ไอน์สไตน์ก็ผิดพลาดได้?: เมื่อการค้นพบใหม่ ๆ กำลังท้าทาย “ทฤษฎีสัมพัทธภาพ”

ในวงการวิทยาศาสตร์ มีการพัฒนาทฤษฎีเพื่อ “หักล้าง” ทฤษฎีเดิมเดิมเป็นเรื่องปกติ และการค้นพบล่าสุดของกฎแรงโน้มถ่วงจักรวาล ก็อาจทำให้ทฤษฎีสุดยิ่งใหญ่ของไอน์สไตน์เปลี่ยนไปตลอดกาล

นับตั้งแต่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้คิดค้น “ทฤษฎีสัมพัทธภาพ” ขึ้นมา ได้ทำให้วงการวิทยาศาสตร์ก้าวย่างเข้าสู่การคิดและค้นพบตามหลักวิชาการขึ้นมาอย่างมหาศาล

แต่ไม่ช้าก็เร็ว ย่อมมีการพัฒนาทฤษฎีเพื่อ “หักล้าง” ของเดิมเป็นเรื่องปกติ และการค้นพบล่าสุดของกฎแรงโน้มถ่วงจักรวาล ก็อาจทำให้ทฤษฎีสุดยิ่งใหญ่ของไอน์สไตน์เปลี่ยนไปตลอดกาล

สัมพัทธภาพที่กำลังสั่นคลอน

ทฤษฎีของไอน์สไตน์ มี 2 แบบ คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งในส่วนหลังนี้คือทฤษฎีที่ไอน์สไตน์พัฒนามาจนถึงขีดสุด ด้วยระยะเวลาร่วม 8 ปี จึงขอเน้นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นหลัก

หากเรียกทฤษฎีของไอน์สไตน์ให้ถูกต้อง ต้องเรียกว่า “สัมพัทธภาพ (Relativity)” ไม่ใช่สัมพันธภาพ เพราะสัมพัทธ์ หมายถึง การเข้าใจสิ่งเดียวกันคนละแบบ ส่วนสัมพันธ์ หมายถึง ความสอดคล้องเป็นเนื้อเดียวกัน

สำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ หมายถึง ความไม่ผันแปรบางอย่างที่ทำให้สิ่งที่ผันแปรอย่างหนักมาก่อนหน้าเป็นสิ่งตายตัวได้

หัวใจหลักที่ว่านี้ ทำให้คำอธิบายของทฤษฎีดังกล่าว สามารถสรุปใจความได้ว่า ไม่ว่าวัตถุจะมีมวลมากเท่าใด ขนาดเท่าใด ความเร็วหรือความเร่งเท่าใด เมื่อเข้ามาใน “ความโน้มถ่วง (Gravitation)” ที่ทำให้เกิดความบิดโค้งด้วยมวลสารแล้ว ย่อมเข้าสู่ศูนย์กลางในปริภูมิ-เวลา (Spacetime) เหมือน ๆ กัน

ยกตัวอย่างง่าย ๆ เมื่อวางลูกโบว์ลิ่งขนาดใหญ่ไว้กลางทรัมโบลีน ไม่ว่าจะกลิ้งสิ่งต่าง ๆ รอบข้าง ก็จะทำให้เกิดการไหลเข้าหาจุดที่ลูกโบว์ลิ่งยุบตัวลงไปในศูนย์กลางนั้น ๆ เสมอ ไม่ว่าสิ่งนั้น จะมีมวล รูปร่าง หรือขนาดแบบใดก็ตาม

คำอธิบายเช่นนี้ ทำให้เกิด “การปฏิวัติวงการวิทยาศาสตร์ร่วมสมัย” อย่างมหาศาล ไม่ว่าจะเป็นการทำความเข้าใจ “วงโคจร (Orbit)” ของระบบสุริยจักรวาล (Solar System) ที่มีลักษณะสั่นเป็นเส้นโค้ง รวมถึงการส่ายของวงโคจรของดาวพุทธ หรือที่น่าตื่นตาที่สุด นั่นคือ การค้นพบ “หลุมดำ” หรือ “รูหนอน” รวมไปถึงการขยายตัวของ “จักรวาล” อีกด้วย

กระนั้น ทฤษฎีเป็นสิ่งที่ประกอบสร้างขึ้นมาเพื่อ “ทำความเข้าใจสิ่งที่ซับซ้อน (Complexity)” ไม่ใช่ความเป็นจริงฉันใด การท้าทายและหักล้าง ย่อมมีมากเป็นเงาตามตนฉันนั้น

