A Brief History of Time, Universe
ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#56 บทที่ 8 กำเนิดและชะตากรรมของจักรวาล : แบบจำลองการพองตัวของจักรวาล
ในความพยายามที่จะค้นหาแบบจำลองของจักรวาลซึ่งการกำหนดค่าเริ่มต้นที่แตกต่างกันมากมายสามารถพัฒนาไปสู่สิ่งที่เหมือนกับจักรวาลปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ อลัน กัธ (Alan Guth) เสนอว่าจักรวาลในยุคแรกเริ่มอาจผ่านช่วงเวลาการขยายตัวอย่างรวดเร็วมาก การขยายตัวนี้เรียกว่า “การพองตัว (inflationary)” หมายความว่าครั้งหนึ่งจักรวาลขยายตัวในอัตราที่เพิ่มขึ้นมากกว่าอัตราที่ลดลงอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน จากข้อมูลของ Guth รัศมีของจักรวาลเพิ่มขึ้นหนึ่งล้านล้านล้านล้านล้าน (1 ต่อด้วยศูนย์สามสิบตัว) เท่าในเวลาเพียงเสี้ยววินาที
Guth ระบุว่าจักรวาลเริ่มต้นจากบิกแบงในสภาวะที่ร้อนจัด แต่ค่อนข้างวุ่นวาย อุณหภูมิที่สูงเช่นนี้หมายความว่าอนุภาคในจักรวาลจะเคลื่อนที่เร็วมากและมีพลังงานสูง ดังที่เราได้พูดคุยกันก่อนหน้านี้ คาดว่าที่อุณหภูมิสูงเช่นนี้ แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มและอย่างอ่อน (strong and weak nuclear forces) และแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force) จะรวมกันเป็นแรงเดียว เมื่อจักรวาลขยายตัว มันก็จะเย็นลง และพลังงานของอนุภาคจะลดลง ในที่สุดก็จะมีสิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนเฟสและสมมาตรระหว่างแรงจะถูกทำลาย: แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มจะแยกตัวออกจากแรงนิวเคลียร์อย่างแรงอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่างทั่วไปของการเปลี่ยนเฟสคือการเย็นเป็นน้ำแข็งเมื่อคุณทำให้น้ำเย็นลง น้ำที่เป็นของเหลวมีสมมาตร เหมือนกันทุกจุดและทุกทิศทาง อย่างไรก็ตาม เมื่อผลึกน้ำแข็งก่อตัวขึ้น พวกมันจะมีตำแหน่งที่แน่นอนและจะเรียงต่อกันในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง สิ่งนี้ทำลายสมมาตรของน้ำ
ผู้เขียน – เพื่ออธิบายว่าจักรวาลเริ่มต้นจากสถานการณ์เริ่มต้นที่แตกต่างกันมากมาย แต่สามารถพัฒนาไปสู่สิ่งที่เหมือนกับจักรวาลปัจจุบันได้อย่างไร Alan Guth ได้นำเสนอโมเดลใหม่ เขาเสนอว่าจักรวาลในยุคแรกอาจมีช่วงเวลาที่มีการขยายตัวอย่างรวดเร็วมากแบบเลขยกกำลัง การขยายตัวนี้เรียกว่า “การพองตัว (inflationary)” การพองตัวของจักรวาลนั้นยิ่งใหญ่มาก—รัศมีของจักรวาลเพิ่มขึ้นหนึ่งล้านล้านล้านล้านล้านเท่าในเวลาเพียงเสี้ยววินาที
