ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#33 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : แรงพื้นฐานทั้งสี่ – Gravitational Force

ในกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคที่มีการหมุน (spin) 0, 1 หรือ 2 เป็นตัวนำพาแรงหรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคสสารทั้งหมด อนุภาคของสสารเช่น อิเล็กตรอนหรือควาร์ก จะปล่อยอนุภาคนำพาแรงต่างๆ ออกมา การปล่อยนี้ทำให้อนุภาคสสารมีการหดตัวและเปลี่ยนความเร็ว

อนุภาคนำพาแรง (force-carrying particle) เมื่อชนกับอนุภาคสสารอื่นจะถูกดูดกลืน ซึ่งส่งผลต่อความเร็วของอนุภาคสสารที่สองนี้ด้วย ราวกับว่ามีแรงระหว่างอนุภาคสสารทั้งสอง อนุภาคนำพาแรงเหล่านี้ไม่เป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusion principle) ซึ่งหมายความว่า เป็นอนุภาคที่สามารถแลกเปลี่ยนกันได้โดยไม่จำกัดจำนวน ดังนั้นจึงสามารถก่อให้เกิดพลังที่แข็งแกร่งได้

อย่างไรก็ตาม อนุภาคนำพาแรงที่มีมวลมาก การผลิตและแลกเปลี่ยนอนุภาคดังกล่าวในระยะทางไกลทำได้ยาก ดังนั้นแรงที่พวกมันนำพาจะมีเพียงระยะสั้นเท่านั้น ในทางกลับกัน ถ้าอนุภาคนำพาแรงที่ไม่มีมวล แรงที่พวกมันนำพาจะไปได้ไกล

กล่าวกันว่าอนุภาคนำพาแรงเป็นอนุภาคเสมือน (virtual particle) เนื่องจากเครื่องตรวจจับอนุภาคไม่สามารถตรวจจับอนุภาคเหล่านี้ได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าพวกมันมีอยู่จริง เพราะสามารถวัดผลกระทบที่เกิดจากพวกมันได้ นั่นคือ พวกมันก่อให้เกิดแรงระหว่างอนุภาคของสสาร

อนุภาคที่มีการหมุน (spin) 0, 1 หรือ 2 ในบางกรณีเป็นอนุภาคจริง (real particle) เนื่องจากสามารถตรวจจับได้โดยตรง พวกมันปรากฏแก่เราในลักษณะคลื่น เช่น คลื่นแสงหรือคลื่นความโน้มถ่วง บางครั้งพวกมันถูกปล่อยออกมา เมื่ออนุภาคของสสารมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน โดยการแลกเปลี่ยนอนุภาคเสมือนที่นำพาแรง (ตัวอย่างเช่น แรงผลักไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอนสองตัว อันเกิดจากการแลกเปลี่ยนโฟตอนเสมือน ซึ่งไม่สามารถตรวจจับได้โดยตรง แต่ถ้าอิเล็กตรอนตัวหนึ่งเคลื่อนที่ผ่านอีกอิเล็กตรอนหนึ่ง โฟตอนของจริงอาจหลุดออกมา ซึ่งเราตรวจพบว่าเป็นคลื่นแสง)

Fermions and Bosons

ฟิสิกส์อนุภาค (Particle Physics) คือการศึกษาอนุภาคมูลฐาน (elementary particle หรือ fundamental particle) และปฏิสัมพันธ์ในธรรมชาติ (interaction) นักฟิสิกส์อนุภาคแตกต่างจากนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ในระดับของระบบที่พวกเขาศึกษา นักฟิสิกส์อนุภาคไม่พอใจที่จะศึกษาโลกของเซลล์ โมเลกุล อะตอม หรือแม้แต่นิวเคลียสของอะตอม ด้วยกล้องจุลทรรศน์ พวกเขาสนใจในกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นในระดับที่เล็กกว่านิวเคลียสของอะตอม ในเวลาเดียวกัน พวกเขาก็เข้าไปพัวพันกับความลึกลับที่ลึกซึ้งที่สุดในธรรมชาติ: จักรวาลเริ่มต้นอย่างไร? อะไรอธิบายรูปแบบของมวลในจักรวาล? เหตุใดจึงมีสสารมากกว่าปฏิสสารในจักรวาล ทำไมพลังงานและโมเมนตัมจึงถูกอนุรักษ์ไว้? จักรวาลจะมีวิวัฒนาการอย่างไร?

