ครั้งแรกของโลก! นักฟิสิกส์สร้างเอกภพจำลอง พิสูจน์ทฤษฎีเวลาเดินช้า-เร็วได้ด้วยตัวเอง

จะเป็นอย่างไรหากความรู้สึกถึงการไหลไปของเวลาแทบจะไม่มีอยู่จริงหากมองจากมุมมองภายนอกจักรวาล? ล่าสุดนักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองสร้างเอกภพจำลอง (Mini-universe) ในห้องปฏิบัติการเป็นครั้งแรก เพื่อพิสูจน์ว่า "เวลา" ที่เราสัมผัสอยู่นั้นถือกำเนิดขึ้นมาจากภายในระบบที่ปิดสนิทได้อย่างไร

งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Research เมื่อวันที่ 11 มิถุนายน พ.ศ. 2569 โดย โจวานนี บารอนตินี (Giovanni Barontini) นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม สหราชอาณาจักร เขาได้นำกลุ่มหมอกอะตอมเย็นจัดมาสร้างเป็นสถานะโบส-ไอน์สไตน์คอนเดนเสต (Bose-Einstein Condensate) ซึ่งเป็นสถานะของสสารที่ก่อตัวขึ้นใกล้ระดับศูนย์องศาสัมบูรณ์ ทำให้อะตอมนับพันเคลื่อนที่ช้าลงจนเกือบหยุดนิ่งและหลอมรวมพฤติกรรมเป็นวัตถุควอนตัมชิ้นเดียว ระบบดังกล่าวถูกแยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อมโดยสมบูรณ์ เปรียบเสมือน เอกภพ (Universe) ที่ไม่มีอิทธิพลภายนอกและไม่มีนาฬิกาใด ๆ มากำหนดเวลาให้กับมัน

การทดลองของมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม ในการดักจับและลดอุณหภูมิของอะตอมรูบิเดียม (rubidium atoms) ลงจนใกล้จุดศูนย์สัมบูรณ์ (absolute zero) ซึ่งเป็นก้าวแรกสู่การสร้างจักรวาลจิ๋ว (mini-universe)

(เครดิตภาพ: มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม)

บารอนตินีได้แบ่งระบบนี้ออกเป็นสองส่วนด้วยแผ่นเลเซอร์บาง ๆ โดยเขาสังเกตการณ์อย่างใกล้ชิดเพียงฝั่งเดียวที่เรียกว่า "พื้นที่สว่าง" และจงใจละทิ้งการรับรู้ใน "พื้นที่มืด" อีกฝั่ง เมื่ออะตอมไหลข้ามกำแพงกั้นเข้ามาในพื้นที่สว่าง เขาเปรียบปรากฏการณ์นี้ว่าเหมือนการเกิดบิกแบง (Big Bang) และเมื่ออะตอมไหลกลับออกไปก็เปรียบเสมือนบิกครันช์ (Big Crunch) หรือทฤษฎีการหดตัวกลับของจักรวาล สิ่งสำคัญที่เขาติดตามคือการแลกเปลี่ยนเอนโทรปี (Entropy) หรือการวัดความไร้ระเบียบของการกระจายพลังงานระหว่างสองพื้นที่ แทนที่จะใช้นาฬิกาปกติในห้องทดลอง เขาได้สร้าง "เวลาเอนโทรปิก" ขึ้นมาเป็นตัววัด ซึ่งกำหนดจากปริมาณเอนโทรปีที่ไหลไปมาระหว่างสองฝั่ง

ผลลัพธ์ที่ได้สร้างความประหลาดใจอย่างมาก เพราะเวลาภายในระบบนี้เดินสอดคล้องกับลำดับเหตุการณ์ แต่ไหลด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน เมื่อเอนโทรปีหลั่งไหลข้ามพื้นที่อย่างรวดเร็ว เวลาภายในจะเดินเร็วขึ้น เมื่อการแลกเปลี่ยนช้าลง เวลาก็จะเดินช้าตามไปด้วย และเมื่อทั้งสองส่วนเข้าสู่สมดุลจนไม่มีเอนโทรปีไหลอีกต่อไป นาฬิกาภายในระบบก็หยุดนิ่งลงอย่างสมบูรณ์ บารอนตินีชี้ให้เห็นว่าทิศทางของเวลาที่เดินไปข้างหน้านั้น อาจเกิดจากการที่ผู้สังเกตสูญเสียข้อมูลบางส่วนไป ซึ่งการที่เขาเลือกจะไม่สังเกตพื้นที่มืดและยอมสูญเสียความรู้ในส่วนนั้นไป ได้กลายเป็นจุดกำเนิดของสิ่งที่เรียกว่า "เวลา" ในอีกฝั่งหนึ่ง

การค้นพบครั้งนี้นับเป็นก้าวแรกที่สำคัญในการใช้ระบบควอนตัม (Quantum System) เพื่อทดสอบสมมติฐานทางฟิสิกส์จักรวาลวิทยาที่ค้างคาใจนักวิทยาศาสตร์มานานกว่า 60 ปี ในอนาคต ทีมวิจัยคาดหวังว่าจะสามารถปรับแต่งเครื่องมือชุดนี้เพื่อจำลองปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น เช่น การจำลองสภาวะแวดล้อมของหลุมดำ หรือเงื่อนไขของเอกภพในยุคแรกเริ่ม ซึ่งอาจช่วยไขความลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของธรรมชาติว่าแท้จริงแล้วมิติแห่งกาลเวลาทำงานอย่างไร

👨‍🚀 ข้อมูลอ้างอิง: Live Science

• Physicist demonstrates a key theory of time by building a 'mini-universe' in his lab