จะมีไหม "ทฤษฎีสรรพสิ่ง" อธิบายทั้งจักรวาล

สเปซด็อทคอม - เรื่องของการท้าทายธรรมชาติ ความพยายามเอาชนะในสิ่งที่เหนือกว่าเป็นสิ่งที่มีในตัวมนุษย์ทุกคน จึงไม่แปลกที่นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งจะลุกขึ้นมาหา "ทฤษฎีสรรพสิ่ง" ที่อธิบายกฎทั้งหมดในจักรวาล แล้วทฤษฎีดังกล่าวมีจริงหรือไม่

เพื่อจะอธิบายความเป็นไปของจักรวาลอันกว้างใหญ่ไพศาลนักวิทยาศาสตร์พยายามหาสิ่งที่เล็กที่สุดซึ่งประกอบขึ้นเป็นจักรวาล ในอดีตกาลนักคิดโบราณเชื่อว่าดิน น้ำ ลม ไฟ คือธาตุพื้นฐานที่สุดของจักรวาล แต่ความก้าวหน้าทางวิทยาศาตร์ได้ทำให้รู้ว่ามีสิ่งที่เล็กลงไปอีก

ในส่วนของนักฟิสิกส์ก็มองสิ่งที่เล็กลงไปถึงระดับอนุภาคซึ่งเล็กยิ่งกว่าอะตอมเพื่ออธิบายถึงแรงดึงดูดและสิ่งเล็กๆ ที่รวมเป็นอะตอม ตลอดจนเสถียรภาพที่อะตอมคงสภาพไว้ได้ และก็สามารถรวมแรงพื้นฐานต่างๆ เข้าด้วยกันโดยเริ่มตั้งแต่แรงแม่เหล็กและแรงไฟฟ้า กลายเป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า จนกระทั่งสามารถรวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนและอย่างเข้มซึ่งแรงทั้งหมดพบได้ในระดับอะตอม

มีเพียงแรงโน้มถ่วงที่เซอร์ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton) เผยให้โลกได้รับรู้ราว 200 ปีแล้วเท่านั้นที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถรวมเข้าแรงอื่นๆ ได้ หากแรงพื้นฐานทั้งหมดรวมเข้าด้วยกันได้ นักวิทยาศาสตร์ก็จะค้นพบ "จอกศักดิ์สิทธิ์" ของวงการฟิสิกส์ที่เรียกว่า "แบบจำลองมาตรฐาน" (Standard Model) ซึ่งสามารถอธิบายจักรวาลได้ตั้งแต่เสี้ยววินาทีแรกหลังเกิด "บิ๊กแบง" (Big Bang)

ปัจจุบันจึงเกิดคำถามสำคัญที่สุดในวงการวิทยาศาสตร์ยุคใหม่ว่า มี "ทฤษฎีสรรพสิ่ง" (Theory of Everything) ซึ่งเป็นทฤษฎีหนึ่งเดียวที่สามารถอธิบายทุกสิ่งได้หรือไม่


มาร์ก แจ็คสัน (Mark Jackson) นักฟิสิกส์ทฤษฎีแห่งห้องปฏิบัติการเฟอร์มิแล็บ (Fermilab) ในอิลลินอยส์ สหรัฐอเมริกาให้ความเห็นว่านักฟิสิกส์เข้าใจการถือกำเนิดของเอกภพตั้งแต่ระดับ 1 ในล้านวินาทีแล้ว แต่ความรู้ฟิสิกส์เท่าที่มีอยู่ยังไม่สามารถอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นแรกสุดจริงๆ นับแต่เกิดระเบิดบิ๊กแบง ทั้งนี้หากสามารถรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับแรงอื่นๆ ได้จะทำให้ทฤษฎีฟิสิกส์ที่อธิบายทุกอย่างในจักรวาลกลายเป็นจริง