แนวคิดเกี่ยวกับการขยายตัวของจักรวาลนี้ระบุว่า ในขณะที่ขยายตัวอย่างรวดเร็ว อนุภาคมีพลังงานสูงเพียงพอสำหรับแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มและอย่างอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่จะรวมเป็นหนึ่งเดียว เมื่อจักรวาลเย็นตัวลง พลังงานอนุภาคจะลดลง ความสมมาตรระหว่างแรงจะถูกทำลาย แรงทั้งสามจะแยกจากกัน โดยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong nuclear force หรือ strong force) แยกออกจากกันก่อน และจากนั้นที่อุณหภูมิลดต่ำลง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force) และแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak nuclear force หรือ weak force) จะแยกออกจากกัน ส่งผลให้มีแรงที่แตกต่างกันที่เราเห็นในจักรวาลปัจจุบันของเรา กระบวนการของแรงที่แยกออกจากกันเรียกว่า “การเสียสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง (spontaneous symmetry breaking)”
ในกรณีของน้ำ หากระมัดระวัง เราสามารถ “ระบายความร้อน” ได้ นั่นคือสามารถลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง (0°C) โดยไม่เกิดเป็นน้ำแข็ง Guth เสนอว่าจักรวาลอาจมีพฤติกรรมคล้ายกัน นั่นคืออุณหภูมิอาจลดลงต่ำกว่าค่าวิกฤตโดยที่ความสมมาตรระหว่างแรงต่างๆ ไม่ถูกทำลาย หากสิ่งนี้เกิดขึ้น จักรวาลจะอยู่ในสภาพที่ไม่เสถียร มีพลังงานมากกว่าที่สมมาตรจะถูกทำลาย
พลังงานพิเศษพิเศษนี้มีผลต้านแรงโน้มถ่วง: มันจะทำหน้าที่เหมือนกับค่าคงที่ของจักรวาล (cosmological constant) ที่ไอน์สไตน์แนะนำในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเมื่อเขาพยายามสร้างแบบจำลองคงที่ของจักรวาล ค่าคงที่ของจักรวาลนี้จะทำให้จักรวาลขยายตัวในอัตราที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แม้แต่ในบริเวณที่มีอนุภาคของสสารมากกว่าค่าเฉลี่ย แรงผลักของค่าคงที่จักรวาลวิทยาทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นภูมิภาคเหล่านี้ก็จะขยายตัวในอัตราเร่งขึ้น เมื่อพวกมันขยายตัวและอนุภาคของสสารห่างกันมากขึ้น ก็จะเหลือจักรวาลที่ขยายตัวซึ่งแทบไม่มีอนุภาคใดๆ และยังคงอยู่ในสภาวะเย็นยิ่งยวด การขยายตัวทำให้ความไม่สม่ำเสมอใดๆ ในจักรวาลจะถูกทำให้เรียบ เหมือนรอยย่นในลูกโป่งจะหายไปเมื่อคุณเป่ามัน ดังนั้น สถานะปัจจุบันที่ราบรื่นและสม่ำเสมอของจักรวาลอาจพัฒนามาจากสถานะเริ่มต้นที่ไม่สม่ำเสมอที่แตกต่างกันมากมาย
ผู้เขียน – Guth กล่าวว่าเช่นเดียวกับที่น้ำสามารถเย็นจัด—ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งโดยไม่ทำให้เป็นน้ำแข็ง—ในขณะที่จักรวาลเย็นลง บางทีการเสียสมมาตรของแรงต่างๆ อาจไม่เกิดขึ้นเช่นกัน สิ้งนี้จะทำให้จักรวาลมีพลังงานมากกว่าถ้าเสียสมมาตร พลังงานพิเศษนี้เป็นแรงผลักที่รุนแรงซึ่งมีผลต้านแรงโน้มถ่วง มันจะทำหน้าที่เหมือนกับค่าคงที่ของจักรวาลที่ไอน์สไตน์แนะนำในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป พื้นที่ของจักรวาลจะขยายตัวมากขึ้น โดยช่องว่างระหว่างอนุภาคขยายตัวและทำให้พื้นที่เรียบ เหมือนกับการขยายตัวของลูกโป่งทำให้รอยย่นของลูกโป่งเรียบขึ้น ดังนั้นการขยายตัวของจักรวาลในอัตราเร่งจะไปทำให้สถานะเริ่มต้นของจักรวาลที่ไม่สม่ำเสมอที่แตกต่างกันมากมาย พัฒนาไปเป็นสถานะปัจจุบันของจักรวาลที่ราบรื่นและสม่ำเสมอ
