อะไรควบคุมจักรวาลอย่างเงียบๆ?

ค่าคงที่อันลึกลับ

Thứ gì âm thầm chi phối cả vũ trụ? - 1 — ภาพประกอบการที่แรงโน้มถ่วงของกาแล็กซีทำให้กาลอวกาศโค้งตามทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (ภาพ: ห้องสมุดวิทยาศาสตร์)

เมื่อมองดูท้องฟ้ายามค่ำคืน เรามักสงสัยว่าเหตุใดจักรวาลจึงมีอยู่เช่นนี้ ตั้งแต่สิ่งมีชีวิต ดวงดาว ดาวเคราะห์ ไปจนถึงมนุษย์ อย่างไรก็ตาม มีน้อยคนนักที่จะรู้ว่าทุกสิ่งในจักรวาลถูกควบคุมโดยกลุ่มตัวเลขพิเศษที่เรียกว่าค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติ

ตัวเลขเหล่านี้ไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ แต่เป็นค่าคงที่ที่อธิบายถึงวิธีที่แรงและสสารในจักรวาลโต้ตอบกัน

ตัวอย่างเช่น ความเร็วแสงในสุญญากาศจะอยู่ที่ประมาณ 299,792,458 m/s เสมอ ค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง G อยู่ที่ 6.674x10⁻¹¹ m³/kg/s² หรือมวลของอิเล็กตรอนอยู่ที่ 9.1 x 10⁻³¹ kg…

ตัวเลขเหล่านี้ หากเปลี่ยนแปลงแม้เพียงเล็กน้อย ก็อาจส่งผลให้เกิดจักรวาลที่แตกต่างไปอย่างสิ้นเชิง หรือแม้แต่การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต คำถามสำคัญคือ ทำไมตัวเลขเหล่านี้ถึงมีค่าเช่นนี้ พวกมันมาจากไหน พวกมันสุ่มหรือไม่

ด้วยหลักฟิสิกส์ เราสามารถสร้างสมการและแบบจำลองที่แม่นยำมากเพื่ออธิบาย โลก ได้ ตั้งแต่การตกของก้อนหินไปจนถึงการขยายตัวของจักรวาล อย่างไรก็ตาม แต่ละสมการจำเป็นต้อง "ป้อน" ค่าอินพุตบางอย่าง เช่น ค่าคงที่

พวกมันเปรียบเสมือน “คาน” ที่ค้ำยันอาคารฟิสิกส์สมัยใหม่ แต่น่าแปลกที่ไม่มีทฤษฎีใดในปัจจุบันที่สามารถอธิบายที่มาของพวกมันได้ นักวิทยาศาสตร์ ทำได้เพียงวัดค่าจากการทดลองและใส่ค่าเหล่านั้นลงในแบบจำลองเท่านั้น

ลองนึกภาพว่าคุณกำลังจำลองการเคลื่อนที่ของลูกบอล คุณสามารถใช้กฎของนิวตันอธิบายแรงได้ แต่คุณต้องรู้ว่า "แรงโน้มถ่วงมีกำลังเท่าใด" ซึ่งไม่ได้มาจากแบบจำลอง แต่จะต้องวัดในความเป็นจริง

ในทำนองเดียวกัน ค่าคงที่ เช่น ความแข็งแกร่งของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ค่าคงที่ของพลังค์ หรืออัตราส่วนของอนุภาคพื้นฐาน ล้วนเป็นพารามิเตอร์ "ที่กำหนด" มาให้ ซึ่งไม่สามารถคำนวณได้จากทฤษฎีพื้นฐานในปัจจุบัน

ค่าคงที่เป็น "ค่าคงที่" จริงหรือ?

Thứ gì âm thầm chi phối cả vũ trụ? - 2 — ไอน์สไตน์เป็นผู้เสนอทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไป ซึ่งรวมถึงแนวคิดเรื่องค่าคงที่แรงโน้มถ่วง G ซึ่งเป็นปริมาณที่ขาดไม่ได้ในการอธิบายระดับ "ความโค้ง" ของกาลอวกาศ (ภาพ: Getty)

ประเด็นนี้ซับซ้อนยิ่งขึ้นเมื่อนักฟิสิกส์ถามว่าตัวเลขเหล่านี้ "คงที่" จริงหรือ กล่าวคือ ไม่เปลี่ยนแปลงเลย?

