12 พ.ค. 2021 เวลา 07:08 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
ปัญหาใหญ่ในโลกฟิสิกส์ที่ยังไม่มีใครรู้คำตอบ
1
ฟิสิกส์ เป็นวิชาที่ศึกษาธรรมชาติของปริมาณทางกายภาพต่างๆ เช่น มวล อุณหภูมิ ความเร็ว ฯลฯ มันจึงสาขาหนึ่งทางวิทยาศาสตร์ที่พื้นฐานที่สุด และมีการประยุกต์ใช้มากมาย ความก้าวหน้าของฟิสิกส์นั้นเปลี่ยนแปลงมุมมองที่มนุษย์เรามีต่อธรรมชาติในระดับที่ลึกซึ้งและหลายครั้งมันสั่นสะเทือนถึงความเชื่อทางปรัชญาได้เลยทีเดียว
5
บทความนี้จะพาทุกท่านไปรู้จักปัญหาใหญ่ๆที่นักฟิสิกส์ยังตอบไม่ได้กันครับว่ามีอะไรบ้าง เผื่อมีท่านใดไขปัญหาเหล่านี้ออก โลกฟิสิกส์จะได้ก้าวหน้าขึ้นไปอีก
2
- ทฤษฎีควอนตัมที่ใช้อธิบายแรงโน้มถ่วง(Quantum Gravity) จะถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร ? คำตอบของคำถามนี้อาจนำไปสู่การอธิบายธรรมชาติของเอกภพในจุดแรกสุดของการก่อกำเนิดที่เรียกว่า บิกแบง (Bigbang) เพราะขณะนั้น มวล-พลังงาน ของทั้งเอกภพอัดแน่นในปริมาตรที่เล็กเป็นจุด นอกจากนี้ยังอาจนำไปอธิบายธรรมชาติที่ใจกลางของหลุมดำที่มีมวลอัดแน่นในปริมาตรเล็กเป็นจุดได้ด้วย
2
- กลไกอะไรที่ทำให้เอกภพมีสสารแทนที่จะเป็นปฏิสสาร ปัญหานี้มีชื่อว่า Baryon asymmetry problem ขยายความได้ว่าในเมื่อเอกภพน่าจะมีการสร้างทั้งสสารและปฏิสสารในปริมาณที่เท่ากันเพราะความสมมาตร แต่ในความเป็นจริงเอกภพที่เราสังเกตได้ (หรืออย่างน้อยๆดูจากสสารรอบตัวเรา) กลับเต็มไปด้วยสสาร คำถามคือ การสูญเสียความสมมาตรเกิดขึ้นได้อย่างไร และเมื่อใดกันแน่
3
- สสารมืด(Dark matter)ที่ส่งแรงโน้มถ่วงมาดึงดูดดาวฤกษ์ในกาแล็กซีต่างๆให้เกาะกลุ่มกัน แท้จริงแล้วสสารมืดเป็นอนุภาคอะไรกันแน่ (นักฟิสิกส์บางส่วนตั้งคำถามว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่มันเป็นอนุภาคมวลมากที่อยู่ในแนวคิดเรื่องความสมมาตรยิ่งยวดที่ยังไม่มีใครตรวจจับได้)
3
ความเร็วในการหมุนของกาแล็กซี บ่งชี้ว่ามีสสารที่มองไม่เห็นในปริมาณมหาศาล เรียกว่าสสารมืด ส่งแรงโน้มถ่วงมาดึงดูดดาวฤกษ์ต่างๆไว้
- หากมองสสารที่ตกเข้าไปในหลุมดำในแง่ของข้อมูลจะเกิดคำถามว่า ข้อมูล(ของสสาร) ที่ตกเข้าไปในหลุมดำนั้นจะมีสภาพเป็นอย่างไรกันแน่?
