นักฟิสิกส์เสนอทฤษฎี “เวลาไหลไม่ต่อเนื่อง”
ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ แรงโน้มถ่วงถูกมองว่าเป็นความโค้งของกาลอวกาศ (spacetime) แต่มันไม่สามารถนำมาคำนวณด้วยกรอบของทฤษฎีควอนตัมได้เพราะผลลัพธ์ต่างๆจะเป็นค่าอนันต์ นี่เป็นหนึ่งในปัญหาใหญ่ที่สุดที่ท้าทายนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีในยุคปัจจุบัน
แนวทางในการรวมความโน้มถ่วงเข้ากับทฤษฎีควอนตัมหลักๆแล้วมีอยู่ 2 แนวทาง
1. ทฤษฎีซูเปอร์สตริง ที่มองว่าอนุภาคมูลฐานต่างๆล้วนเกิดจากการสั่นของเส้นสตริง
2. ทฤษฎี Loop quantum gravity แนวคิดพื้นฐานของทฤษฎีนี้มองว่ากาลอวกาศ(spacetime) นั้นไม่ได้ต่อเนื่อง แต่ประกอบขึ้นมาจากหน่วยที่สั้นที่สุด ซึ่งมีขนาดเล็กมากๆ จนในระดับชีวิตประจำวัน(หรือแม้แต่การทดลองที่ละเอียดอ่อนที่สุดในตอนนี้) เห็นว่ามันต่อเนื่อง
หลายคนอาจรู้สึกว่าแนวคิดนี้พิลึกเกินกว่าจะรับได้
แต่หากมองในเชิงประวัติศาสตร์ ย้อนกลับไปเมื่อร้อยกว่าปีก่อนตอนที่มนุษย์เรายังไม่รู้จักอะตอม เนื้อสารต่างๆไม่ว่าจะเป็นน้ำ อากาศ แก้ว หรือสิ่งใดๆ ล้วนแล้วแต่ดูราบเรียบและต่อเนื่องไปหมด
ต่อมา การทดลองที่ละเอียดอ่อนได้ทำให้เราพบว่าแท้จริงแล้วสสารต่างๆไม่ได้ต่อเนื่องราบเรียบ แต่ประกอบขึ้นจากหน่วยที่เล็กที่สุดเรียกว่า อะตอม (และต่อมามนุษย์ก็ค้นพบว่าอะตอมก็ไม่ได้เล็กที่สุด)
สสารล้วนประกอบจากอะตอม
แสงเคยมีสถานะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปรากฏต่อเนื่องเป็นเนื้อเดียว จนกระทั่งอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เสนอทฤษฎีที่ว่าแสงมีคุณสมบัติเชิงอนุภาคที่เรียกว่า โฟตอน (photon)
โมเมนตัมเชิงมุม ของอิเล็กตรอนที่โคจรในอะตอมก็ถูกค้นพบในเวลาต่อมาว่ามันมีค่าไม่ต่อเนื่อง ซึ่งแนวคิดดังกล่าวใช้อธิบายเส้นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนได้เป็นอย่างดี
โดยรวมแล้วเราอาจกล่าวได้ว่า ตัวแปรหลายอย่างที่ดูเหมือนจะต่อเนื่อง ถูกมองว่าไม่ต่อเนื่องเพื่ออธิบายธรรมชาติในระดับรากฐานของสิ่งต่างๆ ซึ่งการทำให้สิ่งที่ดูต่อเนื่องกลายเป็นสิ่งที่ไม่ต่อเนื่องนี้ เรียกว่า Quantization
เดิมที นักฟิสิกส์มองว่าแรงต่างๆเป็นผลมาจากสนาม(Field)ของแรงที่แผ่ออกมาโดยรอบ เช่น แม่เหล็กแผ่สนามแม่เหล็กออกมา อิเล็กตรอนแผ่สนามไฟฟ้าออกมา ฯลฯ ซึ่งในยุคคลาสสิค สนามเหล่านี้มีความต่อเนื่องและราบเรียบ
ลองจินตนาการถึงการทดลองที่เรานำผงเหล็กไปโรยรอบๆแม่เหล็ก จะเห็นว่าผงเหล็กมีการเรียงตัวกันตามสนามแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง จนเมื่อทฤษฎีควอนตัมถือกำเนิดขึ้นมา นักฟิสิกส์เริ่มมองว่าสนามเหล่านี้น่าจะถูกทำให้ไม่ต่อเนื่องได้ (quantized) ภาพเก่าที่มองว่าสนามเหล่านี้แผ่ออกมาอย่างราบเรียบ กลายเป็นว่าสนามเหล่านี้แสดงคุณสมบัติของอนุภาคได้ด้วย
ทฤษฎีนี้มีชื่อว่า ทฤษฎีสนามควอนตัม (Quantum Field Theory) ซึ่งใช้อธิบายธรรมชาติจองแรงพื้นฐานในธรรมชาติได้ทุกแรงยกเว้นแรงโน้มถ่วง ความสำเร็จอันยิ่งใหญ่อย่างหนึ่งของทฤษฎีนี้คือ ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์
หากมองในแง่นี้ Loop quantum gravity จึงเป็นการพยายามขยายแนวคิดของการ Quantization ให้เข้าไปสู่กาลอวกาศเพื่อกำจัดค่าอนันต์ที่เกิดขึ้นในการคำนวณเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง
ถ้าเรามองข้ามปัญหาอันลึกซึ้ง เช่น ถ้ากาลอวกาศไม่ต่อเนื่องแล้ว เรานิยามความเร็วได้อย่างไร ฯลฯ นักฟิสิกส์พบว่าขนาดของกาลอวกาศที่เล็กที่สุดนั้นต้องไม่เล็กเกินกว่าค่าๆหนึ่ง นั่นคือ 10^-35 เมตร ส่วนเวลาที่เล็กที่สุดคือ 10^-43 วินาที
ระยะทางและเวลาที่น้อยกว่านั้น ไม่มีความหมายใดๆ
ไอเดียคือ เมื่อมีมวลอยู่ในที่ว่างนั้นจะทำให้ที่ว่างนั้นเกิดความโค้งงอขึ้นในระดับมูลฐาน ซึ่งผลลัพธ์โดยรวมจะต้องสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
การทดสอบ Loop quantum gravity
การทดลองด้วยเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในตอนนี้ไม่สามารถศึกษาธรรมชาติของที่ว่างและเวลาที่เล็กในระดับนี้ได้ แต่เหล่านักฟิสิกส์มองแนวทางการทดสอบทฤษฎีนี้ด้วยวิธีที่แตกต่างออกไป นั่นคือการสังเกตแสง หรือ อนุภาคที่เดินทางในห้วงอวกาศผ่านที่ว่างระยะทางไกลมากๆ พวกเขาสร้างแบบจำลองเพื่อทำนายว่าระยะทางสั้นที่สุดของที่ว่างและเวลาจะส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของพวกมัน แต่ตอนนี้อุปกรณ์ที่ดีที่สุดในปัจจุบันก็ยังไม่สามารถตรวจพบผลลัพธ์ดังกล่าว
อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดที่กล่าวมานี้อยู่ในขั้นตอนของการพัฒนา แม้ว่ากระแสของทฤษฎีนี้จะแรงน้อยกว่าซูเปอร์สตริง แต่โลกของฟิสิกส์ทฤษฎีนั้นไม่แน่นอน
ในอนาคตมันอาจได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้องก็ได้
** ล่าสุดบางทฤษฎีก็คำนวณหาระยะทางสั้นที่สุดได้ค่าอื่นๆ
- 122
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
