Newsletter subscribe
Universe

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#43 บทที่ 6 หลุมดำ : คลื่นความโน้มถ่วงและทฤษฎีบทไม่มีขน

Posted: 01/08/2022 at 08:59   /   A Brief History of Time, Universe

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่าการเคลื่อนที่ของวัตถุมวลมากจะทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational waves) ที่เดินทางด้วยความเร็วแสง กระเพื่อมเป็นระลอกคลื่นในอวกาศ-เวลา มันคล้ายกับคลื่นแสงซึ่งเป็นระลอกคลื่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แต่คลื่นความโน้มถ่วงจะถูกตรวจจับได้ยากกว่ามาก มีการสร้างเครื่องตรวจจับจำนวนหนึ่งในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น ที่มีความยาวแขนเป็นระยะทางมากกว่า 10 ไมล์ ซึ่งถูกออกแบบมาให้สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความยาวแขน ที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดของนิวเคลียสของอะตอม (หนึ่งในหนึ่งพันล้านล้านล้าน)  เช่นเดียวกับแสง คลื่นความโน้มถ่วงจะนำพาพลังงานออกจากวัตถุที่ปล่อยออกมา วัตถุเหล่านี้จะค่อยๆ สูญเสียพลังงานเมื่อคลื่นความโน้มถ่วงดึงพลังงานออกจากตัว ในที่สุดพลังงานจะหมดลงและมันจะตกลงสู่สภาวะนิ่ง (มันเหมือนกับการทิ้งจุกก๊อกลงไปในน้ำ: ในตอนแรกมันจะกระดกขึ้นลงมาก แต่เมื่อระลอกคลื่นพัดพาพลังงานออกไป มันก็จะตกลงสู่สภาพนิ่ง) ยกตัวอย่างเช่น การเคลื่อนที่ของโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์จะปลดปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงออกมาซึ่งนำพาพลังงานออกมาด้วย ผลกระทบของการสูญเสียพลังงานทำให้วงโคจรของโลกเกิดการเปลี่ยนแปลง ค่อยๆ เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ จนในที่สุดโลกชนกับดวงอาทิตย์ และตกลงสู่สภาวะนิ่ง อัตราการสูญเสียพลังงานในกรณีของโลกและดวงอาทิตย์นั้นต่ำมาก—ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมานั้นเพียงพอสำหรับการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่าจะใช้เวลาประมาณหนึ่งพันล้านล้านล้านปีกว่าที่โลกจะวิ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่ต้องกังวลในขณะนี้! การเปลี่ยนแปลงในวงโคจรของโลกนั้นช้าเกินกว่าที่จะสังเกตได้ แม้ว่าไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงในปี 1915 แต่ยังไม่มีการค้นพบหลักฐานของการมีอยู่ของคลื่นนี้ จนกระทั่งในปี 1974 J. H. Taylor และ R. A. Hulse นักดาราศาสตร์สองคนสามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงด้วยวิธีทางอ้อมได้เป็นครั้งแรก เขาทั้งสองค้นพบระบบดาวคู่ PSR 1913+16 (PSR ย่อมาจาก “pulsar” […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#42 บทที่ 6 หลุมดำ : สมมติฐานการเซ็นเซอร์จักรวาล

