พลังงานมืดอาจจะเป็นเพียงภาพโฮโลแกรม (Holographic dark energy)
ในขณะที่ทุกคนกำลังอ่านบทความนี้ กาแล็กซี่ที่อยู่อีกด้านหนึ่งของเอกภพ กำลังถอยห่างจากกาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเราออกไป ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆในทุกๆวินาที
" ทุกอย่างกำลังหนีห่างจากเราไป "
ความหวังในการเดินทางท่องอวกาศบางทีอาจจะเป็นเพียงจินตนาการของนักเขียนวิทยาศาสตร์ หรือนักสร้างหนังไซไฟอย่าง จอร์จ ลูคัส กับหนัง star wars อันโด่งดังของเขา เพราะผลจากการสังเกตการณ์บอกว่า เอกภพจะขยายตัวไปเรื่อยๆ และวาระสุดท้ายของเอกภพคือความโดดเดี่ยวและหนาวเย็น (Big freeze)
" โดดเดี่ยวและหนาวเย็น เป็นไปได้อย่างไร? "
ตัวการสำคัญที่ทำให้เอกภพขยายตัวด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆทุกวินาที เรียกว่า " พลังงานมืด "
สามารถอ่านรายละเอียดบทความเรื่อง พลังงานมืด ที่ผมได้เขียนไว้ที่
นักฟิสิกส์ในปัจจุบันเชื่อว่า พลังงานมืด คือ " ค่าคงที่ของจักรวาล " หรือเป็นที่รู้จักกันในชื่อ " พลังงานของสุญญากาศ " โดยความหนาแน่นพลังงานของทั้งสอง เมื่อคำนวนจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และ ทฤษฎีสนามควอนตัม พบว่า มีค่าต่างกันมโหฬารถึง 10^120 เท่า (1 ตามด้วยศูนย์ 120 ตัว)
" ความไม่สอดคล้องกันของสองทฤษฎีเสาหลักฟิสิกส์ยุคใหม่ "
ค่าที่ต่างกันมากขนาดนี้ บางทีอาจจะมาจากการที่เรา พิจารณาสองทฤษฎีกันคนละบริบท คือ ทฤษฎีสนามควอนตัมอธิบายฟิสิกส์ในขนาดเล็กกว่าอะตอม ส่วนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายฟิสิกส์ระดับใหญ่เท่าจักรวาล
ถ้าต้องการให้ " ค่าคงที่จักรวาล " และ " พลังงานสุญญากาศ " อธิบายของอย่างเดียวกัน เราจะต้องเปลี่ยนบริบทของทฤษฎีสนามควอนตัมจากการอธิบาย พลังงานสุญญากาศ ในระดับอะตอม มาเป็นอธิบายในระดับจักรวาล
" พลังงานสุญญากาศ จากระดับ อะตอม ---> จักรวาล "
โดยหลักการในการเปลี่ยนบริบทปัญหาจากระดับอะตอม ไปสู่ ระดับจักรวาล เรียกว่า UV/IR correspondence[1] จุดเริ่มต้นของหลักการนี้มาจากการศึกษาหลุมดำ
วิธีการศึกษาคือ ให้เรากำหนดพื้นที่หนึ่ง โดยมีรัศมี L จากนั้นเราจะโยนพลังงานสุญญากาศเข้าไปเรื่อยๆ จนกว่ามันใกล้จะเป็นหลุมดำ นั่นคือพลังงานสูงสุดที่เราจะสามารถโยนลงไปได้ ดังรูป เพราะเราเชื่อว่า หลุมดำคือวัตถุที่มีพลังงานมากที่สุดในจักรวาล
" หลุมดำ วัตถุที่แข็งแกร่งที่สุดในจักรวาลนี้ "
โยนพลังงานสุญญกาศลงไปจนกลายเป็นหลุมดำ
การโยนพลังงานสุญญากาศลงไปจนกลายเป็นหลุมดำ ได้ให้ความสัมพันธ์หนึ่งที่สำคัญขึ้นมา เรียก UV/IR correspondence ซึ่งกล่าวได้ว่า
"ความหนาแน่นพลังงานสุญญากาศมีค่าขึ้นอยู่กับพื้นที่ของขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ"
ข้อสรุปนี้นำไปสู่หลักการหนึ่งซึ่งสำคัญมากในฟิสิกส์เรียกว่า หลักการโฮโลกราฟิก (holographic principle) ที่บอกว่า
"วัตถุใน 3 มิติ สามารถอธิบายได้ด้วย ข้อมูลใน 2 มิติที่ผิว"
สามารถอ่านบทความเรื่อง หลักการโฮโลกราฟิก ได้จากบทความเรื่อง "หรือว่าเราอาศัยอยู่ในโฮโลแกรม"
ถ้าอ่านข้อสรุปของหลักการ UV/IR correspondence อีกครั้งจะพบว่า
"ความหนาแน่นพลังงานสุญญากาศ [ 3มิติ หรือ ปริมาตรของทรงกลม(สูตร V=4/3\pi L^3) ] มีค่าขึ้นอยู่กับพื้นที่ของขอบฟ้าเหตุการณ์ [ 2มิติ หรือพื้นผิวของทรงกลม (A=4\pi L^2) ] เท่านั้น"
หรืออาจบอกได้ว่า ความหนาแน่นของพลังงานสุญญกาศมีค่าขึ้นอยู่กับรัศมีของหลุมดำ (L^2) เรียกรัศมีนี้ว่า รัศมีชวาทซ์ชิลท์
