Newsletter subscribe

A Brief History of Time, Universe

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#55 บทที่ 8 กำเนิดและชะตากรรมของจักรวาล : หลักการมานุษยวิทยาและจักรวาลคู่ขนาน

Posted: 05/12/2022 at 11:24   /   by   /   comments (0)

ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือสิ่งที่เรียกว่า “เงื่อนไขขอบเขตที่วุ่นวาย (Chaotic boundary conditions)” สิ่งเหล่านี้สันนิษฐานว่าจักรวาลนั้นไม่มีที่สิ้นสุดหรือมีหลายจักรวาลอย่างไม่สิ้นสุด ทฤษฎี chaotic boundary conditions ระบุว่า สถานะเริ่มต้นของจักรวาลเป็นแบบสุ่มโดยสมบูรณ์ (completely random) นี่จะหมายความว่าจักรวาลยุคแรกอาจจะมีความโกลาหลและไม่สม่ำเสมอมาก เป็นเรื่องยากที่จะเห็นว่าสภาวะเริ่มต้นที่วุ่นวายดังกล่าวจะก่อให้เกิดจักรวาลที่ราบรื่นและสม่ำเสมอในสเกลใหญ่อย่างที่เราเป็นอยู่ทุกวันนี้ มีคนคาดว่าความผันผวนของความหนาแน่น (density fluctuation) ในจักรวาลยุคแรกจะนำไปสู่การเกิดหลุมดำดึกดำบรรพ์ (primordial black holes) จำนวนมาก

 

 

Kane Brown – Worldwide Beautiful

 

 

ถ้าจักรวาลไม่มีที่สิ้นสุดหรือมีหลายจักรวาลอย่างไม่สิ้นสุด และแม้จะอยู่ในสภาวะเริ่มต้นที่วุ่นวาย ก็อาจจะมีพื้นที่ขนาดใหญ่บางแห่งที่ราบรื่นและสม่ำเสมอเป็นเนื้อเดียวกัน คล้ายกับฝูงลิงที่ใช้เครื่องพิมพ์ดีด สิ่งที่พวกมันเขียนส่วนใหญ่เป็นขยะ แต่ในบางครั้งพวกมันจะพิมพ์บทกวีของเชคสเปียร์โดยบังเอิญ ในทำนองเดียวกัน ในกรณีของจักรวาล อาจเป็นไปได้ว่าเราอาศัยอยู่ในภูมิภาคที่ราบรื่นและสม่ำเสมอที่เพิ่งเกิดขึ้นโดยบังเอิญ

แม้ว่าจะดูไม่น่าเป็นไปได้ เนื่องจากบริเวณที่ราบเรียบดังกล่าวจะมีจำนวนมากกว่าพื้นที่ที่วุ่นวาย อย่างไรก็ตาม สมมติว่าเฉพาะในบริเวณที่ราบเรียบเท่านั้นที่มีกาแล็กซีและดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้น และมีสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนซึ่งจำลองตัวเองได้ เช่น ตัวเรา  นี่คือตัวอย่างการประยุกต์ใช้สิ่งที่เรียกว่า “หลักการมานุษยวิทยา (Anthropic principle)” ซึ่งสามารถถอดความได้ว่า “เราเห็นจักรวาลอย่างที่มันเป็นเพราะเราดำรงอยู่”

 

 

Fall Out Boy – Thnks fr th Mmrs

 

 

หลักการมานุษยวิทยา (Anthropic principle) มีสองแบบ คือ แบบที่อ่อนแอและแบบที่แข็งแกร่ง หลักการมานุษยวิทยาที่อ่อนแอ (Weak anthropic principle; WAP) ระบุว่า ในจักรวาลที่มีขนาดใหญ่หรือไม่มีที่สิ้นสุดในอวกาศและ/หรือเวลา เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาชีวิตที่ชาญฉลาดจะพบได้เฉพาะในบางภูมิภาคที่มีพื้นที่และเวลาจำกัด สิ่งมีชีวิตที่ฉลาดในภูมิภาคเหล่านี้จึงไม่ควรแปลกใจหากพวกเขาสังเกตว่า ที่ตั้งของพวกเขาในจักรวาลเป็นไปตามเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของพวกเขา เปรียบเหมือนคนร่ำรวยที่อาศัยอยู่ในย่านที่มั่งคั่ง ไม่เห็นความยากจน

