บทความนี้เขียนโดยโธมัส คิทชิงจากยูซีแอลและเผยแพร่ครั้งแรกโดยการสนทนา-
ลองนึกภาพเวลาวิ่งถอยหลัง ผู้คนจะอายุน้อยกว่าแทนที่จะอายุมากขึ้น และหลังจากชีวิตอันยาวนานของการฟื้นฟูอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยละเลยทุกสิ่งที่พวกเขารู้ พวกเขาจะจบลงในพริบตาในสายตาพ่อแม่ของพวกเขา นั่นคือเวลาที่แสดงอยู่ในนวนิยายโดยนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ Philip K Dickแต่น่าประหลาดใจที่ทิศทางของเวลายังเป็นปัญหาที่นักจักรวาลวิทยากำลังเผชิญอยู่
แม้ว่าเราจะถือว่าเวลามีทิศทางที่กำหนด แต่นักฟิสิกส์กลับไม่ทำ: กฎธรรมชาติส่วนใหญ่ 'เวลาย้อนกลับได้' ซึ่งหมายความว่ากฎเหล่านั้นจะใช้ได้ผลเช่นกันหากเวลาถูกกำหนดให้เดินถอยหลัง แล้วเหตุใดเวลาจึงเดินไปข้างหน้าเสมอ? และมันจะเป็นเช่นนั้นเสมอไปหรือไม่?
เวลามีจุดเริ่มต้นไหม?
แนวคิดเรื่องเวลาสากลใดๆ ก็ตามจะต้องขึ้นอยู่กับวิวัฒนาการของจักรวาลในที่สุด เมื่อคุณมองขึ้นไปที่จักรวาล คุณจะเห็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในอดีต ซึ่งต้องใช้เวลาพอสมควรในการมาถึงเรา
ในความเป็นจริง แม้แต่การสังเกตที่ง่ายที่สุดก็สามารถช่วยให้เราเข้าใจเวลาทางจักรวาลวิทยาได้ เช่น ข้อเท็จจริงที่ว่าท้องฟ้ายามค่ำคืนมืด- หากจักรวาลมีอดีตอันไม่มีที่สิ้นสุดและมีขนาดที่ไม่มีที่สิ้นสุด ท้องฟ้ายามค่ำคืนก็จะสว่างสดใสโดยสมบูรณ์ เต็มไปด้วยแสงจากดวงดาวจำนวนอนันต์ในจักรวาลที่มีอยู่ตลอดมา
เป็นเวลานานแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ รวมทั้งอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ คิดว่าจักรวาลมีความคงที่และไม่มีที่สิ้นสุดข้อสังเกตได้แสดงตั้งแต่นั้นมาที่จริงแล้วมันกำลังขยายตัวและในอัตราเร่ง ซึ่งหมายความว่ามันต้องมาจากสถานะที่กะทัดรัดกว่าที่เราเรียกว่าแสดงว่าเวลานั้นมีจุดเริ่มต้น
ถ้าเรามองหาแสงที่มีอายุมากพอ เราก็จะสามารถมองเห็นการแผ่รังสีโบราณวัตถุจากบิ๊กแบงได้พื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล- การตระหนักว่านี่เป็นก้าวแรกในการกำหนดอายุของจักรวาล (ดูด้านล่าง)
แต่มีอุปสรรคบางประการซึ่งเป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ที่แสดงให้เห็นเวลาเป็น…สัมพัทธ์: ยิ่งคุณเคลื่อนที่เร็วเท่าไรเมื่อเทียบกับฉัน เวลาของคุณก็จะผ่านไปช้าลงตามการรับรู้เวลาของฉัน ดังนั้นในจักรวาลกาแล็กซี่ที่กำลังขยายตัว ดาวที่หมุนรอบตัวเอง และดาวเคราะห์ที่หมุนวน ประสบการณ์ของเวลาจึงแตกต่างกันไป ทุกสิ่งในอดีต ปัจจุบัน และอนาคตมีความสัมพันธ์กัน
มีเวลาสากลที่เราสามารถทำได้ ทั้งหมด เห็นด้วยไหม?
ปรากฎว่าเนื่องจากโดยเฉลี่ยแล้วจักรวาลจะเหมือนกันทุกที่ และโดยเฉลี่ยแล้วมีลักษณะเหมือนกันในทุกทิศทาง จึงมี 'เวลาจักรวาล' อยู่ ในการวัดนั้น สิ่งที่เราต้องทำคือวัดคุณสมบัติของ- นักจักรวาลวิทยาใช้สิ่งนี้เพื่อกำหนดอายุของจักรวาล อายุจักรวาลของมัน ปรากฎว่าจักรวาลมีอายุ 13.799 พันล้านปี
ลูกศรแห่งเวลา
เรารู้ว่าเวลาน่าจะเริ่มต้นในช่วงบิกแบง แต่มีคำถามที่จู้จี้จุกจิกยังคงอยู่: อะไรกันแน่เป็นเวลา?
