ทฤษฎีซูเปอร์สตริง
ยานอวกาศข้ามดวงดาวแห่งเอกภพ 11 มิติ
ปัจจุบัน นักฟิสิกส์จำนวนมากเชื่ออย่างแรงกล้าว่า
ทฤษฎีซูเปอร์สตริงที่สมบูรณ์แบบจะนำไปสู่การอธิบายปรากฏการณ์พื้นฐานที่สุดในเอกภพได้ดียิ่งกว่าทฤษฎีฟิสิกส์ใดๆ รวมทั้งแก้ปัญหาสำคัญที่นักฟิสิกส์ยังแก้ไม่ได้มาตั้งแต่ยุคของไอน์สไตน์ด้วย
แนวคิดเบื้องต้นของทฤษฎีนี้มองว่าสิ่งที่เล็กที่สุดในเอกภพคือ เส้นสตริง (string) ซึ่งเป็นเหมือนเส้นด้ายบางเฉียบและเล็กจิ๋ว เมื่อมันสั่นด้วยความถี่เหมาะสม จะกลายเป็นอนุภาคมูลฐานต่างๆทั้งหมดทั้งปวงที่เราพบจากการทดลอง
พูดง่ายๆว่า การสั่นของเส้นสตริงนั้นสร้างทุกสิ่งทุกอย่างในเอกภพ
นักฟิสิกส์มักถูกดึงดูดด้วยความเรียบง่ายและสวยงามเช่นนี้
ทว่าในรายละเอียดแล้วมันไม่ได้เรียบง่ายขนาดนั้น เพราะปัญหาคือ การจะสร้างอนุภาคมูลฐานทั้งหมดที่นักฟิสิกส์รู้จัก เส้นสตริงจะต้องสั่นด้วยรูปแบบที่เหมาะเจาะ
ประเด็นคือยังไม่มีใครพิสูจน์ได้เห็นได้แบบชัดเจนว่าเหตุใดสตริงจึงสั่นด้วยความถี่ดังกล่าวเท่านั้น และที่สำคัญคือยังยังไม่มีการทดลองใดยืนยันการมีอยู่ของเส้นสตริงได้ด้วย
การสั่นของสตริง ก่อให้เกิดอนุภาคทั้งเอกภพ
ถ้าเป็นเช่นนั้น ทำไมนักฟิสิกส์จำนวนมากจึงสนใจทฤษฎีนี้ถึงขั้นศึกษาจนกลายเป็นหนึ่งงานวิจัยเมนสตรีมของปัจจุบัน
คำตอบคือ ทฤษฎีซูเปอร์สตริงส่งสัญญาณว่ามันอาจเป็นทฤษฎีควอนตัมของแรงโน้มถ่วง(Quantum gravity)
ในตอนนี้ ทฤษฎีฟิสิกส์ที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติได้ดีที่สุดมีสองทฤษฎี นั่นคือ
- ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป(General relativity) ใช้อธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง และ
- กลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) ที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระดับเล็กๆอย่างอนุภาคมูลฐาน
ทั้งสองทฤษฎีเป็นเหมือนเสาหลักมาตรฐานที่ค้ำจุนโลกฟิสิกส์ไว้ มันถูกตรวจสอบท้าทายด้วยการทดลองมากมายและปรับปรุงจนสามารถทำงานได้อย่างดีเยี่ยม
แต่ลึกๆแล้วนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎียังไม่พอใจด้วยเหตุผลหลักๆสองประการ
1. ธรรมชาตินั้นเชื่อมต่อกันเป็นหนึ่งเดียว โดยไม่แยกไปตามทฤษฎีที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่สถานการณ์ปัจจุบัน เมื่อต้องการอธิบายธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง เราต้องใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และเมื่อต้องการอธิบายปรากฏการณ์ของอนุภาคเล็กๆ เราต้องเปลี่ยนไปใช้กลศาสตร์ควอนตัม
นักฟิสิกส์เชื่อว่าธรรมชาติควรถูกอธิบายได้ด้วยกรอบทฤษฎีหนึ่งเดียวที่รวมคุณสมบัติของทั้งสองทฤษฎีนี้ไว้
2. มีปรากฏการณ์บางอย่างที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีทั้งสอง นั่นคือ ใจกลางหลุมดำและจุดกำเนิดของเอกภพ ซึ่งทั้งสองมีมวลมหาศาลอัดแน่นอยู่ในปริมาตรที่เล็กจนเป็นจุด
สตริง คือสิ่งที่พื้นฐานที่สุดในเอกภพ
ความต้องการทฤษฎีที่ครอบคลุมสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม เกิดขึ้นมาตั้งแต่สมัยที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ยังมีชีวิตอยู่ แต่กระนั้นก็ยังไม่มีใครสามารถสร้างทฤษฎีดังกล่าวขึ้นมาได้สำเร็จ เพราะ เมื่อนักฟิสิกส์ลองใช้กลศาสตร์ควอนตัมคำนวณอะไรที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงจะเกิดเป็นค่าอนันต์ออกมา ซึ่งมันเป็นเหมือน Error ที่ร้ายแรงจนไม่มีใครทำอะไรต่อได้
