LSVคลังสมองออนไลน์ "ปีที่14"

เคดิตจาก http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=313
ผู้เขียน ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ อาจารย์ ประจำภาควิชาฟิสิกส์    จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
เอกภพ คู่ขนาน (Parallel Universe)
... กล่าวว่าอาจจะมีเอกภพอื่นๆ ซึ่งมี กฎทางฟิสิกส์ และ ค่าคงที่ต่างๆเหมือนกับเอกภพที่เราอยู่ทุกประการ หรือมีโลกเหมือนเราอีกโลกที่ไหนซักแห่ง แต่อาจจะอยู่ในสถานะที่ต่างกัน และ เอกภพคู่ขนานเหล่านี้ไม่สามารถที่จะติดต่อกันได้

                ในปัจจุบันมีทฤษฎีทางฟิสิกส์หลายทฤษฎีที่บอกถึงความเป็นไปได้ที่จะมี โลกคู่ขนาน หรือ เอกภพคู่ขนาน (Parallel Universe) โดยในแต่ละทฤษฎีก็จะทีมาที่ไป และความหมายของคำว่าเอกภพคู่ขนานแตกต่างกันไป ซึ่งพอจะจำแนกทฤษฎีเหล่านี้ออกได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ๆ คือ Quantum parallel universe, Inflation multi-universes และ String theory multi-universes
1. Quantum parallel universe

ซึ่งเสนอขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1957 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันชื่อ Hugh Everett เพื่อที่จะแก้ปัญหาในทฤษฎีควอนตัม ซึ่งพัฒนาต่อมาโดยนักฟิสิกส์ Bryce DeWitt, David Deutsch และอีกหลายๆท่าน
                    แนวคิดของ Everett นี้รู้จักกันในชื่อ Many-worlds interpretation of Quantum Mechanics ซึ่งกล่าวว่าอาจจะมีเอกภพอื่นๆ ซึ่งมี กฎทางฟิสิกส์ และ ค่าคงที่ต่างๆเหมือนกับเอกภพที่เราอยู่ทุกประการ แต่อาจจะอยู่ในสถานะที่ต่างกัน และ เอกภพคู่ขนานเหล่านี้ไม่สามารถที่จะติดต่อกันได้ ในโลกของควอนตัมซึ่งเป็นโลกของความน่าจะเป็น สถานะที่ต่างกันออกไป ในแต่ละเอกภพจะสัมพันธกัน โดยกระบวนการทางควอนตัมที่เรียกว่า Quantum superposition และ ความสัมพันธ์นี้จะสิ้นสุดลง เมื่อมีการเลือกทางใดทางหนึ่งของความน่าจะเป็นนั้น ซึ่งหลังจากที่มีการเลือกเกิดขึ้นแล้ว เอกภพคู่ขนานทั้งสองจะไม่สัมพันธ์กันอีกเลย
                        ตัวอย่างของเอกภพคู่ขนานควอนตัมอาจจะอธิบายได้โดย สมมุติว่าเราซื้อฉลากรัฐบาล ก่อนที่จะประกาศผลรางวัล มีความเป็นไปได้อยู่ 2 ทางคือ หนึ่งเราถูกรางวัล และ สองเราถูกกิน ความน่าจะเป็นทั้งสองคือโลกที่แตกต่างกัน ในโลกหนึ่งถ้าเราถูกรางวัลที่หนึ่ง เราก็จะร่ำรวย แต่ในอีกโลกหนึ่งเราถูกหวยกินยากจนลงทุกวันๆ ในขณะที่หวยยังไม่ออก สถานะของความร่ำรวยและความยากจน ยังผสมกันอยู่เรายังบอกไม่ได้ว่าอนาคตจะเป็นอย่างไร แต่เมื่อใดก็ตามที่กองฉลากประกาศผลรางวัล เราก็จะทราบอนาคต เมื่อนั้นโลกคู่ขนานทั้งสองก็จะไม่เกี่ยวข้องกันอีกต่อไป เช่น ถ้าผลออกมาเราไม่ถูกรางวัล เราก็จะอยู่ในโลกของเราซึ่งไม่ถูกรางวัล อาจจะเลิกเล่นหวยแล้วตั้งหน้าตั้งตาทำมาหากิน ซึ่งเราจะไม่มีทางรับรู้ถึงเอกภพคู่ขนานอีกอันหนึ่ง ซึ่งเป็นโลกที่เราถูกหวย เอกภพคู่ขนานทั้งสองตัดขาดจากกันโดยสิ้นเชิง
ไม่มีทางที่เราจะเดินทางไปยังโลกที่เราถูกหวยรางวัลที่หนึ่งได้
2. Inflation multi-universes

