นักฟิสิกส์เสนอพลังงานมืดอาจส่งผลต่อลูกศรแห่งกาลเวลา

By: tonwachara on Fri, 23/12/2016 - 19:39

A. E. Allahverdyan และ V. G. Gurzadyan ได้ตีพิมพ์บทความวิชาการลงในวารสาร Physical Review E เสนอว่าพลังงานมืดส่งผลต่อกับลูกศรแห่งกาลเวลาโดยวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ว่า ในกรณีที่ดาวโคจรรอบดาวอีกดวงหนึ่ง พลังงานมืด (Dark Energy) จะทำให้กฎฟิสิกส์ทำนาย “ไปในอนาคต” และ “ไปในอดีต” แตกต่างกันได้

พลังงานมืด (dark energy) เป็นพลังงานในทางทฤษฎีที่เชื่อว่ากระจายอยู่ทั่วอวกาศ คิดค้นมาเพื่ออธิบายการขยายตัวของเอกภพ เนื่องจากหากเอกภพมีแต่มวลสารอย่างเดียว แรงโน้มถ่วงจะดึงให้เอกภพหดตัว ซึ่งไม่สอดคล้องกับผลการสังเกตการณ์ที่ว่าเอกภพขยายตัวด้วยความเร่ง โดยประมาณว่าพลังงานมืดอาจมีถึงร้อยละ 74 ของมวล-พลังงานในเอกภพ ในขณะที่เทหวัตถุที่มองเห็นหรือตรวจจับได้เป็นเพียงร้อยละ 4 ของมวล-พลังงานในเอกภพเท่านั้น ส่วนมวลสารที่ยังตรวจจับไม่ได้แต่คำนวณว่ามีอยู่หรือที่เรียกว่า สสารมืด (dark energy) มีอยู่ถึงร้อยละ 22 ของมวล-พลังงานในเอกภพ

ลูกศรแห่งกาลเวลา (arrow of time) เป็นการศึกษาทิศทางของเวลา เนื่องจากปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์บางอย่างหากสมมติว่าบันทึกเป็นวีดิทัศน์ได้ เราจะแยกไม่ออกว่าวีดิทัศน์ที่เราเห็นนั้น เล่นไปข้างหน้า (forward) หรือ เล่นกรอเทปกลับ (backward) ยกตัวอย่างเช่น ถ้าเราเห็นวิดิทัศน์การโคจรของระบบดาวหนึ่ง เราไม่อาจรู้เลยว่าวิดิทัศน์นั้นเล่นไปข้างหน้าหรือกรอเทปกลับ เพราะสิ่งที่แตกต่างคือทิศการโคจรของดวงดาวเท่านั้น ปริมาณอื่น ๆ เช่น ความเร่ง แรงนั้นไม่แตกต่างกันเลยในการเล่นวีดิทัศน์ทั้งสองวิธี ในขณะที่วีดิทัศน์ของปรากฏการณ์บางอย่าง เช่นภาพช้าของแก้วตกโต๊ะแล้วแตกบนพื้น เราจะรู้ได้ว่าเล่นไปข้างหน้าหรือกรอเทปกลับ นั่นก็เพราะอยู่ดี ๆ พื้นจะสั่น และมีเศษแก้วบนพื้น กระเด็นขึ้นมาประกอบได้เอง แล้วลอยกลับขึ้นไปบนโต๊ะนั้น “ยาก” กว่ามาก ตัวอย่างการอ้างเหตุผลแบบนี้เรียกว่า ลูกศรแห่งกาลเวลาแบบเทอร์โมไดนามิกส์ (thermodynamics arrow of time) เพราะเกี่ยวข้องกับปริมาณทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่เรียกว่า เอ็นโทรปี (entropy) ตัวอย่างการอ้างเหตุผลแบบอื่นเช่น เอกภพย่อมขยายตัวเสมอ หากบันทึกวีดิทัศน์ของเอกภพได้ วีดิทัศน์ที่เล่นแล้วเห็นว่าเอกภพขยายตัว ย่อมเป็นวีดิทัศน์ที่เล่นไปข้างหน้า เราเรียกการอ้างเหตุผลแบบนี้ว่า ลูกศรแห่งกาลเวลาแบบจักรวาลวิทยา (cosmological arrow of time)

ข้อเสนอในข่าวนี้หยิบตัวอย่างการโคจรของระบบดาวมาวิเคราะห์โดยใช้กฎทางฟิสิกส์ โดยวิเคราะห์ว่าในกรณีทั่วไป กฎทางฟิสิกส์ทำนาย “ไปในอนาคต” และ “ไปในอดีต” ได้ไม่แตกต่างกัน เสมือนหนึ่งว่าเมื่ออัดวีดิทัศน์แล้วเล่น จะแยกไม่ออกว่าเล่นไปข้างหน้าหรือกรอเทปกลับ เพราะกลับแค่ทิศทางการโคจรเท่านั้น แต่เมื่อเพิ่มแนวคิดเรื่องพลังงานมืดเข้าไป กฎทางฟิสิกส์จะทำนาย “ไปในอนาคต” และ “ไปในอดีต” แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เช่น ถ้าเล่นไปข้างหนึ่งดวงดาวจะจับตัวเป็นวงโคจร ถ้าเล่นไปข้างตรงข้ามดวงดาวจะโคจรหนีกันไปแบบไฮเปอร์โบลา จึงเป็นการเสนอว่าพลังงานมืดอาจส่งผลต่อลูกศรแห่งกาลเวลา นอกเหนือจากนั้นแล้วอัตราการกระจายตัวจากการหนีกันแบบไฮเปอร์โบลายังสัมพันธ์กับกับอัตราการเพิ่มขึ้นของเอ็นโทรปีของเอกภพอีกด้วย ซึ่งอาจเป็นการเชื่อมโยงระหว่างลูกศรแห่งกาลเวลาแบบจักรวาลวิทยา และลูกศรแห่งกาลเวลาแบบเทอร์โมไดนามิกส์ และเปิดบทใหม่ในการเข้าใจเรื่องเวลา ปริมาณลึกลับและมีบทบาทมากที่สุดปริมาณหนึ่งในเอกภพ

บทความฉบับเต็มมีอยู่ใน arXiv
ที่มา ScienceAlert Futurism