เข้าใจจักรวาลวิทยาไม่ได้ ไม่ใช่เรื่องแปลก: อะไรที่เรารู้ และอะไรที่ยังไม่รู้

คำค้นหา

• จักรวาลวิทยา ทำไมเข้าใจยาก
• หลุมดำ สิ่งที่ยังไม่รู้
• หลุมดำ รู้อะไรแล้วบ้าง
• คลื่นความโน้มถ่วง สังเกตอะไรอยู่
• ภายในโลก สังเกตโดยตรงไม่ได้
• สสารมืด พลังงานมืด ยังไม่มีคำตอบ
• วิทยาศาสตร์ การสังเกตโดยตรง การสังเกตทางอ้อม การทำนายตามทฤษฎี
• NASA สู้ ๆ

---

1. ทำไมถึงเป็นจักรวาลวิทยาที่เข้าใจยากอยู่เรื่องเดียว

ตรรกะทั่วไปและฟิสิกส์ใกล้ตัว ส่วนใหญ่ก็เข้าใจได้อยู่

ปล่อยของก็ตกลงพื้น ถ้าผลักก็เคลื่อนที่ จับของร้อนก็ร้อน ยิ่งลงลึกใต้น้ำ ความดันก็ยิ่งเพิ่ม ที่ใจกลางโลก ทิศทางของแรงโน้มถ่วงหักล้างกันหมด แต่ความดันรุนแรงมากจากทุกทิศทาง

เรื่องแบบนี้ สัญชาตญาณกับทฤษฎีเชื่อมกันได้พอสมควร

แต่พอเป็นเรื่องจักรวาล จู่ ๆ ก็เริ่มรู้สึกว่ายอมรับยาก

หลุมดำ คลื่นความโน้มถ่วง กาลอวกาศที่โค้งงอ สสารมืด พลังงานมืด การขยายตัวของจักรวาล ซิงกูลาริตี (จุดเอกฐาน)

มาถึงตรงนี้ ก็อดคิดไม่ได้ว่า "เดี๋ยวนะ เรื่องนี้เขารู้กันจริง ๆ เหรอ"

ฉันคิดว่านี่เป็นวิธีสงสัยที่ค่อนข้างดีต่อสุขภาพ

จักรวาลวิทยาไม่ใช่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่ทุกอย่างกระจ่างครบแล้ว

มีส่วนที่รู้แน่นหนามาก และส่วนที่ยังไม่รู้จริง ๆ ปนกันอยู่

ดังนั้นประเด็นสำคัญไม่ใช่การตัดสินวิทยาศาสตร์อวกาศแบบหยาบ ๆ ว่า "เชื่อ หรือไม่เชื่อ"

สิ่งที่สังเกตได้โดยตรง สิ่งที่อนุมานได้อย่างหนักแน่นจากหลักฐานทางอ้อม สิ่งที่ทฤษฎีทำนายไว้ว่าควรเป็นแบบนั้น สิ่งที่ยังไม่รู้

คือการแยกสี่อย่างนี้ออกจากกัน

ถ้าไม่แยกแล้วบอกว่า "รู้หมดแล้วนะ" มันจะกลายเป็น "วิทยาศาสตร์แบบลิง" ที่ค่อนข้างมักง่าย (วิทยาศาสตร์เทียมแบบแกล้งรู้ ไม่มีหลักฐานรองรับ)

2. แค่ชื่อ "หลุม" ของหลุมดำ ก็ทำให้สับสนแล้ว

ชื่อ "หลุมดำ" ทำให้เข้าใจผิดได้ง่ายมาก

เรามักนึกถึงพื้นที่ว่างที่เจาะเป็นรูบนอะไรสักอย่าง เหมือนรูโดนัทหรือรูจมูก

แต่ NASA อธิบายว่า หลุมดำไม่ใช่หลุมในความหมายจริง ๆ หากแต่เป็นสสารจำนวนมหาศาลที่อัดแน่นอยู่ในพื้นที่เล็กมาก ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ (เส้นแบ่งที่ข้ามไปแล้วกลับไม่ได้) แรงโน้มถ่วงแรงจนแม้แต่แสงก็หนีออกมาไม่ได้

