ขนาดของจักรวาล: เวลา สสาร และ พลังงาน อันไร้ขีดจำกัด
ทำไมความโน้มถ่วงถึงไม่ใช่แรง แต่เป็นภาพลวงตาอย่างหนึ่ง
ทำไมความโน้มถ่วงถึงไม่ใช่แรง แต่เป็นภาพลวงตาอย่างหนึ่ง
กันยายน 22, 2021
การเดินทางสุดขอบจักรวาล​ ความกว้างใหญ่ของเวลา และ ปฏิทินแห่งจักรวาล
การเดินทางสุดขอบจักรวาล​ ความกว้างใหญ่ของเวลา และ ปฏิทินแห่งจักรวาล
กันยายน 28, 2021
ขนาดของจักรวาล: เวลา สสาร และ พลังงาน อันไร้ขีดจำกัด

ขนาดของเอกภพที่สังเกตเห็นได้ ประมาณการว่ามีความกว้างอยู่ที่ 93,000 ล้านปีแสง credit: Andrew Z. Colvin/wikipedia

ในฤดูใบไม้ผลิของปี 1905 พายุได้พัดโหมกระหน่ำใส่ความคิดของไอน์สไตน์ ผลที่ตามมาทำให้เขาตระหนักได้ว่าอวกาศ, เวลา, สสาร และพลังงาน มีความสัมพันธ์กันอย่างไร โดยความหมายคือสิ่งที่ไอน์สไตน์ค้นพบ ได้เปลี่ยนประสบการณ์รับรู้จักรวาลของเราไปอย่างสิ้นเชิง โดยเฉพาะในเรื่องของเวลา สัมพัทธภาพพิเศษได้บอกกับเราว่าเวลาในแต่ละที่ของจักรวาลนั้นเดินไม่เท่ากัน หรือแม้แต่เวลาของพวกเราทุกคนที่อยู่บนพื้นโลกนี้ก็ด้วย ซึ่งการจะหาเวลาที่เดินอย่างเที่ยงตรงที่สุดนั้นดูเหมือนจะเป็นไปได้ยากมากในเอกภพ เพราะทุกสิ่งมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา ไม่มีสิ่งใดหยุดนิ่งได้โดยสมบูรณ์ เช่นแม้เราจะรู้สึกว่าเรานั่งอยู่นิ่งๆในบ้าน แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าจากมุมมองของนักบินอวกาศพวกเราจะไม่เคลื่อนที่ เพราะอันที่จริง ตัวของเรากำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 460 เมตรต่อวินาที หรือราวๆ 1,670 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งเป็นค่าที่เท่ากับความเร็วที่เส้นศูนย์สูตรขณะที่โลกหมุนรอบตัวเอง ในเวลาเดียวกันโลกก็ยังเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็ว 30 กิโลเมตรต่อวินาที หรือราว 107,208 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือแม้แต่ดวงอาทิตย์เองก็กำลังท่องอยู่ในอวกาศ และโคจรอยู่รอบๆ ศูนย์กลางทางช้างเผือกด้วยความเร็ว 230 กิโลเมตรต่อวินาที หรือ 828,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ไม่เพียงเท่านี้ ทางช้างเผือกก็ยังเคลื่อนอยู่ในอวกาศด้วยความเร็วประมาณ 600 กิโลเมตรต่อวินาที! และอีกประมาณ 4-5 พันล้านปีก็จะไปชนกับดาราจักรแอนดรอเมดา จะกล่าวได้ว่าในทุกๆ 1 วินาทีพวกเราเคลื่อนตัวอยู่ในอวกาศไปได้ไกลเกือบๆ 900 กิโลเมตร เลยทีเดียว     

เวลามีความสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ เมื่อเป็นเช่นนั้นจึงทำให้เวลาของแต่ละคนเดินไม่เท่ากัน อย่างไรก็ตาม สัญชาตญาณในการรับรู้ของสมองมนุษย์ ก็ไม่อาจแยกแยะถึงความแตกต่างนี้ได้เลย เพราะค่าของมันเล็กน้อยมาก จนแทบไม่ผลต่อวิวัฒนาการของเราที่จะนำประโยชน์จากเรื่องนี้ไปใช้เพื่อให้อยู่รอด