ตัวอย่างหนึ่งของการใช้หลักการทางมานุษยวิทยาที่อ่อนแอ (weak anthropic principle) คือ การ “อธิบาย” ว่าทำไมบิกแบงจึงเกิดขึ้นเมื่อประมาณหนึ่งหมื่นล้านปีก่อน ซึ่งต้องใช้เวลานานกว่าที่สิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดจะวิวัฒนาการ ดังที่อธิบายข้างต้น ดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ จะต้องก่อตัวขึ้นก่อน ดาวเหล่านี้เปลี่ยนไฮโดรเจนและฮีเลียมบางส่วนให้เป็นองค์ประกอบ เช่น คาร์บอนและออกซิเจน ซึ่งเราถูกสร้างขึ้นมา จากนั้นดวงดาวก็ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา และเศษซากของพวกมันก็ก่อตัวเป็นดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ดวงอื่น รวมทั้งดาวอื่นๆ ในระบบสุริยะของเรา ซึ่งมีอายุประมาณห้าพันล้านปี หนึ่งหรือสองพันล้านปีแรกของการดำรงอยู่ของโลกนั้นร้อนเกินไปสำหรับการพัฒนาสิ่งที่ซับซ้อน ส่วนที่เหลืออีกสามพันล้านปีหรือมากกว่านั้นถูกนำไปใช้โดยกระบวนการวิวัฒนาการทางชีววิทยาที่ช้า ซึ่งได้นำจากสิ่งมีชีวิตที่ง่ายที่สุดไปสู่สิ่งมีชีวิตที่สามารถวัดเวลากลับไปสู่บิกแบงได้

มีคนไม่กี่คนที่ไม่เห็นด้วยกับหลักการมานุษยวิทยาที่อ่อนแอ (Weak anthropic principle) อย่างไรก็ตาม บางคนไปไกลกว่านั้นมากและเสนอหลักการมานุษยวิทยาที่เข้มแข็ง (Strong anthropic principle; SAP) ตามทฤษฎีนี้ มีจักรวาลที่แตกต่างกันมากมาย แต่ละจักรวาลมีกฎทางวิทยาศาสตร์ของตัวเองที่แตกต่างไปจากจักรวาลอื่น ในจักรวาลส่วนใหญ่ สภาวะเหล่านี้ไม่เหมาะสำหรับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน มีเพียงในจักรวาลไม่กี่แห่งที่เป็นเหมือนของเราเท่านั้นที่สิ่งมีชีวิตที่ฉลาดจะพัฒนาและถามคำถามว่า “ทำไมจักรวาลถึงเป็นแบบที่เราเห็น” คำตอบนั้นง่าย: ถ้ามันแตกต่างกัน เราจะไม่อยู่ที่นี่

กฎทางวิทยาศาสตร์ที่เรารู้จักในปัจจุบันประกอบด้วยตัวเลขจำนวนมาก เช่น ขนาดของประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน และอัตราส่วนมวลของโปรตอนและอิเล็กตรอน เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถทำนายค่าของตัวเลขเหล่านี้จากทฤษฎีที่มีอยู่ได้ วันหนึ่งเราจะค้นพบทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวที่สมบูรณ์ซึ่งทำนายตัวเลขเหล่านี้ได้ทั้งหมด แต่ก็เป็นไปได้เช่นกันว่า บางส่วนหรือทั้งหมดของตัวเลขเหล่านี้จะแตกต่างกันไปในแต่ละจักรวาลหรือภายในจักรวาลเดียวกัน ข้อเท็จจริงคือ ตัวเลขเหล่านี้ดูเหมือนจะได้รับการปรับอย่างประณีตมากเพื่อให้การพัฒนาชีวิตเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น หากประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย ดาวฤกษ์จะไม่สามารถเผาไหม้ไฮโดรเจนและฮีเลียมได้ หรือดาวฤกษ์เหล่านั้นจะไม่ระเบิด

แน่นอนว่าอาจมีชีวิตที่ชาญฉลาดในรูปแบบอื่นๆ ที่ไม่ต้องการแสงของดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์ หรือมีองค์ประกอบทางเคมีที่หนักกว่า ซึ่งก่อตัวขึ้นในดวงดาวและถูกโยนกลับเข้าไปในอวกาศเมื่อดวงดาวระเบิด อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่ามีความเป็นไปได้ค่อนข้างน้อยสำหรับตัวเลขที่จะทำให้เกิดการพัฒนารูปแบบชีวิตที่ชาญฉลาดทุกรูปแบบ เราสามารถถือว่าสิ่งนี้เป็นหลักฐานของจุดประสงค์อันสูงส่งในการสร้างและการเลือกกฎของวิทยาศาสตร์หรือเป็นการสนับสนุนหลักการมานุษยวิทยาที่แข็งแกร่ง (Strong anthropic principle)

