จักรวาลสามารถ ‘เด้ง’ ไปชั่วนิรันดร์ แต่ก็ยังต้องเริ่มต้นที่ไหนสักแห่ง

มิเชล สตาร์9 สิงหาคม 2565จากแบคทีเรียที่เล็กที่สุดสู่กาแล็กซีที่ใหญ่ที่สุด ความตายก็ปรากฏบนขอบฟ้า แม้ว่าในแง่ของจักรวาลแล้ว มาตราส่วนเวลาก็ใหญ่เกินกว่าที่เราจะเข้าใจได้อย่างแท้จริง ในที่สุด แม้แต่เอกภพเองก็ควรจะถึงจุดสิ้นสุด เมื่อแสงสุดท้ายกระพริบ และก้อนดาวที่ตายแล้วที่เย็นยะเยือกก็ยังคงอยู่

นั่นคืออย่างน้อยก็อยู่ภายใต้แบบจำลองจักรวาลวิทยาในปัจจุบัน จะเป็นอย่างไรถ้าจักรวาลของเราไม่ตายอย่างเย็นชา แต่พังทลาย พองตัว และยุบตัวอีกครั้ง ซ้ำแล้วซ้ำเล่า เหมือนปอดของจักรวาลขนาดยักษ์

• บทความอื่น ๆ : linkservewaste.com

มันไม่ใช่ทฤษฎีที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางอย่างแน่นอน แต่สำหรับนักจักรวาลวิทยาบางคน จักรวาลของเราอาจเป็นเพียงหนึ่งในการเกิด การตาย และการเกิดใหม่ที่ยาวนานซึ่งไม่มีจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุด ไม่ใช่บิ๊กแบงแต่เป็นการตีกลับครั้ง ใหญ่

ตอนนี้นักฟิสิกส์ได้แสดงให้เห็นว่าการทำซ้ำล่าสุดของสมมติฐาน Big Bounce ซึ่งได้แก้ปัญหาที่สำคัญกับการทำซ้ำก่อนหน้านี้ยังคงมีข้อจำกัดที่ค่อนข้างใหญ่

นักฟิสิกส์ วิลล์ คินนีย์ แห่งมหาวิทยาลัยบัฟฟาโล กล่าวว่า “ผู้คนเสนอให้จักรวาลกระเด้งกระดอนเพื่อทำให้จักรวาลไม่มีที่สิ้นสุดในอดีต แต่สิ่งที่เราแสดงให้เห็นคือโมเดลใหม่ล่าสุดรุ่นใหม่ล่าสุดนี้ใช้ไม่ได้ผล” วิลล์ คินนีย์ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบัฟฟาโลกล่าว

“ในรูปแบบใหม่นี้ ซึ่งแก้ปัญหาเกี่ยวกับเอนโทรปี แม้ว่าจักรวาลจะมีวัฏจักร แต่ก็ยังต้องมีจุดเริ่มต้น”

ในปัจจุบัน แบบจำลองจักรวาลที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดของเราเห็นว่ามันออกมาจากจุดกำเนิดที่เรียกว่าภาวะเอกฐาน เมื่อประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อน จักรวาลอย่างที่เราทราบกันดีว่าจักรวาลเริ่มขยายตัวจากเวลาและพื้นที่ที่หนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ … ด้วยเหตุผลบางประการ

น่าเสียดายที่โมเดลที่สนับสนุนคำอธิบาย ‘บิ๊กแบง’ แทบไม่สามารถพูดได้มากนักเกี่ยวกับภาวะภาวะเอกฐานเช่นนี้

อีกทางเลือกหนึ่งคือ สมมติฐาน Big Bounce สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาภาวะเอกฐานโดยละทิ้งมันทั้งหมด จักรวาลที่พังทลายจะฟื้นตัวก่อนที่มันจะถึงจุดทำลายแบบจำลอง

