ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#8 บทที่ 1 ภาพของจักรวาลของเรา : ทฤษฎีเดียวที่สามารถอธิบายทุกสิ่งในจักรวาล (A Theory of Everything)

ในการพูดคุยเกี่ยวกับธรรมชาติของจักรวาล เพื่อหารือเกี่ยวกับคำถามต่างๆ เช่น จักรวาลมีจุดเริ่มต้นหรือไม่ อันดับแรกต้องรู้ว่าทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์คืออะไร ฉันจะใช้มุมมองที่เข้าใจง่ายว่า ทฤษฎีเป็นเพียงแบบจำลองของจักรวาลและกฎเกณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับปริมาณในแบบจำลองกับสิ่งที่เราสังเกตได้ มันมีอยู่ในจิตใจของเราเท่านั้น (ไม่ว่าจะหมายถึงอะไรก็ตาม)

ทฤษฎีจะเป็นทฤษฎีที่ดีได้หากเป็นไปตามข้อกำหนดสองประการ (1) อธิบายเหตุการณ์อย่างถูกต้องตามแบบจำลอง (2) ทำนายผลลัพธ์หรือการสังเกตในอนาคตได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น อริสโตเติลเชื่อทฤษฎีของ Empedocles ว่า ทุกสิ่งถูกสร้างขึ้นจากธาตุทั้งสี่ ดิน อากาศ ไฟ และน้ำ นั้นเรียบง่าย แต่ไม่ได้ทำนายผลลัพธ์ใดๆ ในทางตรงข้ามทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันเป็นไปตามแบบจำลองที่ง่ายกว่า ที่ว่าร่างกายดึงดูดกันด้วยแรงที่ได้สัดส่วนกับมวลของมัน และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างมวล ซึ่งทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันสามารถทำนายการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ ได้อย่างแม่นยำ

Stephen Hawking ชี้ให้เห็นว่าทฤษฎีทางกายภาพทั้งหมดเป็นเพียงทฤษฎีชั่วคราว ทฤษฎีเหล่านี้เป็นสมมติฐานที่เราไม่สามารถพิสูจน์ได้ แม้ว่าการทดลองก่อนหน้านี้จะสนับสนุนสมมติฐานของเรา แต่เราก็ไม่สามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าการทดลองครั้งต่อไปจะเห็นด้วยเช่นกัน ในทางกลับกันเราสามารถมีทฤษฎีที่พิสูจน์ไม่ได้ หากเราพบข้อสังเกตเพียงข้อเดียวที่ไม่เห็นด้วยกับการคาดการณ์ของมัน Hawking อ้างถึงนักปรัชญาวิทยาศาสตร์ Karl Popper ซึ่ง Popper เน้นย้ำว่าทฤษฎีที่ดีจะต้องมีความโดดเด่นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า จะต้องทำการคาดการณ์ที่เราสามารถหักล้างโดยหลักการ หรือเป็นเท็จโดยการสังเกต เป็นแนวคิดที่เรียบง่าย แต่เป็นสิ่งที่ควรคำนึงถึง

โดยปกติแล้วทฤษฎีใหม่ส่วนใหญ่เป็นส่วนขยายของทฤษฎีก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่น จากการสังเกตที่แม่นยำมากพบว่าดาวพุธมีการเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไปเล็กน้อย ซึ่งคลาดเคลื่อนไปจากการคาดการณ์โดยใช้กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาอธิบายการเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไปเล็กน้อยของดาวพุธ ซึ่งสอดคล้องกับสิ่งที่ได้จากการสังเกตุการณ์ เป็นการยืนยันที่สำคัญของทฤษฎีใหม่ของเขา ในขณะที่ทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตันล้มเหลวในการอธิบายปรากฏการณ์นี้  แต่ทฤษฎีของนิวตันยังคงใช้งานได้กับสิ่งต่างๆส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวัน ทฤษฎีของนิวตันใช้งานได้ง่ายกว่ามาก (ทฤษฎีของนิวตันมีข้อดีอีกอย่างคือ ใช้งานง่ายกว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์)

ผู้เขียนได้อธิบายการส่ายที่ผิดปกติของวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ของดาวพุธ (Anomalous precession of Mercury) ไว้ในบทความตามลิงค์ข้างล่างนี้

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#15 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 4 Precession of Mercury