ที่น่าสนใจคือ ทฤษฎีซูเปอร์สตริงดูเหมือนจะไม่มีปัญหาค่าอนันต์ดังกล่าว (แต่มีปัญหาอื่น555) ทำให้นักฟิสิกส์จำนวนหนึ่งมองว่านี่อาจเป็นแสงสว่างเล็กๆที่เรามองเห็นและควรมุ่งไปในแนวทางนั้น
อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์ค้นพบว่าทฤษฎีซูเปอร์สตริงจะทำงานได้อย่างสมเหตุสมผลโดยไม่เกิดความขัดแย้งกับกฎฟิสิกส์ และมีความเป็นหนึ่งเดียวได้ ก็ต่อเมื่อ เอกภพของเรามีที่ว่าง 10 มิติ และเวลา 1 มิติ
นักฟิสิกส์จำนวนมากมองว่านี่เป็นจุดอ่อนร้ายแรงของทฤษฎีนี้เพราะมันไม่สอดคล้องกับความจริงที่ว่าเอกภพของเรามีที่ว่างเป็น 3 มิติและเวลา 1 มิติ แต่นักฟิสิกส์ผู้ศรัทธาในทฤษฎีซูเปอร์สตริงกลับมองว่านี่เป็นจุดแข็งของทฤษฎี! แม้จะฟังดูย้อนแย้ง แต่เหตุผลนั้นน่าสนใจเกินกว่าจะปฏิเสธทิ้งในทันที
นับตั้งแต่วิชาฟิสิกส์ถูกพัฒนาขึ้น ไม่เคยมีทฤษฎีไหนให้คำตอบไว้เลยว่า เอกภพของเรามีจำนวนมิติเป็นเท่าใด
กล่าวคือ ตัวเลขมิติของเอกภพตามทฤษฎีฟิสิกส์ก่อนหน้านี้ ล้วนแล้วแต่เป็นผลจากการสังเกตของเรา
หรือ พูดอีกอย่างคือ เราใส่ตัวเลขมิติของเอกภพเข้าไปแบบดื้อๆ แต่มันก็สมเหตุสมผลที่จะทำเช่นนั้น เพราะจำนวนมิติของเอกภพที่เราสังเกตได้เป็นสิ่งที่ปรากฏชัดเจนจนไม่ต้องมาตั้งคำถามอะไร
ส่วนทฤษฎีซูเปอร์สตริงนั้นแตกต่างออกไปเพราะมันห้าวหาญพอที่จะระบุถึงจำนวนมิติของเอกภพว่าต้องมีจำนวนเท่าใดกันแน่ ส่วนความท้าทายคือ มันต้องอธิบายให้ได้ว่ามิติอื่นๆหายไปไหน และที่สำคัญกว่านั้นคือเราจะตรวจพบมันได้อย่างไร
นักฟิสิกส์สายซูเปอร์สตริงมองว่ามิติอื่นๆที่เราสังเกตไม่ได้นั้นมีขนาดเล็กมาก เปรียบได้กับมดที่ไต่บนเส้นผมบางๆย่อมมองเห็นเส้นผมเป็นทรงกระบอกตันสามมิติ แต่มนุษย์เราอาจจะตัวใหญ่จนมองเห็นเส้นผมเป็นวัตถุหนึ่งมิติที่ไม่มีความหนา
ในปัจจุบัน นักฟิสิกส์พยายามศึกษากันว่าทฤษฎีซูเปอร์สตริงจะทำนายผลการทดลองใหม่ๆได้อย่างไร
ทว่าเส้นสตริงนั้นเล็กเกินกว่าที่เครื่องเร่งอนุภาคบนโลกใบนี้จะตรวจจับมันได้โดยตรง
นอกจากนี้ยังมีการพยายามวิเคราะห์ว่าเหล่ามิติพิเศษที่เล็กจนเรามองไม่เห็นนั้นมีหน้าตาแบบใดกันแน่ รวมทั้งการขยับขยายแนวคิดของสตริงออกไปว่าสิ่งที่เล็กที่สุดในเอกภพอาจไม่ได้มีเพียงเส้นสตริง แต่ยังมีแผ่นบางๆที่เรียกว่า เบรน (Brane) ที่เชื่อมติดอยู่กับสตริงบางแบบ
สตริงเชื่อมต่อกับแผ่นเบรน
อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีซูเปอร์สตริง ไม่ได้เป็นทฤษฎีกระแสหลักเพียงลำพังในการพยายามสร้างทฤษฎีควอนตัมของแรงโน้มถ่วง แต่ยังมีทฤษฎีคู่แข่งอย่าง Loop quantum gravity ด้วย
ลำพังความรู้อันน้อยนิดของผมไม่สามารถบอกได้ว่าทฤษฎีใดถูกต้อง แต่จะขอยกคำพูดของคุณ ไบรอัน กรีน (Brian Greene) นักฟิสิกส์ผู้มีเปี่ยมศรัทธาในทฤษฎีซูเปอร์สตริงว่า
นักฟิสิกส์ในตอนนี้อาจเป็นเหมือนคนยุคหินที่เพิ่งค้นพบยานอวกาศข้ามดวงดาวในป่าซึ่งทฤษฎีซูเปอร์สตริงเป็นเหมือนยานอวกาศลำนั้น
แน่นอนว่าการกดปุ่มๆหนึ่งแล้วยังไม่รู้ว่าให้ผลอะไรเป็นเรื่องปกติ และเราอาจยังไม่ควรด่วนสรุปว่าทฤษฎีซูเปอร์สตริงนั้นถูกหรือผิดจนกว่าเราจะได้สำรวจมันอย่างครบถ้วนกว่านี้
มิเช่นนั้นเราอาจละเลยการค้นพบจอกศักสิทธิ์แห่งโลกฟิสิกส์ไปอย่างน่าเสียดาย
- 77
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