                          เป็นแนวคิดที่พัฒนามาจากการศึกษาจักรวาลวิทยา (cosmology) หรือ การศึกษาเกี่ยวกับการกำเนิด และ วิวัฒนาการของเอกภพ หลักฐานที่เราได้จากคลื่นแม่ไมโครเวฟพื้นหลัง (Cosmic Microwave Background Radiation) ทำให้เชื่อว่าเอกภพที่เราอาศัยอยู่ ณ ขณะนี้ มีวิวัฒนาการมาจากการระเบิดครั้งใหญ่ที่เรียกว่า บิกแบง (Big Bang)
                        แต่เนื่องจากความรู้ที่เรามีอยู่จำกัดในปัจจุบันทำให้เราไม่สามารถเข้าใจการกำเนิดของเอกภพได้ดีนัก นักฟิสิกส์ Andre Linde ได้เสนอทฤษฎีที่เรียกว่า Bubble universe theory ซึ่งมีแนวคิดว่า เอกภพของเราเกิดขึ้นมาจาก โฟมควอนตัม (Quantum foam) ของเอกภพแม่อีกทีหนึ่ง โดยอาศัยทฤษฎีควอนตัมทำนายว่าขณะที่เอกภพพึ่งจะหลุดออกมาจากบิกแบงใหม่ๆ หรือ Early universe นั้น กาล-อวกาศ จะมีการแปรปรวนและผันผวนอย่างรุนแรง (Quantum fluctuation of space-time) เสมือนกับน้ำในหม้อที่ต้มจนเดือดพล่าน
                                   เอกภพคู่ขนานหลายๆอันสามารถที่จะเกิดขึ้นได้ เหมือนกับฟองน้ำที่ผุดขึ้นมาเวลาน้ำเดือด ถ้าความผันผวนของ Quantum fluctuation มีขนาดไม่มาก เจ้า bubble universe ก็อาจจะขยายตัวเหมือนลูกโป่ง แล้วค่อยๆหดตัวแฟบลง จนหายไปในที่สุด แต่ถ้าความผันผวนควอนตัมนี้มีขนาดใหญ่พอ เอกภพเล็กๆเหล่านี้ก็จะมีพลังงานมากพอที่จะขยายตัวเป็นเอกภพอย่างที่เราเห็นอยู่ในปัจจุบันในระดับขนาดที่เล็กมากๆ กาล-อวกาศไม่ได้มีลักษณะเรียบและต่อเนื่อง แต่จะมีลักษณะคล้ายกับรูปภาพในหน้ากระดาษหนังสือพิมพ์ ที่เมื่อมองไกลๆจะเห็นเป็นภาพที่ต่อเนื่องเป็นเนื้อเดียวกัน แต่เมื่อเข้ามาพิจารณาในระยะใกล้ๆ หรือเมื่อส่องดูด้วยแว่นขยาย ก็จะพบว่าแท้ที่จริงแล้วเกิดจากจุดเล็กๆหลายๆจุดที่เรียงอยู่ใกล้ๆกัน
                                   เอกภพคู่ขนานในกรณีนี้แตกต่างจากในกรณีแรกคือเอกภพทั้งหมดไม่ได้ตัดขาดกันอย่างสมบูรณ์ และกฎธรรมชาติในแต่ละเอกภพไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน เนื่องจาก bubble universe สามารถเกิดขึ้นได้อย่างไม่จำกัด ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่อาจจะมีเอกภพหลายๆเอกภพที่นอกเหนือจากเอกภพของเรา แต่เอกภพอื่นๆที่เกิดขึ้นจะมีกฎทางฟิสิกส์แตกต่างจากเอกภพที่เราอาศัยอยู่ เช่น มีจำนวนมิติแตกต่างมากกว่า 3 มิติ มีค่าประจุอิเล็กตรอนที่แตกต่างออกไป ค่าคงที่เหล่านี้มีความสำคัญมาก เพราะถ้าหากค่าคงที่บางตัวมีค่าต่างออกไปเล็กน้อย เช่น ถ้าประจุอิเล็กตรอนมีค่าน้อยกว่านี้ พันธะเคมีของสารอินทรีย์ต่างๆอาจจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้
                   สิ่งมีชีวิตที่เป็นตัวเราก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน ดังนั้นถ้าเราจะเดินทางไปยังเอกภพอื่น (จะด้วยวิธีใดก็ตาม) คงเป็นไปได้ยากที่จะรอดชีวิตอยู่ในเอกภพเหล่านั้น และเช่นเดียวกัน สิ่งมีชีวิตในเอกภพที่มีกฎทางฟิสิกส์ต่างจากเราก็คงไม่อยากที่จะมาทนทุกข์อยู่ในเอกภพของเรา การเดินทางไปมาระหว่างเอกภพคู่ขนานดูจะไม่ทำให้เกิดประโยชน์ใดๆขึ้นมา
3. String theory multi-universes

