จักรวาล เกิดขึ้นจากความว่างเปล่าได้อย่างไร? หนึ่งในคำถามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดทางจักรวาลวิทยา

จักรวาล – หาก “ความว่างเปล่า” ที่คนทั่วไปเข้าใจคืออวกาศที่ว่างเปล่าระหว่างดวงดาวเช่น โลกและดวงจันทร์ หรือโลกและดาวอังคาร นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถยืนยันได้ชัดเจนว่าบางสิ่งสามารถเกิดขึ้นจาก ‘ความว่างเปล่า’ ได้จริง ๆ  และสิ่งนั้นคือ ‘สนามควอนตัม’ ซึ่งเป็นแรงของอนุภาคต่าง ๆ กระทำต่อกันและสร้างพลังงานขึ้นจากความผันผวน กลายเป็นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในพื้นที่เล็ก ๆ ที่เรามองไม่เห็นในอวกาศ กระบวนการเหล่านี้นำไปสู่สิ่งต่าง ๆ ได้มากมาย

แต่เราอาจถามได้อีกว่า แล้ว ‘ความว่างเปล่า’ ที่แท้ซึ่งไม่มีอะไรอยู่เลย ไม่มีแม้แต่สนามควอนตัม สภาวะที่ไม่มีอะไรเลยก่อนบิ๊กแบง จักรวาลเกิดขึ้นได้อย่างไร หรือบิ๊กแบงเกิดขึ้นได้อย่างไร สิ่งนี้ยังคงเป็นปัญหาสำหรับผู้เชี่ยวชาญอยู่เช่นกัน  แต่ด้วยการศึกษาทางวิทยาศาสตร์มากมายได้เผยเบาะแสอะไรบางอย่างให้เราได้เริ่มกระเทาะเปลือกไข่แห่งความลึกลับนี้ 

จักรวาลทุกวันนี้เต็มไปด้วยกาแล็กซี ดวงดาว ดาวเคราะห์ ธาตุหนัก โครงสร้างมากมาย วัตถุอีกนับไม่ถ้วน และสิ่งมีชีวิตเผ่าพันธุ์หนึ่งบนดาวเคราะห์สีน้ำเงินดวงหนึ่งที่ชอบสงสัย นั่นคือมนุษย์ ทุกสิ่งเหล่านี้ต่างสร้างขึ้นจากโมเลกุลที่ซับซ้อน ซึ่งเกิดจากอะตอมในตารางธาตุที่เป็นวัตถุประกอบกันขึ้นมาเป็น ‘สสาร’ ปัจจุบัน 

เรามีกฎฟิสิกส์ที่ใช้ได้แบบเดียวกันในทุกจักรวาลไม่ว่าจะอนาคตหรืออดีต เรามีกฎอนุรักษ์พลังงาน (ข้อที่ 1 ของเทอร์โมไดนามิกส์) ที่ระบุว่า “พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปหรือถูกถ่ายโอนจากอีกที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ แต่ไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำลายได้” สิ่งนี้เป็นจริงไม่ว่าจะจุดไหนของจักรวาล 

ในเมื่อกฎฟิสิกส์กล่าวไว้เช่นนั้น แล้วมันมาจากไหนตั้งแต่แรก? เราสามารถนึกย้อนกลับไปทีละขั้น หากเราต้องการสร้างดวงดาวและกาแล็กซีที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน เราต้องการ… สสารปกติ แต่จะให้สสารปกติมารวมกันได้เราต้อง… มีความโน้มถ่วงเพื่อดึงสิ่งเหล่านั้นให้มารวมตัวกัน ขณะเดียวกันเราก็ต้องการ ‘สสารมืด’ เพื่อให้แรงโน้มถ่วงเติบใหญ่ขึ้นให้ดวงดาวห่างไกลเกาะรวมกันเป็นกาแล็กซี 

ซึ่งหมายความว่า เราต้องการทั้งสสารปกติ สสารมืด รวมถึงพลังงานต่าง ๆ ตั้งแต่การก่อตัวเนิ่น ๆ ของจักรวาล ฟิสิกส์ปัจจุบันจะพาเราไปยังจุดเสี้ยว ของเสี้ยว ของเสี้ยว ของเสี้ยว และของเสี้ยววินาทีหลังการเกิดบิ๊กแบงร้อน ณ เวลานั้นควาามรุนแรงและความผันของสิ่งต่าง ๆ เริ่มจะอธิบายได้ แต่หากไปก่อนหน้านั้นอีกนิด กฎฟิสิกส์จะเริ่มจางหายลงโดยที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถอธิบายได้ 

แต่พวกเขารู้ว่าในสถานะเริ่มต้นที่สุด มันจะเป็นอะไรที่ร้อนและหนาแน่นอย่างยิ่ง เป็นที่ที่สสารและปฏิสสารถูกสร้างขึ้นมามากมายมหาศาล แต่จะต้องมีจุดใดจุดหนึ่งที่ทำให้สมดุลของสสารและปฏิสสารเสียสมดุลไป หลักฐานก็คือ “ตัวเรา” ที่กำลังอ่านบทความนี้ ซึ่งมีแต่สสารปกติ 

ในทำนองเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่สามารถบอกได้ว่าสสารมืดหรือพลังงานมืดที่เป็นส่วนประกอบใหญ่ของจักรวาลนั้นคืออะไร ดังนั้นจึงไม่อาจทราบได้ว่ามันสร้างมาจากอะไร ขณะที่การทดสอบจำนวนมากชี้ไปว่าพวกมันไม่สามารถประกอบขึ้นจากอนุภาคใด ๆ ที่มีอยู่ในแบบจำลองมาตราฐานซึ่งใช้กันทุกวันนี้ และมันต้องการฟิสิกส์ใหม่ ๆ ในการอธิบาย 

“น่าเสียดายที่ตอนนี้แม้แต่ฟิสิกส์ที่ดีที่สุดของเราก็ยังไม่สามารถให้คำตอบได้อย่างสมบูรณ์ จนกว่าเราจะก้าวหน้าไปสู่ “ทฤษฎีของทุกสิ่ง” เราจะไม่สามารถให้คำตอบที่แน่ชัดได้ แต่สิ่งที่เราพูดได้อย่างมั่นใจที่สุดในขั้นตอนนี้คือ ฟิสิกส์ไม่พบกรณีที่ได้รับการยืนยันว่ามีบางสิ่งเกิดขึ้นจากความว่างเปล่า” ศาสตราจารย์อลาสแตร์ วิลสัน (Alastair Wilson) ด้านปรัชญา มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมเขียนในบทความผ่านเว็บไซต์ The Conversation

แต่หากต้องการคำตอบ โดยทั่วไปแล้วมีสองทางเลือกที่นักวิทยาศาสตร์ใช้กัน ทางเลือกแรกคือ ‘มันเกิดมาแบบนี้’ จักรวาลเกิดมาพร้อมกับคุณสมบัติเหล่านี้ตั้งแต่ตั้นราวกับเพลงของเลดี้กากาที่ชื่อว่า ‘Born This Way’ และไม่มีคำอธิบายเพิ่ม นักฟิสิกส์มักเรียกแนวทางนี้ว่า ‘ยอมแพ้’ หรือกำปั้นทุบดิน

ส่วนทางเลือกที่สองคือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามทำให้ดีที่สุดคือ นั่นคือทฤกษฎีที่สามารถอธิบายเงื่อนไขเริ่มต้นได้ บางคนเชื่อว่าอาจเป็นการพองตัวของจักรวาล เมื่อบิ๊กแบงที่ร้อนและหนาแน่นได้ขยายออกไปเรื่อย ๆ เมื่อถึงจุดๆ หนึ่งมันก็สร้างจักรวาลใหม่ขึ้นมาอีกแห่งหนึ่งกลายเป็นจุดเริ่มต้นใหม่ของจักรวาลนั้น 

ในบริบทของฟิสิกส์แล้ว เป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำความเข้าใจแนวคิดเรื่องความว่างเปล่าสมบูรณ์ที่แท้จริง การอยู่นอกอวกาศและเวลาหมายความว่าอย่างไร หรืออวกาศและเวลาจะเกิดขึ้นอย่างสมเหตุสมผลจากสภาวะที่ไม่มีอยู่จรอได้อย่างไร กฎที่ควบคุมควอนตัม ทั้งสนามและอนุภาค พวกมันมาจากไหน 

นักวิทยาศาสตร์กำลังรอทฤษฎีนั้นอยู่ซึ่งจะเป็น ‘ทฤษฎีของทุกสิ่ง’ ที่อธิบายจุดเริ่มต้นทุกอย่างได้ มันอาจมาถึงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า หรือใครสักคนอาจคิดได้ในอีก 3,000 ปีข้างหน้า เราไม่อาจรู้ได้แน่ชัดแต่พวกเขาหวังว่าทฤกษฎีนั้นมีอยู่จริง

แต่ในตอนนี้หากเราให้คำจำกัดความว่าความว่างเปล่าคือพื้นที่อวกาศโลกและดวงจันทร์ ฟิสิกส์สามารถอธิบายได้อย่างยอดเยี่ยมและชัดเจนว่ามีอะไรเกิดขึ้นจากความว้างเปล่าตรงนั้นได้จริง ๆ 

สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล

ที่มา

https://www.iflscience.com/how-could-the-big-bang-arise-from-nothing-71938

https://theconversation.com/how-could-the-big-bang-arise-from-nothing-171986

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/something-from-nothing/

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-nothing/

อ่านเพิ่มเติม เมล็ดพันธุ์หลุมดำ ในยุคแรกเริ่มกำเนิดจักรวาล ถูกค้นพบเป็นครั้งแรก