รู้จัก "พหุจักรวาล" งานชิ้นสุดท้าย ของ "สตีเฟ่น ฮอว์กิ้ง"

ที่มา นสพ.มติชนรายวัน

ไม่กี่เดือนก่อนหน้าที่จะเสียชีวิต ศาสตราจารย์สตีเฟน ฮอว์กิ้ง นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอังกฤษ เผยแพร่รายงานผลการศึกษาวิจัยชิ้นหนึ่ง ซึ่งส่งผลให้มีข้อสรุปโดยสื่อจำนวนหนึ่งว่า รายงานชิ้นดังกล่าวเป็นผลงานซึ่งสตีเฟน ฮอว์กิ้ง และ โทมัส เฮอร์ท็อก นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยคาทอลิกแห่งลูเวนในประเทศเบลเยียม พิสูจน์ว่า มนุษย์เราใช้ชีวิตอยู่ใน “พหุจักรวาล” หรือ “มัลติเวิร์ส”

สื่อบางสำนักไปไกลถึงขนาดว่า นั่นคือข้อพิสูจน์ว่า “โลกคู่ขนาน” มีอยู่จริง

อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์และนักจักรวาลวิทยาอีกหลายคนระบุว่า งานค้นคว้าวิจัยชิ้นสุดท้ายของฮอว์กิ้งดังกล่าวยังไม่สมบูรณ์พอที่จะทำให้สามารถสรุปดังนั้นได้ โดยสิ่งที่ฮอว์กิ้งคิดในรายงานชิ้นดังกล่าวนั้น ไม่เพียงไม่สามารถพิสูจน์โดยการสังเกตการณ์ได้เท่านั้น กรอบเหตุผลหลักเชิงคณิตศาสตร์ที่ใช้ยังนำมาจากงานการศึกษาวิจัยที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ และยังไม่สมบูรณ์อีกด้วย

ซาบีน ฮอสเซนเฟลเดอร์ นักฟิสิกส์ประจำสถาบันเพื่อการศึกษาก้าวหน้าแห่งแฟรงก์เฟิร์ตในประเทศเยอรมนี ระบุว่างานชิ้นสุดท้ายของฮอว์กิ้ง เป็นเพียงแค่ 1 ในแนวความคิดอีกนับพันแนวทางที่นักฟิสิกส์พยายามคิดค้นขึ้นมาเพื่อใช้อธิบายสภาวะในยุคแรกเริ่มของจักรวาล ซึ่งรวมถึงแนวคิดเรื่องโลกคู่ขนานดังกล่าวด้วย

งานวิจัยชิ้นนี้ตีพิมพ์ครั้งแรกเมื่อเดือนกรกฎาคม ปี 2017 เป็นการขยายความคิดเพิ่มเติมจาก 1 ในหลายทฤษฎีที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ยืนยันของฮอว์กิ้ง นั่นคือทฤษฎี “ไร้ขอบเขต (No boundary proposal)” ที่ใช้อธิบาย

ปรากฏการณ์บิ๊กแบงซึ่งเป็นทฤษฎีที่รู้จักกันดีที่สุดของฮอว์กิ้ง ภายใต้การทำงานร่วมกับเจมส์ ฮาร์เทิล นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา

งานชิ้นนี้เป็นการคิดต่อจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ที่ระบุเอาไว้ว่าก่อนการเกิดบิ๊กแบง จำเป็นต้องมี “เอกภาวะ” (ซิงกูลาริตี้) เกิดขึ้น ภาวะดังกล่าวคือภาวะที่สสารหดตัวลงจนเป็นจุดจุดหนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นเป็นอนันต์ มีความร้อนจัด และเป็นภาวะที่กฎทางฟิสิกส์ทั้งหลายใช้การไม่ได้อีกต่อไป