พูดอีกอย่างคือ แทนที่จะเป็น "รูที่เจาะอยู่ในจักรวาล" หลุมดำใกล้เคียงกับ

บริเวณที่แรงโน้มถ่วงแรงเกินไป จนไม่มีเส้นทางให้ย้อนกลับออกมาข้างนอกอีกแล้ว

ถ้าเปรียบกับดราก้อนบอล (มังงะและอนิเมะญี่ปุ่นที่โด่งดังมาก) จุดเริ่มต้นที่ว่า "ดาวของไคโอเคนที่แรงโน้มถ่วงสูง" ก็ถือว่าใช้ได้เลยทีเดียว

แต่หลุมดำไม่ใช่แค่ดาวไคโอเคนเวอร์ชันอัปเกรด มันอันตรายกว่านั้นอีกขั้น

• ดาวไคโอเคน: แรงโน้มถ่วงสูง แต่ถ้าพยายามก็ยังขยับตัวและกลับออกมาได้
• หลุมดำ: พอข้ามเส้นแบ่งไปแล้ว แม้แต่แสงก็กลับมาไม่ได้
• ดาวไคโอเคน: สถานที่ฝึกวิชา
• หลุมดำ: คุกแห่งจักรวาลที่ทางออกหายไปแล้ว

ดังนั้น หลุมดำใกล้เคียงกับ สภาวะที่ตามกฎฟิสิกส์แล้วไม่มีทางกลับ มากกว่าที่จะเป็น "หลุม"

3. "การกลายเป็นเส้นสปาเก็ตตี" ไม่เคยถูกสังเกตโดยตรงกับมนุษย์

ว่ากันว่าถ้าตกลงไปในหลุมดำ ตัวจะถูกดึงยืดยาวเหมือนเส้นสปาเก็ตตี

แต่ตรงนี้ก็ควรระวังอย่าทำเป็นรู้เกินจริง

ยังไม่เคยมีใครถ่ายภาพขณะที่มนุษย์ตกลงไปในหลุมดำแล้วถูกยืดเป็นเส้นก๋วยเตี๋ยว

แน่นอนว่ายังไม่เคยสังเกตเห็น

หลักฐานของเรื่องนี้ ส่วนใหญ่คือทฤษฎีแรงน้ำขึ้นน้ำลง (แรงไทดัล) และการสังเกตที่ตีความได้ว่าดาวฤกษ์ถูกฉีกขาดเมื่อเข้าใกล้หลุมดำ

แรงไทดัลคือแรงที่เกิดขึ้นเพราะแรงโน้มถ่วงที่ด้านใกล้กับด้านไกลของวัตถุมีความแรงไม่เท่ากัน

ตัวอย่างเช่น ถ้าตกลงไปโดยเอาเท้าลง เท้าจะอยู่ใกล้หลุมดำมากกว่า เท้าจึงถูกดึงแรงกว่า ส่วนหัวถูกดึงอ่อนกว่าเล็กน้อย

ความต่างนี้ทำให้ตัวยืดออกตามแนวตั้ง ขณะเดียวกันก็ถูกบีบในแนวนอน

นี่คือภาพพื้นฐานของการกลายเป็นเส้นสปาเก็ตตี

อย่างไรก็ตาม ตรงนี้ต้องจัดระเบียบก่อน

• วัตถุถูกยืดออกเพราะแรงโน้มถ่วงต่างกัน: ในทางทฤษฎีค่อนข้างแน่นหนา
• ดาวฤกษ์ที่ดูเหมือนถูกฉีกขาดใกล้หลุมดำ: สังเกตพบแล้ว
• ภาพที่มนุษย์กลายเป็นเส้นสปาเก็ตตีจริง ๆ: ไม่เคยสังเกตโดยตรง
• สุดท้ายแล้วภายในขอบฟ้าเหตุการณ์เกิดอะไรขึ้น: ยังมีส่วนที่ไม่รู้