Posted: 01/07/2022 at 11:41   /   A Brief History of Time, Universe

งานที่โรเจอร์ เพนโรส (Roger Penrose) และผมร่วมกันศึกษาในระหว่างปี 1965 ถึง 1970 ได้แสดงให้เห็นว่า ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity) จะต้องมีความหนาแน่นและความโค้งของอวกาศ-เวลาเป็นอนันต์ที่ภาวะเอกฐาน (singularity) ในใจกลางหลุมดำ สถาวะนี้คล้ายคลึงกับจุดเริ่มต้นของเวลาที่บิกแบง แต่เป็นจุดสิ้นสุดของเวลาสำหรับดวงดาวและนักบินอวกาศที่ยุบตัวลงที่ภาวะเอกฐาน ที่นี้กฎแห่งวิทยาศาสตร์และความสามารถของเราในการทำนายอนาคตได้พังทลายลง อย่างไรก็ตาม ผู้สังเกตการณ์ที่ยังคงอยู่นอกหลุมดำจะไม่ได้รับผลกระทบ เนื่องจากแสงหรือสัญญาณอื่นใดไม่สามารถหลบหนีจากภาวะเอกฐานมาถึงเขาได้ ข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งนี้ทำให้ โรเจอร์ เพนโรส เสนอ “สมมติฐานการเซ็นเซอร์จักรวาล (Cosmic censorship hypothesis)” ซึ่งอาจตีความได้ว่า “พระเจ้าเกลียดชังภาวะเอกฐานเปลือย (naked singularity)” กล่าวอีกนัยหนึ่ง ภาวะเอกฐานที่เกิดจากการยุบตัวของมวลโดยแรงโน้มถ่วงในใจกลางหลุมดำ ถูกซ่อนจากมุมมองที่อยู่ภายนอกขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) นี่คือสิ่งที่เรียกว่า “สมมติฐานการเซ็นเซอร์จักรวาลที่อ่อนแอ (Weak cosmic censorship hypothesis)”: มันปกป้องผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นอกหลุมดำจากผลที่เกิดจากการพังทลายของการคาดการณ์ที่เกิดขึ้นที่ภาวะเอกฐาน แต่มันไม่ปกป้องนักบินอวกาศที่โชคร้ายที่ตกเข้าไปในหลุมดำ มีวิธีแก้สมการในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปบางข้อ ซึ่งเป็นไปได้ที่นักบินอวกาศของเราจะมองเห็นภาวะเอกฐานเปลือย (naked singularity): เขาอาจจะสามารถหลีกเลี่ยงการตกไปชนกับภาวะเอกฐาน (singularity) โดยตกเข้าไปใน […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#41 บทที่ 6 หลุมดำ : ผลงานของออพเพนไฮเมอร์

Posted: 22/01/2022 at 10:35   /   A Brief History of Time, Universe

จันทรเสกขาร์ได้แสดงให้เห็นว่าหลักการกีดกันไม่สามารถหยุดการยุบตัวของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากเกินกว่าขีดจำกัดของจันทรเสกขาร์ได้ (Chandrasekhar limit) แต่ปัญหาของการทำความเข้าใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับดาวดวงนั้นตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ผลงานในปี 1939 ของหนุ่มชาวอเมริกัน โรเบิร์ต ออพเพนไฮเมอร์ (Robert Oppenheimer) ได้นำแนวคิดนี้ไปไกลกว่านี้ แม้ว่าทฤษฎีของเขาจะไม่สามารถพิสูจน์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ในสมัยของเขาได้ จากนั้นสงครามโลกครั้งที่สองก็เกิดขึ้นและออพเพนไฮเมอร์เองก็มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดในโครงการระเบิดปรมาณู หลังสงคราม ปัญหาการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงถูกลืมไป เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม อย่างไรก็ตาม ในทศวรรษที่ 1960 ความสนใจในปัญหาใหญ่ของดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาก็ฟื้นขึ้นมาอีกครั้ง จากการเพิ่มขึ้นอย่างมากของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่เกิดจากการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ งานของออพเพนไฮเมอร์ถูกค้นพบและถูกเผยแพร่ออกไปโดยผู้คนจำนวนมาก   ภาพที่เรามีตอนนี้จากผลงานของออพเพนไฮเมอร์มีดังนี้ สนามความโน้มถ่วงของดาวฤกษ์เปลี่ยนเส้นทางของรังสีแสงในอวกาศ-เวลา กรวยแสง (light cones) ซึ่งระบุเส้นทางที่ตามมาในอวกาศและเวลา โดยแสงวาบที่เปล่งออกมาจากปลายของพวกมัน จะโค้งงอเข้าด้านในเล็กน้อยใกล้กับพื้นผิวของดาวฤกษ์ สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากการโก่งตัวของแสงจากดวงดาวที่อยู่ห่างไกลซึ่งสังเกตได้ในช่วงสุริยุปราคา เมื่อดาวหดตัว สนามโน้มถ่วงที่พื้นผิวของมันจะแรงขึ้นและกรวยแสงจะโค้งเข้าด้านในมากขึ้น ซึ่งทำให้แสงจากดาวหลบหนีได้ยากขึ้น และแสงจะหรี่ลงและแดงขึ้นสำหรับผู้สังเกตจากระยะไกล ในที่สุด เมื่อดาวหดตัวถึงรัศมีวิกฤต สนามโน้มถ่วงที่พื้นผิวจะรุนแรงมากจนโคนแสงโค้งเข้าด้านในมากจนแสงไม่สามารถหลบหนีได้อีกต่อไป (รูปที่ 6.1)  ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ไม่มีสิ่งใดเดินทางได้เร็วกว่าแสง ดังนั้นหากแสงไม่สามารถหลบหนีได้ ทุกอย่างถูกดึงกลับโดยสนามโน้มถ่วง จึงมีชุดของเหตุการณ์ ขอบเขตของอวกาศ-เวลา ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะหลบหนีไปถึงผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลได้ บริเวณนี้เป็นสิ่งที่เราเรียกว่าหลุมดำ ขอบเขตของมันถูกเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) และมันเกิดขึ้นพร้อมกับเส้นทางของรังสีแสงที่ไม่สามารถหนีจากหลุมดำได้   เพื่อที่จะเข้าใจสิ่งที่คุณจะได้เห็น […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#40 บทที่ 6 หลุมดำ : ขีดจำกัดจันทรเสกขาร์