ในคำอธิบายเพิ่มเติมของฮอว์กิ้งและฮาร์เทิล “เอกภาวะ” ดังกล่าวนี้ทั้งกาลและอวกาศถูกบีบอัดรวมกันจนเป็นหนึ่งเดียว เมื่อมองเอกภาวะดังกล่าวในเชิงกาลเวลา จึงดูเหมือนไร้ขอบเขต เหมือนโลกที่เราสามารถเดินไปแต่ไม่ถึงริมขอบสักทีนั่นเอง

เมื่อบรรดานักวิทยาศาสตร์พากันวิเคราะห์แนวความคิดดังกล่าวก็ตระหนักว่า ทฤษฎีไร้ขอบเขตของฮอว์กิ้ง “คาดการณ์ว่า” เมื่อจักรวาลในระยะแรกเกิดนี้ขยายตัวออกไปในทุกทิศทุกทางอย่างเร็วในระดับ “ซุปเปอร์ฟาสต์” นั้น มันจะทำให้เกิดจักรวาลอื่นๆ ผุดขึ้นตามมาด้วย จนในที่สุดก็จะอยู่ในสภาพ “พหุจักรวาล” หรือพูดอีกอย่างหนึ่งได้ว่า ฮอว์กิ้งเสนอเอาไว้ว่า “จักรวาลของเรา” นี้นั้น เป็นเพียง 1 ในจักรวาลคู่ขนาน

ที่มีจำนวนมหาศาลจนเป็นอนันต์ เป็นพหุจักรวาลที่มีคุณลักษณะคล้ายกับแฟรกทัลเรขาคณิต ที่เกิดขึ้นซ้ำในทุกหน่วยวัด ทุกมิติ

ดังนั้น พหุจักรวาลของฮอว์กิ้งจึงนำไปสู่ “พาราด็อกซ์” ที่สำคัญ นั่นคือ ถ้าหากมีจำนวนจักรวาลเป็นอนันต์แล้วละก็ จะไม่มีใครสามารถคาดการณ์แบบที่ทดสอบได้ว่าจักรวาลไหนกันแน่ที่เป็นจักรวาลของเรา ที่มนุษย์เราใช้ชีวิตอยู่ (เมื่อความเป็นไปได้มีค่าเป็นอนันต์ การบ่งชี้ถึงลักษณะจำเพาะของจักรวาลหนึ่งเดียวก็ไม่สามารถทำได้)

เฮอร์ท็อก ผู้ร่วมทำวิจัยชิ้นสุดท้ายบอกว่า ฮอว์กิ้งเองไม่พอใจกับสภาพขัดแย้งในตัวเองดังกล่าวและพยายามหาจุดยุติเรื่องนี้ โดยพยายามพัฒนากรรมวิธีที่จะเปลี่ยนแนวความคิดเรื่องพหุจักรวาลให้อยู่ในกรอบที่สามารถทดสอบความเป็นจริงได้ในเชิงวิทยาศาสตร์

เพื่อลดจำนวนโลกคู่ขนานจากจำนวนที่เป็นอนันต์ลงจำเป็นต้องหาทางเชื่อมโยงหลักการฟิสิกส์ควอนตัมซึ่งเป็นตัวกำหนดเอกภาวะของจักรวาลในระยะทารกเข้ากับกฎทางฟิสิกส์ดั้งเดิมของจักรวาลที่เราใช้ชีวิตอยู่ ในงานวิจัยใหม่ ฮอว์กิ้งกับเฮอร์ท็อกใช้วิธีที่รู้จักกันในชื่อ “โฮโลกราฟี” เพื่อรวมความคิดทั้งสองชุดเข้าด้วยกัน จึงสามารถลดจำนวนจักรวาลในพหุจักรวาลลงเหลือจำนวนที่นับได้ เมื่อมีจักรวาลในจำนวนที่นับได้แล้วก็จะสามารถคาดการณ์เกี่ยวกับคุณลักษณะของจักรวาลเหล่านี้ได้

