<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/74" type="text/javascript"></script>

Inflationary Universe (ตอนที่ ๑) สรุปความรู้และความเข้าใจที่นักวิทยาศาสตร์ที่มีต่อเอกภพ ผู้เขียน: ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ ชมแล้ว: 53,414 ครั้ง post ครั้งแรก: Mon 22 January 2007, 11:40 am ปรับปรุงล่าสุด: Mon 22 January 2007, 11:40 am อยู่ในส่วน: vservice, ดาราศาสตร์, ปัญหาเชาวน์, ฟิสิกส์

ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ

ภาควิชาฟิสิกส์์ คณะวิทยาศาสตร์

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม

การศึกษาธรรมชาติของเอกภพนั้น ก็คือการศึกษาธรรมชาติของกาลอวกาศ (space-time)

เหตุก็เพราะว่าทุกๆ สิ่งทุกอย่างล้วนอยู่ที่ใดที่หนึ่งในอวกาศ ซึ่งทฤษฎีพื้นฐานที่เรานำมาใช้

ศึกษากาลอวกาศและเอกภพก็คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ (Einstein's Relativity)

หนังสือหลายเล่นที่อธิบายเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมักจะพูดถึงการโค้งของกาลอวกาศ

หรือคุณสมบัติทางเรขาคณิตของจักรวาล แต่แท้ที่จริงแล้วทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นทฤษฎี

ของความสัมพันธ์ นักฟิสิกส์บางคนถึงกับกล่าวถึงทฤษฎีสัมพัทธ์ภาพว่า Relational theory

( ปรัชญาที่อยู่เบื้องหลังของความคิดนี้ รู้จักกันในนาม Mach's Principle )



นิยามของอวกาศในเชิงสัมพัทธ์ภาพทั่วไปนั้น อาจจะเทียบได้กับนิยามของประโยค

ในวิชาภาษาอังกฤษ ซึ่งจะต้องประกอบด้วย กลุ่มคำ เช่น คำนาม คำกริยา คำคุณศัพท์

แต่ละประโยคก็จะมีโครงสร้าง หรือ Grammar ซึ่งนิยาม "ความสัมพันธ์" ระหว่างคำต่างๆ

ในประโยค เช่น ความสัมพัทธ์ ระหว่างคำนาม กับ คำกริยา ฯลฯ

ไม่มีคำใดๆในประโยคที่ไม่มีความสัมพันธ์ กับคำอื่นๆ และถ้าไม่มีคำเลยก็ไม่ใช่ประโยค

เรขาคณิตของ space ก็เทียบได้กับGrammarของประโยค ถ้าคุณเปลี่ยนคำในประโยค

หรือสลับที่คำต่างๆ โครงสร้างของประโยคก็จะเปลี่ยนไป ในทำนองเดียวกัน เรขาคณิต

ของอวกาศก็จะเปลี่ยนไปเมื่อความสัมพันธ์ของสิ่งต่างๆ ในอวกาศเปลี่ยนไป



อวกาศไม่ได้หมายถึงที่ๆว่างเปล่าไม่มีอะไรอยู่เลย เพราะในอวกาศไม่มีสิ่งใดอยู่นั้น

จะเปรียบเทียบได้กับประโยคที่ไม่มีตัวอักษร ซึ่งย่อมไม่มีความหมายใดๆ

นอกจากนั้นแล้วอวกาศที่มีสิ่งของอยู่สิ่งเดียวไม่สามารถที่จะเกิดขึ้นได้

เพราะไม่สามารถที่จะมีความสัมพันธ์กับสิ่งใด เหมือนกับประโยคที่มีคำอยู่คำเพียงเดียว

