มีคนหลายคนที่เชื่อว่า โลกนี้ไม่มีอะไรที่ไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งสัจจะนี้จะเห็นได้ชัดจากสังขาร ความรู้สึก ความรัก ฯลฯ และเมื่อถึงวันนี้นักฟิสิกส์หลายคนก็เชื่อว่า ค่าคงตัว (constant) ต่างๆ ในฟิสิกส์ เช่น ความเร็วแสง มวลของอิเล็กตรอนหรือค่าคงตัวของแรงโน้มถ่วงก็เปลี่ยนแปลงตามกาลเวลาด้วย ซึ่งค่าเหล่านี้นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่คิดว่า ไม่แปรเปลี่ยน คือไม่ว่าเราจะอยู่ที่ใดในจักรวาล หรือในเวลาใด เราก็จะวัดความเร็วแสงได้ 299,792,458 เมตร/วินาที วัดมวลของอิเล็กตรอนได้ 9.10938188+10-31 กิโลกรัม ฯลฯ เสมอ และการที่ค่าลงตัวไม่เปลี่ยนแปลงค่าเลยนี้ ทำให้นักฟิสิกส์สามารถสร้างทฤษฎีได้ เพราะถ้าค่าคงตัวเปลี่ยนแปลงค่าตามกาลเวลา ความสับสน ความโกลาหลก็จะเกิดตามมาอย่างมหาศาล ดังตัวอย่าง ณ วันนี้ E=mc2 แต่ถ้าความเร็วแสงเปลี่ยน ในอนาคต E อาจเท่ากับ mc3 ก็ได้
ความจริง Paul Dirac นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ. 2476 คือ บุคคลแรกที่คิดว่า ค่าคงตัวต่างๆ ในธรรมชาติสามารถเปลี่ยนค่าได้ หลังจากที่ได้ไปดื่มน้ำผึ้งพระจันทร์กับภรรยา ซึ่งก็ได้ทำให้นักฟิสิกส์หลายคนปรักปรำว่า การแต่งงานทำให้ Dirac เพี้ยน เพราะถ้าค่าคงตัวเหล่านี้เปลี่ยนไปแม้แต่น้อย มนุษย์ สิ่งมีชีวิต สิ่งไม่มีชีวิต และจักรวาลจะเปลี่ยนสภาพ คือไม่มีรูปร่างอย่างที่เป็นอยู่
อัลฟา (a) คือค่าคงตัวอีกค่าหนึ่งที่นักฟิสิกส์รู้จักในนามว่า ค่าคงตัวของโครงสร้างละเอียด (fine structure constant) ซึ่งมีค่าประมาณ 1/137 และตัวเลขนี้ได้จากการคำนวณค่าของ 2pe2/hc เมื่อ p คือ 3.1415926 e คือประจุของอิเล็กตรอน ซึ่งมีค่า 1.6x10-19 คูลอมป์ และ c คือความเร็วแสง การคำนวณอย่างละเอียดทำให้เรารู้ว่า a มีค่า = 1/137.03599976
Arnold Sommerfeld เป็นบุคคลแรกที่ได้แนะนำให้โลกรู้จักค่าคงตัวนี้ในปี พ.ศ. 2458 และตัวเลข 137 ได้ทำให้นักฟิสิกส์ทุกคนงุนงงมากว่าเหตุใด อัลฟาจึงมีค่าโดยประมาณเท่ากับ 1/137 แม้กระทั่ง Wolfgang Pauli นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ.2488 ก็ได้หมกมุ่นกับเลข 137 มาก จนถึงกับได้ขอร้องให้ตนได้สิ้นใจในห้องเลขที่ 137 ของโรงพยาบาลในเมือง Zurich ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ เมื่อต้องจากโลกไป