อย่างไรก็ตาม สมมติฐานนี้ไม่ได้เกิดขึ้นโดยปราศจากประเด็นของตัวเอง จักรวาลที่ “กระเด้ง” อย่างไม่รู้จบควรมีเอนโทรปีที่กำลังเติบโตอย่างไม่รู้จบ ซึ่งเป็นการวัดความไม่เป็นระเบียบในจักรวาล ถ้าบิกแบงเป็นเพียงหนึ่งในชุดของการเรียบนิรันดร์ เอนโทรปีก็ควรจะสูงจริงๆ แต่มันไม่ใช่ อันที่จริง ถ้าจักรวาลมีเอนโทรปีสูงที่บิกแบง มันคงอยู่ไม่ได้ อย่างที่เรารู้

ในปี 2019 Big Bounce ได้รับการอภัยโทษ ด้วยการตีพิมพ์แบบจำลองที่แก้ไขซึ่งมีวิธีแก้ปัญหาสำหรับอุปสรรคสำคัญ นี้ ซึ่งขัดขวางสมมติฐานนี้ มานานหลายทศวรรษ นักวิจัยพบว่าการขยายตัวของเอกภพในแต่ละวัฏจักรทำให้เอนโทรปีเจือจางลงมากพอที่จะทำให้จักรวาลกลับสู่สภาพเดิมก่อนที่จะกระเด้งครั้งต่อไป

นี่เป็นเรื่องใหญ่ ดูเหมือนว่าการตีกลับครั้งใหญ่จะกลับกลายเป็นแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่น่าเชื่อถือ แต่ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้ทำในสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ทำได้ดีที่สุดแล้ว พวกเขาได้เจาะรูใหม่ในแบบจำลองที่แก้ไขแล้ว

Kinney และเพื่อนร่วมงานของเขา นักฟิสิกส์ Nina Stein จากมหาวิทยาลัยบัฟฟาโล ได้ทำการคำนวณหลายชุด และพบว่าจักรวาลที่เป็นวัฏจักรไม่สามารถย้อนเวลากลับไปในอดีตได้อย่างไม่สิ้นสุด

“โดยย่อแล้ว เราแสดงให้เห็นว่าในการแก้ปัญหาเอนโทรปี คุณสร้างสถานการณ์ที่จักรวาลต้องมีจุดเริ่มต้น” คินนีย์อธิบาย “หลักฐานของเราแสดงให้เห็นโดยทั่วไปว่าแบบจำลองวัฏจักรใด ๆ ที่ขจัดเอนโทรปีด้วยการขยายตัวต้องมีจุดเริ่มต้น”

นั่นไม่ได้หมายความว่าจักรวาลที่เป็นวัฏจักรนั้นตายในน้ำ ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่างานของพวกเขาใช้ไม่ได้กับแบบจำลองจักรวาลวัฏจักรของนักฟิสิกส์ Roger Penrose ที่เรียกว่าConformal cyclic cosmology ตามเวอร์ชั่นจักรวาลที่เกิดซ้ำของเขา แต่ละวัฏจักรจะขยายออกไปอย่างไม่สิ้นสุดโดยไม่มีการหดตัว นั่นเป็นสิ่งที่ค่อนข้างซับซ้อนและจะต้องมีการเจาะต่อไป

อย่างไรก็ตาม สำหรับตอนนี้ ดูเหมือนว่าการตีกลับครั้งใหญ่ อย่างน้อยที่สุด จะต้องใช้ความคิดอีกเล็กน้อยจึงจะคงอยู่ได้

“ความคิดที่ว่าเคยมีช่วงเวลาหนึ่งมาก่อนซึ่งไม่มีอะไร ไม่มีเวลา มารบกวนเรา และเราอยากรู้ว่าก่อนหน้านั้นมีอะไร นักวิทยาศาสตร์รวมอยู่ด้วย” สไตน์กล่าว “แต่เท่าที่เราสามารถบอกได้ ในแบบจำลองที่กล่าวถึงเอนโทรปี จะต้องมี ‘จุดเริ่มต้น’ มีจุดหนึ่งที่ไม่มีคำตอบสำหรับคำถามที่ว่า ‘อะไรเกิดขึ้นก่อนหน้านั้น'”