The universe in a nutshell EP.02.1 A shape of Time (เวลา-รูปร่าง-เป็นไป)
spiral clock by istock
ความพิศวงของเวลา
ในศตวรรษที่ 19 Charles Lamb ได้กล่าวว่าไม่มีอะไรที่จะพิศวงไปกว่าตำแหน่งและเวลา แต่ก็ไม่มีอะไรสร้างปัญหาน้อยไปกว่าตำแหน่งและเวลา เช่นกัน
Charles Lamb picture by the Gurdian
แนวคิดของเวลา
Sir Karl Popper นักปรัชญาช่วงศตวรรษที่ 20 ได้เสนอแนวคิดเชิง โปติวิสต์ กล่าวว่าทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เป็นเพียงรหัสทางคณิตศาสตร์ที่ให้ผลการคาดคะเนและทดสอบจนเป็นที่ยอมรับแต่ถึงแม้จะเป็นถึงทฤษฎีมันก็ไม่สามารถอนุมานได้ว่าในช่วงที่ยาวนานไปนั้นทฤษฎีนั้นๆจะถูกต้องเสมอไป และเมื่อทฤษฎีเกิดมาแล้วคนย่อมที่จะคาดหวังและจ้องจะจับผิดมัน แนวคิดนี้จึงกล่าวได้ว่าสิ่งที่ทฤษฎีจะบอกได้คือโมเดลทางคณิตศาสตร์ในกรอบๆหนึ่งที่ทำนายข้อมูลชุดๆหนึ่งในขอบเขตนั้นๆได้
sir Karl Proper by Wikipedia
โมเดลแรกของปริภูมิ-เวลา Principia Mathematica
ในปี ค.ศ.1687 บุรุษผู้ปราดเปรื่องที่แทบจะมีชื่อเสียงมากที่สุดในหน้าประวัติศาสตร์โลก Sir Isaac Newton ขณะดำรงตำแหน่งลูเคเชียนของมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ เขาได้เสนอรูปแบบจำลองแรกของปริภูมิ-เวลา ว่าทั้งตำแหน่งและเวลาแยกจากกันไม่มีผลกระทบจากเหตุการณ์ภายนอก เป็นเส้นเดี่ยวและเส้นเวลานี้มีความนิรันดร์
Sie Isaac Newton by Wikipedia
และจากการที่ผู้คนในสมัยนั้นเชื่อในจักรวาลนิจ คือมันเป็นอย่างไรอย่างนั้นมาตลอด และเพิ่งถูกสร้างเมื่อไม่กี่พันปี จึงทำให้ Emmanuel Kant จึงเกิดคำถามว่าอะไรคือสิ่งที่เป็นสิ่งที่ทำให้เป็นตัวตัดสินว่าจักรวาลต้องเกิด และก่อนหน้านั้นพระเจ้าทรงสร้างอะไรอยู่ก่อนจักรวาล และหากมันเป็นนิจจริงแล้วทำไมมันจึงไม่จบที่จุดสมดุลความร้อนของจักรวาล จินตนาการเหมือนเติมน้ำในกาต้มน้ำขณะเดือดน้ำจะผุดเรื่อยๆจนอุณหภูมิของบรรยากาศเท่ากับในหม้อมันจึงหยุดหรือก็คือความดันน้ำเท่ากับบรรยากาศนั่นเอง คานต์เรียกสิ่งขัดแย้งนี้ว่า "The antinomy of pure reason" คอหากวลาของจักรวาลคงอยู่นิจนิรันดร์แล้วจุดสมดุลความร้อนก็คงไม่มีความหมายทางวิทยาศาสตร์
Emmanuel Kant by Wikipedia
โมเดลที่สองของปริภูมิ-เวลา by the relativity of Einstine
Albert Einstine
ปี 1915 ไอสไตน์ได้แสดงให้เห็นว่าปริภูมิ-เวลาแยกจากกันมิได้ และทั้งสองยังได้รับผลจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบนปริภูมิเวลาอีกด้วย ไม่เพียงแต่เป็นฉากหลังอีกต่อไป ที่เรามักคุ้นเคยอย่างดีคงหนีไม่พ้นแผ่นยางที่ตรงกลางมีลูกเปตองหนักถ่วงไว้เสมือนการที่วัตถุมวลสูงมาบิดงอปริภูมิ และให้ลูกบอลเล็กๆเคลื่อนที่แต่ทนที่มันจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงตามกฎข้อที่ 1 ว่าด้วยการเคลื่อนที่ของนิวตันมันก็เคลื่อนที่ตามแนวที่บิดโค้งของแผ่นยางมันคือการเปรียบเทียบในระดับมหาภาคที่เสมือนมันเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงตามแนวปริภูมิเวลา แต่ก่รทดลองประเภทนี้ยังไม่สมบูรณืเนื่องจากแผ่นยางที 2 มิติ และไม่คำนึงถึงเวลาของลูกบอล ตามสัมพัทธภาพทั่วไปและพิเศษของไอน์สไตน์
