ประวัติย่อของกาลเวลา
ภาพเอกภพของเรา
ครั้งหนึ่งนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงผู้หนึ่ง
(บางคนกล่าวว่าเป็น เบอร์แทรนด์รัชเซล (Bertrannd
Russell))ได้บรรยายเรื่องดาราศาสตร์ให้สาธารณชนฟัง เขาบรรยายว่าโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์อย่างไร
ในขณะที่ดวงอาทิตย์ก็โคจรไปรอบๆ ศูนย์กลางของหมู่ดวงดาวมากมายนับล้านที่เราเรียกกันว่ากาแลกซี่ของเรา
ในขณะตอนจบการบรรยาย หญิงชราตัวเล็กๆ
ผู้หนึ่งที่นั่งทางด้านหลังของห้องได้ลุกขึ้นกล่าวว่า
“ที่เจ้ามานั้นเป็นเรื่องไร้สาระ โลกของเราจริงๆ
แล้วเป็นแผ่นเรียบที่อยู่บนหลังของยักษ์นี่มันยืนอยู่บนหลังของเต่ายักษ์ต่างหาก”
นักวิทยาศาสตร์ท่านนั้นยิ้มอย่างมีชัยแล้วกล่าวตอบว่า
“แล้วเจ้าเต่ายักษ์นี่มันยืนอยู่บนอะไรล่ะ? “
หญิงชราก็กล่าวว่า “เจ้าหนุ่ม เจ้าเป็นคนฉลาดที่ฉลาดมาก ฉลาดมากจริงๆ
คำตอบก็คือมันเป็นเต่าที่ยืนต่อเนื่องกันไปจนสุดนั่นแหล่ะ!”
คนส่วนใหญ่จะคิดว่าภาพของเอกภพของเราที่เป็นหอคอยของเต่าหลายๆ
ตัวยืนต่อกันไปเป็นความคิดที่ไร้สาระ
แต่แล้วเรารู้ได้อย่างไรล่ะว่าเรารู้ดีไปกว่านั้น เรารู้อะไรเกี่ยวกับเอกภพบ้าง
และเรารู้มันได้อย่างไร เอกภพของเรามาจากไหน และมันจะมุ่งไปสู่อะไร
เอกภพมีจุดเริ่มต้นหรือไม่ และถ้ามี เกิดอะไรก่อนนั้น? ธรรมชาติของเวลาคืออะไร มีจุดสิ้นสุดหรือไม่
เราสามารถย้อนกลับไปในเวลาได้หรือไม่
พัฒนาการใหม่ๆในวิชาฟิสิกส์ซึ่งบางส่วนเกิดมาจากเทคโนโลยีล้ำยุคได้ชี้แนะถึงคำตอบของคำถามที่มีมานานเหล่านี้บางคำถาม
บางทีสักวันในอนาคต
คำตอบเหล่านี้จะกลายเป็นสิ่งที่เห็นได้ชัดเหมือนกับการที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์
หรือบางทีอาจกลายเป็นสิ่งทีไร้สาระเหมือนกันภาพคอหอยของเต่าทั้งหลาย เวลา
(ไม่ว่ามันจะเป็นอะไรก็ตาม) เท่านั้นที่เป็นตัวตัดสิน
ย้อนไปนานถึงสมัย
340 ปีก่อนคริสตกาล นักปราชญ์ชาวกรีก อริสโตเติล (Aris-totle) ได้ให้เหตุผลที่น่าฟังไว้สองประการไว้ในหนังสือ On the Heavens (ว่าด้วยสรวงสรรค์) ในการสนับสนุนความเชื่อที่ว่าโลกน่าจะเป็นทรงกลมมากว่าที่จะเป็นแผ่นราบเรียบ
ประการแรก เขาสำนึกได้ว่าจันทรุปราคา (moon eclipses)
เกิดจากการที่โลกเข้าไปอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์และดวงจันทร์
เงาของโลกบนดวงจันทร์จะมีรูปร่างกลมเสมอ
ซึ่งจะเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อโลกมีสัณฐานเป็นทรงกลมเท่านั้น ถ้าโลกเป็นแผ่นกลมแบน
เงาจะต้องมีรูปร่างเป็นวงรีที่ยืดยาว นอกเสียจากว่าจันทรุปราคาจะต้องเกิดเวลาที่ดวงอาทิตย์มาอยู่ตรงศูนย์กลางของแผ่นกลมพอดีเท่านั้น