ในจักรวาลซึ่งการขยายตัวถูกเร่งโดยคงที่ของจักรวาล (cosmological constant) แทนที่จะชะลอตัวลงโดยแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง (gravitational attraction) ของสสาร จะมีเวลาเพียงพอที่แสงจะเดินทางจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งในจักรวาลยุคแรก ซึ่งอาจช่วยแก้ปัญหาที่ยกมาก่อนหน้านี้ได้ ว่าทำไมภูมิภาคต่างๆ ในจักรวาลยุคแรกจึงมีคุณสมบัติเหมือนกัน ยิ่งไปกว่านั้น อัตราการขยายตัวของจักรวาลจะเข้าใกล้อัตราวิกฤตที่กำหนดโดยความหนาแน่นของพลังงานของจักรวาลโดยอัตโนมัติ สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ว่าทำไมอัตราการขยายตัวจึงยังใกล้เคียงกับอัตราวิกฤต โดยไม่ต้องสันนิษฐานว่าอัตราเริ่มต้นของการขยายตัวของจักรวาลได้รับการคัดเลือกมาอย่างดี
ผู้เขียน – แบบจำลองของ Guth ซึ่งการขยายตัวในอัตราเร่งในช่วงเวลาหนึ่ง ทำให้มีเวลาสำหรับแสงที่จะเดินทางข้ามจักรวาลยุคแรก ซึ่งหมายความว่าส่วนต่างๆ ของจักรวาลยุคแรกอาจมีคุณสมบัติเหมือนกัน นอกจากนี้ยังสามารถอธิบายได้ว่าทำไมจักรวาลจึงมีอัตราการขยายตัวใกล้เคียงกับอัตราวิกฤต (critical rate) โดยไม่ต้องคิดเลยว่าอัตราตั้งต้นของการขยายตัวของจักรวาลได้ถูกกำหนดโดยพระเจ้า
แนวคิดเรื่องการพองตัวของจักรวาลยังสามารถอธิบายได้ว่าทำไมในจักรวาลถึงมีสสารมากมาย อนุภาคจำนวนสิบล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้าน (1 กับศูนย์แปดสิบตัว) ในพื้นที่ของจักรวาลที่เราสามารถสังเกตได้ พวกมันทั้งหมดมาจากไหน? คำตอบคือ ในทฤษฎีควอนตัม อนุภาคในรูปของคู่อนุภาค/ปฏิอนุภาค (particle/antiparticle pairs) สามารถสร้างขึ้นจากพลังงานได้ ซึ่งทำให้เกิดคำถามว่าพลังงานมาจากไหน คำตอบคือพลังงานทั้งหมดของจักรวาลมีค่าเป็นศูนย์พอดี สสารในจักรวาลสร้างขึ้นจากพลังงานบวก อย่างไรก็ตาม สสารทั้งหมดดึงดูดกันเองด้วยแรงโน้มถ่วง สสารสองชิ้นที่อยู่ใกล้กันจะมีพลังงานน้อยกว่าสสารสองชิ้นที่ห่างกันมาก เพราะคุณต้องใช้พลังงานเพื่อแยกพวกมันออกจากกันจากแรงโน้มถ่วงที่ดึงพวกมันเข้าด้วยกัน ดังนั้น ในแง่หนึ่ง สนามโน้มถ่วงจึงมีพลังงานลบ พลังงานลบของความโน้มถ่วงนี้จะหักล้างพลังงานบวกของสสารโดยสิ้นเชิง ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของจักรวาลจึงเป็นศูนย์