โจ๊กคั่นเวลา : ในช่วงที่การบอกถึงจุดเริ่มของเวลาและจักรวาลคนมักถามว่าแล้วพระเจ้าสร้างอะไรก่อนจักรวาล ซึ่งsaint Augustin ได้ตอบว่า สิ่งที่พระเจ้าสร้างนั้นก็คือ ขุมนรกสำหรับคนที่ขุดคุ้ยในเรื่องนี้นั่นเอง ดูเป็นอะไรที่กวนๆดีครับ
ตำแหน่ง-เวลาไม่แยกจาก และมีขอบเขตบน-ล่างหรือไม่
เพราะการที่บอกว่าเวลามีขอบเขตบน-ล่าง แล้วอะไรเกิดก่อนระหว่างจุดเริ่มต้นกับหลังจุดจบ ดังนั้นนักวิทยศาสตร์รวมทั้งไอสไตน์เลือกที่จะเชื่อในความเป็นนิรันดร์ของเวลา (เหมือนที่ไอสไตน์เลือกเชื่อแมกซ์เวลล์ และละทิ้งอีเธอร์ จนค้นพบทฤษฎีที่เป็นที่สุดของไอสไตน์ 555) ก็เพื่อจะได้ไม่เกิดคำถามที่ไม่มีวันจบสิ้นนั่นเอง แต่จุดเริ่มและจุดจบของจักรวาลก็สามารถแสดงให้เห็นในรูปสมการไอสไตน์ที่มีรูปแบบเรขาคณิตของจักรวาลมีสมมตรที่สุด ซึ่งจากการคิดถึงเรื่องจุดเริ่มและจบของจักรวาลฮอว์กิ้งได้จินตนาการถึงการย้อนภาพบิ๊กแบงกลับจนไปถึงจุดที่ความหนาแน่นสสารสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้เรียกว่า "Singularity" ซึ่งในปี 1963 นักฟิสิกส์โซเวียต 2 คนอย่างLifshitz และ Isaak Khalatnikov ได้อ้างว่าพวกเขาพบซิงกุลาริตี้ในสมการไอน์สไตน์แต่จะเป็นเพียงกรณีพิเศษที่การจัดตัวสสารและความเร็วในการเคลื่อนที่รวบจุดเป็นพิเศษ
Penrose-Hawking เวลาในซิงกูลาริตี้
Stephen Hawking (left) and Roger Penrose (right)
จากการค้นพบซิงกูลาริตี้ของLifshitzและKhalatnikov ทีจะเกิดในทางทฤษฎีที่เป็นความเฉพาะเจาะจงที่จุดกำเนิด ซึ่งแสดงว่าก่อนมีจุดนี้ก่อนหน้านี้ก็ต้องมีการหดตัวของจกรวาลก่อนมาก่อน
แต่เพนโรสและฮอว์กิ้งเลือกที่จะไม่ศึกษาในสมการไอสไตน์เพียงอย่างเดียวแต่ใช้เรื่องของรูปทรงทางเรขาคณิตของปริภูมิเลาตามสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งจะพบว่ามวลไม่ใช่สิ่งเดียวที่ทำให้แผ่นปริภูมิ-เวลางอ แต่มันยังรวมถึงผลจากพลังงานบนแผ่นนี้ด้วย ซึ่งใช้ในการพิจารการโค้งงอของแสงบนแผ่นปริภูมิเวลาก่อนมาถึงผู้สังเกตในกรวยแสง
Light's cone by researchgate
กล่าวคือคนสังเกตจะอยู่จุดยอดปลายและหากเรามองออกไปในปริภูมิจะพบว่าพื้นที่ที่เราสังเกตจะค่อยๆห่างออกไปตามแกน x,yในกราฟดังกล่าว แต่หากเรามองงย้อนไปในอดีตที่ซึ่งเป็นจุดเล็กๆของบิ๊กแบงที่เรียกว่า ซิงกูลาริตี้ ระหว่างทางจะมีสสารมากมายมาทำให้แผ่นนี้งอโค้งทำให้แสงเบนเข้าหากัน ซึ่งทำให้เพนโรสและฮอว์กิ้งกล่าวว่ามันก็เหมือนกรณีของการที่ดาวฤกษ์มวลสูงหมดพลังงานจนยุบตัวเป็นหลุมดำ จึงพบว่าจักรวาลมีจุดเริ่มและสิ้นสุด และมีรูปร่างคล้ายๆลูกแพร์ที่ป่องบิเวณที่สสารกระจายตัว
Shape of Time by observer
ซึ่งจากงานของทั้งสองทำให้คู่นักฟิสิกส์ชาวโซเวียตอย่ง Lifshitz และ Khalatnikov ไม่พอใจจึงทำให้เขาพบสมการไอสไตน์ที่มีซิงกูลาริตี้ในรูปทั่วไปไม่ใช่เฉพาะกรณีพิเศษ ซึ่งจากการที่เวลามีจุดเริ่มและจุดจบจึงทำให้นักวิทยาศาสตร์เลือกจะจับข้อสังเกตของซิงกุลาริตี้ที่เล็กมากๆว่าแบบจำลองดังกล่าวอาจไม่สมบูรณืหากไม่นำควันตัมในหลักความไม่แน่นอนของไฮน์เซนเบิร์กมาใช้ในการพิจารณาควบคู่กัน
สำหรับในตอนที่ 2.1 จะกล่าวถึงทฤษฎีเชิงกลศาสตร์ของนิวตันและสัมพัทธภาพของไอสไตน์ ในตอนต่อไปจะมาต่อในส่วนของเวลาเช่นเดิมแต่จะกล่าวถึงหลักความสอดคล้องทางควันตัมจนนำไปสู่ทฤษฎีที่เวลาเป็นจินตภาพ .....................
พบกันในวันที่ไฟมาครับ
- 1
ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