NASA เองก็อธิบายว่า สิ่งที่เกิดขึ้นกับสสารหลังข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ไปแล้ว ยังมีส่วนที่ไม่ทราบแน่ชัด

การเอาทั้งหมดนี้มาปนกันแล้วบอกว่า "รู้หมดแล้ว" ถือว่าหยาบไปหน่อย

ฉันคิดว่าวิธีพูดที่ซื่อสัตย์ที่สุดคือแบบนี้

ใกล้หลุมดำ มีการทำนายว่าแรงไทดัลจะยืดวัตถุออก และมีการสังเกตที่ตีความได้ว่าดาวฤกษ์ถูกฉีกขาดจริง แต่ยังไม่เคยสังเกตโดยตรงว่าร่างกายขนาดมนุษย์กลายเป็นเส้นสปาเก็ตตี และภายในหลุมดำก็ยังมีส่วนที่ยังไม่ได้คำตอบ

ระดับประมาณนี้กำลังดี

4. ที่ใจกลางโลก แรงโน้มถ่วงหักล้างกัน แต่ความดันสูงสุดขั้น

เวลาพูดถึงแรงโน้มถ่วง จะมีคำถามหนึ่งผุดขึ้นมาเองตามธรรมชาติ

บนโลก วัตถุถูกดึงเข้าหาใจกลางโลก แล้วถ้าอยู่ที่ใจกลางโลกเองจะเป็นอย่างไร

คำตอบคือ ในแบบจำลองที่ใกล้เคียงกับทรงกลมสมมาตร ความเร่งโน้มถ่วงที่ใจกลางโลกเกือบเป็นศูนย์

เพราะรอบตัวทุกทิศทางล้วนมีสสารของโลกอยู่

ถูกดึงจากทางขวา ถูกดึงจากทางซ้าย ถูกดึงทั้งจากข้างบนและข้างล่าง

ถ้าสมมาตรสมบูรณ์ แรงดึงเหล่านั้นก็หักล้างกัน

แต่สิ่งสำคัญตรงนี้คือ

แรงโน้มถ่วงใกล้ศูนย์ ไม่ได้แปลว่าปลอดภัย

ที่ใจกลางโลก ความดันรุนแรงสุด ๆ จากทุกทิศทาง

ต่อให้ทิศทางของแรงโน้มถ่วงหักล้างกัน ความดันจากน้ำหนักของสสารที่อยู่ข้างบนก็ยังสะสมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ

ใจกลางโลกจึงเป็นแบบนี้

• ความเร่งโน้มถ่วง: ที่ใจกลางเกือบเป็นศูนย์
• ความดัน: สูงสุดขั้น
• อุณหภูมิ: สูงมาก
• มนุษย์: ตายทันที

พูดให้เห็นภาพก็คือ "ดูเหมือนไร้น้ำหนัก แต่จริง ๆ เป็นนรกที่ถูกอัดจากทุกทิศด้วยน้ำหนักของโลกทั้งใบ"

5. ภายในโลกก็ไม่ได้ถูกมองเห็นโดยตรง

เรื่องนี้สำคัญเหมือนกัน

มนุษย์ไม่เคยไปถึงใจกลางโลกและมองเข้าไปข้างในด้วยตาตัวเอง

ความรู้เกี่ยวกับภายในโลกส่วนใหญ่เป็นการอนุมานจากการรวมข้อมูลคลื่นไหวสะเทือน แรงโน้มถ่วง สนามแม่เหล็ก การไหลของความร้อน การทดลองกับหิน และการเคลื่อนที่ของโลก

USGS (สำนักสำรวจธรณีวิทยาสหรัฐฯ) ก็อธิบายว่า ข้อมูลปัจจุบันเกี่ยวกับภายในโลกได้มาจากเส้นทางและลักษณะของคลื่นไหวสะเทือน การทดลองกับหินและแร่ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง รวมถึงแรงโน้มถ่วง สนามแม่เหล็ก และการไหลของความร้อนของโลก

