AstroClub LKS

นักฟิสิกส์เสนอว่า เอกภพของเราอาจเป็นแค่ "พิกเซล" ระดับควอนตัม… เราคุ้นเคยกับการมอง พื้นที่ว่าง-เวลา (Spacetime) ว่ามีความราบเรียบและต่อเนื่องกลมกลืนเป็นเนื้อเดียวกันมาโดยตลอด ทว่าในแวดวงฟิสิกส์ยุคใหม่มีแนวคิดที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่งที่เสนอว่าโครงสร้างของเอกภพในระดับพื้นฐานที่สุดอาจมีลักษณะเป็นพิกเซล (Pixelated) ซึ่งประกอบขึ้นจากหน่วยย่อยของกาลอวกาศที่เล็กเกินกว่าจะแบ่งย่อยลงไปได้อีก หรือที่เรียกว่า พิกเซลควอนตัมสเกลพลังค์ (Planck-scale quantum pixels) แนวคิดนี้เปรียบได้กับการมองภาพถ่ายดิจิทัลความละเอียดสูง ซึ่งหากซูมภาพเข้าไปจนสุดขีดความสามารถ เราจะเห็นว่าภาพที่ดูเรียบเนียนนั้นประกอบขึ้นจากเม็ดสีสี่เหลี่ยมเล็กๆ จำนวนมหาศาลที่เรียงต่อกันและไม่สามารถหั่นแบ่งลงไปได้อีกแล้ว ในบริบทของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี กรอบการทำงานอย่างความโน้มถ่วงเชิงควอนตัมแบบลูป (Loop Quantum Gravity หรือ LQG) ได้ให้คำอธิบายว่าอวกาศถูกถักทอขึ้นจากวงวนเรขาคณิตควอนตัมที่มีขนาดจำกัด
โดยผลงานตีพิมพ์ในปี 2021 ของนักฟิสิกส์ อภัย อัชเตการ์ (Abhay Ashtekar) และ อูเจนิโอ เบียงคี (Eugenio Bianchi) ระบุชัดเจนว่าโครงสร้างเรขาคณิตควอนตัมนี้มี "ช่องว่างของพื้นที่" (Area gap) ซึ่งทำหน้าที่เป็นหน่วยพื้นฐานที่เล็กที่สุดอยู่ ส่งผลให้ค่าของพื้นที่และปริมาตรมีลักษณะเป็น สเปกตรัมแบบไม่ต่อเนื่อง (Discrete spectrum) ความเข้าใจนี้ได้รับการสนับสนุนและขยายความโดย ทฤษฎีเซตเชิงสาเหตุ (Causal Set Theory) ที่มองว่ากาลอวกาศคือกลุ่มของเหตุการณ์ (Events) ที่แยกตัวออกจากกันและถูกจัดเรียงลำดับด้วยความสัมพันธ์เชิงเหตุและผล (Causality) คล้ายกับการล้มของโดมิโนในปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เหตุการณ์หนึ่งจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีเหตุการณ์ก่อนหน้ามากระทบเท่านั้น
ความพยายามที่จะเข้าใจความไม่ต่อเนื่องนี้นำไปสู่การค้นพบทางคณิตศาสตร์ที่สร้างความประหลาดใจอย่างมากในปี 2003 เมื่อ โลรองต์ ไฟรเดล (Laurent Freidel), เอเทอรา อาร์. ลิวีน (Etera R. Livine), และ คาร์โล โรเวลลี (Carlo Rovelli) ได้ทำการศึกษาลึกลงไปในสเปกตรัมของความยาวและพื้นที่ของโมเดลกาลอวกาศ 3 มิติ (2+1 มิติ) พวกเขาพบว่าปริมาณทางเรขาคณิตมีพฤติกรรมที่แปลกไปจากสามัญสำนึก โดยระยะห่างเชิงอวกาศ (Spacelike intervals) มีค่าที่ต่อเนื่องกันไปเรื่อยๆ ในขณะที่ระยะห่างเชิงเวลา (Timelike intervals) กลับมีค่าเป็นขั้นๆ อย่างไม่ต่อเนื่องอย่างชัดเจน
การมองกาลอวกาศในรูปแบบของพิกเซลควอนตัมที่จับต้องได้นี้มีประโยชน์มหาศาลในการแก้ปัญหาความขัดแย้งทางคณิตศาสตร์ที่รบกวนนักฟิสิกส์มานาน โดยเฉพาะปัญหา ภาวะเอกฐาน (Singularity) ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งมักจะทำนายถึงจุดที่มีความหนาแน่นเป็นอนันต์ในหลุมดำหรือในช่วงเริ่มต้นของเอกภพ เมื่อเรานำเงื่อนไขของความไม่ต่อเนื่องเข้ามาใช้ ภาวะเอกฐานเหล่านั้นจะถูกอธิบายใหม่ด้วยกลุ่มก้อนของพิกเซลควอนตัมที่มีความหนาแน่นสูงแต่มีค่าจำกัดอย่างชัดเจน ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางเลือกอย่าง การสะท้อนกลับครั้งใหญ่ (Big Bounce) จากการที่ปริมาตรไม่สามารถหดตัวลงจนเป็นจุดที่ไร้ขนาดได้อีกต่อไป โครงสร้างที่แท้จริงของความเป็นจริงที่เรากำลังอาศัยอยู่อาจเป็นตารางของพิกเซลระดับควอนตัมที่เรียงร้อยต่อกันด้วยกฎของเหตุและผลพื้นฐาน กำหนดรูปแบบการดำรงอยู่ของสรรพสิ่งตั้งแต่โครงสร้างอะตอมไปจนถึงการขยายตัวของกาแล็กซีต่างๆ ในเอกภพ

[แหล่งอ้างอิง]
[1] Ashtekar, A., & Bianchi, E. (2021). A Short Review of Loop Quantum Gravity. arXiv preprint arXiv:2104.04394.
[2] Freidel, L., Livine, E. R., & Rovelli, C. (2003). Spectra of Length and Area in (2+1) Lorentzian Loop Quantum Gravity. Class. Quant. Grav. 20 (2003) 1463-1478.
[3] AI Labs: Exploratory Science and Paradoxes. (2024, November 17). The Spacetime Trick That's Redefining Physics: Causal Set Theory [Video]. YouTube.
#ฟิสิกส์ควอนตัม #วิทยาศาสตร์ #ความโน้มถ่วงเชิงควอนตัม #เอกภพ #ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ #กาลอวกาศ #ความรู้ฟิสิกส์