เพื่อไขคำถามนี้ เราต้องดูคุณสมบัติพื้นฐานของอวกาศและเวลา ในมิติของอวกาศคุณสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและข้างหลังได้ ผู้สัญจรสัมผัสสิ่งนี้ทุกวัน แต่เวลานั้นแตกต่างออกไป มันมีทิศทาง คุณจะก้าวไปข้างหน้าเสมอ ไม่เคยถอยหลัง แล้วเหตุใดมิติของเวลาจึงไม่สามารถย้อนกลับได้? นี่เป็นหนึ่งในปัญหาสำคัญที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขในวิชาฟิสิกส์
เพื่ออธิบายว่าทำไมเวลาจึงย้อนกลับไม่ได้ เราจำเป็นต้องค้นหากระบวนการในธรรมชาติที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เช่นกัน หนึ่งในแนวคิดไม่กี่อย่างในฟิสิกส์ (และชีวิต!) ก็คือ สิ่งต่างๆ มักจะ 'เป็นระเบียบเรียบร้อย' น้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป เราอธิบายสิ่งนี้โดยใช้คุณสมบัติทางกายภาพที่เรียกว่าเอนโทรปีที่เข้ารหัสว่าบางสิ่งมีลำดับอย่างไร
ลองนึกภาพกล่องก๊าซที่อนุภาคทั้งหมดถูกวางไว้ที่มุมหนึ่ง (สถานะที่ได้รับคำสั่ง) เมื่อเวลาผ่านไป พวกเขาจะพยายามเติมให้เต็มกล่องโดยธรรมชาติ (สภาวะที่ไม่เป็นระเบียบ) และการที่จะทำให้อนุภาคกลับเข้าสู่สถานะที่ได้รับคำสั่งจะต้องใช้พลังงาน สิ่งนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ มันเหมือนกับการตอกไข่เพื่อทำไข่เจียว เมื่อมันแผ่ออกจนเต็มกระทะ มันก็จะไม่กลับไปเป็นรูปไข่อีกต่อไป เช่นเดียวกับจักรวาล: เมื่อมันวิวัฒนาการ เอนโทรปีโดยรวมก็จะเพิ่มขึ้น
ปรากฎว่าเอนโทรปีเป็นวิธีที่ดีในการอธิบายลูกศรของเวลา และในขณะที่ดูเหมือนว่าจักรวาลกำลังเป็นระเบียบมากขึ้นแทนที่จะน้อยลง โดยเริ่มจากทะเลป่าที่มีก๊าซร้อนที่กระจายค่อนข้างสม่ำเสมอในระยะแรก ๆ ไปจนถึงดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ มนุษย์ และบทความเกี่ยวกับเวลา แต่ก็ยังเป็นไปได้ที่มันจะเพิ่มขึ้น อยู่ในความไม่เป็นระเบียบ
นั่นเป็นเพราะว่าแรงโน้มถ่วงที่เกี่ยวข้องกับมวลขนาดใหญ่อาจดึงสสารเข้าสู่สภาวะที่ดูเหมือนเป็นระเบียบ โดยความผิดปกติที่เพิ่มขึ้นซึ่งเราคิดว่าน่าจะเกิดขึ้นโดยถูกซ่อนอยู่ในสนามโน้มถ่วง ดังนั้นความผิดปกติอาจเพิ่มมากขึ้นแม้ว่าเราจะไม่เห็นมันก็ตาม
แต่ด้วยแนวโน้มของธรรมชาติที่จะชอบความวุ่นวาย ทำไมจักรวาลถึงเริ่มต้นในสภาวะที่เป็นระเบียบเช่นนี้ตั้งแต่แรก? นี่ยังถือว่าเป็นเรื่องลึกลับ นักวิจัยบางคนโต้แย้งว่าบิกแบงอาจไม่ใช่จุดเริ่มต้นด้วยซ้ำ แต่ในความเป็นจริงแล้วอาจมี 'จักรวาลคู่ขนานที่เวลาวิ่งไปในทิศทางที่ต่างกัน-
เวลาจะสิ้นสุดหรือไม่?
เวลามีจุดเริ่มต้น แต่จะสิ้นสุดหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของเวลาพลังงานมืดที่ทำให้มันขยายตัวในอัตราเร่ง อัตราการขยายตัวนี้อาจฉีกเอกภพออกจากกันในที่สุด และบังคับให้จักรวาลสิ้นสุดลงด้วยการฉีกขาดครั้งใหญ่ หรืออีกทางหนึ่งอาจสลายตัว พลิกกลับบิกแบง และสิ้นสุดจักรวาลด้วยบิ๊กกระทืบ หรือจักรวาลอาจจะขยายออกไปตลอดกาล
แต่สถานการณ์ในอนาคตเหล่านี้จะสิ้นสุดเวลาหรือไม่ ตามกฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคสุ่มขนาดเล็กสามารถหลุดออกจากสุญญากาศได้ชั่วขณะ ซึ่งเป็นสิ่งที่พบเห็นได้อย่างต่อเนื่องในการทดลองฟิสิกส์ของอนุภาค บางคนแย้งว่าพลังงานมืดอาจทำให้เกิด 'ความผันผวนของควอนตัม' เช่นนี้ทำให้เกิดบิ๊กแบงครั้งใหม่สิ้นสุดเส้นเวลาของเราและเริ่มต้นใหม่
แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นการคาดเดาอย่างมากและไม่น่าเป็นไปได้สูง แต่สิ่งที่เรารู้ก็คือเมื่อเราเท่านั้นเข้าใจพลังงานมืดเราจะรู้ชะตากรรมของจักรวาลหรือไม่
แล้วผลที่เป็นไปได้มากที่สุดคืออะไร? เวลาเท่านั้นที่จะบอกได้
โธมัส คิทชิง, อาจารย์ประจำวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์,ยูซีแอล-
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยการสนทนา- อ่านบทความต้นฉบับ-