มีการคัดค้านหลายประการในการที่เราจะยกหลักการมานุษยวิทยาที่แข็งแกร่ง (Strong anthropic principle) มาเป็นคำอธิบายเกี่ยวกับสถานะที่สังเกตได้ของจักรวาล ประการแรก หากมีจักรวาลอื่น เราจะไม่สามารถตรวจจับพวกมันได้ และดูเหมือนว่าพวกมันจะไม่ส่งผลกระทบต่อเรา ดังนั้นเราจึงไม่จำเป็นต้องรวมเอาพวกมันไว้ในทฤษฎีของเรา ในทางกลับกัน หากพวกมันเป็นเพียงพื้นที่ที่แตกต่างกันในจักรวาลเดียวกัน กฎของวิทยาศาสตร์จะต้องเหมือนกันในแต่ละภูมิภาค เพราะไม่เช่นนั้น โลกจะไม่สามารถเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องจากภูมิภาคหนึ่งไปอีกภูมิภาคหนึ่ง ในกรณีนี้ ความแตกต่างระหว่างภูมิภาคคือการกำหนดค่าเริ่มต้น ดังนั้นหลักการมานุษยวิทยาที่แข็งแกร่งจะลดลงเหลือเป็นหลักการมานุษยวิทยาที่อ่อนแอ (Weak anthropic principle)

ผู้เขียน – ฮอว์คิงพูดถึงการปฏิเสธหลักการมานุษยวิทยาที่แข็งแกร่งที่กล่าวว่า กฎของวิทยาศาสตร์จะแตกต่างกันไปในแต่ละจักรวาลหรือแตกต่างกันในพื้นที่ต่างๆ ของจักรวาลเดียวกัน สิ่งนี้ไม่สอดคล้องกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์  โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลักการพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ประการหนึ่งก็คือกฎของฟิสิกส์นั้นเหมือนกันทั่วทั้งจักรวาล ตัวอย่างเช่น หากคุณพบว่าทฤษฎีบางอย่างใช้ได้ดีบนโลกแต่ใช้ไม่ได้กับดวงจันทร์ คุณก็จำเป็นต้องแก้ไขทฤษฎีนั้นให้ใช้งานได้ทุกที่

ในขณะเดียวกัน ฮอว์คิงอธิบายว่าการที่จักรวาลอื่นจะมีกฎทางฟิสิกส์ที่แตกต่างกันนั้น จะต้องแยกออกจากจักรวาลของเราอย่างสิ้นเชิง เป็นไปไม่ได้ที่จะส่งสสาร พลังงาน หรือข้อมูลไปมา เนื่องจากคุณไม่สามารถตรวจจับหรือโต้ตอบกับพวกมันได้ 

การคัดค้านประการที่สองต่อหลักการทางมานุษยวิทยาที่แข็งแกร่ง (Strong anthropic principle) ก็คือ มันขัดกับกระแสน้ำของประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ทั้งหมด เราได้พัฒนาจากจักรวาลวิทยา Geocentric ของปโตเลมี (Ptolemy) และบรรพบุรุษของเขา ผ่านจักรวาลวิทยา Heliocentric ของโคเปอร์นิคัส (Copernicus) และกาลีเลโอ (Galileo) ไปสู่ภาพสมัยใหม่ที่โลกเป็นดาวเคราะห์ขนาดกลางที่โคจรรอบดาวฤกษ์ (ดวงอาทิตย์) ในบริเวณชั้นนอกของกาแล็กซี่ชนิดก้นหอย (spiral galaxy) ซึ่งเป็นกาแล็กซีเพียงหนึ่งในล้านล้านกาแล็กซี่ในจักรวาลที่สังเกตได้ (observable universe) 