อนุภาคในจักรวาลมีอยู่สองกลุ่ม:

(1) เฟอร์มิออน (fermions) คืออนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นสสาร เป็นอนุภาคที่มีการหมุนหรือสปินเป็นเลขเศษส่วน เช่น 1/2, 2/3, -1/3 ตัวอย่างที่คุ้นเคยของเฟอร์มิออน ได้แก่ Leptons (electrons, neutrinos, etc.), Quarks (up quark, down quark, etc.)

เฟอร์มิออนเท่านั้นที่ปฏิบัติตามหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusion principle) ที่เสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย Wolfgang Pauli ในปี 1925 หลักการนี้ระบุว่าอนุภาคที่คล้ายกันสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันได้ นั่นคือไม่สามารถอยู่ในตำแหน่งเดียวกันในเวลาเดียวกันในลักษณะเดียวกันได้ (ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนสองตัวไม่สามารถครอบครองตำแหน่งเดียวกันในอวกาศ)

(2) โบซอน (bosons) คืออนุภาคนำพาแรง (force-carrying particle) หรือพาหะของแรง (force carrier) เป็นอนุภาคที่มีสปินเป็นเลขจำนวนเต็ม เช่น 0, 1, 2 ตัวอย่างที่คุ้นเคยของโบซอน ได้แก่ อนุภาคของแสง-โฟตอน (photon), กลูออน (gluon)

โบซอนไม่ปฏิบัติตามหลักการกีดกันของเพาลี นั่นหมายความว่า อนุภาคบางชนิดสามารถอยู่ในพื้นที่เดียวกันได้

Force-carrying Particle

ตัวอย่างของแรงดึงดูดในชีวิตประจำวัน (เช่น แม่เหล็กและแรงโน้มถ่วง) ทำให้เรารู้ว่าวัตถุหนึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อวัตถุอื่นได้ มีคำถามที่ลึกกว่านั้น “วัตถุสองชิ้นจะส่งผลต่อกันและกันได้อย่างไรโดยไม่สัมผัสกัน” นักฟิสิกส์อนุภาคจะตอบว่า แรงของอนุภาคหนึ่งที่กระทำต่ออีกอนุภาคหนึ่ง เกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคนำพาแรง (force-carrying particle) ที่มองไม่เห็น 

แรงพื้นฐานทั้งหมดในธรรมชาติถูกส่งผ่านโดยการแลกเปลี่ยนอนุภาคนำพาแรง – โบซอน นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบอนุภาคนำพาแรงสำหรับสามในสี่แรงที่รู้จักแล้ว ได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force) – ตัวนำพาแรงคือโฟตอน, แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak nuclear force หรือ weak force) – ตัวนำพาแรงคือ W โบซอน และ Z โบซอน,  แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong nuclear force หรือ strong force) – ตัวนำพาแรงคือกลูออน พวกเขายังคงค้นหาหลักฐานการมีอยู่ของตัวนำพาแรงสำหรับแรงที่สี่ แรงโน้มถ่วง (gravitational force)

เฟอร์มิออน (fermions) คืออนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นสสาร เช่น อิเล็กตรอนหรือควาร์ก จะปล่อยโบซอน (bosons) ซึ่งเป็นอนุภาคที่นำพาแรงออกมา การปล่อยนี้ทำให้เกิดการหดตัวและเปลี่ยนความเร็วของอนุภาคสสาร

ทุกแรงที่กระทำกับเฟอร์มิออนเกิดขึ้นเนื่องจาก “โบซอนเคลื่อนที่ไปมาระหว่างเฟอร์มิออน” ถ้าเฟอร์มิออนสร้างโบซอน จากนั้นเฟอร์มิออนอีกตัวหนึ่งรับเข้าไป แรงจะคงอยู่ระหว่างเฟอร์มิออนทั้งสอง 