Posted: 11/12/2021 at 08:19   /   A Brief History of Time, Universe

เพื่อทำความเข้าใจว่าหลุมดำก่อตัวได้อย่างไร เราต้องเข้าใจวงจรชีวิตของดาวเสียก่อน ดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นเมื่อก๊าซจำนวนมาก (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน) เริ่มยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวมันเอง ขณะที่หดตัว อะตอมของก๊าซจะชนกันบ่อยขึ้นเรื่อยๆ และเร็วขึ้นเรื่อยๆ ก๊าซจะร้อนขึ้น ในที่สุดก๊าซจะร้อนมาก จนเมื่ออะตอมของไฮโดรเจนชนกัน พวกมันจะไม่กระเด้งออกจากกันอีกต่อไป แต่จะหลอมรวมตัวกันเป็นฮีเลียมแทน ความร้อนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้ ซึ่งเหมือนกับการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจน เป็นสิ่งที่ทำให้ดาวส่องแสง นอกจากนี้ ความร้อนที่เพิ่มขึ้นนี้ยังไปเพิ่มแรงดันของก๊าซ ซึ่งจะไปต้านทานแรงโน้มถ่วง เมื่อแรงโน้มถ่วงสมดุลกับความดันก๊าซทั้งหมด การยุบตัวของดาวจึงยุติลง คล้ายกับบอลลูน—มีความสมดุลระหว่างความดันของอากาศภายในซึ่งพยายามทำให้บอลลูนขยายตัว กับความตึงเครียดในยางซึ่งพยายามทำให้บอลลูนมีขนาดเล็กลง ดวงดาวจะคงสภาพเช่นนี้ไปอีกนาน โดยความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์จะสมดุลกับแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม ในที่สุดดาวฤกษ์ก็จะหมดพลังงานไฮโดรเจนและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อื่นๆ ยิ่งดาวใช้เชื้อเพลิงมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งหมดเร็วขึ้นเท่านั้น เนื่องจากยิ่งดาวมีมวลมากเท่าใด ดาวฤกษ์ยิ่งต้องร้อนมากเท่านั้น เพื่อสร้างสมดุลกับแรงโน้มถ่วงของดาว และยิ่งร้อนมากเท่าไหร่ เชื้อเพลิงก็ยิ่งหมดเร็วขึ้นเท่านั้น ดวงอาทิตย์ของเราน่าจะมีเชื้อเพลิงเพียงพอสำหรับอีกห้าพันล้านปีหรือมากกว่านั้น แต่ดาวมวลสูงสามารถใช้เชื้อเพลิงหมดได้ในเวลาเพียงหนึ่งร้อยล้านปี ซึ่งน้อยกว่าอายุของจักรวาลมาก เมื่อดาวฤกษ์หมดเชื้อเพลิง มันจะเริ่มเย็นลงและหดตัวลง  สามารถอ่านการกำเนิดและวงจรชีวิตของดาวฤกษ์ได้ในบทความข้างล่างนี้ กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#28 การกำเนิดและวงจรชีวิตของดาวฤกษ์     Diane Warren, G-Eazy and Santana – She’s Fire     ในปี […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#39 บทที่ 6 หลุมดำ : ดาวมืด