เป้าหมายสูงสุดของวิทยาศาสตร์คือการเสนอทฤษฎีเดียวที่สามารถอธิบายจักรวาลทั้งหมด อย่างไรก็ตามแนวทางที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ปฏิบัติคือ การแยกปัญหาออกเป็นสองส่วน ประการแรกมีกฎที่บอกเราว่าจักรวาลเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตามกาลเวลา (ถ้าเรารู้ว่าจักรวาลเป็นอย่างไรในเวลาใดเวลาหนึ่ง กฎทางกายภาพเหล่านี้จะบอกเราว่าจะมีลักษณะอย่างไรในเวลาต่อไป) ประการที่สองมีคำถามเกี่ยวกับสถานะเริ่มต้นของจักรวาล บางคนรู้สึกว่าวิทยาศาสตร์ควรเกี่ยวข้องกับส่วนแรกเท่านั้น พวกเขาถือว่าคำถามของสถานการณ์เริ่มต้นเป็นเรื่องของอภิปรัชญาหรือศาสนา พวกเขาจะบอกว่าพระเจ้าทรงมีอำนาจทุกอย่าง สามารถสร้างจักรวาลด้วยวิธีที่เขาต้องการ นั่นอาจจะเป็นเช่นนั้น แต่ในกรณีนี้เขาก็สามารถทำให้มันพัฒนาไปได้ตามอำเภอใจ แต่ดูเหมือนว่าเขาเลือกที่จะทำให้มันมีวิวัฒนาการอย่างสม่ำเสมอภายใต้กฎบางประการ ดังนั้นจึงดูเหมือนมีเหตุผลพอๆ กันที่จะสมมติว่ามีกฎที่กำหนดจุดเริ่มต้น

สตีเฟน ฮอว์คิง (Stephen Hawking) นำเสนอประเด็นสำคัญของหนังสือเล่มนี้และความพยายามทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ นั่นคือการตามล่าหาทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวกันของทุกสิ่ง – “A theory of everything”

เป็นเรื่องยากมากที่จะเสนอทฤษฎีเดียวเพื่ออธิบายจักรวาลทั้งหมด แต่การที่เราแยกปัญหาออกเป็นส่วนๆ และคิดค้นทฤษฎีเพื่ออธิบายปัญหาในแต่ละส่วน นี่อาจเป็นแนวทางที่ผิด หากทุกสิ่งในจักรวาลขึ้นอยู่กับทุกสิ่งทุกอย่าง โดยพื้นฐานแล้วการมองเฉพาะบางส่วนไม่สามารถเปิดเผยภาพรวมของจักรวาลได้ ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันซึ่งบอกเราว่าแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวลเท่านั้น แต่ไม่ขึ้นกับสิ่งที่ร่างกายสร้างขึ้น ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีทฤษฎีเกี่ยวกับการสร้างดวงอาทิตย์เพื่อทำนายการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์และการโคจรรอบดวงอาทิตย์ของดาวเคราะห์

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์อธิบายจักรวาลโดยใช้ทฤษฎีพื้นฐานสองทฤษฎีคือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นความสำเร็จทางปัญญาที่ยิ่งใหญ่ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายถึงความโน้มถ่วงและโครงสร้างขนาดใหญ่ถึงใหญ่มากของจักรวาล ในทางกลับกันกลศาสตร์ควอนตัมเกี่ยวข้องกับสสารขนาดเล็กที่มีขนาดเล็กมาก เช่น หนึ่งในพันล้านนิ้ว แต่ทั้งสองไม่เกี่ยวข้องกันและไม่อาจถูกต้องทั้งคู่ 

ความพยายามที่สำคัญอย่างหนึ่งในวิชาฟิสิกส์ในปัจจุบันและประเด็นสำคัญของหนังสือเล่มนี้คือ การค้นหาทฤษฎีใหม่ที่จะรวมทฤษฎีแรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกันนั่น เรายังไม่มีทฤษฎีดังกล่าว อาจต้องใช้เวลาสักพักจนกว่าเราจะรู้คุณสมบัติมากมาย และเราจะเห็นในบทต่อๆ ไปว่า เรารู้อยู่แล้วพอสมควรเกี่ยวกับการคาดการณ์ของทฤษฎีความโน้มถ่วงควอนตัม