                         แนวคิดเรื่องเอกภพคู่ขนานในกลุ่มนี้ เป็นแนวคิดที่ได้มาจากทฤษฎีเส้นเชือก หรือ
String Theory ซึ่งเป็นทฤษฎีที่สร้างขึ้นมาเพื่อที่จะอธิบายธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงในระดับพลังงานสูงๆ ก่อนอื่นต้องขออธิบายว่าในวิชาฟิสิกส์เราแบ่งแรงในธรรมชาติออกเป็น 4 ชนิด คือ
• แรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นแรงที่ดึงดูดมวลสารและพลังงานเข้าด้วยกัน เช่น แรงที่ดึงดูดดวงจันทร์เข้ากับโลกเป็นต้น
• แรงแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นแรงที่กระทำกับอนุภาคที่มีประจุ เช่น แรงที่ดูดอิเล็กตรอนให้วิ่งวนรอบนิวเคลียส เป็นแรงที่อยู่เบื้องหลังปฏิกิริยาเคมีทั้งหมด รวมถึงระบบประสาทในสิ่งมีชีวิต
• แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน เป็นแรงที่เกิดในการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
และปฏิกิริยานิวเคลียร์บนดวงอาทิตย์เป็นต้น
• สี่แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม เป็นแรงที่ดึงดูดอนุภาคควาร์ก ให้รวมกันอยู่ได้โปรตรอนและนิวตรอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอะตอม
                           ถ้าปราศจากซึ่งแรงทั้งสี่นี้ ธรรมชาติย่อมจะไม่เป็นอย่างที่เราเห็น และ สิ่งมีชีวิตต่างๆคงไม่สามารถที่จะเกิดขึ้นได้
ในบรรดาแรงทั้ง 4 ชนิดที่กล่าวไปนั้น แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่เราเข้าใจน้อยที่สุด แม้ว่าเราจะรู้จักมันมาตั้งแต่สมัยของ เซอร์ ไอแซค นิวตัน ปัจจุบันทฤษฎีที่เราใช้อธิบายแรงโน้มถ่วงคือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งค้นพบโดย อัลเบอร์ต ไอน์สไตน์ เมื่อเกือบ 100 ปีมาแล้ว ซึ่งสามารถใช้ทำนายปรากฏการณ์ต่างๆ และวิวัฒนาการของเอกภพได้ดีในระดับหนึ่ง แต่อย่างไรก็ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพก็มีข้อจำกัด เพราะไม่สามารถอธิบาย พฤติกรรมของแรงโน้มถ่วง ในสถานะการที่มีพลังงานสูงๆได้ เช่น ถ้าต้องการอธิบายการกำเนิดของเอกภพเป็นต้น
                     นอกจากนี้ในปัจจุบันการศึกษาจักรวาล โดยอาศัยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไม่สามารถตอบปัญหาสำคัญๆ เช่น ปัญหาสสารมืด (Dark matter problem) และปัญหาพลังมืด (Dark Energy problem) ได้ นักฟิสิกส์ จึงต้องการทฤษฎีอื่น เพื่อที่จะช่วยเสริม ในจุดที่ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพ ไม่สามารถอธิบายได้ ซึ่ง ทฤษฎีสตริง ก็เป็นตัวเลือกหนึ่งของทฤษฎีดังกล่าว