ตอนนี้เลขศูนย์สองตัวก็เป็นศูนย์เช่นกัน ดังนั้นจักรวาลจึงสามารถเพิ่มปริมาณพลังงานบวกของสสารเป็นสองเท่า และยังเพิ่มพลังงานลบของความโน้มถ่วงเป็นสองเท่าได้ โดยไม่ละเมิดการอนุรักษ์พลังงาน สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นในการขยายตัวตามปกติของจักรวาล ซึ่งความหนาแน่นของสสาร-พลังงานจะลดลงเมื่อจักรวาลใหญ่ขึ้น อย่างไรก็ตาม มันเกิดขึ้นในการขยายตัวแบบพองตัว (inflationary expansion) ของจักรวาล เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานในสภาวะที่เย็นยิ่งยวดนั้นคงที่ในขณะที่จักรวาลขยายตัว: เมื่อจักรวาลมีขนาดเป็นสองเท่า พลังงานบวกของสสารและพลังงานลบของความโน้มถ่วงจะเพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นพลังงานทั้งหมดยังคงเป็นศูนย์ ในช่วงการพองตัว (inflationary phase) ของจักรวาล ขนาดของจักรวาลจะใหญ่ขึ้นอย่างมาก ดังนั้นปริมาณพลังงานทั้งหมดที่มีอยู่เพื่อทำให้อนุภาคมีขนาดใหญ่มาก ดังที่ Guth ได้กล่าวไว้ว่า “มีการกล่าวกันว่าไม่มีอาหารกลางวันฟรี แต่จักรวาลเป็นอาหารกลางวันฟรีที่ดีที่สุด”
ผู้เขียน – หากขนาดของจักรวาลเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ทั้งพลังงานของสสารที่เป็นบวกและพลังงานของความโน้มถ่วงที่เป็นลบจะเพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของจักรวาลยังคงเป็นศูนย์ ในช่วงการพองตัว (inflationary phase) ของจักรวาล ความหนาแน่นของพลังงานจะคงที่ แม้ว่าจักรวาลจะขยายตัวอย่างรวดเร็วและมีขนาดใหญ่ขึ้นมาก แต่ในช่วงการขยายตัวตามปกติของจักรวาลในปัจจุบัน ความหนาแน่นของพลังงานจะลดลง
ในการขยายตัวแบบพองตัว (inflationary expansion) จักรวาลขยายตัวอย่างรวดเร็ว และพลังงานโดยรวมที่มีให้กับอนุภาคนั้นมีขนาดใหญ่มาก ดังที่ Guth ให้ความเห็นว่า “ว่ากันว่าไม่มีอาหารกลางวันฟรี แต่จักรวาลคืออาหารกลางวันฟรีที่ดีที่สุด”
Em Beihold – Numb Little Bug
ทุกวันนี้จักรวาลไม่ได้ขยายตัวแบบพองตัว (inflationary expansion) ดังนั้นจึงต้องมีกลไกบางอย่างที่กำจัดค่าคงที่จักรวาลวิทยา (cosmological constant) ที่มีประสิทธิภาพมาก และเปลี่ยนอัตราการขยายตัวของจักรวาลจากอัตราเร่งเป็นอัตราการขยายตัวที่ช้าลงอันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วงดังที่เป็นในปัจจุบัน
เมื่อจักรวาลขยายตัวและเย็นลง เราอาจคาดว่าสมมาตรระหว่างแรงต่างๆ จะถูกทำลายลง เช่นเดียวกับที่น้ำที่เย็นจัดจะกลายเป็นน้ำแข็งในที่สุด จากนั้นพลังงานส่วนเกินของสถานะสมมาตรที่ไม่ถูกทำลายจะถูกปลดปล่อยออกมาและทำให้จักรวาลร้อนขึ้นอีกครั้ง จนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตสำหรับความสมมาตรระหว่างแรง จากนั้นจักรวาลจะขยายตัวและเย็นลงเช่นเดียวกับแบบจำลองบิกแบงที่ร้อนระอุ (Hot Big Bang model) อย่างไรก็ตาม ตอนนี้จะอธิบายว่าเหตุใดจักรวาลจึงขยายตัวในอัตราวิกฤตอย่างแท้จริง และเหตุใดภูมิภาคต่างๆ จึงมีอุณหภูมิเท่ากัน