ความสำคัญของอัลฟาในวิชาฟิสิกส์คือ เป็นดัชนีชี้บอกความรุนแรงของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นแรงที่กระทำระหว่างประจุ เช่น แรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอนด้วยกัน หรือแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตอน เพราะอะตอมทุกชนิดคงรูปอยู่ได้ด้วยแรงไฟฟ้า ดังนั้น ถ้าอัลฟาเปลี่ยนแปลงค่าอะตอมก็จะเปลี่ยนขนาดด้วย เช่น ถ้าอัลฟามีค่าน้อยลง สสารทุกชนิดก็จะมีความหนาแน่นน้อยลง และถ้าเราทำให้สสารเย็นลง หากอัลฟามีค่าน้อยลง พันธะเคมีที่มีระหว่างอะตอม ก็จะแตกทำลาย เหล่าธาตุที่เสถียรก็จะเพิ่มมากขึ้น แต่ถ้าอัลฟามีค่าเพิ่มขึ้น นิวเคลียสของธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยก็จะสลาย เพราะอนุภาคโปรตอนในนิวเคลียส ซึ่งมีประจุบวกเหมือนกัน ก็จะผลักกันอย่างรุนแรงจนแรงดึงดูดแบบนิวเคลียสไม่สามารถต่อต้านได้ และนั่นก็คือจุดจบของนิวเคลียส ณ วันนี้อัลฟามีค่าเท่ากับ 0007297 ดังนั้น ถ้าอัลฟามีค่าเพิ่มขึ้นเป็น 0.1 ไฮโดรเจนจะมิสามารถรวมตัวกันเป็นฮีเลียมได้ และนั่นก็หมายความว่า ดาวฤกษ์ เช่น ดวงอาทิตย์จะดับ
ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับวันที่ 27 สิงหาคม พ.ศ. 2544 คณะนักดาราศาสตร์ และนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน อังกฤษ และออสเตรเลียได้รายงานผลที่แสดงให้เห็นว่า ในอดีตเมื่อ 10,000 ล้านปีก่อนนี้ อัลฟาขณะนั้นมีค่าไม่เท่าอัลฟาขณะนี้ ซึ่งได้สร้างความฮือฮาให้กับคนในวงการมาก
คณะนักวิจัยได้ข้อสรุปดังกล่าวจากการสังเกตแสงที่มาจากดาว quasar 72 ดวง ซึ่งแสงจากดาวเหล่านั้นได้ผ่านฝุ่นละออง และเมฆในอากาศมาจนถึงโลก เพราะเมฆมีธาตุต่างๆ มากมาย เช่น แมกนีเซียม เหล็ก นิกเกิล และสังกะสี ที่สามารถดูดซับแสงบางความยาวคลื่นได้ ดังนั้น เวลานักดาราศาสตร์ศึกษาสเปกตรัมแสงจาก quasar เขาจะเห็นสเปกตรัมที่เป็นเส้นทึบดำหลายเส้น รูปแบบของสเปกตรัมเส้นที่ปรากฏจึงสามารถบอกนักวิทยาศาสตร์ให้รู้ว่า ในเมฆอวกาศมีธาตุชนิดใดบ้าง และเวลาอะตอมดูดซับแสง มันต้องใช้แรงไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส (ซึ่งแรงไฟฟ้าขึ้นกับค่าอัลฟาอีกทอดหนึ่ง) ดังนั้น อัลฟาจึงเป็นตัวกำหนด รูปแบบของเส้นสเปกตรัมที่ปรากฏ
และเมื่อคณะนักวิจัยเก็บรวบรวมข้อมูลแสงจากดาว quasar มาวิเคราะห์เขา ก็ได้พบว่า สเปกตรัมเส้นมีความยาวคลื่นแตกต่างจากที่คาดคิดมาก รูปแบบในภาพรวมเสมือนจะชี้บอกว่า ค่าคงตัวอัลฟาเมื่อหนึ่งหมื่นล้านปีมาแล้ว มีค่าน้อยกว่าค่าอัลฟาปัจจุบันประมาณ 0.001% นั่นคือ ในอดีตอัลฟามีค่า 1/137.037 แต่ปัจจุบันมีค่า 1/137.036
