มาสร้างยานเวลา (ตามหลักฟิสิกส์) กันเถอะ

ดูเหมือนว่าจะเป็นธรรมชาติของคนเราที่อยู่ไม่ค่อยสุขที่ต้องหาเรื่องยากๆ มาขบคิดอยู่เสมอ อย่างเช่น การคิดค้นหาวิธียืดอายุ การควบคุมดินฟ้าอากาศ หรือแม้แต่เรื่องเหลือเชื่ออย่างการล่องหนหายตัว แล้วไปโผล่อีกที่หนึ่งก็ตาม!

อย่าเพิ่งหัวเราะไปเชียวนะครับ อย่างเรื่องการล่องหนหายตัว เหมือนอย่างการ ‘บีม’ คนหรือสิ่งของจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งนี่ ตอนนี้นักฟิสิกส์เขาอ้างว่าเริ่มทำกับอนุภาคของแสงหรือโฟตอนได้แล้วนะครับ ใครสนใจลองไปค้นเรื่อง การเคลื่อนย้ายมวลสารระยะไกลแบบควอนตัม (Quantum Teleportation) ดูได้!

แต่มีอยู่เรื่องหนึ่งที่พอพูดถึงทีไร ทุกคนจะรู้สึกติดใจว่าจะเป็นไปได้จริงหรือ นั่นคือเรือง การเดินทางไปในเวลา (Time Travel) ซึ่งนิยายและภาพยนตร์ซึ่งไม่จำเป็นต้องเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์หลายต่อหลายเรื่องได้ใช้เป็นพล็อตหลักของเรื่อง

จึงน่าสนใจว่า การเดินทางไปในเวลา หรือ การสร้างยานเวลา นั้น เป็นไปได้จริงๆ หรือ ขัดกับหลักการทางฟิสิกส์หรือเปล่า? และถ้าไม่ขัด จะมีปัญหาและอุปสรรคทางเทคนิคอะไรบ้าง? ลองมาดูกันหน่อยครับ

อวกาศ-กาล และ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปพื้นฐาน

ทฤษฎีที่ตรงประเด็นที่สุดเกี่ยวกับการเดินทางไปในเวลาที่มีอยู่ ก็คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (Einstein’s General Theory of Relativity) ซึ่งผมจะขอเลือกนำเสนอเฉพาะประเด็นที่เกี่ยวข้องเท่านั้น

ตามทฤษฎีนี้ อวกาศและเวลาผูกพันกันเป็นหนึ่งอย่างเหนียวแน่น เรียกว่า spacetime (ภาษาอังกฤษจับ space กับ time มาชนกันตรงๆ เลย หรือบางทีก็มีขีดคั่นเพื่อแสดงว่าสองสิ่งนี้มีความสัมพันธ์กันเป็นเนื้อเดียว) ซึ่งเราเรียกว่า อวกาศ-กาล หรือ กาลอวกาศ

ภาพของอวกาศ-กาลตามทฤษฎีของไอน์สไตน์นั้นจินตนาการยากครับ เพราะถ้าจะวาดให้ครบ ก็ต้องเขียนขึ้นใน 4 มิติ (อวกาศ 3 มิติ คือ กว้าง ยาว และสูง + เวลา อีก 1 มิติ)

เพื่อให้พูดกับคนอื่นและเพื่อนนักฟิสิกส์ด้วยกันเองรู้เรื่อง ก็เลยมีคนคิดว่า เอาล่ะไอ้ 4 มิตินี่มันเกินกว่าคนปกติจะเข้าใจได้ ขอต่อรองลดให้ง่ายที่สุดเหลือแค่ 2 มิติ คือ อาจจะเป็นอวกาศทั้ง 2 มิติ (ไม่เอาเวลา) หรือ อวกาศ 1 มิติ + เวลา อีก 1 มิติ แล้วใช้การเปรียบเทียบให้ฟังว่าถ้า 2 มิติเป็นแบบนี้ แล้ว 4 มิติจะเป็นแบบไหนก็แล้วกัน เอามั้ยล่ะ?