กล่าวคือ ภายในโลกเองก็อยู่ในสภาพที่ว่า

ไม่ได้เห็นโดยตรง แต่หลักฐานทางอ้อมหลายอย่างสอดคล้องกันอย่างหนักแน่น

จะบอกว่า "ในเมื่อไม่ได้เห็นโดยตรง ก็โกหกทั้งหมด" ก็ไม่ได้

แต่การพูดราวกับว่าเห็นโดยตรงก็ไม่ถูกเช่นกัน

ตรงนี้ก็เช่นกัน ต้องแยกการสังเกตโดยตรง การสังเกตทางอ้อม และการอนุมานตามทฤษฎีออกจากกัน

6. คลื่นความโน้มถ่วงมองเห็นจักรวาลได้ แล้วทำไมสแกนภายในโลกแบบ CT ไม่ได้

ถ้าคลื่นความโน้มถ่วงมองเห็นจักรวาลได้ ก็น่าจะมองเห็นแรงโน้มถ่วงในโลกได้ด้วยไม่ใช่หรือ

คำถามนี้เป็นธรรมชาติมาก

แต่คลื่นความโน้มถ่วงกับสนามโน้มถ่วงของโลกเป็นคนละชนิดกัน

คลื่นความโน้มถ่วงคือระลอกคลื่นของกาลอวกาศที่เกิดจากปรากฏการณ์รุนแรง เช่น หลุมดำชนและรวมกัน

LIGO (หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงของสหรัฐฯ) ประกาศว่า เมื่อวันที่ 14 กันยายน 2015 ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรงได้เป็นครั้งแรก จากการรวมตัวของหลุมดำสองดวง

นี่คือเรื่องของ "กาลอวกาศสั่นไหวในจักรวาลอันไกลโพ้น และแรงสั่นนั้นเดินทางมาถึงโลก"

ส่วนแรงโน้มถ่วงภายในโลกโดยพื้นฐานแล้วเป็นสนามโน้มถ่วงแบบนิ่ง

ไม่ใช่สิ่งที่พุ่งมาในรูปคลื่น

แน่นอนว่าสนามโน้มถ่วงของโลกถูกวัดอยู่

GRACE-FO ของ NASA/JPL เป็นภารกิจที่วัดการเปลี่ยนแปลงของสนามโน้มถ่วงโลก เพื่อติดตามการเคลื่อนที่ของน้ำและการเปลี่ยนแปลงของมวลบนพื้นผิว

แต่นั่นไม่ได้แปลว่าจะสแกนภายในโลกแบบ CT ได้อย่างสะอาดสะอ้าน

ถ้าใช้แค่แรงโน้มถ่วง ข้อมูลจะปนกัน

ต่อให้จากพื้นผิวหรือดาวเทียมรู้ว่า "ตรงนี้แรงโน้มถ่วงแรงกว่าเล็กน้อย" ก็ยากที่จะฟันธงด้วยข้อมูลแรงโน้มถ่วงอย่างเดียวว่า นั่นคือความต่างของความหนาแน่นในชั้นตื้น โครงสร้างระดับลึก น้ำใต้ดิน น้ำแข็ง หรือชั้นเนื้อโลก

ดังนั้น การจะมองภายในโลก ต้องผสมทั้งแรงโน้มถ่วง คลื่นไหวสะเทือน สนามแม่เหล็ก การทดลองกับหิน และแบบจำลองเชิงตัวเลข เป็นต้น

สรุปคือ

ใช้คลื่นความโน้มถ่วงมองจักรวาล → ตรวจจับการสั่นไหวรุนแรงของกาลอวกาศ

มองแรงโน้มถ่วงภายในโลก → วัดความไม่สม่ำเสมอของสนามโน้มถ่วงอันเงียบสงบที่เกิดจากการกระจายตัวของมวล