ย่อมไม่สามารถที่จะเป็นประโยคได้



อวกาศจึงไม่ใช่สิ่งอื่นใดนอกจากเคลือข่ายของความสัมพันธ์ของสิ่งต่างๆที่อยู่ในเอกภพ

คุณสมบัติต่างๆของอวกาศเช่น ตำแหน่งต่างๆ ล้วนแต่เกิดขึ้นจากความสัมพันธ์

ระหว่างสิ่งของต่างๆที่อยู่ในเอกภพ



หลายคนอาจจะสงสัยว่าอะไรความสัมพันธ์ที่สานต่อให้เกิดอวกาศ และแน่นอนเอกภพทั้งหมด

ควาทสัมพันธ์ที่กล่าวถึงนี้คือกฎพื้นฐานที่สำคัญของธรรมชาติที่นักฟิสิกส์เรียกมันว่า
Causality

ความหมายของ Causality คือประโยคสั้นๆและได้ใจความว่า "เหตุต้องมาก่อนผล"

กฎพื้นฐานนี้เป็นสิ่งที่กำหนดความเป็นไปของทุกๆสิ่งในเอกภพ มันอธิบายว่าทำไมสิ่งต่างๆ

ถึงเป็นอย่างที่มันเป็นอยู่ ถ้าธรรมชาติไม่เป็นไปตามหลักเหตุและผล มนุษย์และสิ่งต่างๆ

คงไม่สามารถที่จะกำเนิดขึ้นมาได้ โลกทีเป็นไปตามหลัก Causality คือโลกที่ไม่มีเหตุผล

เป็นโลกที่ไม่สามารถจะอธิบายได้



สิ่งที่เกิดในปัจจุบัน ต้องเป็นผลมาจากอดีต หรือพูดอีกอย่างให้งงเล่นก็คือ

ข้อมูลหรือวัตถุใดๆในปัจจุบัน ล้วนต้องเดินทางมาจากอดีต ไม่มีข้อมูลใดที่ไม่เดินทาง

เพราะข้อมูลทั้งเหลายเป็นปริมาณทางฟิสิกส์ ( Information is a physical quantity
)



เราอาจจะตั้งคำถามง่ายๆว่า ข้อมูลและความสัมพันธ์ที่สร้างเอกภพขึ้นมานั้น

มันเดินทางด้วยอัตราเร็วเท่าไหร่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้นบอกไว้ชัดเจนว่า

ไม่มีวัตถุใดที่จะสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าอัตราเร็วของแสง ดังนั้นข้อมูล