นี่คือที่มาของแบบจำลองผืนยางบางๆ ที่ฝรั่งเรียกว่า Rubber Sheet Model ตามแบบจำลองนี้ ในบริเวณที่ไม่มี ความโน้มถ่วง อวกาศจะมีลักษณะ “แบน” (flat space) ซึ่งเป็นกรณีที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษใช้ได้ดี

แต่ถ้าหากมีความโน้มถ่วงมาเกี่ยวข้อง เช่น บริเวณนั้นมีดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์อยู่ใกล้ๆ อวกาศบริเวณนั้นจะ “โค้ง” (curved space) ในกรณีนี้ ทฤษฎีที่ถูกต้องคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เพราะเป็นทฤษฎีเกี่ยวกับความโน้มถ่วงที่บอกว่า ความโน้มถ่วงเป็นผลมาจากความโค้งของอวกาศนั่นแหละ

แนวคิดเกี่ยวกับการเดินทางไปในเวลา

การเดินทางไปในเวลาที่ (เชื่อกันว่า) ไม่ขัดกับหลักการทางฟิสิกส์ในปัจจุบันมี 2 แนวใหญ่ๆ ที่ฟังดูง่าย ๆ (แต่ทำยาก) แบบนี้ครับ

• แนวทางที่ 1 : ใช้ ‘บ่วงเวลา’ ในอวกาศ-กาล

นักฟิสิกส์ได้แสดงให้เห็นว่า บนอวกาศ-กาลที่บิดเบี้ยวนั้น อาจจะมีเส้นทางบางเส้นทางซึ่งถ้าหากคุณออกเดินทางจากจุดเริ่มต้น ณ เวลาหนึ่ง แล้วเดินทางออกไปเรื่อยๆ ตามทางที่ว่านี้ พอผ่านไปได้สักพัก คุณจะพบว่าคุณกลับมาที่จุดเริ่มต้น ณ เวลาเดิม!

นักฟิสิกส์เรียกเส้นทางดังกล่าวว่า บ่วงเวลา (ภาษาง่ายๆ เรียกว่า time loop ส่วนภาษาที่เป็นทางการจะเรียกว่า closed timelike curve) ซึ่งการที่คุณเดินทางกลับมาที่เดิม ณ เวลาเดิมได้ก็แสดงว่า ตลอดเส้นทางที่คุณเดินทางอยู่นั้น คุณกำลังเดินทางกลับไปยังอดีตนั่นเอง

• แนวทางที่ 2 : ใช้ ‘ทางลัด’ ในอวกาศ-กาล

ถ้าเราสามารถทำให้อวกาศ-กาลบิดเบี้ยวไปเกิดเป็นทางลัดซึ่งเชื่อมบริเวณสองบริเวณในอวกาศ-กาลได้ และถ้าทางลัดที่ว่านี้เชื่อมบริเวณสองบริเวณที่มีเวลาต่างกัน ก็หมายความว่า เราสามารถกลับไปในอดีตหรือรุดหน้า ไปสู่อนาคตได้ ดังนั้น ยานเวลาของเราต้องเป็นเครื่องมือที่มีความสามารถในการสร้างทางลัดที่ว่าได้นั่นเอง

ยานเวลาแบบเอกภพหมุน

ในปี ค.ศ. 1949 (พ.ศ. 2492) นักฟิสิกส์ชื่อ เคิร์ต กอเดล ได้สร้างความฮือฮาให้กับวงการฟิสิกส์ด้วยการพิสูจน์ด้วย คณิตศาสตร์ว่า ถ้าหากเอกภพทั้งเอกภพหมุนอยู่อย่างต่อเนื่อง เจ้า ‘บ่วงเวลา’ หรือเส้นทางปิดที่จะนำคุณ และผมกลับไปยังอดีตก็จะมีได้อย่างแน่นอน

แต่เส้นทางการเดินทางนั้นจะต้องเป็นวงกลมใหญ่ยาวไกล ซึ่งเมื่อคุณเดินทางไปเรื่อยๆ จนกลับมาที่ตำแหน่งเดิม คุณก็จะพบว่า คุณมาถึงก่อนเวลาที่คุณจะเริ่มออกเดินทาง!

ยานเวลาซึ่งใช้ทรงกระบอกหมุน

แนวคิดนี้มาจากหลักการที่ว่า มวลสารทำให้อวกาศ-กาลเกิดการบิดเบี้ยวตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป จุดเริ่มต้นแรกสุดมาจากฝีมือของ ดับลิว.เจ. แวน สต็อคคุม (W.J. van Stockum) ซึ่งในปี ค.ศ. 1937 ยอดนักฟิสิกส์ท่านนี้ ได้แก้สมการสนามในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์และพบบ่วงเวลาโผล่ ออกมาจากคำตอบของสมการ

แต่ตอนนั้น ไม่มีใครคิดว่าเจ้าบ่วงเวลานี้จะสามารถใช้สร้างเป็นยานเวลาได้ คุณสต็อคคุมก็เลยไม่ดังเท่าที่ควร ยิ่งไปกว่านั้นแนวคิดนี้ต้องอาศัยวัตถุรูปทรงกระบอกยาวเป็นอนันต์ และมีความหนาแน่นสูงมหาศาลหมุนรอบตัวเองในอวกาศ ซึ่งจะทำให้อวกาศ-กาลบริเวณใกล้ๆ กับผิวของทรงกระบอกจะเกิดการบิด-เบี้ยวไป เกิดเป็นบ่วงเวลา