นั่นหมายถึงว่า ตามแนวทางดังกล่าวนั้น การมีจักรวาลอีกจำนวนหนึ่งซึ่งลักษณะเหมือนกับจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ในเวลานี้ ก็มีความเป็นไปได้ขึ้นมา

ตามทฤษฎีไร้ขอบเขตของฮอว์กิ้งกำหนดว่า หลังจากบิ๊กแบง จักรวาลจะเข้าสู่ระยะของการขยายตัวออกอย่างรวดเร็วซึ่งเรียกว่า “คอสมิกอินเฟลชั่น” ทำหน้าที่ขยาย “คลื่นแรงโน้มถ่วงปฐมภูมิ” (ไพรมอเดียล กราวิเตชั่น เวฟ) ที่ทะลักออกมาจากบิ๊กแบงออกไปทุกทิศทุกทาง คลื่นเก่าแก่เมื่อครั้งกำเนิดจักรวาลนี้ถูกบันทึกได้ในสภาพของคลื่นแผ่รังสีไมโครเวฟที่กระจายออกไปทั่วจักรวาล รู้จักกันในชื่อคอสมิก ไมโครเวฟ แบ๊กกราวด์ เรดิเอชั่น (cosmic microwave background radiation-CMB)

เฮอร์ท็อกบอกว่า ถ้าดาวเทียมที่เราผลิตขึ้นมาในอนาคตสามารถตรวจจับคลื่น “ซีเอ็มบี” นี้ได้และแสดงให้เห็นได้ว่าข้อมูลในซีเอ็มบีเทียบเคียงแล้วเข้ากันได้กับภาวะคอสมิก อินเฟลชั่นที่ฮอว์กิ้งทำนายเอาไว้ ก็จะเป็นหลักฐานยืนยันการคงอยู่ของพหุจักรวาลของฮอว์กิ้งนั่นเอง

แต่นักวิทยาศาสตร์อีกจำนวนมากไม่เห็นด้วยกับข้อสรุปดังกล่าว แคที แมค นักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนา ชี้ว่ามีทฤษฎีอีกเป็นพันที่พูดถึงภาวะ “อินเฟลชั่น” ดังกล่าวไว้ และส่วนใหญ่ของทฤษฎีเหล่านี้ก็มีเรื่องของคลื่นแรงโน้มถ่วงปฐมภูมิรวมอยู่ด้วยเช่นกัน ดังนั้น ข้อมูลในซีเอ็มบี ก็ไม่มีทางที่จะกลายเป็นข้อพิสูจน์ได้ว่าทฤษฎีของฮอว์กิ้งหรือของคนอื่นๆ อีกเป็นพันทฤษฎีถูกต้อง

แฟรงก์ วิลค์เซค นักทฤษฎีฟิสิกส์ เจ้าของรางวัลโนเบลจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ (เอ็มไอที) ชี้ว่า ในทางตรงกันข้าม ถ้าข้อมูลในซีเอ็มบีไม่สอดคล้องกับคำทำนายของฮอว์กิ้งและเฮอร์ท็อก ก็จะทำให้ทฤษฎีนี้ผิดไปหมด เนื่องจากนั่นคือสมมุติฐานและประมาณการสำคัญที่สุดในรายงานวิจัยชิ้นนี้

แคที แมค ยังชี้ด้วยว่า ในการเชื่อมโยงทฤษฎีควอนตัมเข้ากับทฤษฎีแรงโน้มถ่วง ฮอว์กิ้งกับเฮอร์ท็อกรู้ดีว่า กรอบเชิงคณิตศาสตร์จำนวนมากที่นำมาใช้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์และยังไม่สมบูรณ์ถึงกับเรียกว่าเป็น “ทอยโมเดล” และยังยอมรับไว้ด้วยว่า ยังจำเป็นต้องมีการศึกษาวิจัยอีกมากมายในเรื่องนี้

แต่ว่าถึงตอนนี้ ไม่มีสตีเฟน ฮอว์กิ้งอีกต่อไปแล้ว