และความสัมพันธ์ต่างๆย่อมปฎิบัติตนตามกฎฟิสิกส์พื้นฐานนี้ด้วย

จากกฎพื้นฐานที่ว่าเหตุต้องมาก่อนผล และข้อมูลของความเป็นเหตุเป็นผล

ต้องอาศัยการเดินทางนี่เอง ที่ทำให้มนุษย์มองธรรมชาติรอบๆตัวเราต่างออกไป



ข้อมูลต่างๆที่บรรจุและถูกส่งออกจากวัตถุต่างๆนั้น อาจอธิบายโดยแผนภาพที่ 1

ตามรูปนั้นอนุภาคสีเขียว กำลังเคลื่อนที่อยู่ในกาลอวกาศ ( Space-time ) 4 มิติ

( อวกาศสามมิติ + เวลาอีกหนึ่งมิติ เป็น 4 มิติ ) แต่บังเอิญผมวาดภาพ 4 มิติไม่ได้

เลยขอให้ผู้อ่านใช้จินตนาการเอาว่ารูป สามมิติที่ผมวาดหมายถึงสี่มิติแล้วกันครับ

ระนาบสีม่วง แสดงอวกาศสามมิติ ณ. เวลาปัจจุบัน







แผนภาพที่ 1 เรากำหนดให้เวลามีเคลื่อนที่ในทิศทางขึ้นข้างบน

ซึ่งก็หมายความว่าตำแหน่งใดๆก็ตามที่อยู่ข้างบนเหนือระนาบสีม่วง

จะถือเป็นตำแหน่งในอนาคต ส่วนตำแหน่งที่อยู่ต่ำกว่าหรือ

อยู่ข้างใต้ของระนาบสีม่วงจะถือว่าเป็นตำแหน่งในอดีตกาล







อนุภาคสีเขียวนั้นเคลื่อนทีตามเส้นเสีขาว สำหรับความเร็วของอนุภาคนั้นเราอาจจะ

ประมาณได้คร่าวๆจาก "มุม" ที่เอียงออกจากแนวดิ่ง ของเส้นทางของอนุภาค

ยิ่งเอียงออกจากแนวดิ่งมากก็ยิ่งเร็วมากขึ้น



ส่วนเส้นลูกศรสีฟ้านั้นแสดงทิศทางการเคลือนที่ ของแสงที่ถูกปล่อยออกมาจากอนุภาค

เนื่องจากตามทฤษฎีนั้น แสงมีความเร็วสูงที่สุด ดังนั้น "มุม" ที่ลูกศรสีฟ้าเอนออกจาก

แนวดิ่งนั้นถือว่าเป้นมุมที่มากที่สุดเท่าที่จะเอียงออกมาได้ ถ้ามีลูกศรอันไหนเอียงออกมา

จากแนวดิ่งมากกว่าลูกศรสีฟ้าถือว่า ผิดกฎของฟิสิกส์



เพื่อความสะดวกเราสามารถวาดเส้นทางของแสงที่ออกจากวัตถุในทิศทางต่างๆรวมเข้าด้วยกัน

ผลลัพท์ก็จะได้เป็นรูปกรวยดังรูป ซึ่งเราเรียกว่า กรวยแสง ( Light-cone )



ทฤษฎีสัมพัทธภาพบังคับว่าสัญญานต่างๆที่ออกมาจากวัตถุนั้นจะต้องอยู่ภายในกรวยแสงนี้

วัตถุสามารถที่จะส่งสัญญานใดๆก็ได้ออกมาตามเส้นทางสีเหลือง ซึ่งอยู่ภายในกรวยแสง

แต่จะไม่สามารถที่จะส่งข้อมูลใดๆ ในทิศทางลูกศรสีแดงที่ล้ำออกมาอยู่นอกกรวยแสง

ซึ่งถือว่าว่าไม่สามารถเป็นไปได้ เพราะสัญญานที่เดินทางตามเส้นทางสีแดงนั้นจะเคลื่อนที่

ด้วยอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วของแสง ซึ่งผิดหลัก Causality



ในทางกลับกันข้อมูลที่บรรจุอยู่ในอนุภาคสีเขียวนั้น ก็ย่อมต้องเดินทางมาจากอดีต

ซึ่งแน่นอนข้อมูลดังกล่าวต้องเดินทางด้วยความเร็วไม่มากกว่าแสง



ลองพิจารณาตัวอย่างในแผนภาพที่ 2 ซึ่งแสดงอนุภาคสีเขียว ณ. ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง

ณ. เวลาปัจจุบัน แสงที่อนุภาคสีเขียวเห็นนั้นจะเดินทางมาจากอดีตตามเส้นทางสีฟ้า

ซึ่งเราสามารถวาดเป็นกรวยแสงได้เช่นเดียวกับรูปข้างบน ( เป็นกรวยคว่ำ )

และในทำนองเดียวกับกรณีข้างบน สัญญานใดๆก็ตามที่อนุภาคสีเขียวได้รับ

จะต้องอยู่ภายในกรวยแสง เพราะข้อมูลที่อนุภาคสีเขียวได้รับจากอนุภาคสีแดง

จะต้องเดินทางไม่เร็วกว่าแสง





แผนภาพที่ 2 แสดง Particle Horizon





จากรูปข้างบนจะเห็นว่า ถ้าอนุภาคสีแดงอยู่นอกกรวยแสง มันจะไม่สามารถส่งสัญญานใดๆ

ให้มาถึงอนุภาคสีเขียวได้ ( หมายถึงทันเวลาปัจจุบัน แต่อาจจะมาถึงในอณาคต )

ดังนั้นข้อมูลที่อนุภาคสีเขียวได้รับในปัจจุบันนี้ มาจากอนุภาคสีแดงที่อยู่ในกรวยแสง

กรวยแสงนี้นักฟิสิกส์เรียกมันว่า Particle Horizon หรือขอบฟ้าเหตุการณ์ของวัตถุ

---

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน