นับพันปีมาแล้วที่มวลมนุษย์ได้พากเพียรไม่หยุดหย่อน เพื่อไขความลับแห่งสิ่งที่ไม่รู้หลังฉากท้องฟ้าสีครามและดำสนิท เฝ้าหวังเพียงแค่ได้แอบชำเลืองมองบันทึกลับของธรรมชาติสักหน้า แม้มนุษย์จะก้าวหน้าอย่างยิ่งในการสำรวจห้วงอวกาศ แต่ความรู้ก็เล็กได้กับรูเข็มที่จมอยู่ในห้วงมหาสมุทร คำถามเกี่ยวกับจักรวาลก็เช่นกัน ยิ่งไขปริศนาได้หนึ่ง ก็ยิ่งผุดบังเกิดอีกมากมาย มาเถิด ให้เราร่วมกันเปิดม่านแห่งความคลุมเครือ เพื่อเผยความลับอันยิ่งใหญ่ที่สุดของธรรมชาติ
นี่คือปริศนาลึกลับในอวกาศ จักรวาลกันกว้างใหญ่ที่มนุษย์ยังหาคำตอบไม่ได้
1.ข้างในหลุมดำมีอะไร?
ก่อนอื่น เราต้องทำความเข้าใจก่อนว่าวัตถุจะเข้าไปในหลุมดำได้อย่างไร และ “ทางเข้า” อยู่ตรงไหนกันแน่ หลุมดำเองเป็นจุดเอกภาพ หรือจุดที่มีความหนาแน่นเป็นอนันต์ แต่คุณมองไม่เห็นจุดเอกภาพนี้โดยตรง เพราะมันถูกซ่อนอยู่ภายใต้ขอบฟ้าเหตุการณ์ เราถือว่าเป็น “ผิว” ของหลุมดำ
พอล ซัตเทอร์ นักดาราศาสตร์ อธิบายว่า ถ้าอยากรู้ว่าข้างในหลุมดำหน้าตาเป็นอย่างไร คุณต้องผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์นี้ไปให้ได้ก่อน
ขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่ใช่ขอบเขตทางกายภาพจริง ๆ แต่คุณสามารถคิดว่ามันเป็นระยะทางที่จุดหลุมดำจะมีพลังดึงคุณเข้าไป กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าคุณตกลงไปใต้เส้นนี้แล้ว คุณจะไม่มีวันกลับออกมาได้ เพราะแรงดึงดูดของหลุมดำนั้นแข็งแกร่งมากจนไม่มีอะไร แม้แต่แสง ก็หนีออกมาได้
“คุณมีเวลาไม่กี่อึดใจที่จะเพลิดเพลินกับประสบการณ์ก่อนที่จะพบจุดจบที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ถ้าคำว่า “เพลิดเพลิน” ยังใช้ได้อยู่ ระยะเวลาที่จะไปถึงจุดเอกภาพนั้นขึ้นอยู่กับมวลของหลุมดำ สำหรับหลุมดำขนาดเล็ก (หลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ไม่กี่เท่าก็ถือว่า “เล็ก” แล้ว) คุณอาจจะไม่ทันกระพริบตาด้วยซ้ำ
แต่สำหรับหลุมดำขนาดยักษ์ อย่างน้อยก็ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราเป็นล้านเท่า คุณจะมีเวลาไม่กี่จังหวะหัวใจที่จะได้สัมผัสกับมุมลึกลับนี้ของจักรวาล”
เมื่อเข้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำแล้ว สิ่งเดียวที่รอคุณอยู่ข้างหน้าก็คือจุดเอกภาพ คุณไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากเดินทางไปสู่มัน เข้าสู่อนาคตที่ไม่รู้จัก
2. จักรวาลกำลังขยายตัวไปสู่ที่ไหน?
จักรวาลมีขอบเขตหรือมีจุดสิ้นสุดหรือไม่? หลายคนอาจคิดว่านี่เป็นคำถามที่ไม่น่าจะมีคำตอบ เพราะเรามักเข้าใจว่าจักรวาลคือ “ทุกสิ่งทุกอย่าง” ที่มีอยู่ ถ้ามันคือทุกอย่างแล้ว มันจะขยายไปที่ไหนได้อีกล่ะ? จริงๆ แล้ว จักรวาลที่เรารู้จักกำลังขยายตัวออกไปเรื่อยๆ แต่ว่ามันจะมีขอบเขตจำกัดหรือไม่นั้น ยังคงเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์กำลังค้นหาคำตอบอยู่
กาแล็กซีทั้งหมดในจักรวาลกำลังเคลื่อนที่ห่างออกจากกัน และทุกพื้นที่ในอวกาศกำลังถูกยืดออกไป แอชลีย์ ฮาเมอร์ อธิบายว่า ไม่มีจุดศูนย์กลางที่พวกมันกำลังขยายตัวออกไป ไม่มีขอบเขตด้านนอกที่พวกมันจะขยายตัวไปถึงได้ นี่ไม่ได้หมายความว่าจักรวาลนั้นไม่มีที่สิ้นสุด ในความเป็นจริง นักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้ว่าจักรวาลมีขอบเขตหรือไม่ หรือมีรูปร่างแบบไหน
ฮาเมอร์เสนอทางเลือกสามทาง: ทรงกลม, แบนราบ, หรือ ไฮเปอร์โบลิก (โค้งขึ้นด้านบน) หลักฐานจากแสงแรกสุดในจักรวาลชี้ให้เห็นว่าทางเลือกที่สองมีความเป็นไปได้มากที่สุด จักรวาลนั้นจริงๆ แล้วแบนราบ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจักรวาลจะแบนราบและไม่ใช่ทรงกลม ก็ยังเป็นไปได้ว่ามันอาจมีขอบเขตจำกัดโดยไม่มีขอบที่ชัดเจน
ลองนึกภาพกระดาษแผ่นเรียบ คุณสามารถจับขอบตรงข้ามสองด้านของกระดาษแล้วม้วนมันให้เป็นทรงกระบอก สมมติว่ามีจรวดขนาดเล็กเดินทางจากขอบหนึ่งของกระดาษไปยังอีกขอบหนึ่ง มันจะกลับมาถึงจุดที่มันเริ่มต้น
สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นถ้าคุณนำทรงกระบอกนี้มาดัดให้ปลายทั้งสองเชื่อมต่อกันในทิศทางตรงกันข้าม (สมมติว่านี่เป็นกระดาษที่ยืดได้อย่างมหัศจรรย์ เพื่อให้การอธิบายง่ายขึ้น) เกิดเป็นรูปร่างคล้ายโดนัท หรือที่เรียกว่าทรง Torus
ตอนนี้ จรวดสามารถเดินทางไปในทิศทางใดก็ได้และจะไม่มีวันถึงขอบ แม้ว่า Torus กระดาษจะมีปริมาตรที่จำกัด กล่าวโดยสรุป ไม่ว่าจักรวาลจะมีรูปร่างแบบไหน มันก็ไม่ได้ขยายตัวไปสู่สิ่งใด ไม่มีอะไรอยู่นอกจักรวาล เพราะจักรวาลไม่มีขอบเขต
3. บิ๊กแบงเกิดขึ้นได้อย่างไร?
นี่เป็นหนึ่งในคำถามปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของวงการดาราศาสตร์ การหาสาเหตุของบิ๊กแบงคือการสันนิษฐานว่ามีเหตุการณ์ก่อนหน้าที่ทำให้เกิดจักรวาลขึ้นมา มันมีแต่ความว่างเปล่า หรือมีอะไรมาอยู่ก่อนแล้ว
แต่คำว่า “ก่อนหน้า” อาจจะใช้ไม่ได้กับเรื่องนี้ เพราะบิ๊กแบงอาจไม่ได้แค่สร้างสสารและพลังงาน แต่มันอาจจะเป็นจุดเริ่มต้นของ “เวลา” และ “อวกาศ” ด้วยซ้ำ ถ้าเป็นแบบนั้น การจะหา “สาเหตุ” ของมันตามหลักเหตุผลก็คงเป็นไปได้ยาก นี่เป็นเรื่องที่ต้องคิดเยอะหน่อยเชิงปรัชญา จึงไม่แปลกที่นักวิทยาศาสตร์จะพยายามหาคำอธิบายอื่น แทนที่จะบอกว่าจักรวาลเกิดขึ้นมาลอยๆ จากความว่างเปล่า
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์บางคนมีความเห็นว่าจักรวาลจะยุบตัวลงในสักวันหนึ่ง ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การระเบิดครั้งใหญ่อีกครั้ง แต่ตอนนี้เราได้เรียนรู้แล้วว่าการขยายตัวของจักรวาลในปัจจุบันอาจจะไม่หยุดลง ดังนั้นแนวคิดนั้นจึงไม่ได้รับความนิยมอีกต่อไป
นักฟิสิกส์บางคนแนะนำว่าบิ๊กแบงเกิดจากปริภูมิ-เวลาสี่มิติที่ว่างเปล่าของเราชนกับจักรวาลอื่นที่ลอยอยู่ข้างๆ เราใน ‘ปริภูมิขนาดใหญ่’ ที่มีมิติสูงกว่า ยิ่งไปกว่านั้น ถ้ามีบางสิ่งทำให้เกิดบิ๊กแบง อะไรเป็นสาเหตุของสิ่งนั้น?
จักรวาลจะสิ้นสุดลงอย่างไร?
ถึงแม้ว่าทุกสิ่งที่เรารู้จักจะต้องพบจุดจบ ไม่ว่าจะเป็นชีวิตของเรา โลก ดวงดาว หรือแม้แต่หลุมดำ แต่จักรวาลเองอาจจะดำรงอยู่ตลอดไปก็ได้ ในตอนนี้ ยุคที่ดาวฤกษ์เกิดขึ้นเยอะที่สุดในจักรวาล หรือที่เรียกว่า “ยุคเฟื่องฟูดาว” (cosmic baby boom) ได้ผ่านพ้นไปนานแล้ว และกว่าที่ดาวต่างๆ ในกาแล็กซีส่วนใหญ่จะหยุดก่อตัวลง ก็ต้องใช้เวลาอีกเป็นแสนล้านปีเลยทีเดียว
ตั้งแต่ปี 1998 นักดาราศาสตร์ค้นพบว่า จักรวาลของเรากำลังขยายตัวเร็วขึ้นเรื่อยๆ อย่างลึกลับ เราเรียกพลังงานที่ทำให้เกิดการขยายตัวนี้ว่า “พลังงานมืด” ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่ามันจะไม่หยุด หรือหดกลับ แต่จะทำให้จักรวาลขยายตัวต่อไปเรื่อยๆ จนในอนาคตอันไกลโพ้น กาแล็กซีต่างๆ จะอยู่ห่างกันมากจนมองไม่เห็นกัน และจักรวาลจะกลายเป็นที่ที่มืดมิดและเงียบเหงา
แต่ยังมีปริศนาอีกมากมายที่เรายังไม่รู้คำตอบ เช่น อนุภาคที่เล็กที่สุดในจักรวาลอาจจะไม่เสถียร และสลายไปในที่สุด หรือแม้แต่พลังงานมืดเองก็อาจจะแรงขึ้นเรื่อยๆ จนทำให้เกิด “บิ๊กริพ” หรือการที่ “อวกาศ” ถูกฉีกออกจากกันเลยทีเดียว
4. พลังงานมืดคืออะไรกันแน่?
สสารที่เราคิดว่าเป็น “สสารปกติ” นั้น ในอวกาศมีอยู่ไม่ถึง 5% ของสสารทั้งหมดเลย ประมาณ 68% ของจักรวาลที่เรารู้จักคือพลังงานมืด ส่วนสสารมืดมีอยู่ประมาณ 27% เราทราบปริมาณของพลังงานมืดได้เพราะเรารู้ว่ามันส่งผลต่อการขยายตัวของจักรวาลอย่างไร
ถึงแม้จะรู้เรื่องทั้งหมดนี้ แต่เราก็ยังไม่รู้ว่าพลังงานมืดคืออะไรกันแน่ หนังสือ Dark Energy โดย Cosmos กล่าวว่า “เช่นเดียวกับสสารมืด พลังงานมืดไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง แต่สามารถอนุมานได้จากการสังเกตปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทางดาราศาสตร์”
คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับพลังงานมืดก็คือ มันอาจเป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งของอวกาศ
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เป็นคนแรกที่ตระหนักว่าอวกาศที่ว่างเปล่าไม่ใช่ความว่างเปล่า อวกาศมีคุณสมบัติที่น่าทึ่งมากมาย ซึ่งหลายอย่างเราเพิ่งเริ่มเข้าใจ คุณสมบัติแรกที่ไอน์สไตน์ค้นพบคือ อวกาศสามารถขยายตัวได้
ทฤษฎีของไอน์สไตน์บอกว่า แม้แต่ “ที่ว่าง” ในอวกาศก็มีพลังงานซ่อนอยู่ พลังงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของอวกาศเอง ดังนั้นยิ่งจักรวาลขยายตัว พลังงานนี้ก็ยิ่งเพิ่มขึ้น ไม่ได้จางหายไปไหน ผลก็คือ พลังงานนี้เป็นตัวเร่งให้จักรวาลขยายตัวเร็วขึ้นเรื่อยๆ
ปัญหาก็คือ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจว่าพลังงานนี้มาจากไหน หรือทำไมมันถึงมีค่าพอดี๊พอดี* ที่จะทำให้จักรวาลขยายตัวด้วยความเร็วที่เราเห็นกันอยู่ทุกวันนี้ ก็คงต้องรอข้อมูลเพิ่มเติมกันต่อไป ถึงจะไขปริศนานี้ได้
*ค่าคงที่จักรวาลวิทยา (cosmological constant) คือ ค่าคงที่ทางฟิสิกส์ที่ไอน์สไตน์เคยนำมาใส่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา เพื่ออธิบายว่าทำไมจักรวาลถึงไม่ยุบตัวลงมาเพราะแรงโน้มถ่วง
ง่ายๆ ก็คือ มันเหมือนกับมี “พลังงาน” ซ่อนอยู่ใน “ที่ว่าง” ของอวกาศ พลังงานนี้มีคุณสมบัติพิเศษคือ ยิ่งจักรวาลขยายตัวออกไปเท่าไหร่ พลังงานนี้ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ผลก็คือ มันจะยิ่งผลักให้จักรวาลขยายตัวเร็วขึ้นไปอีก
แต่ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจที่มาที่ไปของค่าคงที่นี้ หรือทำไมมันถึงมีค่าที่พอเหมาะพอดีกับการขยายตัวของจักรวาลที่เราสังเกตเห็นได้ ก็ยังคงเป็นปริศนาที่ต้องรอการไขต่อไป
5. จุดจบของกาแล็คซี่ทางช้างเผือก
ชื่อนี้คนไทยน่าจะไม่ค่อยได้ยิน “มหาจอมดูด” (The Great Attractor) คือความผิดปกติอันน่าฉงนในห้วงอวกาศที่ซ่อนตัวอยู่ในส่วนของจักรวาลที่ถูกบดบังจากสายตาเราโดยกลุ่มเมฆในดาราจักรของเราเอง
พื้นที่บริเวณมหาจอมดูด มีแรงดึงดูดมหาศาล สามารถดึงดูดดาราจักรต่าง ๆ รวมถึงทางช้างเผือกของเราเข้าหาตัวมันเองได้
มหาจอมดูดตั้งอยู่ห่างออกไปประมาณ 220 ล้านปีแสง ใกล้กับ “นอร์มา ซูเปอร์คลัสเตอร์” (Norma SuperCluster) ซึ่งเป็นบริเวณในจักรวาลที่มีความหนาแน่นและจำนวนดาราจักรมากกว่าบริเวณของเรา
คำถามที่หลายคนสงสัยคือ ทางช้างเผือกของเราจะถูกทำลายโดยมหาจอมดูดเมื่อใด?
คำตอบคือ ไม่มีวัน ทางช้างเผือกกำลังถูกดึงดูดโดยมหาจอมดูด แต่ในขณะเดียวกัน “พลังงานมืด” (dark energy) ก็ผลักดาราจักรต่าง ๆ ให้แยกออกจากกันอย่างต่อเนื่อง นั่นหมายความว่าเราจะไม่มีวันชนกับมหาจอมดูด
6. กาแล็กซี่เกิดขึ้นได้ยังไง
คำตอบง่ายๆ คือ แรงโน้มถ่วง สสารยุคดึกดำบรรพ์ในจักรวาลแรกเกิดไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ บริเวณที่มีความหนาแน่นมากกว่าเล็กน้อยจะดึงดูดสสารมากขึ้นและขยายใหญ่ขึ้นตามกาลเวลา ในขณะที่บริเวณที่ว่างเปล่าจะยิ่งว่างเปล่ามากขึ้น
แม้ว่าจักรวาลจะขยายตัว แต่สสารก็ถูกดึงดูดเข้าหาก้อนก้อนหนึ่ง แล้วในที่สุดก็เติบโตเป็นกาแล็กซี เช่น ทางช้างเผือกของเรา
นักจักรวาลวิทยาศึกษาการกำเนิดของกาแล็กซีในจักรวาลที่กำลังขยายตัวโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ เช่น โครงการ “Millennium Run” ของนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเดอร์แฮม ใช่แล้ว นักดาราศาสตร์สามารถสร้างจักรวาลในคอมพิวเตอร์ได้
จากนั้นสถิติของการกระจายตัวของกาแล็กซีที่ได้จากการจำลองจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลที่สังเกตได้
ข่าวดีก็คือ โมเดลหนึ่งที่ตรงกับความเป็นจริงมาก ก็คือ จักรวาลที่สสารส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุภาคสสารมืด ซึ่งแทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับอะตอมปกติ
ตามโมเดลนี้ กาแล็กซีและกระจุกกาแล็กซีควรเชื่อมต่อกันด้วยโครงสร้างคล้ายเส้นใย และการสังเกตการณ์บางอย่างก็ดูเหมือนจะสนับสนุนมุมมองนี้
แต่มีข้อสังเกตอยู่ว่า โมเดลยังทำนายว่ากาแล็กซีขนาดใหญ่จะถูกล้อมรอบด้วยกาแล็กซีขนาดเล็กหลายร้อยกาแล็กซี ซึ่งสิ่งเหล่านี้ยังไม่ถูกสังเกต แถมยังไม่ชัดเจนว่ากาแล็กซีขนาดใหญ่กลุ่มแรกสามารถก่อตัวขึ้นได้อย่างไรในช่วงต้นหลังบิกแบง ดังนั้น ภาพปัจจุบันอาจยังไม่สมบูรณ์ ปริศนายังๆขไม่กระจ่างชัด
7. จักรวาลของเราอาจแตกต่างไปจากนี้ได้หรือไม่?
จักรวาลวัตถุของเราประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน ถูกควบคุมโดยแรงพื้นฐานทั้ง 4 ของธรรมชาติ นักฟิสิกส์สามารถวัดคุณสมบัติของอนุภาค เช่น อัตราส่วนมวลระหว่างโปรตอนและอิเล็กตรอน พวกเขาสามารถศึกษาความแข็งแกร่งและพฤติกรรมของแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์ทั้งสอง และพวกเขาสามารถกำหนดค่าคงที่ทางฟิสิกส์ต่างๆ เช่น ความเร็วแสง
แต่ไม่มีใครรู้ว่าทำไมค่าทั้งหมดเหล่านี้ถึงเป็นเช่นนั้น แล้วทำไมจักรวาลถึงเป็นอย่างที่เป็นอยู่ และมันจะแตกต่างออกไปได้ไหม?
สิ่งหนึ่งที่ชัดเจนคือ คุณไม่ควรไปปรับแต่งค่าต่างๆ ของจักรวาลมากเกินไป เพียงแค่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในมวลหรือประจุของอนุภาคบางประเภท หรือการเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยในความแข็งแกร่งของหนึ่งในแรงพื้นฐานของธรรมชาติ ก็จะทำให้จักรวาลปราศจากดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ และสิ่งมีชีวิต
ดูเหมือนว่าธรรมชาติได้รับการปรับแต่งเพื่อสร้างความซับซ้อน ราวกับว่าจักรวาลได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดเพื่อการเกิดขึ้นของชีวิต
สิ่งนี้ทำให้เกิดปริศนาที่น่าสนใจ หากคุณสมบัติพื้นฐานของจักรวาลเป็นผลลัพธ์จากกระบวนการสุ่ม มันก็ดูเหมือนจะเป็นเรื่องบังเอิญอย่างเหลือเชื่อที่ผลลัพธ์จะพิเศษมาก
เหมือนกับว่าถ้าคุณซื้อสลากกินแบ่งเพียงใบเดียว โอกาสที่จะถูกรางวัลก็ต่ำมาก ในทางกลับกัน หากทฤษฎีแห่งสรรพสิ่งที่ยังไม่ถูกค้นพบอนุญาตให้มีจักรวาลที่เป็นไปได้เพียงจักรวาลเดียว ก็ยังไม่ชัดเจนว่าทำไมคำตอบเฉพาะนั้นจะต้องเป็นจักรวาลที่ก่อให้เกิดชีวิต
“ทฤษฎีพหุจักรวาล” (multiverse) อาจเป็นทางออกของความลึกลับนี้ ในทฤษฎีพหุจักรวาล จักรวาลของเราเป็นเพียงหนึ่งในจักรวาลจำนวนมากที่เป็นไปได้ หากสิ่งนี้ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้ ลองนึกถึงว่าผู้คนเคยปฏิเสธแนวคิดที่คล้ายคลึงกันนี้มาก่อน เมื่อความเป็นเอกลักษณ์ของโลก ดวงอาทิตย์ และทางช้างเผือกถูกตั้งคำถาม หากมีจักรวาลนับไม่ถ้วน การรวมกันที่เป็นไปได้ทั้งหมดของค่าคงที่ทางธรรมชาติ คุณสมบัติของอนุภาค และความแข็งแกร่งของแรงต่างๆ ก็อาจเกิดขึ้นที่ใดที่หนึ่ง แน่นอนว่าเราจำเป็นต้องพบว่าตัวเองอยู่ในจักรวาลที่เอื้อต่อการกำเนิดของชีวิต
หากคุณไม่เชื่อกับแนวคิดพหุจักรวาล คุณไม่ได้แปลก นักดาราศาสตร์บางคนกล่าวว่าแนวคิดนี้ไม่สามารถทดสอบได้ มันจึงไม่ใช่วิทยาศาสตร์ด้วยซ้ำ
8. มีสิ่งมีชีวิตนอกโลกหรือไม่?
ไม่ว่าการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกจะมีโอกาสเกิดขึ้นได้ยากเพียงใด ในทางทฤษฎีแล้วก็ควรมีดาวเคราะห์อื่นๆ อีกมากมายในจักรวาลที่มี “ชีวิต”
เหตุผลก็คือ จักรวาลที่สังเกตได้มีกาแล็กซีประมาณหนึ่งแสนล้านกาแล็กซี แต่ละกาแล็กซีมีดาวฤกษ์หลายหมื่นล้านดวง ดาวฤกษ์เหล่านี้จำนวนมากมีดาวเคราะห์ ดังนั้นแม้ว่าสิ่งมีชีวิตจะก่อตัวขึ้นบนดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวในทุกๆ ล้านล้านดวง จำนวนของดาวเคราะห์ที่มีสิ่งมีชีวิตในจักรวาลก็ยังมีจำนวนเป็นพันล้าน
แน่นอน คำถามที่น่าสนใจว่ามีสิ่งมีชีวิตนอกโลกหรือไม่ จะได้รับคำตอบก็ต่อเมื่อเราค้นพบมัน ในระบบสุริยะของเราเอง มีสถานที่บางแห่งที่ดูเหมือนจะเป็นมิตรต่อสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ได้แก่ ดาวอังคาร มหาสมุทรใต้พื้นผิวของยูโรปา (หนึ่งในดวงจันทร์กาลิเลียนของดาวพฤหัสบดี) และอาจรวมถึงภายในที่อบอุ่นของเอนเซลาดัส ดาวบริวารของดาวเสาร์
การค้นพบแบคทีเรียบนดาวอังคาร ไม่ว่าจะยังมีชีวิตอยู่หรือสูญพันธุ์ไปแล้ว จะบอกนักชีวดาราศาสตร์ทันทีว่าสิ่งมีชีวิตเป็นเรื่องปกติอย่างยิ่งในจักรวาล อย่างไรก็ตามจนถึงขณะนี้ยังไม่พบสิ่งใด แม้ว่าจะมีหลักฐานมากมายที่บ่งชี้ว่าดาวอังคารเคยอบอุ่นและมีน้ำมากกว่าในอดีตอันไกลโพ้น
นักดาราศาสตร์กำลังเริ่มตรวจสอบชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ หากชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์มีออกซิเจนและมีเทนในปริมาณมาก ก็เกือบจะแน่ใจได้ว่าต้องมีสิ่งมีชีวิตอยู่บนพื้นผิว บนโลก สิ่งมีชีวิตต้องใช้เวลาหลายพันล้านปีในการวิวัฒนาการจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวไปเป็นสิ่งมีชีวิตที่ใหญ่กว่า ดังนั้นการมองหาสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอาจทำให้เรามีโอกาสประสบความสำเร็จมากที่สุด
อย่างไรก็ตาม “การค้นหาสิ่งมีชีวิตทรงภูมิปัญญานอกโลก” (SETI) นี้ตั้งสมมติฐานว่าวิวัฒนาการทางชีววิทยาของสิ่งมีชีวิตนำไปสู่ความฉลาดและเทคโนโลยีอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ หากถามนักชีววิทยาวิวัฒนาการ พวกเขาอาจจะหัวเราะเยาะคุณ เพราะวิวัฒนาการไม่มีเป้าหมายที่ตายตัว ยิ่งไปกว่านั้น ดังที่นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี เอนริโก แฟร์มีเคยกล่าวไว้ว่า “พวกเขาอยู่ที่ไหน?” นี่คือสิ่งที่เรียกว่า “แฟร์มี พาราด็อกซ์” หากอารยธรรมต่างดาวมีอยู่มากมาย มนุษย์ต่างดาวก็น่าจะพบและมาเยี่ยมเราตั้งนานแล้ว
ในตอนนี้ ไม่ว่าการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตนอกโลกจะเป็นไปได้มากเพียงใด ก็ยังคงเป็นสมมติฐานที่ยังพิสูจน์ไม่ได้ และนั่นอาจจะไม่เปลี่ยนแปลงในเร็วๆ นี้ มันเป็นคำถามที่ตลกเช่นกัน เพราะไม่มีทางที่จะหักล้างความคิดนี้ได้ ตราบใดที่ยังไม่พบสิ่งใด บางคนก็จะเชื่อเสมอว่าพวกเขายังไม่ได้มองหาอย่างละเอียดเพียงพอ
9. จักรวาลประกอบด้วยอะไร?