เพื่อให้เข้าใจวิธีการทำงาน ลองนึกภาพคนสองคนยืนอยู่ในเรือพายที่อยู่ใกล้ๆ ถ้าคนหนึ่งโยนกระสอบหนักจากเรือลำหนึ่งไปยังอีกลำหนึ่ง เรือของผู้ขว้างจะถอยกลับ ถ้าคนที่สองจับกระสอบ เรือลำนั้นก็จะเคลื่อนที่ด้วย เนื่องจากการแลกเปลี่ยนกระสอบจากเรือลำหนึ่งไปยังอีกลำหนึ่ง เรือทั้งสองลำจะเคลื่อนออกจากกันราวกับว่ามีแรงกระทำระหว่างกัน การกระทำนี้ทำให้เกิดแรงระหว่างเรือสองลำ

ในระดับที่เล็กกว่านิวเคลียสของอะตอม แรงปรากฏขึ้นเนื่องจากอนุภาคสสารหนึ่งปล่อยอนุภาคนำพาแรงออกมา เมื่อคุณโยนกระสอบหนักออกจากเรือ เรือก็จะหดตัว ในทำนองเดียวกัน เมื่ออนุภาคสสารหนึ่งปล่อยอนุภาคนำพาแรงหนึ่งออกมา อนุภาคสสารเดิมจะหดตัว เปลี่ยนความเร็ว และทิศทางการเดินทางของพวกมัน นี่คือพื้นฐานการทำงานของแรงที่ระดับย่อยของอะตอม

สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องรู้เกี่ยวกับตัวนำพาแรงคือ อนุภาคนำพาแรงสามารถถูกดูดกลืนหรือผลิตโดยอนุภาคสสารที่ได้รับผลกระทบจากแรงนั้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนและโปรตอนมีประจุไฟฟ้า ดังนั้นพวกมันจึงสามารถผลิตและดูดกลืนโฟตอนที่ส่งแรงแม่เหล็กไฟฟ้า โฟตอนเหล่านี้เป็นอนุภาคเสมือน ซึ่งไม่สามารถมองเห็นหรือตรวจจับได้

กล่าวกันว่าอนุภาคนำพาแรงเป็นอนุภาคเสมือน (virtual particle) เนื่องจากเครื่องตรวจจับอนุภาคไม่สามารถตรวจจับอนุภาคเหล่านี้ได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าพวกมันมีอยู่จริง เพราะสามารถวัดผลกระทบที่เกิดจากพวกมันได้ นั่นคือ พวกมันก่อให้เกิดแรงระหว่างอนุภาคของสสาร

หมายเหตุ: โฟตอนเสมือน (virtual photon) ถูกใช้ในทฤษฎีสนามควอนตัมเพื่อใช้อธิบายการเกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาค สำหรับ “โฟตอนจริง (real photon)” ให้ผู้อ่านนึกถึงการทดลองแบบ double-slit ซึ่งอนุภาคโฟตอนของแสงทำตัวเป็นคลื่น เรารู้ว่ามันมีอยู่จริง เนื่องจากสามารถตรวจจับได้โดยตรง มันแสดงคุณสมบัติการแทรกสอดตัวเอง

Dua Lipa – Love Again

อนุภาคที่นำพาแรงสามารถแบ่งได้เป็นสี่ประเภท ตามความแข็งแกร่งของแรงที่พวกมันนำพาไปและอนุภาคที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์ ควรเน้นว่าการแบ่งแรงออกเป็นสี่ประเภทนี้สร้างขึ้นโดยฝีมือมนุษย์ มันสะดวกสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการสร้างทฤษฎีบางส่วน แต่อาจไม่สอดคล้องกับสิ่งที่ลึกซึ่งกว่า นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่หวังว่าจะพบทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวที่จะอธิบายแรงทั้งสี่ว่าเป็นการสำแดงที่แตกต่างกันของแรงที่เป็นหนึ่งเดียวได้ หลายคนบอกว่านี่เป็นเป้าหมายหลักของฟิสิกส์ในปัจจุบัน เมื่อเร็วๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการรวมแรงสามในสี่ประเภทให้เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งผมจะอธิบายสิ่งเหล่านี้ในบทนี้ สำหรับแรงที่เหลือ-แรงโน้มถ่วง เราจะปล่อยเรื่องนี้ไว้