ผู้เขียน – เช่นเดียวกับน้ำที่จะกลายเป็นน้ำแข็งในที่สุด สมมาตรระหว่างแรงจะถูกทำลายในที่สุด แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะแยกออกจากกัน สิ่งนี้จะทำให้จักรวาลกลับไปสู่อัตราการขยายตัวและการเย็นตัวที่ช้าลงอย่างที่เห็นในปัจจุบัน และอธิบายว่าจักรวาลกลับมาสม่ำเสมอเป็นเนื้อเดียวกันได้อย่างไร (เหตุใดบริเวณต่างๆ จึงมีอุณหภูมิเท่ากัน) แม้ว่าจะมีจุดเริ่มต้นที่สับสนอลหม่านก็ตาม
ในข้อเสนอดั้งเดิมในแบบจำลองการพองตัวของ Guth การเปลี่ยนเฟสและการทำลายสมมาตรระหว่างแรงควรเกิดขึ้นอย่างกะทันหัน ค่อนข้างเหมือนกับการปรากฏตัวของผลึกน้ำแข็งในน้ำเย็นจัด แนวคิดก็คือว่า “ฟองอากาศ” ของเฟสใหม่ของสมมาตรที่ถูกทำลายจะก่อตัวขึ้นในเฟสเก่า เหมือนกับฟองไอน้ำที่ล้อมรอบด้วยน้ำเดือด ฟองสบู่ควรจะขยายตัวและปะปนกัน ปัญหาคืออย่างที่ผมและคนอื่นๆ ชี้ให้เห็นว่า จักรวาลกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว จนฟองอากาศเคลื่อนที่ออกจากกันด้วยความเร็วแสง พวกมันก็จะเคลื่อนออกจากกันและไม่สามารถรวมตัวกันได้ จักรวาลจะอยู่ในสภาพที่ไม่สม่ำเสมอ โดยบางพื้นที่ยังคงมีสมมาตรระหว่างแรงต่างๆ แบบจำลองจักรวาลดังกล่าวไม่สอดคล้องกับสิ่งที่เราเห็นในปัจจุบัน
ในเดือนตุลาคม 1981 ผมไปมอสโคว์เพื่อเข้าร่วมการประชุมเรื่องแรงโน้มถ่วงเชิงควอนตัม (quantum gravity) หลังจากการประชุม ผมได้จัดการสัมมนาเกี่ยวกับแบบจำลองการพองตัว (inflationary model) และปัญหาของมันที่สถาบันดาราศาสตร์สเติร์นเบิร์ก ก่อนหน้านี้ ผมได้ให้คนอื่นมาบรรยายแทนผม เพราะคนส่วนใหญ่ไม่เข้าใจเสียงของผม แต่ไม่มีเวลาเตรียมการสัมมนานี้ ผมจึงจัดการเอง โดยมีนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาคนหนึ่งพูดซ้ำ มันได้ผลดีและทำให้ผมสื่อสารกับผู้ชมได้มากขึ้น
ผู้ชมคนหนึ่งชื่อ อังเดรย์ ลินด์ (Andrei Linde) หนุ่มชาวรัสเซียจาก Lebedev Institute ในมอสโคว์ เขากล่าวว่าปัญหาที่ฟองอากาศไม่รวมตัวกันจะไม่เกิดขึ้น หากฟองอากาศมีขนาดใหญ่มาก จนพื้นที่ในจักรวาลของเราถูกบรรจุอยู่ในฟองอากาศเพียงฟองเดียว เพื่อให้สิ่งนี้ทำงานได้ สมมาตรจะถูกทำลายอย่างช้าๆ ภายในฟองสบู่ แต่สิ่งนี้เป็นไปได้ค่อนข้างมากตามทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (Grand unified theory)
ความคิดของ Linde เกี่ยวกับการทำลายสมมาตรอย่างช้าๆ นั้นยอดเยี่ยมมาก แต่ต่อมาผมก็ตระหนักว่าฟองอากาศของเขาจะต้องใหญ่กว่าขนาดของจักรวาลในขณะนั้น! ผมแสดงให้เห็นว่า ในทางกลับกัน สมมาตรจะถูกทำลายไปทุกที่ในเวลาเดียวกัน ไม่ใช่แค่ภายในฟองสบู่ สิ่งนี้จะนำไปสู่จักรวาลที่สม่ำเสมออย่างที่เราเห็น แบบจำลองการทำลายสมมาตรอย่างช้าๆ เป็นความพยายามที่ดีในการอธิบายว่าทำไมจักรวาลถึงเป็นอย่างที่มันเป็น