คำตอบง่ายๆ คือ ไม่มีใครรู้ สสารที่เราคุ้นเคย เช่น อะตอมและโมเลกุล เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของภูเขาน้ำแข็งขนาดมหึมา ส่วนใหญ่ของสสารเป็นสสารมืด ประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่รู้จัก ยิ่งไปกว่านั้น สุญญากาศของอวกาศที่ว่างเปล่ายังเต็มไปด้วยพลังงานมืดลึกลับที่เร่งการขยายตัวของจักรวาล เราไม่เพียงแต่ไม่เห็นส่วนใหญ่ของภูเขาน้ำแข็งเท่านั้น แต่เรายังไม่เข้าใจมหาสมุทรอันมืดมิดที่มันลอยอยู่ด้วย
สสารมืดเผยให้เห็นการมีอยู่ของมันผ่านอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ซึ่งสามารถเห็นได้จากการสังเกตความเร็วในการหมุนของกาแล็กซี การเคลื่อนที่ของกาแล็กซีเหล่านั้นในกระจุกกาแล็กซีขนาดยักษ์ และวิธีที่แรงโน้มถ่วงของกระจุกกาแล็กซีทำให้แสงจากวัตถุเบื้องหลังโค้งงอ (สังเกตได้ระหว่างการเกิดเลนส์ความโน้มถ่วง) ทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่าปริมาณสสารทั้งหมดในจักรวาลมีมากกว่าที่มองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ประมาณ 30 เท่า
แล้วสสารมืดสามารถอธิบายได้ด้วยดาวฤกษ์ที่หรี่แสง เมฆก๊าซเย็น และหลุมดำหรือไม่? น่าเสียดายที่ไม่ใช่ ถ้าสสารมืดทั้งหมดประกอบด้วยแบริออน (โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอม) จักรวาลก็คงจะดูแตกต่างออกไปมาก ด้วยการมีแบริออนอยู่มากมาย ปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นระหว่างบิกแบงจะทำให้เกิดองค์ประกอบของธาตุที่แตกต่างกัน โดยมีดิวเทอเรียม (ไฮโดรเจนหนัก) น้อยกว่าที่สังเกตได้มาก ดังนั้น หากคุณยอมรับทฤษฎีบิกแบง ก็ไม่มีทางเป็นอย่างอื่นได้ ส่วนใหญ่ของเนื้อหาวัสดุในจักรวาลประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่ใช่แบริออนลึกลับ
ในปี 1998 นักดาราศาสตร์ค้นพบว่าอัตราการขยายตัวของจักรวาลในปัจจุบันมากกว่าเมื่อไม่กี่พันล้านปีก่อน เห็นได้ชัดว่าการขยายตัวของจักรวาลกำลังเร่งตัวขึ้น แม้ว่าจะมีแรงดึงดูดระหว่างกันของกาแล็กซี ซึ่งคาดว่าจะทำให้การขยายตัวช้าลง พลังงานมืด ซึ่งถือได้ว่าเป็นเหมือนแรงผลักของอวกาศที่ว่างเปล่า เป็นตัวการที่ทำให้เกิดการเร่งความเร็วนี้
ดังนั้น นี่คือ “แบบจำลองความลงรอย” (concordance model) ของจักรวาลวิทยา ประมาณ 70% ของเนื้อหาทั้งหมดของจักรวาลประกอบด้วยพลังงานมืด ส่วนที่เหลืออีก 30% เป็นสสาร แต่มีเพียงส่วนเล็กๆ ของสสารนี้ (4% ของเนื้อหาทั้งหมดของจักรวาล) ที่ประกอบด้วยอนุภาค “ธรรมดา” และสสารแบริออนนี้มากที่สุดหนึ่งในสี่ (1% ของทั้งหมด) มองเห็นได้สำหรับเราในรูปของดาวฤกษ์และกลุ่มเมฆก๊าซ
ถึงกระนั้น นักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่ก็พอใจกับแบบจำลองความลงรอย มันอธิบายลักษณะส่วนใหญ่ของจักรวาล และดูเหมือนว่าจะได้รับการสนับสนุนจากการสังเกตที่หลากหลาย เช่น แผนที่อุณหภูมิโดยละเอียดของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (“แสงเรืองรอง” ของบิกแบง) และแผนที่ 3 มิติของการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของกาแล็กซี ชิ้นส่วนทั้งหมดของจิ๊กซอว์ดูเหมือนจะเข้ากันได้ดี ปัญหาเดียวก็คือไม่มีใครรู้ว่าปริศนานั้นคืออะไร องค์ประกอบของจักรวาลเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของดาราศาสตร์
10. หลุมขาวมีจริงไหม
หลังจากที่ไอน์สไตน์ได้นำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในช่วงต้นทศวรรษ 1900 พื้นฐานของหลุมดำและสิ่งที่ตรงกันข้ามทางคณิตศาสตร์ นั่นคือหลุมขาว ก็เริ่มปรากฏขึ้น
หลุมขาวคือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับหลุมดำในทางทฤษฎี เป็นบริเวณของกาล-อวกาศที่สสารปรากฏขึ้นอย่างกะทันหันและระเบิดออกมาด้านนอก แทนที่จะยุบตัวและหายไปเหมือนหลุมดำ คณิตศาสตร์ที่คำนวณการมีอยู่ของหลุมดำยังอธิบายการมีอยู่ของหลุมขาวด้วย