หากมีการเปลี่ยนแปลงใดๆ เกิดขึ้น แม้เพียงเล็กน้อย เมื่อเวลาผ่านไป พื้นที่ หรือสถานการณ์ทางกายภาพ นั่นหมายความว่าสิ่งเหล่านั้นไม่ใช่สิ่งพื้นฐานอย่างแท้จริง แต่เป็นเพียงการแสดงออกถึงทฤษฎีที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นที่มนุษย์ยังไม่ สามารถค้นพบได้

เพื่อทดสอบสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบชุดการทดลองที่มีความแม่นยำสูงมาก ทั้งบนโลกและในอวกาศ ในห้องปฏิบัติการ พวกเขาใช้นาฬิกาอะตอม ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีความซับซ้อนสูง สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดในการสั่นของอะตอม และสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่ต่างๆ ในช่วงเวลาต่างๆ เช่น ค่าคงที่โครงสร้างละเอียด (FSC)

จนถึงปัจจุบัน ความแม่นยำในการวัดได้ถึงระดับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลง 1 ส่วนในพันล้านส่วนต่อปี แต่ยังไม่มีการบันทึกการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ

ทางด้านดาราศาสตร์ นักวิจัยได้สังเกตแสงจากควาซาร์ ซึ่งเป็นวัตถุท้องฟ้าที่สว่างมากซึ่งอยู่ห่างจากโลกหลายพันล้านปีแสง นอกจากนี้ พวกเขายังได้วิเคราะห์คลื่นไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (CMB) ซึ่งเป็นเศษซากของแสงตั้งแต่ยุคที่จักรวาลถือกำเนิดขึ้น

แนวคิดคือ หากค่าคงที่เปลี่ยนแปลงไปในอดีตอันไกลโพ้น แสงจากวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ห่างไกลก็จะได้รับผลกระทบและดูแตกต่างออกไป อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์ได้แสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพอันแปลกประหลาดของค่าคงที่เหล่านี้

สิ่งที่น่าสังเกตคือเราไม่สามารถมั่นใจได้ 100% ว่าค่าคงที่นั้นคงที่ แม้ว่าจะไม่พบการเปลี่ยนแปลงใดๆ ก็ตาม การวัดใดๆ ก็ตามย่อมมีความไม่แน่นอนอยู่เสมอ ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้เสมอที่ค่าคงที่นั้นกำลังเปลี่ยนแปลง แต่ในอัตราที่น้อยเกินกว่าจะตรวจจับได้

จักรวาลยังมีปริศนาอีกมากมาย

ค่าคงที่พื้นฐานไม่ได้เป็นแค่ตัวเลขแห้งๆ แต่เป็นรากฐานที่หล่อหลอมการดำรงอยู่ของจักรวาลทั้งหมด พวกมันกำหนดว่าแรงต่างๆ โต้ตอบกันอย่างไร อะตอมก่อตัวอย่างไร ดวงดาวเผาไหม้อย่างไร และชีวิตพัฒนาไปอย่างไร

หากตัวเลขเหล่านี้คลาดเคลื่อนไปเพียงเศษเสี้ยว จักรวาลก็อาจจะว่างเปล่า วุ่นวาย หรือไม่มีชีวิตชีวาอย่างสิ้นเชิงอย่างที่เราทราบกัน

แต่วิทยาศาสตร์ยังคงหาคำตอบไม่ได้ว่าทำไมพวกมันจึงเป็นแบบนี้ ค่าคงตัวเหล่านี้เป็นผลมาจากความบังเอิญหรือ? หรือเป็นเพียงการสำแดงของทฤษฎีจักรวาลวิทยาที่ลึกซึ้งยิ่งกว่าที่ความเข้าใจในปัจจุบันของเรามีอยู่?

เราอาจยังไม่มีคำตอบ แต่การตั้งคำถามและเรียนรู้เกี่ยวกับคำถามเหล่านั้นต่อไปอาจนำมนุษยชาติไปสู่จุดเปลี่ยนสำคัญในฟิสิกส์ยุคใหม่ได้ เช่นเดียวกับที่ทฤษฎีสัมพันธภาพและกลศาสตร์ควอนตัมได้เขย่าวงการวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 20

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/thu-gi-am-tham-chi-phoi-ca-vu-tru-20250525082833517.htm