(http://i120.photobucket.com/albums/o162/eskimo_bkk/A313p3x1.jpg)

สมมุติว่ากาล-อวกาศเป็นผิวของหลอดกาแฟ ซึ่งเป็นพื้นผิวสองมิติ ดังที่แสดงในรูป มดที่เดินอยู่บนหลอดกาแฟ จะสามารถเคลื่อนที่ได้ในสองมิติ แต่ถ้ารัศมีของหลอดกาแฟเล็กลงมากๆ มดที่เดินอยู่ในบริเวณนั้น ก็จะรู้สึกเหมือนว่ามันเดินอยู่บนเส้นลวด ซึ่งมีจำนวนมิติเท่ากับหนึ่งมิติ
ในทฤษฎีเส้นเชือก กาล-อวกาศมีได้มากถึง 10 มิติ แต่ในชีวิตประจำวันเรารู้สึกได้เพียง 4 มิติ นักฟิสิกส์อธิบายว่ามิติพิเศษ หรือ Extra dimension ที่เหลืออีก 6 มิตินั้น จะม้วนเป็นวงเล็กๆ จนเราไม่สามารถที่จะตรวจวัดได้ (ใน M-theory เอกภพมีได้ถึง 11 มิติเลยทีเดียว)
ในทฤษฎีสตริง อนุภาคถูกอธิบายว่า มีลักษณะเป็นเส้นเชือกหนึ่งมิติ โดยการสั่นของเส้นเชือกนี้ ทำให้เกิดเป็นตัวโน๊ตต่างๆ ตัวโน๊ตหนึ่งตัว สามารถแทนอนุภาคได้หนึ่งตัว ตัวโน๊ตที่ต่างคีย์กัน ก็จะให้อนุภาคที่ต่างชนิดกัน
                              ในการที่จะให้ทฤษฎีสตริง มีคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสม นักฟิสิกส์พบว่าจำนวนมิติของเอกภพจะต้องมีถึง 10 มิติ คือ เวลาหนึ่งมิติ และ อวกาศอีก 9 มิติ ยิ่งไปกว่านั้นในทฤษฎีที่เรียกว่า M-theory ซึ่งเป็นทฤษฎี ที่พัฒนาต่อมาจากทฤษฎีเส้นเชือก กาล-อวกาศ อาจจะมีได้ถึง 11 มิติ คือ เวลาหนึ่งมิติ และ อวกาศอีก 10 มิติ แต่ในเอกภพของเรานั้น เราสังเกตจำนวนมิติได้เพียงแค่ 4 มิติทฤษฎีสตริงจึงอธิบายว่า มิติที่เกินมา ซึ่งเรียกว่า Extradimension หรือมิติพิเศษนั้นขดตัวอยู่โดยที่ขนาดของมันเล็กมากจนเราไม่สามารถสังเกตได้
                   สำหรับแนวคิดเรื่องเอกภพคู่ขนาน ที่ได้แรงบันดาลใจมาจากทฤษฎีเส้นเชือกนั้น กล่าวไว้ว่า เอกภพของเราซึ่งมีอยู่ 4 มิตินั้น เป็นแผ่นหรือเยื่อ (Membrane) ที่ลอยอยู่ใน Hyperspace ซึ่งอวกาศที่มีจำนวนมิติ 11 มิติ ตามทฤษฎีมีความเป็นไปได้ ว่าอาจจะมีเอกภพอื่นๆ นอกเหนือจากเอกภพของเรา ซึ่งล่องลอยอยู่ใน Hyperspace ด้วยเช่นกัน ในบางทฤษฎีเอกภพอีกอันหนึ่ง อาจจะล่องลอยขนานกับเราใน Hyperspace และอาจจะอยู่ห่างจากเราเพียงไม่กี่มิลลิเมตรก็ได้ (เป็นระยะห่างในมิติพิเศษ)