นอกจากนี้ไอน์สไตน์ยังค้นพบการแปลงพลังงานและมวลที่มีชื่อเสียงที่สุด E = mc2 ที่เผยให้เห็นความลับของหัวใจดวงอาทิตย์ที่แลกมวลออกมาเป็นพลังงานความร้อนและแสงสว่าง แต่เหตุใดสัมพัทธภาพพิเศษจึงดูเป็นเรื่องไกลตัว เราไม่เคยรู้สึกถึงการแปลงสมการมวลและพลังงานภายในร่างกายของเราเลย รวมถึงเวลาสัมพัทธ์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ก็ด้วย คำตอบก็คือ เมื่อเรามองเข้าไปในเอกภพ สิ่งที่ตระหนักถึงก็คือขนาดของความยิ่งใหญ่ของมันที่ประกอบสร้างเป็นความจริงขึ้นมา และมนุษย์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของระบบแห่งนี้ 

ในขณะที่ในตัวของเราก็ยังมีจักรวาลขนาดเล็กๆอยู่จำนวนมหาศาลที่เรียกว่าอะตอม ประเมินกันว่าผู้ที่มีน้ำหนักราวๆ 68 กิโลกรัม จะประกอบกันขึ้นมาจากอะตอมจำนวน 6.5 octillion อะตอม หรือราวๆ 6,500,000,000,000,000,000,000,000,000 อะตอม (อ่านว่า หกพันห้าร้อยล้านล้านล้านล้าน อะตอม) โดยขนาดของอะตอมเดี่ยวๆ เฉลี่ยแล้วจะมีขนาดอยู่ที่ 100 พิโคเมตรหรือ 10-10 เมตร (0.0000000001 เขียนได้ตามนี้ ศูนย์จุดตามด้วยเลขศูนย์เก้าตัวและเลขหนึ่งที่ตำแหน่งท้ายสุด) ใหญ่ขึ้นมาหน่อยก็เป็นขนาดของไวรัสขนาดประมาณ 10-8 เมตร, เซลล์เม็ดเลือดแดงขนาด 10-6 เมตร, เซลล์ของสิ่งมีชีวิตหนึ่งเซลล์ขนาด 10-4 เมตร, ขนาดร่างกายมนุษย์ 2 เมตร, โลกมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12,742 กิโลเมตร, หากอ้างอิงรัศมีวงโคจรเฉลี่ยของดาวพลูโตที่ 40 AU ระบบสุริยะก็มีขนาดประมาณ 10,000 ล้านกิโลเมตร, หากเกินขนาดของระบบสุริยะหน่วยวัดกิโลเมตรจะเล็กเกินไปสำหรับการสำรวจจักรวาล ดังนั้นเราจึงเริ่มต้นด้วยการวัดในหน่วยของปีแสงแทน 1 ปีแสงโดยความหมายคือระยะทางที่แสงเดินทางได้ในสุญญากาศเป็นเวลา 1 ปี ซึ่งมีค่าประมาณ 9.46 ล้านล้านกิโลเมตร และดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้กับเรามากที่สุดคือพร็อกซิมาเซนทอรีที่ระยะ 4.25 ปีแสง ขณะที่หลุมดำที่อยู่ใกล้ที่สุดคือ V723 Monocerotis ห่างจากโลก 1,500 ปีแสง และโลกก็อยู่ห่างจากศูนย์กลางของทางช้างเผือกประมาณ 27,000 ปีแสง ขณะที่ทางช้างเผือกก็มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100,000 ปีแสง, ดาราจักรแอนดรอเมดาอยู่ห่างจากทางช้างเผือก 2.5 ล้านปีแสง และ Boötes void ทรงกลมของสุญญากาศขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางกว่า 330 ล้านปีแสง ก็อยู่ห่างจากโลกของเราประมาณ 700 ล้านปีแสง ท้ายที่สุดคือขนาดของเอกภพที่สังเกตเห็นได้ ประมาณการว่ามีความกว้างอยู่ที่ 93,000 ล้านปีแสง

จะเห็นว่ายิ่งเรามองออกไปไกลมากเท่าไหร่ตัวของเราก็ยิ่งเล็กลงไปเท่านั้น เมื่อถึงจุดๆหนึ่งก็จะพบว่า การหยั่งรู้ของเราก็จะสิ้นสุดลง สมองจะไม่สามารถประเมินประสบการณ์อะไรที่ยิ่งใหญ่ของโครงสร้างทั้งหมดของจักรวาลได้อีกต่อไป จึงอาจพึมพำในใจว่าตัวเรามีความหมายอย่างไรต่อจักรวาลอันไพศาลแห่งนี้ อย่างไรก็ตามความจริงก็คือตัวของเราก็เป็นเพียงองค์ประกอบย่อยที่สร้างจักรวาลนี้ขึ้นมา เราคือความจำกัดความของสสารและพลังงานภายในจักรวาลแห่งนี้