ต่อมา ในปี ค.ศ. 1974 (พ.ศ. 2517) นักฟิสิกส์หนุ่มชาวอเมริกันชื่อ แฟรงค์ ทิปเลอร์ ได้นำทฤษฎีเดิมของสต็อคคุม มาปัดฝุ่น และยืนยันว่า ถ้าต้องการให้เกิดบ่วงเวลาจริงๆ ก็ต้องใช้วัตถุรูปร่างทรงกระบอกความหนาแน่นสูง ยาวเป็นอนันต์ เหมือนอย่างทฤษฎีเดิมนั่นแหละ แต่ต้องทำให้มันหมุนรอบแกนตามยาวของตัวเองเร็วจี๋ระดับ หลายพันรอบต่อวินาที ซึ่งถ้านักท่องเวลาเข้าและออกได้จังหวะเหมาะสมแล้ว เขาก็อาจจะเดินทางกลับไปสู่อดีตได้!

แต่นี่ก็ยังไม่ได้แก้ปัญหาเรื่องขนาดของทรงกระบอกที่ยาวเป็นอนันต์ ซึ่งคุณทิปเลอร์ก็ไม่ยอมแพ้ครับ เขาบอกว่า เอาล่ะ! รู้แล้วว่าของยาวๆ ขนาดนั้นมันทำไม่ได้ งั้นผมขอลดขนาดเหลือแค่กว้าง 10 กิโลเมตร ยาว 100 กิโลเมตร ก็แล้วกัน! (ขนาดเล็กจังเลยนะครับ) แต่ไม่รับประกันว่า จะเกิดบ่วงเวลาที่ทำให้คุณเดินทางไปในเวลาได้สำเร็จนะ ... จะบอกให้ แถมเจ้าทรงกระบอกขนาดมหึมาที่หมุนเร็วๆ นั้นก็อาจจะโก่งงอหรือแตกหักได้ง่ายๆ อีกต่างหาก

ยานเวลาซึ่งใช้คอสมิกสตริง

สำหรับนักเอกภพวิทยาที่ไม่ปฏิเสธแนวคิดของทิปเลอร์ก็เสนอต่ออีกว่า จริงๆ แล้วถ้าสร้างเจ้าแท่งทรงกระบอกยักษ์ไม่ได้ ก็น่าจะใช้คอสมิกสตริงซึ่งหมุนอยู่ (rotating cosmic string) ได้เช่นกัน

คุณผู้อ่านคงจะสงสัยว่า เจ้าคอสมิกสตริง (cosmic string) นี่มันอะไร? โผล่มาจากไหนกัน?

นักเอกภพวิทยาบางท่านเชื่อว่า หลังจากบิ๊กแบงไม่นานนั้น ก็มีวัตถุประหลาดที่เรียกว่า คอสมิกสตริง หรือ ‘สายเดี่ยวจักรวาล’ เกิดขึ้นมาด้วย และเจ้าสายเดี่ยวนี่อาจจะยังคงอยู่ยงคงกระพันจนถึงทุกวันนี้ก็เป็นได้

สายเดี่ยวจักรวาลนี่มีรูปร่างเหมือนชื่อ คือ เป็นเส้นบางเฉียบ (string = เส้นบางๆ รูปร่างยาว) ยาวเป็นอนันต์ หรือยาวพอๆ กับขนาดของเอกภพ และที่ว่าบางเฉียบนั้นก็คือ หนาไม่เกินขนาดของอะตอม!

แต่ที่น่าทึ่งไม่น้อยก็คือ สายเดี่ยวนี้มีความหนาแน่นสูงสุดๆ ขนาดที่ว่า แค่เจ้านี่ยาวไม่กี่ไมล์ก็อาจจะหนักกว่า โลกทั้งใบของเราก็เป็นได้! (โม้เหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ไหมล่ะครับ?)