Four Fundamentional Forces

ขณะที่คุณนั่งอ่านบทความนี้อยู่หน้าคอมพิวเตอร์ คุณอาจไม่ทราบว่ามีแรงมากมายที่กระทำต่อคุณ แรงหมายถึงการผลักหรือการดึงดูดที่เปลี่ยนสถานะการเคลื่อนที่ของวัตถุหรือทำให้วัตถุเสียรูป 

แรงพื้นฐานในธรรมชาติ มีอยู่ด้วยกัน 4 แรง ได้แก่ แรงโน้มถ่วง (gravitational force) แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force) แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak nuclear force หรือ weak force) แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong nuclear force หรือ strong force) แรงพื้นฐานเหล่านี้มีหน้าที่รับผิดชอบในการปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดที่รู้จักกันในทางวิทยาศาสตร์: สิ่งที่เราประสบในชีวิตประจำวันของเราตั้งแต่สิ่งเล็กๆ ไปจนถึงขนาดใหญ่ แรงเหล่านี้อธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์และกาแล็กซี่ ปฏิกิริยาเคมีในห้องปฏิบัติการของเรา โครงสร้างภายในนิวเคลียสของอะตอม และสาเหตุของการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี

แรงโน้มถ่วงที่เราคุ้นเคย ดึงคุณลงสู่ที่นั่งของคุณ มุ่งสู่ใจกลางโลก คุณรู้สึกว่ามันเป็นน้ำหนักของคุณ ทำไมคุณไม่ตกจากที่นั่งของคุณ? มีอีกแรงหนึ่ง แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยึดอะตอมของที่นั่งของคุณไว้ด้วยกัน ป้องกันไม่ให้อะตอมของคุณบุกรุกที่นั่งของคุณ การโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าในจอคอมพิวเตอร์ของคุณ มีส่วนทำให้เกิดแสงที่ช่วยให้คุณอ่านหน้าจอได้

แรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นเพียงสองในสี่ของแรงพื้นฐานของธรรมชาติ คุณสามารถสังเกตสองแรงนี้ได้ทุกวัน อีกสองแรงคืออะไรและจะส่งผลต่อคุณอย่างไรหากคุณมองไม่เห็น

แรงอีกสองแรงที่เหลือทำงานในระดับอะตอม ซึ่งเราไม่เคยรู้สึกเลย แม้ว่าจะประกอบขึ้นจากอะตอมก็ตาม แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มยึดนิวเคลียสไว้ด้วยกัน สุดท้าย แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนนั้นมีหน้าที่ในการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี

แรงทั้งสี่เป็นผลมาจาก “การแลกเปลี่ยนอนุภาคนำพาแรง (force-carrying particle)”

แรงเรียงจากอ่อนสุดไปหาแรงสุด คือ 1) แรงโน้มถ่วง   2) แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน  3) แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และ 4) แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม

หากปราศจากแรงพื้นฐานเหล่านี้ คุณและสิ่งอื่นๆ ทั้งหมดในจักรวาลก็จะแตกสลายและลอยหายไป มาดูแรงพื้นฐานแต่ละอย่างกัน ว่าแต่ละแรงทำอะไร ค้นพบได้อย่างไร และสัมพันธ์กับแรงอื่นๆ อย่างไร

Major Lazer & Ellie Goulding – Powerful (feat. Tarrus Riley)

แรงประเภทแรกคือแรงโน้มถ่วง (gravitational force) แรงนี้เป็นสากล กล่าวคือ ทุกอนุภาครู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงตามมวลหรือพลังงานของมัน แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนที่สุดในแรงทั้งสี่ มันอ่อนมากจนเราไม่สามารถสังเกตเห็นได้เลย หากไม่ใช่เพราะคุณสมบัติพิเศษสองประการที่มันมี: (1) มันดึงดูด และ (2) กระทำในระยะทางไกลเสมอ (long-distance force) ซึ่งหมายความว่าแรงโน้มถ่วงที่ต่ำมากระหว่างอนุภาคแต่ละตัวในวัตถุขนาดใหญ่สองก้อน เช่น โลกและดวงอาทิตย์ สามารถรวมกันเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงโดยรวมที่สูงมาก 