ผมรู้สึกตื่นเต้นกับแนวคิดนี้มากและได้พูดคุยกับนักเรียนคนหนึ่งของผม เอียน มอสส์ (Ian Moss) ในฐานะเพื่อนของ Linde ผมค่อนข้างอาย อย่างไรก็ตาม ในภายหลังผมได้รับบทความทางวารสารวิทยาศาสตร์ของเขาและเขาได้ถามว่ามันเหมาะสมสำหรับการตีพิมพ์หรือไม่ ผมตอบว่ามีข้อบกพร่องเกี่ยวกับฟองสบู่ที่ใหญ่กว่าจักรวาล แต่แนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับการทำลายสมมาตรอย่างช้าๆ นั้นดีมาก ผมแนะนำให้ตีพิมพ์บทความเหมือนเดิม เพราะ Linde จะใช้เวลาหลายเดือนในการแก้ไข เนื่องจากอะไรก็ตามที่เขาส่งไปทางตะวันตกจะต้องผ่านการเซ็นเซอร์ของโซเวียต ซึ่งไม่ชำนาญและทำงานช้ากับเอกสารทางวิทยาศาสตร์ แต่ผมเขียนบทความสั้นๆ กับ Ian Moss ในวารสารฉบับเดียวกัน ซึ่งเราได้ชี้ให้เห็นถึงปัญหานี้เกี่ยวกับฟองสบู่และแสดงให้เห็นว่าสามารถแก้ไขได้อย่างไร
วันรุ่งขึ้นหลังจากผมกลับมาจากมอสโคว์ ผมออกเดินทางไปฟิลาเดลเฟีย ซึ่งผมต้องไปรับเหรียญรางวัลจากสถาบันแฟรงคลิน จูดี เฟลลา (Judy Fella) เลขานุการของผมใช้เสน่ห์ของเธอในการเกลี้ยกล่อมให้สายการบินบริติชแอร์เวย์มอบที่นั่งว่างให้ผมและเธอบนเครื่องบินคองคอร์ดเพื่อเป็นการประชาสัมพันธ์ อย่างไรก็ตาม ผมถูกกักตัวไว้ระหว่างทางไปสนามบินเนื่องจากฝนตกหนักและพลาดเครื่องบิน อย่างไรก็ตาม ในที่สุดผมก็ไปถึงฟิลาเดลเฟียและได้รับเหรียญรางวัล จากนั้นผมถูกขอให้ไปสัมมนาเกี่ยวกับจักรวาลที่พองตัวที่ Drexel University ในฟิลาเดลเฟีย ผมจัดสัมมนาเดียวกันเกี่ยวกับปัญหาของจักรวาลที่พองตัวเช่นเดียวกับในมอสโคว์
แนวคิดที่คล้ายกันมากกับของ Linde ถูกนำเสนอไม่กี่เดือนต่อมาโดย พอล สไตน์ฮาร์ท (Paul Steinhardt) และ แอนเดรียส อัลเบรคชท์ (Andreas Albrecht) แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย พวกเขาเสนอแนวคิดที่คล้ายกันกับ Linde และได้รับเครดิตร่วมกับ Linde สำหรับสิ่งที่เรียกว่า “แบบจำลองการพองตัวแบบใหม่ (New inflationary model)” ตามแนวคิดของการทำลายสมมาตรอย่างช้าๆ (แบบจำลองการพองตัวแบบเก่าเป็นข้อเสนอแนะเดิมของ Guth เกี่ยวกับความสมมาตรที่ถูกทำลายอย่างรวดเร็วด้วยการก่อตัวของฟองสบู่)
แบบจำลองการพองตัวแบบใหม่ (New inflationary mode) เป็นความพยายามที่ดีในการอธิบายว่าทำไมจักรวาลถึงเป็นอย่างที่มันเป็น อย่างไรก็ตาม ผมและคนอื่นๆ อีกหลายคนแสดงให้เห็นว่า มันทำนายการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background; CMB) แตกต่างไปจากที่เราสังเกตได้ การศึกษาในภายหลังยังทำให้เกิดข้อสงสัยว่า จักรวาลยุคแรกจะมีการเปลี่ยนเฟสแบบที่ถูกต้องหรือไม่ ในความเห็นส่วนตัวของผม แบบจำลองการพองตัวแบบใหม่เป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่ตายไปแล้ว แม้ว่าผู้คนจำนวนมากดูเหมือนจะไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับการตายของมัน และยังคงเขียนรายงานราวกับว่ามันเป็นไปได้
