เราจะเดินทางเร็วกว่าแสงได้หรือไม่?

เท่าที่นักฟิสิกส์รู้ตอนนี้ ความเร็วแสงเป็นความเร็วสูงสุดที่เอกภพยอมให้มีได้ พูดง่ายๆ ว่าไม่มีสิ่งใดที่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง

ความเร็วแสงที่เป็นความเร็วสูงสุดในเอกภพคือความเร็วแสงในสุญญากาศ ซึ่งมีค่า 299,792,458 เมตร/วินาที เป็นความเร็วที่สูงมากจนเราไม่น่าจะนึกภาพความเร็วขนาดนี้ออกได้ง่ายๆ ด้วยความเร็วขนาดนี้ แสงสามารถเดินทางรอบโลกได้เจ็ดรอบครึ่งในหนึ่งวินาที แต่เมื่อแสงเดินทางในตัวกลางต่างๆ เช่น ในน้ำ ในแก้ว ฯลฯ มันจะเคลื่อนที่ได้ช้าลง

ฟิสิกส์แบบดั้งเดิมเชื่อว่าวัตถุจะมีความเร็วเท่าใดก็ได้โดยไม่มีขีดจำกัด ซึ่งสอดคล้องกับสามัญสำนึกที่ว่าความเร็วของวัตถุต่างๆ ควรจะเพิ่มขึ้นได้เรื่อยๆ โดยไม่มีกำแพงใดๆ มาขวาง

แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (special relativity) ที่คิดขึ้นโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทำให้นักฟิสิกส์รู้ว่า เมื่อวัตถุมีความเร็วสูงมากๆ จนเริ่มเข้าใกล้ระดับความเร็วแสง เราจะต้องใช้พลังงานมหาศาลในการเพิ่มความเร็วของวัตถุนั้นแม้เพียงเล็กน้อย จนสุดท้ายแล้วการจะทำให้วัตถุหนึ่งมีความเร็วเท่าความเร็วแสงจะต้องใช้พลังงานเป็นอนันต์ พูดง่ายๆ ว่ารวมเอาพลังงานของทั้งเอกภพมาเร่งความเร็วหินสักก้อน มันยังมีความเร็วไม่เท่าแสงเลย อย่างดีก็เข้าใกล้ความเร็วแสงมากๆ แต่ไม่เร็วเท่าแสงเสียที

แนวคิดเรื่องความเร็วสูงสุดที่กล่าวมานี้มีหลักฐานการทดลองยืนยันมากมาย จนนักฟิสิกส์เชื่อว่ามันเป็นความจริงอย่างไม่ต้องสงสัย

แต่มีนักฟิสิกส์หลายคนพยายามหาทางออกว่า ถ้าวัตถุธรรมดาไม่สามารถเพิ่มความเร็วจนเท่าแสงได้ แล้วมีวัตถุที่มีความเร็วมากกว่าแสงอยู่แล้วหรือไม่? พูดง่ายๆ ว่ามันไม่เคยมีความเร็วต่ำกว่าความเร็วแสงเลย

นักฟิสิกส์เรียกอนุภาคในจินตนาการที่มีความเร็วมากกว่าแสงอยู่ตลอดเวลาว่า ‘tachyon’ มีงานวิจัยมากมายที่พยายามอธิบายคุณสมบัติของ tachyon และเสนอว่าหาก tachyon มีอยู่จริงจะเกิดอะไรขึ้นบ้าง แต่ถึงวันนี้ นักฟิสิกส์ก็ยังไม่เจอร่องรอยของ tachyon เลยแม้แต่น้อย

ปัญหาหลักๆ ของการเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงคือ ด้วยความรู้ฟิสิกส์ที่เรารู้ทุกวันนี้ หากอนุภาคหรือวัตถุบางอย่างมีความเร็วมากกว่าแสง จะมีเหตุการณ์แปลกประหลาดสองอย่างเกิดขึ้น

เหตุการณ์แรกคือ เราจะพบว่าเหตุการณ์บางอย่างซึ่งอยู่ห่างไกลจากเราออกไปมากๆ สามารถส่งผลกระทบต่อเราได้ทันทีทันใด ซึ่งขัดกับสามัญสำนึกและธรรมชาติที่เรารู้จักอย่างมาก เรารู้ดีว่าอะไรที่เข้ามากระทบร่างกายของเราย่อมอยู่ไม่ห่างจากตัวเรา เป็นไปไม่ได้ที่ของบางอย่างที่ห่างตัวเราออกไป 10 กิโลเมตรจะกระทบตัวเราตอนที่มันอยู่ห่างจากเรามากขนาดนั้น เราเรียกหลักการนี้ว่า ‘Principle of Locality’

เหตุการณ์ที่สองคือ เราสามารถพบว่าผลของเหตุการณ์บางอย่างเกิดก่อนเหตุได้ ตัวอย่างเช่น เราสามารถเห็นลูกปืนกระทบเป้าก่อนที่มันจะถูกยิงออกจากปากกระบอกปืน หรือสังเกตเห็นแก้วแตกก่อนที่จะตกจากโต๊ะ หลักการเกี่ยวกับเหตุและผลต่างๆ ที่เรารู้จักจะพังทลายลง

ความประหลาดทั้งสองอย่างนี้ทำให้นักฟิสิกส์ไม่เชื่ออย่างว่ามีสิ่งที่เร็วกว่าแสงอยู่จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลักเหตุและผลซึ่งนักฟิสิกส์เรียกว่า ‘Principle of Causality’ นั้นเป็นสิ่งที่สำคัญมาก จะว่าไป มันเป็นหลักการที่ฝังอยู่ในวิธีคิดของมนุษย์เราและสร้างวิชาวิทยาศาสตร์ขึ้นมาด้วยซ้ำ การพยายามจินตนาการถึงเอกภพที่ไม่มีหลักแห่งเหตุผลนั้นดูไม่น่าจะเป็นไปได้

