นักฟิสิกส์เสนอทฤษฎีใหม่ "เอกภพเริ่มแรกมีแค่ 1 มิติ"

By: terminus
Writer
on Sun, 24/04/2011 - 01:27

เมื่อเร็วๆ นี้ มีนักฟิสิกส์คนหนึ่งได้เสนอทฤษฎีกำเนิดเอกภพอันใหม่ซึ่งบอกว่าเอกภพในตอนแรกเริ่มนั้นเป็นเส้นตรงที่มีแค่มิติเดียวเท่านั้น ทุกอย่างเคลื่อนที่ได้แค่สองทางคือไปข้างหน้าและถอยหลัง ไม่มีการระเบิดตู้มเป็นโกโก้ครั้นช์ แต่เป็นการระเบิดแล้วเกิดเป็นเส้นหมี่แทน

Dejan Stojkovic แห่ง University of Buffalo ตั้งชื่อทฤษฎีของเขาว่า "vanishing dimensions" ตามปากคำของเขาเอง เขาไม่คิดว่าสิ่งที่เขาคิดขึ้นมาเป็นทฤษฎีด้วยซ้ำ เขาถือว่ามันคือกรอบแนวคิด (framework) ที่จะเป็นรากฐานให้นักฟิสิกส์สร้างทฤษฎีต่างๆ มารองรับในระดับรายละเอียดเพิ่มเติมในอนาคต

ทฤษฎี "vanishing dimensions" (หรืออะไรก็แล้วแต่ที่จะเรียกกัน) อธิบายว่าในช่วง 1 ส่วนแสนล้านล้านวินาทีแรกหลังจาก Big Bang เอกภพเริ่มจากสิ่งที่มีโครงสร้างเป็นเส้นตรงหนึ่งมิติ พลังงานและอนุภาคที่เกิดขึ้นก็วิ่งไปวิ่งมาในเส้นตรงนี้ พอเวลาผ่านไปจนเอกภพมีอุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 100 TeV (TeV หรือ teraelectronvolt เป็นหน่วยของพลังงาน แต่ว่าอุณหภูมิก็คือค่าชี้วัดพลังงาน ดังนั้นในที่นี้เลยใช้แทนกันได้) เส้นตรงหนึ่งมิติก็ขยายขนาดขึ้นและถักทอกันเองเกิดเป็นระนาบสองมิติ จากระนาบสองมิติ เอกภพก็ขยายไปอีกและซ้อนทับเชื่อมกันไปมาจนเกิดเป็นเอกภพสามมิติแบบที่เราเห็นกันในปัจจุบัน

ในเส้นตรงหนึ่งมิติของ Dejan Stojkovic อนุภาคทุกตัวจะมีคุณสมบัติเหมือนกันหมด อนุภาคเริ่มมีคุณสมบัติเฉพาะและแยกออกเป็นชนิดต่างๆ เมื่อเอกภพเพิ่มเป็นสองและสามมิติตามลำดับ ทฤษฎี vanishing dimensions เรียบง่ายอย่างงดงาม ถ้าพิสูจน์ได้ว่าเป็นจริง ปัญหาเรื่องความไม่ลงตัวของทฤษฎีควอนตัมที่อธิบายได้แต่อนุภาคจิ๋วๆ กับ ทฤษฎีสัมพัทธภาพที่ใช้ได้แต่กับของใหญ่ๆ ก็จะหมดลงไปทันที

Dejan Stojkovic ได้ร่วมวิจัยกับ Jonas Mureika แห่ง Loyola Marymount University เสนอทางที่จะพิสูจน์ทฤษฎี vanishing dimensions ไว้สองสามทางซึ่งเป็นการทดลองที่ดูแล้วน่าจะเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ

ข้อพิสูจน์แรกต้องพึ่งสิ่งที่เรียกกันว่า "คลื่นแรงโน้มถ่วง" (gravitational waves) ซึ่งเป็นคลื่นที่เกิดขึ้นจากการที่วัตถุขนาดใหญ่ๆ เคลื่อนที่แล้วทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของกาล-อวกาศ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทำนายการมีอยู่ของคลื่นแรงโน้มถ่วงไว้นานแล้ว แต่ก็ยังไม่มีใครค้นพบหลักฐานตัวเป็นๆ สักที (และเป็นเรื่องน่าเสียดายมากที่ NASA ตัดงบสนับสนุน LISA ซึ่งเป็นหนึ่งในโครงการเพื่อตามหาคลื่นแรงโน้มถ่วง)