                     แต่เอกภพเหล่านั้น อาจจะมีจำนวนมิติรวมถึงกฎทางธรรมชาติ ที่แตกต่างออกไปจากเอกภพของเรา ซึ่งจะคล้ายๆกับแนวคิด ของเอกภพคู่ขนานที่ได้จาก ทฤษฎี Bubble universe theory
                             นักฟิสิกส์ที่เชื่อแนวคิดนี้ ได้สร้างโมเดลอธิบายการกำเนิดของเอกภพเอาไว้ด้วย ซึ่งรู้จักกันในชื่อของ Cyclic model โดยอธิบายการกำเนิดของเอกภพที่เรียกกันว่าบิกแบงนั้น เกิดจากการที่เอกภพคู่ขนานเหล่านี้เคลื่อนที่เข้าชนกัน
 ปัญหาของทฤษฎีเอกภพคู่ขนาน
                   แนวคิดเรื่องเอกภพคู่ขนานที่ได้จากทฤษฎีสตริง และ Bubble universe theory มีลักษณะเหมือนกันตรงที่ เอกภพอื่นๆที่ไม่ใช่เอกภพที่เราอาศัยอยู่นั้นจะมีกฎทางฟิสิกส์ที่แตกต่างจากโลกของเรา เช่นมีค่าประจุอิเล็กตรอน และค่าการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีแตกต่างออกไป นั่นคือเราเพียงแต่โชคดีที่ได้เกิดอยู่ในเอกภพแห่งนี้ ที่มีค่าคงทีทางฟิสิกส์ และกฎธรรมชาติ ที่เหมาะสมแก่การเกิดสิ่งมีชิวิตในแบบที่เราเห็น ถ้าเราเกิดไปเกิดอยู่ในเอกภพที่มีเพียงแค่ สองมิติ เราคงเป็นสิ่งมีชีวิตอีกแบบหนึ่งซึ่งต่างจากที่เราเป็นอยู่มาก

                        แนวความคิดที่อธิบายธรรมชาติในลักษณะนี้ เรียกว่า Anthropic principle คือ อธิบายว่าธรรมชาติ เป็นอย่างที่เราเห็น ก็เพราะว่ามีตัวเราเกิดขึ้นมาเห็นมัน หรือ มันเป็นเช่นนั้นเอง ถ้ามันไม่เป็นเช่นนั้น ก็จะไม่มีเรามาตั้งคำถาม ซึ่งเป็นคำอธิบายในลักษณะกำปั้นทุบดิน ที่นักฟิสิกส์หลายๆคนไม่ชอบนัก นักฟิสิกส์จะรู้สึกพอใจมาก ถ้าเขาสามารถอธิบายได้ว่ากลไกในธรรมชาติอันไหน ที่ทำให้ธรรมชาติเป็นอย่างที่มันเป็น