แต่บางท่านก็บอกว่า สายเดี่ยวจักรวาลนั้นอาจเป็นเส้นตรงยาวๆ ก็ได้ หรือ อาจมีลักษณะเป็นห่วงก็ได้ แต่ไม่ว่าจะเป็นแบบไหน มันจะไม่มีหัว ไม่มีหาง

บางท่านก็บอกว่า ไม่ต้องให้เจ้าคอสมิกสตริงหมุนก็สามารถสร้างบ่วงเวลาได้เหมือนกัน ในปี ค.ศ.1991 (พ.ศ. 2534) เจ.ริชาร์ด ก็อตต์ ที่ 3 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ได้เสนอแนวคิดสุดหวือหวาว่า ถ้าให้สายเดี่ยวจักรวาล หรือคอสมิกสตริงสองเส้นขนานกันวิ่งสวนทางกัน โดยแต่ละเส้นวิ่งด้วยความเร็วสูงมากใกล้ๆ ความเร็วแสง (คล้ายๆ กับรถ 2 คัน วิ่งสวนทางกันอยู่บนคนละเลนใกล้ๆ กันบนทางด่วน) เราก็สามารถเดินทางไปในเวลาได้

ยานเวลาซึ่งใช้รูหนอน

สำหรับแนวทางสร้างยานเวลาแบบที่ 2 นั้น ลองจินตนาการว่า ในบางบริเวณของอวกาศ-กาล มี ‘ทางลัด’ หรือ ‘ทางด่วน’ ซึ่งมีประตูเข้า-ออก 2 ทาง ลักษณะนี้แฟนๆ นิยายวิทยาศาสร์น่าจะรู้จักกันดีว่าคือ ‘รูหนอน’ ในอวกาศนั่นเอง นักฟิสิกส์สมองใสกลุ่มหนึ่งจึงได้ลองลำดับการสร้างยานเวลา (แบบง่ายที่สุด!) โดยใช้รูหนอนไว้ดังนี้

-สร้าง หรือ หารูหนอน ในอวกาศหรือบนโลก
-ทำให้รูหนอนมีเสถียรภาพ เพื่อให้คนสามารถเดินทางเข้าออกได้อย่างปลอดภัย
-ใส่ประจุให้กับปากทางด้านหนึ่งของรูหนอน แล้วย้ายปากทางด้านที่มีประจุนี้เข้าไปในยานอวกาศด้วยสนามไฟฟ้า
-ทำให้ปากทางทั้ง 2 ด้าน มีเวลาต่างกัน โดยการขับเคลื่อนยานอวกาศออกไปด้วยความเร็วสูงใกล้ความเร็วแสง
-นำยานอวกาศกลับมาใกล้ๆ ที่เดิมอีกครั้ง .... เท่านี้เราก็จะได้ยานเวลาแบบรูหนอนแล้ว!

“ยานเวลา” เป็นไปได้จริงๆ หรือ?

เรื่องยากๆ แต่น่าสนุกแบบนี้ ย่อมมีทั้งฝ่ายสนับสนุนและฝ่ายคัดค้าน ขนาด สตีเฟน ฮอว์คิง เองยังได้เสนอว่า สงสัยการเดินทางไปในเวลาน่าจะเป็นไปไม่ได้ โดยเสนอ “The Chronology Protection Conjecture” ซึ่งพูดง่ายๆ ได้ว่า ธรรมชาติมีกลไกปกป้องการเดินทางย้อนไปในเวลานั่นเอง

ส่วนประเด็นทางเทคนิคก็ยากเย็นแสนเข็ญอยู่แล้ว เช่น จะสร้าง ‘รูหนอน’ ได้อย่างไร? หรือเมื่อสร้างได้แล้ว จะทำให้มันมีเสถียรภาพได้อย่างไร?

ในทางทฤษฎีนั้น อย่างน้อยๆ นักฟิสิกส์คงจะต้องพัฒนาทฤษฎีให้ลึกซึ้งขึ้นไปอีก เช่น ต้องรวมกลศาสตร์ควอนตัม เข้ากับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ให้กลายเป็น ทฤษฎีความโน้มถ่วงแบบควอนตัม (Quantum Gravity) ให้ได้ (งานนี้ใครทำสำเร็จ ก็เตรียมไปรับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์กันได้เลย!)

แต่ก็อย่าได้ประมาทฝีมือมนุษย์เชียว ขนาดเครื่อง-บิน เรือดำน้ำ หรือแม้แต่การเดินทางไปดวงจันทร์ ที่ว่ายากเย็นแสนเข็ญก็ยังทำได้มาตั้งหลายสิบปีก่อนแล้ว เรื่องยานเวลานี่คงต้องรอให้ ‘เวลา’ เป็นตัวพิสูจน์นั่นล่ะครับ!

บทความฉบับย่อจาก : นิตยสาร UpDATE ฉบับ 177 พฤษภาคม 2545
โดย : ดร.บัญชา ธนบุญสมบัติ
ที่มา : Update Magazine Online

-----

อะนะมาเพิ่มเติมความรู้กันหน่อย พอดีไปเจอในเว็บเตรียมมา คิคิคิ

มาสร้างยานเวลา (ตามหลักฟิสิกส์) กันเถอะ

ความคิดเห็น