สตีเฟน ฮอว์คิง (Stephen Hawking) ได้กล่าวถึงทฤษฎีสำคัญสองทฤษฎีในหนังสือเล่มนี้ เพื่อค้นหาทฤษฎีที่เป็นเอกภาพคือการรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกัน นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบความจริงเกี่ยวกับโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดและเล็กที่สุดในจักรวาล และตอนนี้ภารกิจคือการค้นหาว่าจะใช้สิ่งเหล่านี้ร่วมกันเพื่อตอบคำถามสุดท้ายที่เหลืออยู่ได้อย่างไร

หากจักรวาลไม่วุ่นวาย แต่ถูกควบคุมโดยกฎและทฤษฎีบางส่วน คุณต้องรวมทฤษฎีบางส่วนให้เป็นทฤษฎีเอกภาพที่ครอบคลุมทุกอย่างซึ่งจะอธิบายทุกสิ่งในจักรวาล แต่มีความขัดแย้งในการค้นหาทฤษฎีเอกภาพที่สมบูรณ์ดังกล่าว จนถึงตอนนี้เราได้สันนิษฐานว่าเราเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเหตุผลและสามารถรู้จักโลกได้ ซึ่งหมายความว่าเราสามารถก้าวไปสู่ความรู้ดังกล่าวได้ แต่ถ้ามีทฤษฎีดังกล่าวจริงๆ ก็น่าจะกำหนดการกระทำของเราเองด้วย ดังนั้นทฤษฎีจะกำหนดผลลัพธ์ของการค้นหาของเรา! เหตุใดการค้นพบจึงเป็นข้อสรุปที่ถูกต้องจากหลักฐาน? แทนที่จะเป็นข้อสรุปที่ผิด? หรือไม่มีข้อสรุปอะไรเลย?

ทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติของ Charles Darwin อาจให้คำตอบได้ เขากล่าวว่าความแตกต่างทางพันธุกรรมเกิดขึ้นในกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่สืบพันธุ์ด้วยตนเอง และความแตกต่างบางอย่างจะส่งผลให้เกิดจุดแข็งที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นมีแนวโน้มที่จะอยู่รอดได้ ในประวัติศาสตร์สติปัญญาและวิทยาศาสตร์ได้ชี้ให้เห็นถึงความได้เปรียบในการอยู่รอด วันนี้การค้นพบของเราอาจฆ่าพวกเราทุกคนได้ นอกจากนี้ทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวอาจไม่ส่งผลต่อความเป็นไปได้ในการอยู่รอดของเรา อย่างไรก็ตามหากจักรวาลมีการพัฒนาอย่างสม่ำเสมอ การใช้เหตุผลเชิงตรรกะของเราที่พัฒนาโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ทำให้เรามีความถูกต้องเช่นกันในการค้นหาทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวที่สมบูรณ์ และจะไม่นำเราไปสู่ข้อสรุปที่ผิด

ทฤษฎีบางส่วนที่เรามีอยู่แล้วนั้นเพียงพอที่จะคาดการณ์สิ่งต่างๆได้อย่างถูกต้องทั้งหมด ยกเว้นในกรณีปรากฎการณ์ที่รุนแรง ด้วยเหตุนี้การค้นหาทฤษฎีขั้นสูงสุดจึงยากที่จะพิสูจน์ให้เห็นในทางปฏิบัติ (มีข้อถกเถียงเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม และทฤษฎีเหล่านี้ได้ให้ทั้งพลังงานนิวเคลียร์และไมโครอิเล็กทรอนิกส์แก่เรา) ดังนั้นการค้นหา “ทฤษฎีของทุกสิ่ง” อาจไม่ช่วยให้เราอยู่รอดหรือเปลี่ยนแปลงชีวิตของเราได้มากขนาดนั้น แต่มันช่วยจัดการกับคำถามที่เราถามมานับพันปี ผู้คนต้องการเข้าใจโลก ทำไมเราถึงมาที่นี่ เรามาจากไหน และทำไมเราถึงมาที่นี่ ความปรารถนาอันลึกซึ้งนี้เป็นเหตุผลสำหรับภารกิจนี้ ภารกิจที่ขอคำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับจักรวาลที่เราอาศัยอยู่

จบบทที่ 1

Noah Cyrus – The End of Everything (YouTube)

• Facebook
• Twitter
• Line