ส่วนแรงอื่นอีกสามประเภทเป็นแรงที่กระทำในระยะทางใกล้ บางครั้งก็ดึงดูดกัน และบางครั้งก็ผลักกัน ดังนั้นพวกมันจึงมักจะหักล้างกัน

ในทางกลศาสตร์ควอนตัม เมื่อพิจารณาสนามโน้มถ่วง แรงระหว่างอนุภาคสสารสองอนุภาค จะถูกนำพาโดยอนุภาคที่มีสปินเท่ากับ 2 ที่เรียกว่า “กราวิตอน (graviton)” เนื่องจากไม่มีมวล กราวิตอนจึงสามารถเดินทางได้ไกลมาก

แรงโน้มถ่วงระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก เป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนกราวิตอนระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็นวัตถุทั้งสองนี้ แม้ว่ากราวิตอนที่ถูกแลกเปลี่ยนจะเป็นอนุภาคเสมือน แต่พวกมันสร้างผลกระทบที่สามารถวัดได้อย่างแน่นอน—พวกมันทำให้โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์! กราวิตอนที่แท้จริงประกอบขึ้นจากสิ่งที่นักฟิสิกส์คลาสสิกเรียกว่า “คลื่นโน้มถ่วง (gravitational waves)” ซึ่งอ่อนมากและยากต่อการตรวจจับ

Gravitational Force

เซอร์ ไอแซก นิวตัน (Sir Issac Newton) เป็นคนแรกที่เสนอแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วง (gravitational force) หรือที่เรียกว่า ความโน้มถ่วง (gravity) ในปี 1687 โดยได้รับแรงบันดาลใจจากผลแอปเปิลที่ตกลงมาจากต้นไม้ เขาอธิบายว่า “แรงโน้มถ่วงคือแรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีมวล” ทุกสสารที่มีมวลออกแรงดึงดูดกับวัตถุข้างเคียง พูดง่ายๆ ก็คือ แรงโน้มถ่วงคือแรงของธรรมชาติที่ดึงร่างกายเข้าหาศูนย์กลางโลกหรือเข้าหาวัตถุทางกายภาพอื่นๆ แรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุและระยะห่างระหว่างวัตถุ มันทำให้ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์โคจรรอบโลก กฎความโน้มถ่วงของนิวตันทำให้มนุษยชาติสามารถส่งมนุษย์อวกาศไปยังดวงจันทร์ และยานสำรวจอวกาศไปยังดาวเคราะห์อื่นในระบบสุริยะของเราได้

หลายศตวรรษต่อมา ในปี 1915 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เสนอผ่านทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity) ของเขาว่าความโน้มถ่วง (gravity) ไม่ใช่แรง แต่มันคือ “ความโค้งของอวกาศ-เวลา (curvature of space-time)” รอบวัตถุขนาดใหญ่ที่มีมวลมหาศาล เหมือนกับที่ลูกบอลขนาดใหญ่วางตรงกลางแผ่นยางยืดที่ขึงตึง แผ่นยางรอบๆ ตำแหน่งของวัตถุจะเกิดความโค้ง และทำให้วัตถุขนาดเล็กอื่นๆ บนแผ่นตกลงมาตรงกลาง

ไอน์สไตน์อธิบายว่า โดยปกติวัตถุ เช่น ดาวเคราะห์ จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในอวกาศที่ว่างเปล่า แต่ในบริเวณที่มีความโค้งของอวกาศ-เวลา หรือ gravity ส่งผลให้ดาวเคราะห์เกิดการเคลื่อนที่ไปตามทางเดินโค้งรอบๆ มวลขนาดใหญ่นั้น