ทำภาพภายในโลกให้สมบูรณ์ → ยังทำไม่ได้ ข้อมูลปนกัน ต้องใช้ร่วมกับคลื่นไหวสะเทือนและอื่น ๆ

ประมาณนี้

7. จักรวาลมีทั้ง "ส่วนที่ทายถูก" และ "ส่วนที่ยังไม่รู้" ปนกัน

เหตุผลที่จักรวาลวิทยายอมรับยาก น่าจะอยู่ตรงนี้

วิทยาศาสตร์อวกาศทายถูกไปเยอะมาก

ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงแล้ว ถ่ายภาพเงาของหลุมดำได้แล้ว ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปผ่านการทดสอบจากการสังเกตมากมาย ภายในโลกก็ถูกอนุมานได้อย่างหนักแน่นจากคลื่นไหวสะเทือนและหลักฐานอื่น

ในทางกลับกัน สิ่งที่ยังไม่รู้ก็ใหญ่โตมหาศาลเช่นกัน

สสารมืดประกอบขึ้นจากอะไร พลังงานมืดคืออะไร ภายในหลุมดำเกิดอะไรขึ้น ซิงกูลาริตีมีอยู่จริงทางกายภาพหรือไม่ แรงโน้มถ่วงกับกลศาสตร์ควอนตัมจะรวมกันได้อย่างไร จะจัดการกับจุดกำเนิดของจักรวาลเองอย่างไร

ESA (องค์การอวกาศยุโรป) อธิบายว่า สสารธรรมดาเป็นเพียงส่วนน้อยนิดของจักรวาล และมวลกับพลังงานของจักรวาลกว่า 95% ประกอบด้วยสสารมืดและพลังงานมืด และเกี่ยวกับสสารมืด ก็ระบุว่ายังไม่ทราบว่าประกอบขึ้นจากอะไร

เรื่องนี้ใหญ่มาก

กล่าวคือ จักรวาลวิทยาสมัยใหม่อยู่ในสภาพที่ว่า

ทายถูกไปค่อนข้างมาก แต่ไม่ใช่คำตอบสุดท้าย และมนุษยชาติยังไม่รู้จักจักรวาลส่วนใหญ่เลย

ดังนั้น การรู้สึกว่า "มีแต่คำอธิบายเรื่องจักรวาลที่ยอมรับไม่ได้" จึงไม่แปลกเลย

ตรงกันข้าม ฉันคิดว่าการรู้สึกขัดใจเมื่อมีคนทำเหมือนเข้าใจแม้แต่ส่วนที่ยังไม่มีคำตอบ เป็นเรื่องธรรมชาติกว่า

8. มองวิทยาศาสตร์ด้วยการคัดแยก ไม่ใช่ด้วยความศรัทธา

การถามว่า "เชื่อวิทยาศาสตร์หรือไม่เชื่อ" ค่อนข้างหยาบ

สิ่งสำคัญคือแยกให้ออกว่าสิ่งที่ได้ยินอยู่เป็นเรื่องในระดับไหน

ระดับ	ความหมาย	ตัวอย่าง
การสังเกตโดยตรง	ตรวจจับ ถ่ายภาพ หรือวัดได้จริง	การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง การถ่ายภาพเงารอบหลุมดำ
การสังเกตทางอ้อม	อนุมานอย่างหนักแน่นจากผลลัพธ์	โครงสร้างภายในโลก พฤติกรรมของสสารรอบหลุมดำ
การทำนายตามทฤษฎี	สมการทำนายว่าจะเป็นแบบนั้น	การกลายเป็นเส้นสปาเก็ตตี การหักล้างกันของแรงโน้มถ่วงที่ใจกลาง
ยังไม่มีคำตอบ	ยังไม่รู้	ภายในหลุมดำ ตัวตนของสสารมืด แรงโน้มถ่วงควอนตัม