มีความพยายามที่จะคิดต่อหรือทำลายทฤษฎีสัมพัทธภาพมาหลายต่อหลายครั้ง แต่ที่ “ฟังขึ้น” ที่สุด นั่นคือ ทฤษฎีของไอน์สไตน์อธิบายได้เพียงระดับสุริยจักรวาลและกาแล็กซีเท่านั้น

แต่ในระดับ “จักรวาล (Cosmic)” ยังไม่ได้รับการตรวจสอบเชิงทฤษฏีแต่อย่างใด เช่นนี้ จะมั่นใจได้อย่างไรว่า ทฤษฎีนี้สามารถใช้ในการอธิบายความโน้มถ่วงหรือคาดการณ์ (Speculate) สิ่งต่าง ๆ ในจักรวาลได้จริง ๆ แบบองค์รวม

ความพร่องของสัมพัทธภาพ

“เราค้นพบความพร่องบางอย่าง แรงโน้มถ่วงระดับจักรวาลมีค่าความดึงดูดระดับอ่อนกว่าแรงโน้มถ่วงระดับกาแล็กซีหรือระดับสุริยจักรวาล ประมาณร้อยละ 1”

ข้างต้นเป็นข้อเสนอของ ไนอาเย็ช อาฟชอร์ดี (Niayesh Afshordi) ศาสตราจารย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยายัลวอเตอร์ลู ในมลรัฐออนแทริโอ แคนานดา ในงานศึกษา A cosmic glitch in gravity ที่ได้ชี้ให้เห็นถึงความแตกต่างระหว่างระดับแรงดึงดูดในระดับ “Super-horizon” (ระดับจักรวาล) และ “Sub-horizon” (ระดับสุริยจักรวาลและกาแล็กซี)

แม้จะเพียงเล็กน้อย แต่แรงดึงดูดแตกต่างกันเพียง 1% นั่นหมายความว่า แรงดึงดูดของการโคจรดวงดาวในระดับจักรวาล อาจไม่เกิดขึ้น หรือเกิดขึ้นในระดับที่น้อยกว่าตามที่ทฤษฏีของไอน์สไตน์ฟันธงว่า แรงดึงดูดมีค่าคงที่ไม่ว่าจะอยู่ในระดับใดก็ตาม ด้วยเหตุนี้ อาจอนุมานได้ว่า ทฤษฎีของไอน์สไตน์ แม้จะใช้ได้ในระดับสุริยจักรวาลและกาแล็กซี แต่เมื่อขยายไปในระดับจักรวาล หรือเอกภพ ทฤษฎีนี้ก็อาจใช้การไม่ได้

ในระดับจักรวาล วิทยาศาสตร์ในปัจจุบันยังไม่สามารถสำรวจเพื่อทำการ “ศึกษามวล” ได้มากพอ ทำได้เพียงการใช้ทฤษฎีของไอน์สไตน์ในการ “อนุมาน” เท่านั้น

ดังนั้น อาฟชอร์ดีจึงเสนอให้แยก “ระดับการวิเคราะห์” สัมพัทธภาพในจักรวาลออกมาจากของไอน์สไตน์ โดยเรียกว่า “ความพร่องของจักรวาล (Cosmic glitch)”

ทั้งยังกล่าวเพิ่มเติมว่า “ยิ่งกาแล็กซีอยู่ไกลออกไปก็จะยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้น จนเกือบจะเท่าความเร็วแสง ซึ่งเป็นขั้นสูงสุดที่ทฤษฎีของไอน์สไตน์ว่าไว้ แต่ในระดับที่สูงกว่า ดังนั้น ทฤษฎีของเขาอาจไม่เพียงพอ”

เมื่อมาถึงตรงนี้ จะเห็นได้ว่า “ไม่มีทฤษฎีใดสมบูรณ์แบบ” ถึงขนาดที่จะจัดวางและอธิบายได้ทุกสิ่งทุกอย่าง แต่ก็ใช่ว่าจะใช้ทฤษฎีนั้น ๆ เป็น “บันได” ในการไต่ขึ้นไปเพื่อค้นหาสิ่งใหม่ ๆ ให้เกิดขึ้นมาไม่ได้

Exclusive by วิศรุต หล่าสกุล

แหล่งอ้างอิง