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์มองอนุภาคเป็นจุดที่ไม่สามารถวัดได้และบรรจุแรงพื้นฐานเอาไว้ และแม้ว่าแบบจำลองนี้ยังไม่สามารถรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับแรงอื่นๆ ได้ อีกทั้งยังเป็นเรื่องที่เข้าใจได้ยากขึ้น เนื่องจากต้องพูดกันในเรื่องพลังงานระดับสูงด้วย แต่ทฤษฎีนี้ก็เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ดีที่สุดสำหรับอธิบายทางฟิสิกส์แม้ว่าจะยังต้องใช้เวลาในการทดสอบอีกก็ตาม

ไมเคิล เทอร์เนอร์ (Michael Turner) นักจักรวาลวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก (University of Chicago) สหรัฐอเมริกากล่าวว่าแบบจำลองมาตรฐานยังเป็นแบบจำลองที่ไม่สมบูรณ์แต่นักวิทยาศาสตร์อย่างเขาก็ยังไม่พบช่องโหว่ของทฤษฎีนี้

เทอร์เนอร์อธิบายว่าหากค้นพบอนุภาคซึ่งชักนำให้เกิดมวลที่เรียกว่า "ฮิกก์ส" (Higgs) ก็จะเป็นการพิสูจน์อย่างชัดแจ้งว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์เป็นแรงเดียวกันที่ความแตกต่างในบางแง่มุม แต่ยังต้องมีการทดลองระดับยักษ์เพื่อจะทดสอบแบบจำลองนี้

"มันเป็นความมหัศจรรย์ที่ทำให้เรารวมแรงทั้งสองเข้าด้วยกันได้" เทอร์เนอร์กล่าวถึงฮิกก์สที่อาจจะพบได้สักวันเมื่ออนุภาคถูกจับชนกันในเครื่องเร่งอนุภาค และเปลี่ยนสสารให้กลายเป็นพลังงานที่มีความเข้มสูงเช่นเดียวกับพลังงานของเอกภพในยุคเริ่มต้น

แม้โดยปกติแบบจำลองมาตรฐานจะมีความยุ่งยากมากพอสำหรับนักฟิสิกส์บางคนแล้วก็ตาม แต่ก็ยังมีทฤษฎีใหม่ๆ ออกมาเพื่อสร้างแบบจำลองนี้โดยรวมแรงโน้มถ่วงและต้องศึกษาในระดับพลังงานสูงขั้นสุดขีดอีกหลายทฤษฎี

ในจำนวนทฤษฎีมากมายนั้นมีทฤษฎีซึ่งเป็นที่นิยมมากคือ "ทฤษฎีสตริง" (string theoty) ซึ่งอธิบายว่าอนุภาคคือเส้นพลังงานซึ่งสั่นที่ความถี่ต่างกัน ทั้งนี้เพื่ออธิบายอนุภาคซึ่งมีธรรมชาติคล้ายจุด ทฤษฎีสตริงได้ถือว่าเส้นของอนุภาคมีมิติที่ขดซ่อนอยู่ 10-11 มิติ โดยนักฟิสิกส์มีความเข้าใจแล้ว 6-7 มิติ

แนวคิดเกี่ยวกับทฤษฎีสตริงก็คล้ายกับการมองตึกสูงจากจุดที่อยู่ไกลมากๆ ซึ่งทำให้เห็นตึกคล้ายกับจุดเล็กๆ แต่เมื่อขยับใกล้เข้าไปก็จะพบภาพที่ใหญ่ขึ้นปรากฏตั้งแต่เป็นภาพแบนๆ จนกระทั่งกลายเป็นโครงสร้าง 3 มิติ และสิ่งที่ขดซ่อนอยู่ในตึกเมื่อมองจากมุมไกลๆ ก็คือ "มิติพิเศษ" (extra dimension)