(http://i120.photobucket.com/albums/o162/eskimo_bkk/A313p4x1.jpg)

กำเนิดจักรวาลใน Cyclic Universe model

มีลักษณะเป็นแผ่น membrane 3 มิติ ที่ลอยอยู่ใน Hyperspace 11 มิติ การกำเนิดของจักรวาลเกิดขึ้นเมื่อ
 (ก) เอกภพคู่ขนานอีกอันหนึ่งคลื่อนที่เข้ามาใกล้
 (ข) เมื่อเอกภพคื่อขนานทั้งสองชนกันจะเกิดการระเบิดครั้งใหญ่ที่เรียกว่าบิกแบง
 (ค) จากนั้นแผ่นเอกภพทั้งสองก็จะเคลื่อนที่ออกจากกัน เอกภพเกิดการขยายตัวเกิดเป็นเอกภพที่เราเห็นในปัจจุบัน
 (ง) เมื่อขยายตัวมาขึ้นมวลสารในเอกภพก็จะเจือจางลง (จ) จนเมื่อถึงจุดหนึ่งแรงดึงดูดระหว่างมวลของเอกภพคู่ขนานทั้งสองก็จะดึงให้มันวิ่งเข้าหากัน และเกิดกระบวนการบิกแบงอีกครั้ง ซึ่งในทฤษฎีนี้เอกภพไม่มีจุดจบ แต่จะเกิดใหม่เรื่อยๆ
                           ปัญหาใหญ่อีกอย่างของทฤษฎีเอกภพคู่ขนานคือ การทดสอบทฤษฎี โดยเฉพาะทฤษฎีที่ได้แรงบันดาลใจ มาจากทฤษฎีสตริง เพราะตามทฤษฎีแล้ว การที่จะเห็นมิติพิเศษอื่นๆที่มากกว่า 4 นั้น จะต้องอาศัยพลังงานสูงมากๆ และอาจจะต้องใช้เทคโนโลยี ที่สูงกว่าที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน อย่างไรก็ดีนักฟิสิกส์หลายๆคนเชื่อว่า เราอาจจะตรวจพบสัญญาณจากมิติที่ห้า จากการทดลองโดยเครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC) ที่ห้องปฏิบัติการ CERN ในประเทศสวิสเซอร์แลนด์ นอกจากนี้แล้วการศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เรียกว่า
Cosmic Microwave Background (CMB) ก็อาจจะทดสอบทฤษฎี Bubble Universe ได้ว่าน่าเชื่อถือหรือไม่

                          สิ่งหนึ่งที่ควรจะคิดไว้เสมอคือ ฟิสิกส์เป็นศาสตร์ที่ศึกษาธรรมชาติ และอธิบายธรรมชาติโดยอาศัยภาษาคณิตศาสตร์ ทฤษฎีทางฟิสิกส์เป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ที่สร้างมาเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติ แต่ไม่ได้หมายความว่าธรรมชาติเป็นจริงเช่นนั้น ทฤษฎีหนึ่งอาจจะอธิบายเรื่องหนึ่งๆได้ดี แต่อีกเรื่องหนึ่งอาจจะใช้ไม่ได้เลยก็ได้
                  เพราะฉะนั้นการที่จะนำทฤษฎีใดทฤษฎีหนึ่ง ไปอธิบายปรากฏการณ์ใดๆ จึงควรจะทำความเข้าใจตัวทฤษฎีให้ถ่องแท้เสียก่อน เราไม่ควรปักใจเชื่อว่าธรรมชาติเป็นจริงตามทฤษฎี เพราะธรรมชาตินั้นซับซ้อนกว่าที่มนุษย์จะเข้าใจมากนัก

(http://i120.photobucket.com/albums/o162/eskimo_bkk/eski.gif)