ถ้าเราพบคลื่นแรงโน้มถ่วงเมื่อไร ข้อพิสูจน์ที่จะสนับสนุนทฤษฎี vanishing dimensions ก็คือการขาดหายไปของความถี่บางช่วง เพราะทฤษฎี vanishing dimensions ทำนายไว้ว่าคลื่นแรงโน้มถ่วงเกิดได้ในเอกภพที่เป็นสามมิติเท่านั้น ดังนั้นในช่วงที่เอกภพยังเป็นสองมิติอยู่จะไม่มีคลื่นแรงโน้มถ่วงใดๆ ทั้งสิ้น

Dejan Stojkovic คำนวณว่าเอกภพเปลี่ยนจากสองมิติมาเป็นสามมิติขณะที่มีอุณหภูมิ 1 TeV เพราะฉะนั้นช่วงความถี่ของคลื่นแรงโน้มถ่วงที่หายไปจะต้องสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในอุณหภูมิ 1 TeV นี่แหละ

ข้อพิสูจน์อีกข้ออาจจะเป็นเรื่องที่ดูง่ายกว่าข้อแรกอยู่นิดหน่อย นั่นคือการมองไปที่การชนกันของอนุภาคพลังงานสูง อย่างเช่นการชนอนุภาคด้วยรังสีคอสมิก หรือ การชนกันของอนุภาคใน LHC ถ้าการชนกันมีพลังงานสูงพอ สภาวะของระบบในขณะนั้นจะคล้ายกับสภาวะแรกเริ่มของเอกภพ ถ้าทฤษฎี vanishing dimensions เป็นของจริง ผลที่เกิดจากการชนก็จะต้องออกมาเป็นรูปเส้นหนึ่งมิติหรือระนาบสองมิติ

Dejan Stojkovic อ้างว่าหลักฐานในข้อพิสูจน์อันที่สองนี้มีเค้าลางให้เห็นกันอยู่แล้ว รังสีคอสมิกที่ชนอนุภาคในชั้นบรรยากาศสูงๆ จะก่อให้เกิดลำอนุภาคพุ่งออกเป็นรูปกรวย ถ้าพิจารณาดีๆ ภาคตัดของรูปกรวยก็คือแผ่นระนาบวงกลมสองมิตินั่นเอง เขาทำนายว่าหากพลังงานที่ชนสูงขึ้นเรื่อยๆ รูปกรวยก็จะลดรูปลงเรื่อยๆ ในที่สุดก็จะกลายเป็นระนาบที่มีเพียงสองมิติ

นักฟิสิกส์อีกหลายคนก็ยังไม่เชื่อในทฤษฎี vanishing dimensions มากนัก

Thomas Sotiriou แห่ง University of Cambridge และ Silke Weinfurtner แห่ง SISSA Institute แย้งว่า "คลื่นแรงโน้มถ่วงมันต้องมีทุกช่วงความถี่แหละ มันก็ไม่เชิงว่าทฤษฎี vanishing dimensions จะไม่จริง แต่คลื่นแรงโน้มถ่วงไม่ควรจะขาดช่วงความถี่ใดความถี่หนึ่งไปแบบชัดเจน"

ทั้งคู่ยังบอกอีกว่า "บทความใน Physical Review Letters ของ Dejan Stojkovic ยังหลวมอยู่มาก แม้จะเสนอถึงการหดหายของมิติในพลังงานสูงๆ และการขาดหายของคลื่นแรงโน้มถ่วง แต่พวกเขาก็ยังไม่ได้พูดถึงกลไกการเกิดปรากฏการณ์เหล่านั้นเลย"

>"The [Physical Review Letters] Letter by Stojkovic et al. is extremely vague. They refer to vanishing dimensions at high energies and in the context of gravity but they practically say nothing specific about the mechanism via which this would be achieved."

แม้ทฤษฎีนี้จะฟังคล้าย String theory อยู่บ้าง แต่ความเรียบง่ายและความเป็นไปได้ในการทดลองพิสูจน์ของทฤษฎี vanishing dimensions คงทำให้มันดังเปรี้ยงหรือไม่ก็ดับแป้กได้เร็วกว่ามาก

ที่มา - Life's Little Mysteries

2 Comments

neizod's picture

ฟิสิกส์หรือคณิตศาสต์เนี่ย จุดเริ่มต้นเหมือนๆ กันเลย ^^"

Thaina's picture

ส่วนตัวแล้วผมคิดว่า จะกี่มิติ มันก็น่าจะมีแรงดีงดูด อยู่นะ