Posted: 19/11/2021 at 11:14   /   A Brief History of Time, Universe

คำว่าหลุมดำมีต้นกำเนิดมาไม่นาน มันถูกประกาศในปี 1969 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน จอห์น วีลเลอร์ (John Wheeler) เพื่อเป็นคำอธิบายภาพเกี่ยวกับแนวคิดที่ย้อนกลับไปอย่างน้อยสองร้อยปี จนถึงช่วงเวลาที่มีทฤษฎีเกี่ยวกับแสงสองทฤษฎี ทฤษฎีหนึ่งของนิวตัน – แสงประกอบด้วยอนุภาค; อีกทฤษฎีหนึ่ง – แสงสร้างมาจากคลื่น ตอนนี้เรารู้แล้วว่าจริง ๆ แล้วทั้งสองทฤษฎีนั้นถูกต้อง ทวิภาคของคลื่น–อนุภาค (wave/particle duality) ของกลศาสตร์ควอนตัม ถือได้ว่าแสงเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค  ภายใต้ทฤษฎีที่ว่าแสงเป็นคลื่น ยังไม่ชัดเจนว่าแสงจะตอบสนองต่อความโน้มถ่วงอย่างไร แต่ถ้าแสงประกอบด้วยอนุภาค พวกมันจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกับลูกกระสุนปืนใหญ่ จรวด และดาวเคราะห์ ตอนแรกผู้คนคิดว่าอนุภาคของแสงเดินทางด้วยความเร็วอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจะไม่สามารถทำให้พวกมันช้าลงได้ แต่การค้นพบโดย โรเมอร์ (Roemer) ที่ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดหมายความว่าความโน้มถ่วงอาจมีผลกระทบที่สำคัญ   จากข้อสันนิษฐานนี้ จอห์น มิเชลล์ (John Michell) แห่งเคมบริดจ์ ดอน เขียนบทความในปี 1783 ซึ่งตีพิมพ์โดยราชสมาคมแห่งลอนดอน เขาชี้ให้เห็นว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลและความหนาแน่นเพียงพอจะมีสนามโน้มถ่วงที่แรงมากจนแสงไม่สามารถหลบหนีได้ แสงใดๆ ที่เปล่งออกมาจากพื้นผิวของดาวฤกษ์จะถูกดึงกลับโดยแรงดึงดูดของดาวฤกษ์ก่อนที่มันจะไปได้ไกล มิเชลล์แนะนำว่าอาจมีดาวแบบนี้เป็นจำนวนมาก แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นพวกมัน เพราะแสงจากพวกมันไม่มาถึงเรา แต่เราอาจรับรู้ถึงแรงดึงดูดของพวกมัน วัตถุดังกล่าวเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#38 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : สมมาตร CPT