ทว่าหลักการทางมานุษยวิทยาที่แข็งแกร่งจะอ้างว่าจักรวาลอันกว้างใหญ่นี้มีอยู่เพียงเพื่อประโยชน์ต่อการดำรงอยู่ของเรา นี่เป็นเรื่องยากมากที่จะเชื่อ ระบบสุริยะของเราเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการดำรงอยู่ของเราอย่างแน่นอน และอาจขยายสิ่งนี้ไปยังกาแล็กซี่ทั้งหมดของเราเพื่อให้เกิดดาวฤกษ์รุ่นก่อนๆ ที่สร้างองค์ประกอบที่หนักกว่า แต่ดูเหมือนจะไม่มีความจำเป็นใดๆ สำหรับกาแล็กซี่อื่นๆ เหล่านั้น หรือจักรวาลจะต้องมีความสม่ำเสมอและคล้ายกันในทุกทิศทางในสเกลขนาดใหญ่

บางคนเห็นด้วยกับหลักการมานุษยวิทยา (Anthropic principle) อย่างน้อยก็ในเวอร์ชันที่อ่อนแอ ถ้าใครสามารถแสดงให้เห็นว่าค่าเริ่มต้นที่แตกต่างกันจำนวนมากสำหรับจักรวาลจะมีวิวัฒนาการเพื่อสร้างจักรวาลที่เราสังเกตเห็นได้ในปัจจุบัน หากเป็นกรณีนี้ จักรวาลที่พัฒนาจากสภาวะเริ่มต้นแบบสุ่ม (random initial conditions) ควรมีพื้นที่จำนวนหนึ่งที่ราบรื่นและสม่ำเสมอ และเหมาะสมสำหรับวิวัฒนาการของชีวิตที่ชาญฉลาด

ในทางกลับกัน หากต้องเลือกสถานะเริ่มต้นของจักรวาลอย่างระมัดระวังเพื่อนำไปสู่สิ่งที่เราเห็นรอบตัวเรา จักรวาลก็ไม่น่าจะมีพื้นที่ใดๆ ที่ชีวิตจะปรากฏขึ้น ในแบบจำลองบิกแบงที่ร้อนแรง (Hot Big Bang model) ที่อธิบายข้างต้น ไม่มีเวลาเพียงพอในจักรวาลยุคแรกเพื่อให้ความร้อนไหลจากภูมิภาคหนึ่งไปยังอีกภูมิภาคหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าสถานะเริ่มต้นของจักรวาลจะต้องมีอุณหภูมิเท่ากันทุกหนทุกแห่ง เพื่ออธิบายข้อเท็จจริงที่ว่า รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic microwave background; CMB) มีอุณหภูมิเท่ากันในทุกทิศทางที่เรามอง อัตราการขยายตัวเริ่มต้นของจักรวาลจะต้องได้รับเลือกอย่างแม่นยำ เพื่อให้อัตราการขยายใกล้เคียงกับอัตราวิกฤตที่จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการยุบตัวอีกครั้ง ซึ่งหมายความว่าสถานะเริ่มต้นของจักรวาลจะต้องได้รับการคัดเลือกมาอย่างดีอย่างแน่นอน หาก Hot Big Bang model นั้นถูกต้อง ย้อนกลับไปในตอนต้นของเวลา มันคงยากมากที่จะอธิบายว่าทำไมจักรวาลควรจะเริ่มต้นในลักษณะนี้ เว้นแต่เป็นการกระทำของพระเจ้าที่ตั้งใจจะสร้างสิ่งมีชีวิตเช่นเรา

 

 

ARTBAT, David Guetta feat. Idris Elba – It’s Ours

 

 

จักรวาลคู่ขนาน

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

หากทฤษฎีนี้เป็นจริง แสดงว่ามี “คุณ” สำเนาอื่นๆ ของคุณที่ไม่มีที่สิ้นสุดในจักรวาลคู่ขนานที่ไม่มีที่สิ้นสุด สำเนาเหล่านี้มีลักษณะใบหน้าและร่างกายเหมือนกัน แต่อาจมีบุคลิกที่ต่างกัน เนื่องจากแต่ละคนได้รับผลลัพธ์ที่แยกจากกัน (คนหนึ่งอาจก้าวร้าวและอีกคนอาจเฉยเมย) หรืออาจมีการกระทำในทางตรงกันข้ามกัน ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณเดินไปตามถนน คุณเลี้ยวซ้าย แต่ในอีกจักรวาลคู่ขนาน คุณจะเลี้ยวขวา  แนวคิดนี้ฟังดูเหมือนบางอย่างจากภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์  แต่มีนักฟิสิกส์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ยอมรับแนวคิดนี้

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.

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 โดยลดจำนวนจักรวาลคู่ขนานและอยู่ภายใต้กฎฟิสิกส์เดียวกัน

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

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

 

 

Joel Corry x MNEK – Head & Heart