มนุษย์วิวัฒน์ขึ้นมาท่ามกลางป่าธรรมชาติบนโลก สัญชาตญาณบอกกับเราว่าประสบการณ์แบบไหนที่จะช่วยให้อยู่รอดได้ดีที่สุด และสภาพแวดล้อมเช่นนี้ที่หล่อเลี้ยงเราให้เติบใหญ่ขึ้นมา เราคุ้นเคยกับฟิสิกส์ต่างๆบนโลกเป็นอย่างดี เรารู้ว่าต้องประมาณแรงแค่ไหนจึงจะขว้างก้อนหินให้ไปโดนเป้าหมายได้อย่างใกล้เคียง ทรงตัวอย่างไรไม่ให้ล้ม หรือยืดขาแค่ไหนจึงจะสามารถกระโดดข้ามผ่านอุปสรรคที่อยู่เบื้องหน้าได้ มนุษย์ถูกขัดเกลาโดยธรรมชาติและสติปัญญาจนกลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่ขึ้นมาอยู่จุดสูงสุดของห่วงโซ่อาหาร และในเวลาเพียงไม่กี่ร้อยปีให้หลัง มนุษย์ก็ต้องเผชิญกับสิ่งที่ยากเกินกว่าจะสามารถอธิบายได้ ไม่ว่าจะเป็น ความเร็ว ความเร่ง ระยะทาง หรือขนาดและปริมาณของสสารและพลังงาน ที่มีอยู่อย่างแทบจะไร้ขีดจำกัดภายในเอกภพ 

ค่ามหาศาลและละเอียดอ่อนเหล่านี้ไม่ใช่สิ่งที่เราคุ้นเคยกันดีนักในชีวิตประจำวัน ยกเว้นแต่การศึกษาในฟิสิกส์สมัยใหม่ที่ในมาตราส่วนที่เล็กจิ๋วนั้นเราจะเรียกว่าโลกของกลศาสตร์ควอนตัม หากมองไปมาตราส่วนขนาดใหญ่ที่ศึกษาเกี่ยวกับมวลมหาศาล พื้นที่และเวลา เราจะเรียกว่าโลกของสัมพัทธภาพทั่วไป และในมุมมองของจักรวาลขณะกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วอย่างถึงขีดสุดเราจะเรียกว่าโลกของสัมพัทธภาพพิเศษ โลกของฟิสิกส์ทั้ง 3 แบบนี้นำพาเราไปสู่จุดสนใจที่ว่าจักรวาลจะประพฤติตัวอย่างไรภายใต้สภาพเงื่อนไขต่างๆ ที่เป็นไปได้ ขอบเขตของการศึกษาของเราจะหยุดอยู่ที่ตรงไหน ไม่ว่าจะเป็นการศึกษาอดีตของจักรวาลหรืออนาคตของมัน การศึกษาเกี่ยวกับคลื่นและพลังงานขนาดจิ๋ว และคณิตศาสตร์ ทั้งหมดเหล่านี้ล้วนแต่ท้าทายความสามารถของเรา ในอีกร้อยปีจากนี้จะเกิดอะไรขึ้นก็ยังไม่มีใครรู้ได้อย่างแน่ชัด บางทีอาจมีโลกพิศวงอื่นๆอีกหลายแบบที่ยังรอให้เราไปค้นพบมัน


แหล่งอ้างอิง

1-WSU: Special Relativity with Brian Greene – https://youtu.be/XFV2feKDK9E

2-Dear Science: Could my body include an atom from Shakespeare? – https://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2016/12/27/dear-science-could-my-body-include-an-atom-from-shakespeare/

SCIWAYS
SCIWAYS
นักเดินทางข้ามกาลเวลา: ผมสนใจเรื่องราววิธีการทำงานของธรรมชาติเป็นอย่างยิ่ง อยากรู้ว่าจักรวาลกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร แล้วทำไมเราถึงมาอยู่ที่นี่
0 0 โหวต
คะแนนบทความ
guest
0 Comments
การตอบกลับแบบอินไลน์
ดูความคิดเห็นทั้งหมด
Facebook
กลับสู่บนสุด