1
ความเป็นไปได้ที่ 1 : ถ้าข้อมูลของสสารนั้นหายเข้าไปในหลุมดำแบบไม่มีวันกลับออกมาได้ มันจะขัดกับหลักการทางควอนตัมที่ว่าข้อมูลไม่สามารถถูกทำลายได้
ความเป็นไปได้ที่ 2 : ถ้าข้อมูลของสสารนั้นถูกสร้างขึ้นมาใหม่ มันก็จะขัดกับหลักการทางควอนตัมที่ว่าข้อมูลไม่อาจถูกสร้างขึ้นมาใหม่ได้
ความเป็นไปได้ที่ 3 : ข้อมูลไม่สามารถตกลงไปในหลุมดำได้ โดยมีปรากฏการณ์แปลกๆอย่างกำแพงไฟ(Firewall)มาขวางไว้ มันจะขัดกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ไม่ได้อธิบายการมีอยู่ของกำแพงไฟเลย ​
ปัญหาสุดยากนี้เรียกว่า ปัญหาข้อมูลของหลุมดำ (black hole information paradox) ที่ยังไม่มีใครรู้คำตอ
4
ภาพนี้แสดงให้เห็นว่า หากข้อมูลที่ตกเข้าไปในหลุมดำหายไป ทฤษฎีควอนตัมที่เชื่อถือกันในตอนนี้จะมีปัญหาใหญ่
-หลุมดำมวลยิ่งยวด(Supermassive black hole)ที่มีมวลในระดับล้าน ถึง พันล้านเท่า ของมวลดวงอาทิตย์ ถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร
- เวลาคืออะไรกันแน่?
ในทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่แตกต่างกันอย่างทฤษฎีควอนตัมและสัมพัทธภาพทั่วไป แนวคิดของเวลาก็แตกต่างกันไปด้วย เป็นไปได้หรือไม่ที่จะมีทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่มองภาพของเวลาอยู่ในกรอบทฤษฎีเดียว
-ปัญหาเกี่ยวกับธรรมชาติของอนุภาคมูลฐานนั้นมีมากมาย ได้แก่
อนุภาคโปรตอนที่เรารู้จักกันดีนั้นมีเสถียรภาพอย่างสมบูรณ์ ไม่เคยมีใครสังเกตเห็นว่ามันมีการสลายตัว แต่บางทฤษฎีทำนายว่ามันสามารถสลายตัวได้ แต่ที่ไม่มีใครสังเกตเห็นเพราะมันมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานมากถึง 10^34 ปี (นานกว่าอายุเอกภพ) คำถามคือมันสลายตัวได้จริงหรือไม่? และเราจะตรวจจับมันได้อย่างไร?
1
- เอกภพมีกี่มิติกันแน่ ? นักฟิสิกส์รู้ดีว่าเอกภพประกอบด้วย 3 มิติของที่ว่าง และ 1 เวลา แต่ไม่มีใครมั่นใจได้แบบร้อยเปอร์เซ็นต์ว่าจะไม่มีมิติอื่นๆซุกซ่อนอยู่
บรรยากาศชั้นนอกสุดของดวงอาทิตย์ ชื่อโคโรนา มีอุณหภูมิสูงกว่าผิวดวงอาทิตย์
แถมท้ายด้วยปัญหาที่น่าสนใจทางดาราศาสตร์
- Coronal heating problem ทำไมบรรยากาศชั้นนอกสุดของดวงอาทิตย์ที่ชื่อโคโรนา จึงมีอุณหภูมิสูงยิ่งกว่าพื้นผิวของดวงอาทิตย์ กระบวนการใดกันแน่ที่ทำให้โคโรนามีอุณหภูมิสูงนับล้านองศาเซลเซียส ในขณะที่ผิวดวงอาทิตย์อุณหภูมิราวๆ 5,000 องศาเซลเซียสเท่านั้น
1
- Fast radio burst เป็นปรากฏการณ์ที่คลื่นวิทยุสว่างวาบขึ้นมาในช่วงเวลาไม่กี่มิลลิวินาที แต่เมื่อวิเคราะห์แล้วพบว่าแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุนั้นปลดปล่อยพลังงานคลื่นวิทยุออกมามหาศาล แต่ในตอนนี้ยังไม่มีใครรู้ว่าแหล่งดังกล่าวคืออะไร และปลดปล่อยคลื่นวิทยุออกมาด้วยกระบวนการแบบไหนกันแน่
ที่เล่าไว้ในบทความนี้เป็นปัญหาบางส่วนทางฟิสิกส์พื้นฐานเท่านั้น ยังมีปัญหาอื่นๆของฟิสิกส์พื้นฐานอีกมากมาย รวมทั้งฟิสิกส์ประยุกต์ ที่รอคอยผู้กล้ามากความสามารถมาหาแสวงหาคำตอบ ยิ่งถ้านับรวมวิทยาศาสตร์แขนงอื่นๆด้วยจะยิ่งพบว่าปัญหาที่ยังไม่มีใครแก้ได้ก็ยิ่งมีอีกมากและท้าทายมันสมองของมนุษย์รุ่นต่อๆไปอย่างยิ่งครับ
โฆษณา