เพราะค่าอัลฟามีความสำคัญ ดังนั้น การตรวจสอบอย่างละเอียดรอบคอบ จึงเป็นเรื่องจำเป็น และถ้าเป็นไปได้ ก็ควรจะใช้วิธีตรวจสอบหลายวิธี เช่น ศึกษาจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับวันที่ 22 ตุลาคม พ.ศ. 2544 Ekkehard Peik แห่ง Physical Technical Institute ที่เมือง Braunschweig ในเยอรมนีได้รายงานผลการทดลองที่ต้องใช้นาฬิกาปรมาณูวิเคราะห์ดูว่า อัลฟาเปลี่ยนค่าตามกาลเวลาหรือไม่
โดยคณะนักวิจัยกลุ่มนี้ได้นำอะตอมของธาตุ ytterbium หนึ่งอะตอมมากระตุ้นด้วยแสงเลเซอร์ ทำให้อิเล็กตรอนในอะตอมมีพลังงานสูงขึ้น ดังนั้น เวลาอิเล็กตรอนกลับคืนสู่สถานะเดิม มันจะปล่อยแสงออกมาให้นาฬิกาปรมาณูวัดความถี่ของแสงนั้น เพราะความถี่ของแสงขึ้นกับแรงไฟฟ้าระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอน (หรืออาจกล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่า ขึ้นกับค่าอัลฟา)
การทดลองนี้ได้ทำให้นักฟิสิกส์รู้ค่าของอัลฟาละเอียดถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 15 และอีก 3 ปีต่อมา คือในปี 2547 นักทดลองกลุ่มนี้ก็ได้วัดค่าอัลฟาอีก และก็ได้ข้อสรุปว่า ในเวลา 3 ปี อัลฟามิได้เปลี่ยนค่าเลยแม้แต่น้อย เราจึงเห็นได้ว่า ประเด็นที่แตกต่างระหว่างการทดลองทั้งสองนี้คือ กลุ่มแรกวัดอัลฟาโดยศึกษาแสงจากดาว quasar ที่เดินทางมาโลก โดยใช้เวลานับหมื่นล้านปี จึงไม่สามารถให้ข้อมูลละเอียดได้ ส่วนกลุ่มหลังที่ศึกษาอะตอมได้ใช้เทคโนโลยีที่ละเอียดและแม่นยำมาก แต่ก็ศึกษาอัลฟาเพียงในช่วงเวลาสั้น (3 ปี)
ในวารสาร Astronomy and Astrophysics 0402177 ที่ตีพิมพ์เมื่อปีกลายนี้ W.Chand กับคณะได้รายงานการใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในธาตุ 235 U (ยูเรเนียม) ที่เหมือง Oklo ของประเทศ Gabon ในแอฟริกา ซึ่งได้แตกตัวมานาน 1,800 ล้านปีแล้ว การวัดจำนวนนิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยาแยกตัวของยูเรเนียม ทำให้คณะนักวิจัยชุดนี้รายงานว่า อัลฟาไม่เปลี่ยนค่า หรือถ้าจะเปลี่ยนก็ไม่เกิน (-0.06+0.06) x10-3%
จึงเป็นว่า ณ วันนี้กรณีค่าคงตัวต่างๆ จะเปลี่ยนค่าหรือไม่ ยังไม่มีการสรุปแบบฟันธง ถ้าค่าคงตัวเปลี่ยนค่าจริง นักฟิสิกส์ทฤษฎีก็คงต้องคิดหาเหตุผลต่อว่า อะไรทำให้มันเปลี่ยนค่า และถ้าค่าคงตัวไม่เปลี่ยนค่า โลกฟิสิกส์ก็คงอยู่ในภาวะสงบสุขไปอีกนาน เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Einstein ก็ยังคงใช้ได้ต่อไป ถ้าความเร็วแสงไม่เปลี่ยนค่า แต่ก็มีคนอีกหลายคนที่อยากเห็น Einstein ผิด และตนเป็นคนแรกที่รู้ว่าความเร็วแสงไม่คงตัวครับ
สุทัศน์ ยกส้าน ภาคีสมาชิก ราชบัณฑิตยสถาน