สมมติถ้าเราขยายแนวคิดนี้ให้กว้างออกไปว่า
" จักรวาลมีโครงสร้างเดียวกันกับหลุมดำ คือ จักรวาลมีขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันเอง "
เอกภพมีโครงสร้างเดียวกันกับหลุมดำ
จากหลักการ UV/IR correspondence เราสามารถบอกได้ว่ามี
" พลังงานสุญญากาศ ที่มีค่าขึ้นอยู่กับพื้นที่ของขอบฟ้าเหตุการณ์ของจักรวาล ซึ่ง พลังงานสุญญากาศในระดับจักรวาล ก็คือ พลังงานมืด นั่นเอง [2]"
พลังงานมืด (3มิติ) นี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อมูลบนพื้นผิว (2 มิติ) ของขอบฟ้าจักรวาล เปรียบเสมือนว่า พลังงานมืดชนิดนี้คือ ภาพฉายโฮโลแกรมของข้อมูลที่ฝังอยู่ตรงบริเวณขอบฟ้าของเอกภพ จึงเรียกว่า พลังงานมืดโฮโลกราฟิก (Holographic dark energy)
"พลังงานมืด คือ ภาพฉายโฮโลแกรม"
พลังงานมืดคือภาพฉายของข้อมูลบนพื้นผิวที่ขอบฟ้าของเอกภพ
ปัญหาคือ " ขอบฟ้าของเอกภพอยู่ไหน? "
- ●เนื่องจากเอกภพขยายตัวด้วยความเร่ง ดังนั้น มันจะต้องมีจุดหนึ่งที่การขยายตัวจะมีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง เลยจุดนี้ไปจะมองไม่เห็นอะไร เพราะ แสงไม่สามารถวิ่งแซงจุดนี้ได้ (ความเร็วเท่ากัน) นักฟิสิกส์บางคนบอกว่า จุดนี้แหละคือขอบฟ้าเหตุการณ์ของจักรวาล เรียกว่า ขอบฟ้าฮับเบิล หรือ Hubble horizon
Hubble horizon
แต่....ผลที่ได้จากการคำนวนผ่าน ทฤษฎีสัมพัทธภาพ คือ พลังงานโฮโลกราฟิก "ไม่ใช่พลังงานมืด" เพราะ มันไม่สามารถทำให้เอกภพขยายตัวแบบความเร่งได้
- ●เนื่องจากรัศมีฮับเบิลใช้ไม่ได้ นักฟิสิกส์บางคนบอกว่า ให้หาขอบฟ้าของจักรวาล จากระยะทางของแสงตัวแรกที่เกิดขึ้นมา เรียกว่า ขอบฟ้าของอนุภาค (particle horizon)
particle horizon
ผลที่ได้จากการคำนวนผ่าน ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ก็ยังเหมือนเดิมคือ "ไม่ใช่พลังงานมืด"
- ●แต่ขอบฟ้าอนุภาค ได้ให้ข้อมูลอะไรบางอย่างที่น่าสนใจคือ ถ้าเราใช้ขอบฟ้าของจักรวาลเป็น ขอบฟ้าอนุภาคในอนาคต (future particle horizon) ทำให้พลังงานมืดโฮโลกราฟิก สามารถเป็นพลังงานมืดได้ เพราะ มันสามารถทำให้เอกภพขยายตัวด้วยความเร่งได้
future particle horizon
แต่มันก็เกิดปัญหาเรื่องความสมเหตุสมผลตามมา คือ เราใช้สิ่งที่อยู่ในอนาคตมากำหนดสิ่งที่อยู่ในปัจจุบัน ซึ่งมันไม่สมเหตุสมผลเอาซะเลย
ในปัจจุบัน พลังงานมืดโฮโลกราฟิก ก็ยังเป็นโจทย์ปัญหาที่ยังรอให้นักฟิสิกส์ได้มาแก้ไขและค้นหาอยู่ มีนักฟิสิกส์มากมายที่พยายามเสนอ ขอบฟ้าของจักรวาลแบบใหม่ บางคนพยายามปรับปรุงทฤษฎีความโน้มถ่วงโดยการเพิ่มพลังงานมืดโฮโลกราฟิกเข้าไปด้วย บางคนพยายามปรับปรุงอุณหพลศาสตร์ของหลุมดำแล้วคำนวนหาพลังงานมืดโฮโลกราฟิกที่ถูกปรับปรุงแล้ว และอีกมากมาย
พลังงานมืดยังคงเป็นเรื่องดำมืดของนักฟิสิกส์ในปัจจุบัน ในเมื่อยังไม่มีใครทราบว่าพลังงานมืดคืออะไร บางที...พลังงานมืดอาจจะเป็นเพียงภาพฉายโฮโลแกรมของข้อมูลบางสิ่งที่อยู่ตรงบริเวณขอบฟ้าของเอกภพก็เป็นได้
เรียบเรียงโดย
นักฟิสิกส์ฝึกหัด
อ้างอิง
[1] Cohen, Andrew G., David B. Kaplan, and Ann E. Nelson. "Effective field theory, black holes, and the cosmological constant." Physical Review Letters 82.25 (1999): 4971.
[2] Li, Miao. "A model of holographic dark energy." Physics Letters B 603.1-2 (2004): 1-5.
[2] Wang, Shuang, Yi Wang, and Miao Li. "Holographic dark energy." Physics reports 696 (2017): 1-57.
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