Posted: 10/11/2021 at 11:15   /   A Brief History of Time, Universe

แม้ว่าการสังเกตการสลายตัวของโปรตอนที่เกิดขึ้นเองทำได้ยาก แต่ก็อาจเป็นไปได้ว่าการมีอยู่ของมนุษย์เราเป็นผลมาจากกระบวนการย้อนกลับของการผลิตโปรตอน หรือพูดง่ายๆ ก็คือ ของควาร์ก จักรวาลเริ่มต้นด้วยการมีจำนวนควาร์กและแอนติคาวร์กเท่ากัน สสารบนโลกประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนเป็นส่วนใหญ่ซึ่งประกอบขึ้นจากควาร์ก ไม่มีแอนติโปรตอนหรือแอนตินิวตรอนที่สร้างขึ้นจากแอนติควาร์ก ยกเว้นบางตัวที่นักฟิสิกส์สร้างขึ้นมาในเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ เรามีหลักฐานจากรังสีคอสมิกว่าไม่มีแอนติโปรตอนหรือแอนตินิวตรอนในกาแล็กซี่ของเรา ยกเว้นคู่ของอนุภาค/ปฏิอนุภาคจำนวนเล็กน้อยที่ถูกสร้างขึ้นในการชนกันที่พลังงานสูงในเครื่องเร่งอนุภาค หากจักรวาลของเรามีปฏิสสารจำนวนมาก เราจะพบการแผ่รังสีในปริมาณมากที่มีผลมาจากการชนกันของสสารกับปฏิสสาร ทำลายล้างซึ่งกันและกันและปล่อยพลังงานออกมา   เราไม่มีหลักฐานโดยตรงว่าสสารในกาแล็กซี่อื่นประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนหรือแอนติโปรตอนและแอนตินิวตรอนหรือไม่ แต่จะต้องเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น ไม่สามารถมีองค์ประกอบผสมในกาแล็กซี่เดียวกันได้ การศึกษาทำได้โดยสังเกตการแผ่รังสีจำนวนมากจากการทำลายล้างของสสารกับปฏิสสาร ดังนั้นเราจึงเชื่อว่ากาแล็กซี่ทั้งหมดประกอบด้วยควาร์กมากกว่าแอนติควาร์ก ดูเหมือนไม่น่าเป็นไปได้ที่กาแล็กซี่บางแห่งจะมีทั้งมีสสารและปฏิสสารอยู่ด้วยกัน   ทำไมจึงควรมีควาร์กมากกว่าแอนติควาร์กเป็นจำนวนมาก? ทำไมควาร์กและแอนติควาร์กมีจำนวนไม่เท่ากัน? นับว่าโชคดีสำหรับเราที่ตัวเลขไม่เท่ากัน เพราะหากพวกมันเท่ากัน ควาร์กและแอนติควาร์กเกือบทั้งหมดจะทำลายล้างกันและกันในจักรวาลยุคแรกและปล่อยให้จักรวาลเต็มไปด้วยรังสี แทบจะไม่มีสสารอะไรเลย จากนั้นจะไม่มีกาแล็กซี ดาวฤกษ์ หรือดาวเคราะห์ใดๆ ที่ชีวิตมนุษย์สามารถพัฒนาได้ โชคดีที่ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (Grand unified theories; GUTs) อาจให้คำอธิบายว่าเหตุใดจักรวาลจึงควรมีควาร์กมากกว่าแอนติควาร์ก แม้ว่าจักรวาลจะเริ่มด้วยจำนวนที่เท่ากันของควาร์กและแอนติควาร์ก ดังที่เราได้เห็นแล้ว GUTs ยอมให้ควาร์กเปลี่ยนเป็นแอนติอิเล็กตรอน (positron) ที่พลังงานสูง GUTs ยังอนุญาตให้มีกระบวนการย้อนกลับ แอนติควาร์กเปลี่ยนเป็นอิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนและแอนติอิเล็กตรอนเปลี่ยนเป็นแอนติควาร์กและควาร์ก มีช่วงเวลาหนึ่งในจักรวาลยุคแรกๆ ที่มันร้อนมากจนมีพลังงานสูงเพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ แต่ทำไมสิ่งนี้ถึงนำไปสู่ควาร์กมากกว่าแอนติควาร์ก? เหตุผลก็คือกฎของฟิสิกส์ใช้ไม่ได้กับอนุภาคและปฏิอนุภาคในลักษณะเดียวกัน ส่งผลให้เกิดความไม่สมดุลที่เราเห็นในปัจจุบัน ผู้เขียน : […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#37 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่

