สามารถจัดการและทดสอบได้มากขึ้น 

ในบทความระบุว่า จักรวาลคู่ขนาน (parallel universe) คล้ายกับจักรวาลของเรา อาจมีดาวเคราะห์คล้ายโลก สังคม หรือแม้แต่บุคคล บางคนอาจจะเหมือนเรามาก หรืออาจมีดาวเคราะห์คล้ายโลกที่ไดโนเสาร์ไม่ได้ถูกกำจัดออกไป หรือสตีเฟน ฮอว์คิงยังคงอยู่กับเรา

เพื่อลดจำนวนจักรวาลคู่ขนานที่มีอยู่อย่างนับไม่ถ้วนตามทฤษฎีการพองตัวชั่วนิรันดร์  ฮอว์คิงและเฮิร์ท็อกต้องหาสะพานเชื่อมระหว่างฟิสิกส์ควอนตัมที่ควบคุมอนุภาคขนาดเล็กและกฎคลาสสิกที่ควบคุมจักรวาลขนาดใหญ่ที่เราทุกคนอาศัยอยู่ ในการศึกษาใหม่นักวิจัยทั้งสองใช้วิธีการที่เรียกว่า “โฮโลแกรม (Hologram)” เพื่อรวมแนวคิดสองชุดนี้เข้าด้วยกัน โดยการทำเช่นนี้พวกเขาสามารถลดขนาดของ multiverse อันกว้างใหญ่นี้ให้เป็นจำนวนนับได้ เมื่อพวกเขาทำงานกับจักรวาลคู่ขนานจำนวนจำกัด พวกเขาสามารถคาดการณ์ได้ว่าจักรวาลเหล่านี้จะมีลักษณะอย่างไร นอกจากนี้ยังชี้ทางไปข้างหน้าสำหรับนักดาราศาสตร์ในการค้นหาหลักฐานการมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนาน

เฮิร์ทอกกล่าวว่า การมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนานที่มีจำนวนน้อยกว่านั้นดีกว่าจำนวนอนันต์มาก ซึ่งหมายความว่าเราสามารถระบุได้ชัดเจนว่าพวกมันอยู่ที่ไหน นอกจากนี้เรายังสามารถสำรวจว่าพวกมันได้ทิ้งรอยประทับใดๆ ในการแผ่รังสีที่หลงเหลือจากบิกแบงหรือไม่ ทำให้การทดสอบทฤษฎีง่ายขึ้นมาก

 

ตรวจจับจักรวาลคู่ขนานผ่านทางรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล

LISA Pathfinder ของ ESA

howstuffworks.wiki

บทความสุดท้ายของสตีเฟน ฮอว์คิง “ทางออกที่ราบรื่นจากการพองตัวชั่วนิรันดร์ของจักรวาล (A Smooth Exit from Eternal Inflation)” ได้ระบุถึงคณิตศาสตร์ที่จำเป็นสำหรับการสำรวจในห้วงอวกาศเพื่อรวบรวมหลักฐานที่อาจพิสูจน์ได้ว่าจักรวาลคู่ขนานมีอยู่จริง

บทความของสตีเฟน ฮอว์คิงและโธมัส เฮิร์ทอก ระบุว่าหลักฐานของจักรวาลคู่ขนานสามารถวัดได้จากการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background: CMB) ที่หลงเหลือจากบิกแบงซึ่งย้อนไปถึงจุดเริ่มต้นของจักรวาล และโพรบอวกาศ (probe) ที่มีเซ็นเซอร์ที่ถูกต้องบนยานอวกาศสามารถวัดสิ่งนี้ได้

ฮอว์คิงเสียชีวิตไปแล้ว แต่เฮิร์ทอกวางแผนที่จะทำงานต่อไป เขาเชื่อว่าคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational waves) ยุคแรกเริ่มที่เกิดขึ้นเมื่อสิ้นสุดการพองตัว (inflation) แบบเอ็กซ์โปเนนเชียล อาจมีหลักฐานของจักรวาลอื่นที่แยกออกจากของเราเอง การทดลองวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วงในปัจจุบัน เช่น LIGO อาจมีพลังมากพอที่จะตรวจจับการบิดเบือนของจักรวาลอื่น แต่เราอาจต้องรอให้ Laser Interferometer Space Antenna (LISA) ของ ESA ออนไลน์ก่อนที่เราจะได้รับคำตอบ ภารกิจนี้คาดว่าจะเปิดตัวในปี 2030 เฮิร์ทอกกล่าว

เฮิร์ทอกเชื่อว่างานของเขากับฮอว์คิง เป็นก้าวเล็กๆ ก้าวหนึ่งสู่ทฤษฎีต้นกำเนิดจักรวาลของเรา ซึ่งนักฟิสิกส์สามารถทดสอบได้ในท้ายที่สุด หากจักรวาลมีวิวัฒนาการตามที่ทฤษฎีทำนายไว้ เขากล่าวว่า มันอาจทิ้งร่องรอยของคลื่นความโน้มถ่วงหรือรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลที่ปล่อยออกมาตั้งแต่กำเนิดจักรวาล “อาจมีเบาะแสในสัญญาณเหล่านั้นว่าเรามาถูกทางหรือไม่” เขากล่าว

เดอะไทมส์ตั้งข้อสังเกตว่า หากงานวิจัยของฮอว์คิงร่วมกับเฮิร์ทอก นำไปสู่การค้นพบข้อพิสูจน์ของจักรวาลคู่ขนานว่ามีอยู่จริง นักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังการค้นพบนี้น่าจะได้รับรางวัลโนเบล อย่างไรก็ตามเนื่องจากรางวัลนี้มอบให้เฉพาะผู้รับที่มีชีวิตเท่านั้น ฮอว์คิงจึงไม่มีสิทธิ์ได้รับรางวัล อาจต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะมีการค้นพบดังกล่าว น่าเสียดาย ในฐานะนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ทฤษฏีของฮอว์คิงหลายๆ ทฤษฎีทั้งทางวิทยาศาสตร์และทางคณิตศาสตร์ ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ยืนยันความถูกต้อง นี่คือเหตุผลที่ฮอว์คิงไม่เคยได้รับรางวัลโนเบลเลย

 

 

Olivia Rodrigo – deja vu