ประการที่สอง ชาวกรีกทราบดีว่าจากการเดินทางไปที่ต่างๆ ว่าดาวเหนือ (North
Star)
ปรากฏต่ำบนท้องฟ้าเมื่อมองจากบริเวณทางใต้มากกว่าเมื่อมองจากบริเวณทางเหนือ
(เนื่องเพราะดาวเหนืออยู่เหนือขั้วโลกเหนือ
มันจะปรากฏอยู่เหนือศีรษะผู้สังเกตที่ขั้วโลกเหนือพอดี
แต่สำหรับคนที่อยู่ที่เส้นศูนย์สูตร มันจะปรากฏอยู่ที่ขอบฟ้าพอดี)
จากความแตกต่างระหว่างตำแหน่งปรากฏของดาวเหนือในอียิปต์และในกรีซ
อลิส โตเติล ได้ประมาณไว้ว่าระยะทางรอบโลกมีค่าประการ 400,000 สเตเดีย (1 สเตเดียคือความยาวของ 1 สเตเดียม หรือ
1 สนามกีฬา ) ไม่เป็นที่แน่ชัดว่าความยาว 1 สเตเดียมมีค่าเท่าใด
แต่มันอาจจะประมาณได้เป็น 200 หลา ซึ่งจะทำให้การประมาณของ อลิส โตเติล
มีค่าเป็นประมาณสองเท่าของค่าที่ยอมรับกันในปัจจุบัน ชาวกรีกยังมีเหตุผลหลายประการที่สามในการเชื่อว่าโลกต้องกลม
มิเช่นนั้นทำไมเราจึงเห็นใบเรือปรากฏขึ้นมาก่อนจากขอบฟ้าแล้วจึงมองเห็นตัวเรือในภายหลังได้เล่า
?
อลิส โตเติล นั้นคิดว่าโลกอยู่นิ่ง ส่วนดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์
ดาวเคราะห์ต่างๆ และดาวฤกษ์ทั้งหลายต่างเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบโลก
เขาเชื่อเช่นนี้เพราะเขารู้สึกว่ามันควรจะเป็นเช่นนั้น
ด้วยเหตุผลอันลึกลับนานาหลักการว่าโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพ
และที่ว่าวงโคจรที่เป็นวงกลมมีความสมบูรณ์ที่สุด
แนวคิดนี้ได้รับการบรรยายเพิ่มเติมในรายละเอียดอีกย่อยโดยพโตเลมี (Ptolemy) เมื่อศตวรรษที่2ของคริสต์ศักราชจนกลายเป็นแบบจำลองทางเอกภพที่สมบูรณ์
โดยอยู่เป็นศูนย์กลางล้อมรอบไปด้วยทรงกลมแปดอันที่มีดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์
และดาวเคราะห์ห้าดวงที่รู้จักกันในเวลานั้น ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร
ดาวพฤหัส และดาวเสาร์ เคลื่อนที่อยู่ภายในตัวดาวเคราะห์เองนั้นเคลื่อนที่เป็นวงกลมเล็กๆ
เทียบกับทรงกลมท้องฟ้าแต่ละอันอีกทีเพื่ออธิบายทางเดินที่ข้อนข้างซับซ้อนของมันที่ปรากฏบนท้องฟ้า
ทรงกลมท้องฟ้าที่อยู่นอกสุด มีสิ่งที่เรียกว่าดาวประจำตำแหน่งภายใน
โดยพวกมันจะอยู่ที่ตำแหน่งเดิมสัมพัทธ์กันและกัน แต่จะหมุนไปพร้อมๆกันบนท้องฟ้า สิ่งที่อยู่ไกลออกไปจากทรงกลมที่อยู่นอกสุดนั้นไม่ได้ถูกกล่าวถึงอย่างแน่ชัด
แต่ที่แน่ๆก็คือว่ามันไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของเอกภพที่มองเห็นได้ของเรา
แบบจำลองของพโตเลมี
เป็นระบบที่แม่นยำใช้งานได้พอควรในการทำนายตำแหน่งของวัตถุต่างๆในสรวงสรรค์
หากแต่ในการทำนายตำแหน่งเหล่านี้ให้ได้ถูกต้อง
พโตเลมีต้องตั้งสมมุติฐานหนึ่งประการว่าดวงจันทร์จะมีทางเดินที่บางครั้งจะมาอยู่ใกล้โลกมากที่สุดเป็นระยะครึ่งหนึ่งของปกติ