มีแบบจำลองที่ดีกว่า เรียกว่า “แบบจำลองการพองตัวแบบโกลาหล (Chaotic inflationary model)’ ถูกนำเสนอโดย Linde ในปี 1983 ในแบบจำลองนี้ ไม่มีการเปลี่ยนเฟสหรือการทำให้เย็นลงมาก แต่จะมีการหมุน (spin) เป็น 0 ในบางภูมิภาคของจักรวาลยุคแรกอันเนื่องจากความผันผวนของควอนตัม พลังงานของสนามในพื้นที่เหล่านั้นจะทำงานเหมือนค่าคงที่ของจักรวาล (cosmological constant) มันจะมีผลกระทบจากแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง และทำให้พื้นที่เหล่านั้นขยายตัวในลักษณะที่พองตัว ขณะที่ขยายตัว พลังงานจะค่อยๆ ลดลงจนกระทั่งการขยายตัวแบบพองตัวเปลี่ยนเป็นการขยายตัวตามแบบจำลองบิกแบงที่ร้อนแรง (Hot Big Bang model) หนึ่งในภูมิภาคเหล่านี้จะกลายเป็นจักรวาลที่สังเกตได้ แบบจำลองนี้มีข้อดีทั้งหมดของโมเดลการพองตัวก่อนหน้านี้ แต่มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนเฟสที่น่าสงสัย และยังสามารถให้ขนาดที่เหมาะสมสำหรับความผันผวนของอุณหภูมิของ CMB ที่สอดคล้องกับการสังเกต
แบบจำลองการพองตัว (Inflationary models) แสดงให้เห็นว่าสถานะปัจจุบันของจักรวาลอาจเกิดขึ้นจากการกำหนดค่าเริ่มต้นที่แตกต่างกันจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม การกำหนดค่าเริ่มต้นแต่ละครั้งอาจไม่ได้นำไปสู่จักรวาลอย่างที่เราเห็น ดังนั้น เราอาจใช้หลักการมานุษยวิทยาที่อ่อนแอ (Weak anthropic principle) มาอธิบายว่าทำไมจักรวาลจึงมีลักษณะอย่างที่มันเป็นอยู่ตอนนี้
อย่างไรก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่ทุกการกำหนดค่าเริ่มต้นจะนำไปสู่จักรวาลอย่างที่เราสังเกตเห็น เราสามารถแสดงสิ่งนี้ได้โดยพิจารณาจากสถานะที่แตกต่างกันมากสำหรับจักรวาลในปัจจุบัน เช่น จักรวาลที่มีลักษณะเป็นก้อนและไม่สม่ำเสมอ เราสามารถใช้กฎของวิทยาศาสตร์ย้อนเวลากลับไปเพื่อหาโครงร่างของจักรวาลในยุคแรกๆ ตามทฤษฎีบทภาวะเอกฐาน (Singularity theorems) ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแบบคลาสสิก จะยังคงมีภาวะเอกฐานแบบบิกแบง (Big Bang singularity) หากจักรวาลมีวิวัฒนาการไปข้างหน้าตามเวลาตามกฎของวิทยาศาสตร์ มันจะจบลงด้วยสภาพที่เป็นก้อนและไม่สม่ำเสมอเหมือนที่มันเริ่มต้น
ยังคงมีการกำหนดค่าเริ่มต้นที่ทำให้จักรวาลของเราไม่สามารถเกิดขึ้นมาได้ ดังนั้น แม้แต่แบบจำลองการพองตัวก็ไม่ได้บอกเราว่าทำไมการกำหนดค่าเริ่มต้นจึงไม่เป็นเช่นนั้น เพื่อสร้างสิ่งที่แตกต่างอย่างมากจากสิ่งที่เราสังเกตได้ เราต้องหันไปหาคำอธิบายในหลักการมานุษยวิทยาหรือไม่? มันเป็นเพียงความโชคดีหรือไม่? นั่นดูเหมือนเป็นคำแนะนำที่สิ้นหวัง เป็นการลบล้างความหวังทั้งหมดของเราในการทำความเข้าใจระเบียบพื้นฐานของจักรวาล
Lennon Stella – Bubble