Posted: 03/11/2021 at 10:35   /   A Brief History of Time, Universe

รูปที่ 5.2 แสดงภาพถ่ายของการชนกันระหว่างโปรตอนพลังงานสูงกับแอนติโปรตอน ความสำเร็จของการรวมตัวของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ทำให้เกิดความพยายามที่จะรวมแรงทั้งสองนี้เข้ากับแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม จนกลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (หรือ GUTs) ชื่อนี้ค่อนข้างเกินจริง: ทฤษฎีนี้ไม่ได้ยิ่งใหญ่ขนาดนั้น และไม่ได้รวมเป็นหนึ่งเดียวอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากไม่ได้รวมแรงโน้มถ่วงเข้าไปด้วย และไม่ใช่ทฤษฎีที่สมบูรณ์จริงๆ เพราะมีค่าพารามิเตอร์จำนวนหนึ่งซึ่งไม่สามารถทำนายจากทฤษฎีนี้ได้ แต่ต้องเลือกให้เหมาะสมกับการทดลอง อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้อาจเป็นขั้นตอนหนึ่งสู่ทฤษฎีที่สมบูรณ์และเป็นหนึ่งเดียวอย่างสมบูรณ์ แนวคิดพื้นฐานของ GUTs มีดังนี้: ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มจะอ่อนลงเมื่อมีพลังงานสูง ในทางกลับกัน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนจะแข็งแกร่งขึ้นด้วยพลังงานสูง ที่พลังงานที่สูงมากซึ่งเรียกว่าพลังงานการรวมตัวครั้งใหญ่ แรงทั้งสามนี้จะมีความแข็งแกร่งเท่ากัน และอาจเป็นเพียงแง่มุมที่แตกต่างกันของแรงเดียวกัน GUTs ยังทำนายว่าด้วยพลังงานนี้ อนุภาคสปิน-½ ที่แตกต่างกัน เช่น ควาร์กและอิเล็กตรอน ทั้งหมดจะเหมือนกัน และทำให้เกิดการรวมตัวกัน   ค่าของพลังงานการรวมตัวครั้งใหญ่นั้นไม่เป็นที่ทราบกันดีนัก แต่อาจต้องมีอย่างน้อยหนึ่งพันล้านล้าน GeV เครื่องเร่งอนุภาครุ่นปัจจุบันสามารถชนอนุภาคด้วยพลังงานประมาณหนึ่งร้อย GeV และมีการวางแผนเครื่องจักรที่จะเพิ่มพลังงานเป็นสองสามพัน GeV แต่เครื่องจักรที่มีพลังมากพอที่จะเร่งอนุภาคให้กลายเป็นพลังงานการรวมตัวครั้งใหญ่จะต้องมีขนาดใหญ่เท่ากับระบบสุริยะ—และไม่น่าจะได้รับการสนับสนุนในภาวะเศรษฐกิจปัจจุบัน ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะทดสอบทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (GUTs) โดยตรงในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับในกรณีของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีเอกภาพอย่างอ่อน ที่พลังงานต่ำอาจสามารถทดสอบทฤษฎีนี้ได้   ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (GUTs) นักฟิสิกส์กำลังไล่ตามแนวคิดที่ว่าแรงพื้นฐานทั้งสี่อาจมีความเกี่ยวข้องกันและเกิดขึ้นจากแรงเดียวในจักรวาล […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#36 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : แรงพื้นฐานทั้งสี่ – Strong Nuclear Force

Posted: 25/10/2021 at 12:00   /   A Brief History of Time, Universe

แรงประเภทที่สี่คือแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งยึดควาร์กไว้ด้วยกันในโปรตอนและนิวตรอน และยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกันในนิวเคลียสของอะตอม เชื่อกันว่าแรงนี้ถูกพาโดยอนุภาคที่มีสปิน -1 ที่เรียกว่า กลูออน (gluon) ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับตัวมันเองและกับควาร์กเท่านั้น แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มมีคุณสมบัติที่น่าสนใจที่เรียกว่า การกักขัง (confinement) : มันมักจะจับอนุภาคเข้าด้วยกันเป็นองค์ประกอบที่ไม่มีสี ควาร์กไม่สามารถอยู่ตัวเดียวโดยอิสระได้ เพราะมันจะมีสี (แดง เขียว หรือน้ำเงิน) ควาร์กสีแดงกับควาร์กสีเขียวและสีน้ำเงินถูกเชื่อมเข้าด้วยกันโดย “สตริง” ของกลูออน (แดง + เขียว + น้ำเงิน = ขาว) กลายเป็นโปรตอนหรือนิวตรอน ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือคู่ที่ประกอบด้วยควาร์กและแอนติควาร์ก (สีแดง + แอนติเรด หรือสีเขียว + แอนติกรีน หรือสีน้ำเงิน + แอนติบลู = สีขาว) การรวมกันของควาร์กและแอนติควาร์กจะสร้างอนุภาคที่ไม่เสถียรที่เรียกว่า มีซอน (mesons) เนื่องจากควาร์กและแอนติควาร์กสามารถทำลายล้างซึ่งกันและกัน ทำให้เกิดอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน การกักขังจะป้องกันไม่ให้มีกลูออนอยู่เพียงลำพัง เนื่องจากพวกมันมีสีเช่นกัน และอนุภาคจะต้องมีกลูออนที่มีสีรวมกันเป็น “สีขาว” จึงจะคงที่ คอลเล็กชันดังกล่าวก่อให้เกิดอนุภาคที่ไม่เสถียรที่เรียกว่า กลูบอล […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#35 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : แรงพื้นฐานทั้งสี่ – Weak Nuclear Force