ถ้ามีตารางนี้อยู่ในหัว เวลาฟังเรื่องจักรวาลจะสบายใจขึ้นมาก

"เรื่องนั้นเห็นโดยตรงแล้วหรือยัง" "เป็นการสังเกตทางอ้อมหรือเปล่า" "เป็นการทำนายตามทฤษฎีหรือเปล่า" "หรือยังไม่รู้กันแน่"

แยกแบบนี้ก็พอ

ไม่จำเป็นต้องสงสัยทุกอย่าง แต่ก็ไม่จำเป็นต้องเชื่อทุกอย่าง

ส่วนที่รู้ ก็คือรู้ ส่วนที่ไม่รู้ ก็คือไม่รู้

แค่นี้ก็พอ

9. สรุป: ที่จักรวาลยอมรับยาก ไม่ใช่เพราะโลกบั๊ก แต่เพราะคำอธิบายของมนุษยชาติยังไปไม่ถึงที่สุด

จักรวาลไม่ได้ดูเหมือนเครื่องจักรที่สร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์ใด

หลุมดำเองก็ดูไม่เหมือนถูกวางไว้เพื่อเป้าหมายอะไร แต่ดูเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อกฎของแรงโน้มถ่วง มวล และกาลอวกาศถูกดันไปจนสุดทาง

ดังนั้นถ้าคิดว่า "มีอยู่เพื่ออะไร" สมองคงจะรวน

จักรวาลเป็นโลกที่อธิบายด้วยเงื่อนไข ไม่ใช่อธิบายด้วยจุดประสงค์

เมื่อเงื่อนไขครบ ดาวก็ก่อตัว เมื่อเงื่อนไขครบ ดาวก็ยุบตัว เมื่อเงื่อนไขครบ ก็กลายเป็นหลุมดำ เมื่อเงื่อนไขครบ คลื่นความโน้มถ่วงก็แผ่ออกมา เมื่อเงื่อนไขครบ เราก็สังเกตได้

แต่กฎพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังเงื่อนไขเหล่านั้น เรายังไม่รู้ทั้งหมด

ดังนั้น ฉันคิดว่าท่าทีที่ดีที่สุดต่อจักรวาลวิทยาคือแบบนี้

ส่วนที่รู้ ก็ยอมรับตามจริง ส่วนที่ไม่รู้ ก็บอกว่าไม่รู้ สิ่งที่ไม่เคยสังเกต อย่าพูดราวกับว่าเคยสังเกตแล้ว อย่าเปลี่ยนการทำนายตามทฤษฎีให้เป็นความศรัทธา แต่ก็อย่าปฏิเสธส่วนที่การสังเกตกับการคำนวณตรงกันอย่างมักง่าย

ฉันคิดว่านี่เป็นวิธีอยู่กับจักรวาลที่ซื่อสัตย์พอสมควร

จักรวาล ไม่เข้าใจเลย

แต่เพราะไม่เข้าใจนี่แหละ ถึงสนุก

NASA สู้ ๆ ❤

---

แหล่งข้อมูลอ้างอิง / Sources

• NASA Science, “Black Holes”
  • https://science.nasa.gov/universe/black-holes/
• NASA Science, “Black Hole Anatomy”
  • https://science.nasa.gov/universe/black-holes/anatomy/
• NASA Science, “What Happens When Something Gets ‘Too Close’ to a Black Hole?”
  • https://science.nasa.gov/universe/what-happens-when-something-gets-too-close-to-a-black-hole/
• NASA JPL, “How Scientists Captured the First Image of a Black Hole”
  • https://www.jpl.nasa.gov/edu/resources/teachable-moment/how-scientists-captured-the-first-image-of-a-black-hole/
• LIGO Caltech, “Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein’s Prediction”
  • https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160211
• ESA, “The dark Universe”
  • https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/The_dark_Universe
• USGS, “The Interior of the Earth”
  • https://pubs.usgs.gov/gip/interior/
• NASA JPL, “GRACE-FO”
  • https://www.jpl.nasa.gov/missions/gravity-recovery-and-climate-experiment-follow-on-grace-fo/

---