เมื่อพิจารณาวัตถุมวลมหาศาล (โลก ดวงดาว กาแล็กซี่) แรงโน้มถ่วงดูเหมือนจะเป็นแรงที่ทรงพลังที่สุด ที่ยึดดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ ดวงอาทิตย์ ดวงดาว และแม้แต่กาแลคซี่ไว้ด้วยกัน เนื่องจากแรงโน้มถ่วงกระทำระหว่างมวลทั้งหมดของวัตถุ และมีความสามารถในการกระทำในระยะทางไกลเป็นอนันต์ หากไม่มีแรงโน้มถ่วง จะไม่มีวัตถุใดในจักรวาล มีแต่ก๊าซที่บางลงทุกทีของอนุภาคแต่ละตัว

อย่างไรก็ตาม เมื่อคุณพิจารณาแรงโน้มถ่วงในระดับอะตอม จะมีผลเพียงเล็กน้อยมาก เนื่องจากมวลของอนุภาคย่อยของอะตอมมีขนาดเล็กมาก ในระดับนี้ แรงโน้มถ่วงถูกลดระดับลงเป็นแรงพื้นฐานของธรรมชาติที่อ่อนแอที่สุด พิจารณาสิ่งนี้: จำเป็นต้องใช้มวลทั้งหมดของโลกเพื่อยึดตะปูเหล็กไว้กับพื้น ทว่าด้วยแม่เหล็กธรรมดาชิ้นเล็กๆ สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกทั้งใบ ดึงตะปูขึ้นมาจากพื้นได้

Graviton

ตามคำกล่าวของไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป วัตถุที่มีมวลมหาศาลบิดเบือนโครงสร้างของอวกาศ-เวลารอบๆ ตัวมัน ทำให้เกิดสนามความโน้มถ่วงที่ทรงพลัง แต่ในกลศาสตร์ควอนตัม อธิบายแรงทั้งหมดในแง่ของสิ่งที่เรียกว่า “อนุภาคแลกเปลี่ยน (exchange particles)’’ ซึ่งลอยจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง นั่นคือแรงหรือปฏิสัมพันธ์ในธรรมชาติเหล่านี้จะมีอนุภาคสื่อกลางเป็นตัวนำพาแรงไปด้วยเสมอ

เนื่องจากแรงพื้นฐานอื่นๆ ที่นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วงคือ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบอ่อนและแบบเข้ม ต่างก็มีอนุภาคนำพาแรง (force-carrying particle) ของทั้งสามแรง นักฟิสิกส์จึงอนุมานว่าแรงโน้มถ่วงก็ต้องมีอนุภาคนำพาแรงด้วยเช่นกัน จึงตั้งชื่ออนุภาคนี้ว่า “กราวิตอน (graviton)”

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์อธิบายว่าฟิสิกส์มีบทบาทอย่างไรในระดับจักรวาลโดยมีความโน้มถ่วง (gravity) เป็นตัวแสดงหลัก ในขณะเดียวกัน กลศาสตร์ควอนตัมเป็นการทำนายอย่างละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการในระดับย่อยของอะตอม ซึ่งเป็นการคาดคะเนที่ได้รับการตรวจสอบนับพันล้านครั้งในเครื่องเร่งอนุภาคและเครื่องตรวจจับอนุภาคขนาดใหญ่

หากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมรวมกันเป็นหนึ่งเดียวกัน “คลื่นโน้มถ่วง (gravitational waves)” ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่อธิบายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป—จะต้องประกอบด้วยอนุภาคสมมุติฐานที่เรียกว่า “กราวิตอน (graviton)”

นักทฤษฎีส่วนใหญ่เชื่อว่ากราวิตอนมีอยู่จริงแต่ยังไม่ถูกค้นพบ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีความสามารถในการกระทำในระยะทางไกลเป็นอนันต์ และดูเหมือนว่าจะแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง จึงคาดว่ากราวิตอนจะไม่มีมวล และมีสปิน 2 

หากต้องการดูโลกของกราวิตอน คุณต้องซูมเข้าไปในโครงสร้างของอวกาศ-เวลาในสเกลที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ที่สามารถควบคุมพลังงานจำนวนมหาศาลได้อย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุผล เพราะอุปกรณ์นั้นต้องมีขนาดใหญ่มากจนอาจยุบเป็นหลุมดำได้

Yung Bleu – Way More Close (Stuck In A Box)

• Facebook
• Twitter
• Line