Posted: 20/10/2021 at 12:48   /   A Brief History of Time, Universe

แรงประเภทที่สามเรียกว่าแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ซึ่งมีหน้าที่ในการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีและกระทำกับอนุภาคที่มีการหมุนหรือสปิน ½ ทั้งหมด แต่ไม่ส่งผลต่ออนุภาคที่มีสปิน 0, 1 หรือ 2 อย่างเช่น โฟตอนและกราวิตอน แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนยังไม่เป็นที่เข้าใจกันจนถึงปี 1967 เมื่อ อับดัส ซาลาม (Abdus Salam) ทำงานที่ Imperial College ณ กรุงลอนดอน และ สตีเวน ไวน์เบิร์ก (Steven Weinberg) ทำงานที่ Harvard university ต่างก็เสนอทฤษฎีที่รวมแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าด้วยกัน เช่นเดียวกับที่เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) ได้รวมไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันเมื่อประมาณหนึ่งร้อยปีก่อน  พวกเขาระบุว่านอกจากโฟตอนแล้ว ยังมีอนุภาคที่มีสปิน-1 อีกสามอนุภาค ที่เรียกว่า โบซอน (Bosons) ซึ่งเป็นตัวกลางในการส่งผ่านแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน โบซอนทั้งสามได้แก่ W+ , W– และ Z แต่ละตัวมีมวลประมาณ 100 GeV […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#39 จักรวาลมีขนาดใหญ่แค่ไหน?

Posted: 07/10/2021 at 11:22   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

Historic Views โลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล (ก่อนคริสตกาล) ภาพแกะสลัก Flammarion (1888) แสดงให้เห็นผู้แสวงบุญในยุคกลางที่แอบมองผ่านทรงกลมท้องฟ้าเพื่อดูสวรรค์ ชาวกรีกโบราณคิดว่าท้องฟ้าเป็นเพียงทรงกลมหรือโดมที่ล้อมรอบโลกและมีดวงดาวติดอยู่ ดวงดาวเคลื่อนจากตะวันออกไปตะวันตกผ่านด้านในของโดมหรือทรงกลม ทรงกลมนี้ถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วน บริเวณเหนือดวงจันทร์เป็นอาณาจักรสวรรค์ และบริเวณใต้ดวงจันทร์เป็นโลก เมื่อมองดูท้องฟ้ายามค่ำคืน ชาวกรีกโบราณพบวัตถุท้องฟ้าสองประเภทหลัก ดาวพเนจรและดาวประจำที่ อริสโตเติล (Aristotle) และ ปโตเลมี (Ptolemy) นักดาราศาสตร์ชาวกรีก เชื่อว่าโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ และดาวฤกษ์ ต่างเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบโลก ดาวเคราะห์ห้าดวงที่รู้จักในเวลานั้น คือ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์  ดาวเคราะห์เหล่านี้ถูกเรียกว่าดาวพเนจร คำว่า “ดาวเคราะห์ (planets)” มาจากคำในภาษากรีก “planetos” หมายถึงผู้พเนจร เนื่องจากผู้คนเห็นดาวเคราะห์เหล่านี้มีการเคลื่อนที่ข้ามฟากฟ้า ส่วนดาวฤกษ์ทั้งหลายถูกตรึงอยู่กับทรงกลมชั้นนอกสุดของจักรวาล ผู้คนจะเห็นดาวฤกษ์เหล่านี้อยู่ตรงตำแหน่งเดิมบนท้องฟ้าเสมอ จึงเรียกดาวฤกษ์เหล่านี้ว่า “ดาวประจำที่ (Fixed stars)”   โลกของเราเป็นเพียงดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง (1514)  เมื่อห้าร้อยกว่าปีที่แล้ว […]

No Comments read more