อันที่จริง เราสามารถพบเห็นปรากฏการณ์ที่เร็วกว่าแสงได้ ถ้ามันไม่ใช่การเคลื่อนที่ของวัตถุอย่างแท้จริงหรืออาจเป็นเพียงภาพลวงตา หรือไม่ก็เป็นความเร็วเกินกว่าแสงที่ไม่ใช่การส่งข้อมูล ซึ่งทั้งหมดนี้ไม่นับว่าเป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือแสง

สรุปแล้ว นักฟิสิกส์ในปัจจุบันไม่น่าจะมีใครคิดฝ่ากำแพงความเร็วแสงเลย แต่มีประเด็นเล็กๆ ที่เหลืออยู่ 3 เรื่องที่ทำให้นักฟิสิกส์ยังไม่ถึงกับวางมือในเรื่องนี้ร้อยเปอร์เซ็นต์

เรื่องแรกคือ เป็นไปได้หรือไม่ที่ความเร็วแสงจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าความเร็วแสงในช่วงที่เอกภพถือกำเนิดขึ้นมาใหม่ๆ อาจไม่ใช่ความเร็วแสงในปัจจุบัน วิธีหาคำตอบคือการพยายามมองไปยังอดีตอันไกลโพ้นด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ประสิทธิภาพสูงส่องไปยังวัตถุที่อยู่ไกลมากๆ เพราะภาพที่เห็นในตอนนี้คือแสงจากอดีตกาลที่เพิ่งเดินทางมาถึงเรา หากความเร็วของแสงในอดีตเปลี่ยนแปลงไป พวกเขาน่าจะตรวจจับความผิดปกติบางอย่างได้บ้าง แต่ก็ยังไม่มีใครพบหลักฐานยืนยันว่าความเร็วแสงมีการเปลี่ยนแปลง

เรื่องที่สองคือ ทำไมความเร็วแสงจึงเป็นความเร็วสูงสุดของเอกภพ ทำไมไม่เร็วกว่านี้หรือช้ากว่านี้ การพยายามเข้าใจคำถามที่ลึกซึ้งนี้จะนำไปสู่ความเข้าใจเรื่องที่ว่างและเวลาในฐานะที่มันเป็นสิ่งพื้นฐานที่สุดอย่างหนึ่งของเอกภพ

เรื่องที่สามคือ ระยะทางระหว่างดาวฤกษ์แต่ละดวงนั้นยิ่งใหญ่มากสำหรับมนุษย์ พูดง่ายๆ ว่าจากดวงอาทิตย์ไปยังดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดอย่าง Proxima Centauri คือระยะทางราวๆ 4 ปีแสง นั่นหมายความว่าแม้แต่แสงยังต้องใช้เวลาเดินทางนานถึง 4 ปี ส่วนระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงกาแล็กซีแอนโดรเมดาซึ่งเป็นกาแล็กซีก้นหอยขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้ทางช้างเผือกที่สุดก็ยังมากถึง 2 ล้านปีแสง

ด้วยเทคโนโลยีที่เรามีในตอนนี้ การเดินทางสำรวจเอกภพนั้นเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ และต่อให้เรามีเทคนิคการแช่แช็งนักบินอวกาศที่ดีเยี่ยม การเดินทางข้ามห้วงอวกาศที่ต้องทิ้งอดีตมากมายและคนที่เรารักไว้เบื้องหลังก็เป็นราคาที่สูงมากสำหรับชีวิตมนุษย์

การวาร์ปหรือการเดินทางด้วยความเร็วเหนือแสงด้วยเครื่องวาร์ปนั้นมีแค่ในนิยายวิทยาศาสตร์ ส่วนในทางปฏิบัติยังไม่มีใครรู้เลยว่าต้องทำอย่างไรจึงจะเดินทางด้วยการวาร์ปได้

ส่วนรูหนอน (wormhole หรือ Einstein-Rosen bridge) ซึ่งเป็นเหมือนประตูเชื่อมระหว่างจุดสองจุดที่ห่างไกลกันในเอกภพให้กลายเป็นจุดเดียวกันนั้น แม้จะเป็นไปได้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ แต่ก็ยังไม่มีใครรู้ว่ารูหนอนมีจริงหรือไม่ และถ้าเราเจอมันแล้ว การเดินทางผ่านรูหนอนจะให้ผลลัพธ์อย่างไรกันแน่ รวมทั้งเราจะสามารถสร้างมันขึ้นมาได้อย่างไร

ด้วยความรู้ที่มนุษย์เรามีในตอนนี้ การเดินทางท่องเอกภพจึงแทบจะเป็นเรื่องสิ้นหวัง

เราอาจไม่ต่างจากคนสมัยสองพันปีก่อนที่ได้แต่จินตนาการถึงการบินบนท้องฟ้าทั้งที่ไม่มีหนทางทำให้ความคิดนั้นเป็นจริงได้ในยุคสมัยของพวกเขา แต่ประวัติศาสตร์บอกเราว่าการสั่งสมความรู้อย่างต่อเนื่องนั้นไม่สูญเปล่า เพราะอย่างน้อยทุกวันนี้ เครื่องบินที่บินกันจนการจราจรทางอากาศคับคั่ง รวมถึงการส่งจรวด ยานอวกาศ และดาวเทียมเป็นผลลัพธ์ที่ยืนยันการผลิบานของความฝันที่รวมกันกับความรู้ได้เป็นอย่างดี