มิติที่เหลือซึ่งทฤษฎีสตริงยังไม่สามารถพิสูจน์ได้ทำให้หลายคนวิตกกังวล แต่แจ็กสันแห่งเฟอร์มิแล็บคิดว่ามีบางเส้นอนุภาคที่ขยายทั่วเอกภพกลายเป็น "ซูเปอร์สตริงส์" (Superstrings) ซึ่งใหญ่พอที่ตรวจจับได้ในอวกาศสักวันหนึ่ง ถึงแม้จะขาดซึ่งหลักฐานที่ชัดเจนแต่เขาก็มั่นใจว่าทฤษฎีสตริงจะถูกต้องในที่สุดและเชื่อว่าเป็นทฤษฎีที่อธิบายเอกภพได้

ทางด้านสกอตต์ โดเดลสัน (Scott Dodelson) นักจักรวาลวิทยาแห่งเฟอร์มิแล็บก็เป็นอีกคนหนึ่งที่พยายามหาตรรกวิทยาของทฤษฎีสรรพสิ่ง แต่เขาก็ไม่คิดว่าจะต้องล้มล้างแนวคิดใดแนวหนึ่งไปเสียทีเดียว

"มีการเข้าถึงความจริงซึ่งเป็นพื้นฐานอยู่ 2 แนวทาง อย่างแรกคือมองจากเล็กไปใหญ่ (bottom-up) ซึ่งใช้ข้อมูลและตรึงองค์ประกอบของทฤษฎีเพื่อทำให้เกิดความสละสลวยมากขึ้น อีกแนวทางคือมองจากใหญ่ไปเล็ก (top-down) ซึ่งเริ่มต้นจากทฤษฎีที่สวยงามและทำงานกับข้อมูลจำนวนมาก คำเปรียบเปรยของผมก็คือคนทำงานในกลุ่มที่มองจากเล็กไปใหญ่นั้นต้องการที่จะจมและขลุกอยู่กับข้อมูล" โดเดลสันกล่าว

โดเดลสันกล่าวว่าการทดลองให้อนุภาคชนกันซึ่งต้องใช้พลังงานสูงนั้นอาจเผยให้เห็นถึงความลับของปริศศนาสสารมืด (dark matter) ที่มีอยู่มากในเอกภพและยังไม่เป็นที่รู้จัก ขณะเดียวกันก็อาจเผยให้เห็นอนุภาคจำพวกใหม่ๆ ซึ่งอาจเติมเต็มแบบจำลองมาตรฐานได้

"ท้ายที่สุดเราอาจจะแทงทะลุ "ผ้าคลุม" แห่งสสารมืดและตรวจจับอนุภาคที่มีความสมมาตรอย่างยิ่งยวดได้ในห้องปฏิบัติการ เครื่องเร่งอนุภาคดังกล่าวอาจจะนำเราไปรู้จักกับประเภทของอนุภาคใหม่ๆ ทั้งหมดและช่วยสร้างแบบจำลองมาตรฐานขึ้นมาได้" โดเดลสันกล่าว

อย่างไรก็ดีทั้งนักฟิสิกส์ นักทฤษฎีและนักจักรวาลวิทยาต่างก็รอคอยให้มีการเดินเครื่องของเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่แอลเอชซี (Large Hadron Collider: LHC) ของห้องปฏิบัติการเซิร์น (CERN) หรือองค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศในทวีปยุโรปเพื่อวิจัยและพัฒนาทางด้านนิวเคลียร์ (European Organization for Nuclear Research) ในยุโรป

เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีจะเดินเครื่องในเดือน พ.ค. 2551 หลังจากที่ต้องเลื่อนกำหนดการเดินเครื่องที่ควรจะเกิดขึ้นภายในปีนี้ เนื่องจากอุบัติเหตุเมื่อเดือน ม.ค.ที่ผ่านมา จนทำให้เกิดความเสียหายกับแม่เหล็กขนาดใหญ่ของเครื่องตรวจวัดอนุภาค ทั้งนี้เมื่อวันที่อนุภาคชนกันมาถึงเราก็จะได้ทราบกันเสียทีว่าทฤษฎีสรรพสิ่งมีจริงหรือไม่