ในปัจจุบัน หลุมขาวยังคงเป็นเพียงแนวคิดทางคณิตศาสตร์และยังไม่เคยมีการสังเกตการณ์โดยตรง
ทำไมหลุมขาวอาจไม่มีอยู่จริง ในทางกฎฟิสิกส์ หลุมขาวจะละเมิดกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งระบุว่าปริมาณเอนโทรปีของจักรวาลสามารถคงที่หรือเพิ่มขึ้นได้ แต่ไม่สามารถลดลงได้ เอนโทรปีมักจะถูกกำหนดให้เป็นระดับของความไม่เป็นระเบียบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันคือระดับของความผิดปกติหรือความไม่แน่นอน
เพื่อแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้จะละเมิดกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์อย่างไร ลองพิจารณาตัวอย่างเปียโน-เครื่องทำลายเอกสาร หากโยนเปียโนลงในเครื่องทำลายเอกสาร เปียโนจะถูกทำให้แตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย หลุมดำก็เหมือนกับเครื่องทำลายเอกสาร และการแตกสลายอย่างต่อเนื่องของเปียโนก็เหมือนกับการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี
ในกรณีนี้ ปริมาณเอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น และกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ที่กล่าวถึงข้างต้นจะมีผลบังคับใช้ มีเพียงโครงร่างเดียวที่เราจะได้เปียโนดั้งเดิมกลับคืนมา และเศษไม้ทั้งหมดจะต้องถูกนำกลับไปจัดเรียงตามเดิม
เห็นได้ชัดว่าเราไม่สามารถใช้งานเครื่องจักรย้อนกลับและได้เปียโนกลับคืนมา ซึ่งเป็นสิ่งที่หลุมขาวทำได้อย่างแม่นยำ สิ่งนี้จะละเมิดกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ สร้างเอฟเฟกต์โดมิโนของความเป็นไปไม่ได้เพิ่มเติม
แล้วโอกาสที่หลุมขาวอาจมีอยู่จริง เป็นไปได้ไหม?
ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของหลุมขาวเกิดจากการตระหนักของ สตีเฟน ฮอว์คิง ในช่วงทศวรรษ 1970 ว่าหลุมดำรั่วไหลพลังงาน
สรุปง่ายๆ คือ หากหลุมดำรั่วไหลพลังงาน วงจรชีวิตของมันจะสิ้นสุดลงในที่สุด แล้วจะเกิดอะไรขึ้นกับภายในของทั้งหมดที่หลุมดำดูดซับไว้? มันสร้างความขัดแย้งระหว่างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม
นักวิทยาศาสตร์คาร์โล โรเวลลี ตั้งทฤษฎีว่าการตายของหลุมดำคือการกำเนิดของหลุมขาว เมื่อหลุมดำรั่วไหลพลังงานและมีขนาดเล็กพอที่จะไม่ปฏิบัติตามกฎทั่วไป ความสุ่มของควอนตัมจะเข้ามาแทนที่และหลุมดำจะเปลี่ยนเป็นหลุมขาว
เราจะได้เห็นหลุมขาวหรือไม่?
แม้ว่าจะเป็นเรื่องสนุกที่จะเพลิดเพลินไปกับแนวคิดเรื่องหลุมขาว แต่น่าเสียดายที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถยืนยันการมีอยู่ของหลุมขาวได้ สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดที่เราเคยได้รับคือการระเบิดรังสีแกมมา GRB 060614 เมื่อวันที่ 14 มิถุนายน 2549 นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อมโยงการระเบิดนี้กับหลุมขาว โดยมองว่ามันเหมือนกับบิ๊กแบงขนาดเล็กที่ปลดปล่อยสสารออกมาในครั้งเดียว ซึ่งต่างจากหลุมดำที่ดูดกลืนสสารเข้าไปเรื่อยๆ และเราไม่สามารถสังเกตหลุมขาวได้ตลอดเวลา เราจะเห็นผลของมันได้เฉพาะตอนที่มันเกิดการระเบิดเท่านั้น
โชคดีที่ด้วยความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในโครงการกล้องโทรทรรศน์ Event Horizon ในเดือนพฤษภาคม 2565 นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดเผยภาพแรกของ Sagittarius A* ซึ่งเป็นหลุมดำใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก แม้ว่าสิ่งนี้อาจดูเหมือนไม่เกี่ยวข้องกับหลุมขาวในแวบแรก แต่ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกอาจนำไปสู่การค้นพบครั้งสำคัญเกี่ยวกับหลุมขาวและสิ่งมหัศจรรย์อื่นๆ ของจักรวาลอันเป็นปริศนานี้
หลุมขาวตามทฤษฎีอาจให้ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเกี่ยวกับการสร้างจักรวาลทั้งหมด พร้อมกับความลึกลับอื่นๆ อีกนับไม่ถ้วนของอวกาศ