และนั่นหมายความว่าดวงจันทร์ควรต้องปรากฏมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของปกติด้วย ! พโตเลมีรู้ถึงข้อจำกัดนี้เป็นอย่างดี แต่กระนั้นแบบจำลองของเค้าก็เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป
แม้จะเป็นที่ยอมรับโดยสากลก็ตามมันถูกนำไปใช้โดยคริสต์ศาสนจักรในฐานะภาพของเอกภพที่สอดคล้องกับที่บรรยายไว้ในพระคัมภีร์
เนื่องเพราะมันมีที่ว่างที่อยู่ไกลออกไปกว่าทรงกลมท้องฟ้าของดาวประจำตำแหน่งไว้สำหรับสวรรค์และนรก
อย่างไรก็ดีแบบจำลองที่เรียบง่ายกว่าก็ถูกเสนอในปี
ค.ศ. 1514 โดยนักบวชชาวโปแลนด์นามว่า นิโคลัส โคเปอร์นิคัส (Nicholas Copernicus)
(ในตอนแรกอาจเพราะความกลัวว่าจะถูกศาสนจักรตราหน้าว่าเป็นพวกนอกรีด
โคเปอร์นิคัสจึงเสนอแบบจำนองนิรนาม) ความคิดของเค้าให้ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางอยู่กับที่โดยมีโลกและดาวเคราะห์อื่นๆเคลื่อนที่วนรอบเป็นรูปวงกลมเป็นเวลากว่าหนึ่งร้อยปีกว่าที่แนวคิดนี้เริ่มเป็นที่สนใจอย่างจริงจัง
เมื่อนักดาราศาสตร์สองคนคือ โยฮันส์ เคฟเลอร์ (Johannes Kepler) ชาวเยอรมันและกาลิเลโอ (Galileo Galilei) ชาวอิตาลีเริ่มสนับสนุนทฤษฎีของโคเปอร์นิคัสอย่างเปิดเผย
ทั้งๆที่ทางโคจรซึ่งทฤษฎีทำนายไว้ยังไม่สอดคล้องกับผลสังเกตการณ์อย่างสมบูรณ์ก็ตาม
หมัดเด็ดที่น็อกทฤษฎีของ อลิส โตเติล และ พโตเลมี เกิดขึ้นในปี ค.ศ.1609
ในปีนั้นกาลิเลโอเริ่มสังเกตท้องฟ้าในเวลากลางคืนด้วยกล้องโทรทรรศน์ซึ่งพึ่งถูกประดิษฐ์ขึ้น
เมื่อเขามองไปที่ดาวพฤหัสกาลิเลโอพบว่ามีดวงจันทร์เล็กๆโคจรอยู่รอบๆนี่หมายถึงว่าทุกๆสิ่งไม่ได้จะต้องโคจรรอบโลกโดยตรงเสมอไปดังที่
อลิส โตเติล และ พโตเลมี ได้คิดไว้ (แน่นอนว่ามันยังคงเป็นไปได้หากจะคิดว่าโลกอยู่กับที่ที่สูงกลางของเอกภพและดวงจันทร์ต่างๆ
ของดาวพฤหัสก็เคลื่อนที่ด้วยทางเดินอันสลับซับซ้อนสุดๆรอบๆโลกทำให้มันปรากฏเหมือนพื้นที่รอบดาวพฤหัสดังที่เห็นอย่างไรก็ตามทฤษฎีของ
โคเปอร์นิคัส ก็เรียบง่ายกว่ามาก) ในขณะเดียวกัน โยฮันส์ เคปเลอร์
ก็ได้พัฒนาทฤษฎีของ โคเปอร์นิคัส
โดยเสนอว่าดาวเคราะห์ไม่ได้โคจรเป็นวงกลมหากแต่เป็นวงรี (วงรีคือ
วงกลมที่แกนหนึ่งถูกยืดออก) จนทำให้การทำนายต่างๆมีความสอดคล้องกับผลสังเกตการณ์ในที่สุด
เคปเลอร์เสนอสมมุติฐานของวงรีขึ้นมาโดยตั้งใจให้เป็นข้อเสนอเฉพาะการณ์เท่านั้น
และก็ค่อนข้างจะเป็นสมมุติฐานที่น่าเกลียดด้วยเพราะว่าวงรีนั้นดูงดงามน้อยกว่าวงกลม
เมื่อได้ค้นพบโดยบังเอิญว่าวงโคจรรูปวงรีมีความสอดคล้องกับผลการสังเกตการณ์เป็นอย่างดี
เขาก็ยังคงไม่สามารถนำไปผสมผสานกับความคิดของตน
ว่าดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยแรงแม่เหล็กได้
คำอธิบายถูกเสนอหลายปีหลังจากนั้นปี ค.ศ. 1687 เมื่อ เซอร์ไอแซค นิวตัน (Sir. Isaac Newton) ปีพิมพ์หนังสือ Philo-sophiae
Naturalis Principin Mathematica (“หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ”)
ซึ่งถือว่าเป็นผลงานชชิ้นที่สำคัญที่สุดที่เคยตีพิมพ์ในประวัติศาสตร์ของการศึกษาวิทยาศาสตร์กายภาพทั้งหมดก็ว่าได้
ในหนังสือเล่มนี้
นิวตันไม่เพียงแต่เสนอทฤษฎีที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในอวกาศและเวลาเท่านั้น
แต่เขายังได้พัฒนาคณิตศาสตร์อันซับซ้อนที่จำเป็นการวิเคราะห์การเคลื่อนที่เหล่านี้อีกด้วย
ยิ่งไปกว่านี้นิวตันตั้งสมมุติฐานของกฎความโน้มถ่วงสากลที่ว่าวัตถุยิ่งมีมวลมาก
และยิ่งอยู่ใกล้กัน แรงชนิดนี้เป็นตัวที่ทำให้วัตถุตกลงสู่พื้น
(“เรื่องราวที่ว่านิวตันได้แรงบันดาลใจมาจากลูกแอปเปิ้ล”)ที่ตกใส่ศีรษะนั้นแทบจะเป็นที่แน่นอนว่าเป็นคำกล่าวอันเลื่อนลอย
นิวตันเองได้กล่าวไว้เพียงว่าความคิดเกี่ยวกับความโน้มถ่วงนั้นเกิดขึ้นเมื่อเขานั่ง
“อยู่ในฌานสมาธิ”
และทำให้ดวงจันทร์เคลื่อนที่เป็นวงรีรอบดวงโลกและทำให้โลกและดาวเคราะห์ต่างๆ
เคลื่อนที่เป็นวงโคจรรูปวงรีรอบดวงอาทิตย์
แบบจำลองของโคเปอร์คัสละทิ้งทรงกลมท้องฟ้าของพโตเลมีไปพร้อมๆกับแนวคิดที่ว่าเอกภพมีขอบเขตโดยธรรมชาติของมัน
เนื่องจากดาวประจำตำแหน่งต่างๆไม่ได้ปรากฏว่าเคลื่อนที่นอกเหนือไปทางการหมุนไปในท้องฟ้าเนื่องจากมาจากการหมุนรอบตัวเองของโลกรอบแกนของมัน
มันจึงเป็นเรื่องธรรมชาติที่จะสมมุติให้ดาวเหล่านั้นเป็นวัตถุที่เหมือนๆกับดวงอาทิตย์ของเราเพียงแต่อยู่ห่างไกลออกไปมากๆ
นิวตันทราบดีว่าตามทฤษฎีของเขาแล้ว
ดวงดาวต่างๆมีการดึงดูดซึ่งกันและกัน
มันจึงไม่ควรที่จะอยู่นิ่งโดยไม่เคลื่อนที่ได้
แล้วจะไม่ตกลงไปสู่จุดเดียวกันในอนาคตหรอกหรือ? ในปี ค.ศ. 1691 ที่เขียนถึง ริชาร์ด เบนท์ลี่ย์ (Richard Bentley) ซึ่งนักคิดระดับแนวหน้าคนหนึ่งในยุคนั้น
นิวตันวิเคราะห์ไว้ว่าการตกไปสู่จุดเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นหากว่ามีดวงดาวจำนวนจำกัดกระจายอยู่ในอวกาศบริเวณจำกัด
แต่เขาก็ทราบดีว่า
หากมีดาวจำนวนมากมายอเนกอนันต์กระจายตัวเองสม่ำเสมออยู่ในอวกาศกว้างใหญ่ไพศาลที่เป็นอนันต์แล้ว
สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น เพราะว่ามันจะไม่มีจุดศูนย์กลางให้ตกลงไป
ที่มา : ฮอว์กิ่ง,สตีเฟ่น
ประวัติย่อของกาลเวลา ฉบับภาพประกอบ.กรุงเทพ:มติชน.2552.312 หน้า .ภาพประกอบ
1.จักรวาล 2.การกำหนดเวลา 3.ดาราศาสตร์ 4.ฟิสิกส์ 5.ปิยบุตร บุรีคำ,ผู้แปล 6.ดร.อรรถกฤต ฉัตรภูมิ,ผู้แปล 7.ชื่อเรื่อง
