อัจฉริยภาพและโศกนาฏกรรมของโบลต์ซมันน์
ดูเหมือนองค์ทะไลลามะมีความเห็นว่า ศาสนาต้องสัมพันธ์กับวิทยาศาสตร์ ปรากฏการณ์ใดที่วิทยาศาสตร์มีทฤษฎี มีหลักฐานและการทดลองที่ทำซ้ำได้อย่างน่าเชื่อถือ เราก็ควรเชื่อวิทยาศาสตร์ เช่น เชื่อว่าโฮโม ซาเปียนส์ เป็นสเปซีย์ที่วิวัฒนาการมาจากตระกูลลิงเมื่อประมาณหนึ่งแสนปีก่อน โดยเริ่มจากทวีปแอฟริกา แล้วแพร่เผ่าพันธุ์สู่ทวีปอื่น ๆ ทั่วโลก แต่วิทยาศาสตร์ยังมีเรื่องที่จะต้องศึกษาและค้นพบต่อไป ไม่สิ้นสุด เป็น “unended quest” ตามชื่อหนังสือของ คาร์ล ปอปเปอร์ ที่แปลเป็นไทยว่า “การแสวงหาอันไม่สิ้นสุด : อัตชีวประวัติเชิงปัญญา” ซึ่งสำนักพิมพ์ “คนบ้าหนังสือ” จะจัดพิมพ์ในเร็ว ๆ นี้
หนังสือเล่มดังกล่าว พูดถึงนักวิทยาศาสตร์ผู้บุกเบิกพรมแดนความรู้ ทั้งรุ่นก่อนเล็กน้อย และรุ่นที่ร่วมสมัยกับผู้เขียน ในบทที่ชื่อว่า “โบลต์ซมันน์กับลูกศรเวลา” เขาขึ้นต้นบทนี้ว่า “การรุกเข้ามาของลัทธิจิตพิสัยในโลกของฟิสิกส์ โดยเฉพาะในทฤษฎีของเวลาและเอนโทรปีนั้น เกิดขึ้นมานานก่อนการผงาดขึ้นของกลศาสตร์ควอนตัม การรุกเข้ามานี้เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับโศกนาฏกรรมของลุดวิค โบลต์ซมันน์ นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งของคริสต์ศตวรรษที่สิบเก้า ซึ่งขณะเดียวกันก็เป็นนักสัจนิยมและภวนิยม ที่เร่าร้อนเกือบถึงขั้นเข้าสู้รบตบมือ”
จากการสืบค้นเรื่องของโบลต์ซมันน์ในอินเตอร์เน็ต ผมพบบทความของสุทัศน์ ยกส้าน ที่เกริ่นนำดังนี้ ในปี ค.ศ. 2004 วารสาร Physics Today ได้สำรวจความคิดเห็นของนักฟิสิกส์ว่า สมการใดมีชื่อเสียงและเป็นที่ชื่นชมในวงการวิชาการมากที่สุด ผลการลงคะแนนปรากฏว่า สมการคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของมักซ์เวลล์ (Maxwell) และสมการของออยเลอร์ (Euler) (eiπ + 1 = 0) มาอันดับหนึ่งคู่กัน สมการของไอน์สไตน์ (Einstein) ( E=mc2) มาเป็นอันดับสาม สมการของพีธากอรัส (Pythagoras) (a 2 + b2 = c 2) มาเป็นที่สี่ สมการของนิวตัน (Newton) (F= ma) อยู่ในอันดับห้า และสมการของโบลต์ซมันน์ (Boltzmann) (S= k ln W โดยที่ k คือ ค่าคงตัวของโบลต์ซมันน์ ln คือลอการิทึมฐาน e และ W คือ จำนวนวิธีที่จัดอนุภาคทั้งหมดในระบบ) มาเป็นอันดับหก
ผมเคยเขียนบทความฉบับหนึ่ง โดยอาศัยหนังสือชื่อ “17 สมการเปลี่ยนโลก” โดยใช้บทที่ว่าด้วยสมการของพีธากอรัส, สูตรทรงหลายหน้าของออยเลอร์, และทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ มาประกอบการเขียน ส่วนบทความฉบับนี้จะกล่าวถึงโบลต์ซมันน์ สมการของเขา และเอนโทรปี โดยอ้างอิงถึงหนังสือ “17 สมการเปลี่ยนโลก” เป็นหลักอีกครั้งหนึ่ง
มีเรื่องเล่าขานกันว่าเจมส์ วัตต์นั่งอยู่ในห้องครัวแล้วสังเกตว่า ไอน้ำเดือดดันฝากาต้มน้ำให้หลุดจากกา จึงได้แรงบันดาลใจขึ้นมาว่า น้ำสามารถทำงานได้ และแรงบันดาลใจนี้ช่วยให้เขาประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำขึ้นมา แต่นี่เป็นเพียงตำนาน เรื่องจริงมีอยู่ว่า เขาไม่รู้จักพลังแห่งไอน้ำจนกระทั่งโตเป็นผู้ใหญ่ ในยุคสมัยของเขา เรื่องพลังแห่งไอน้ำเป็นเรื่องที่รู้จักกันดีมานานแล้ว ตั้งแต่สมัยกรีกโบราณก็ว่าได้ เพียงแต่วัตต์เป็นนักประดิษฐ์ชั้นเลิศ ที่สามารถสร้างเครื่องจักรไอน้ำที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น โดยเครื่องแรก ๆ ของเขา มีที่ใช้ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ เพื่อปั๊มน้ำบาดาลที่ท่วมเหมืองขึ้นมา ทำให้ขุดเจาะต่อไปได้
ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำ ได้มาพร้อมกับการพัฒนาฟิสิกส์สาขาใหม่ ที่ทับศัพท์ว่า เทอร์โมไดนามิกส์ หรือบัญญัติศัพท์ว่า “อุณหพลศาสตร์” ศาสตร์นี้เริ่มต้นจากการศึกษาฟิสิกส์ของก๊าซในเชิงมหภาค โดยเชื่อมโยงตัวแปร เช่น อุณหภูมิ (T) ความดัน (P) และปริมาตร (V) สำหรับก๊าซอุดมคติ ตามสมการดังนี้
PV = NkT (1)
โดยที่ N คือ จำนวนโมเลกุลของก๊าซ
k คือค่าคงตัวของโบลต์ซมันน์ มีค่าเท่ากับ 1.38 x 10-23 J/K (จูลต่อองศาเคลวิน)
ถ้าพล็อตเป็นกราฟในระนาบ P และ V โดยมี T เป็นพารามิเตอร์ จะได้กราฟเป็นไฮเพอร์โบลา สำหรับค่าของ T ต่าง ๆ กัน
แต่ละจุดบนระนาบ P,V บ่งบอกถึงสถานะของก๊าซ นักวิทยาศาสตร์ชื่อซาดี การ์โนต์อาศัยกราฟนี้เพื่อศึกษาการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำ หรือเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบอุดมคติ ดังนี้ ลองจินตนาการลูกสูบที่ภายในบรรจุก๊าซ (เช่น ออกซิเจนผสมไอของน้ำมัน) การทำงานของเครื่องจะเป็นวัฏจักรเรียกว่า วัฏจักรการ์โนต์ ดังนี้
- ณ จุดเริ่มต้น หรือสถานะ A ตัวแปรมีค่า P1, V1, และ T1 เราให้ความร้อนแก่ก๊าซอย่างรวดเร็วมาก (เช่น จุดประกายให้น้ำมันเผาไหม้) จนอุณหภูมิไม่ทันเปลี่ยน (T คงที่เท่ากับ T1) ก๊าซจะขยายตัวดันลูกสูบออกไป สถานะจะเลื่อนไปตามกราฟไฮเพอร์โบลาของตามสมการ (1) เมื่อ V เพิ่มจาก V1 เป็น V2, P จะลด ในช่วงนี้ ก๊าซทำงานไปยังลูกสูบ เมื่อมาถึงสถานะถัดไป (สถานะ B) เราสามารถใช้หลักของการทรงพลังงานเพื่อคำนวณว่า ลูกสูบได้รับพลังงานจลน์เท่ากับ -NkT1ln(V2/V1)
2.ที่สถานะ B อุณหภูมิยังอยู่ที่ T1 ก๊าซขยายตัวต่อไป ปริมาตร V เพิ่มขึ้นในขณะที่ความดัน P ลดลง และก๊าซก็เย็นลงด้วย ถ้าระบบถูกแยกให้โดดเดี่ยว ไม่มีการแลกเปลี่ยนพลังงานกับภายนอก กระบวนการในช่วงนี้จะเรียกว่า “อะเดียบาติก” ซึ่งจะนำระบบไปยังสถานะ C
3.ที่สถานะ C อุณหภูมิเท่ากับ T2 ที่น้อยกว่า T1 จากนี้ไป ก๊าซจะถูกบีบอัดอย่างเร็ว จนสมมุติได้ว่าอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง (เท่ากับ T2) ในช่วงนี้ สถานะจะเลื่อนไปตามกราฟไฮเพอร์โบลาของสมการ (1) ลูกสูบทำงานไปยังก๊าซ
4.เมื่อมาถึงสถานะถัดไปที่จะเรียกว่า สถานะ D อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นจาก T2 ในช่วงนี้ ก๊าซถูกบีบอัดต่อไปอีก (V ลด, P เพิ่ม) โดยกระบวนการมักเป็นแบบอะเดียบาติก ที่นำสถานะของระบบกลับไปสู่จุดเริ่มต้น หรือสถานะ A และอุณหภูมิเพิ่มกลับไปเป็น T1
ระบบจะวนเวียนเป็นวัฏจักร จาก A ไป B ไป C ไป D แล้วกลับสู่ A …
รูปซ้ายแสดงวัฏจักรการ์โนต์ ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ระหว่างความดัน P กับปริมาตร V แต่ไม่แสดงตัวแปรอุณหภูมิ T ส่วนรูปทางขวา แสดงวัฏจักรความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ T กับตัวแปรใหม่คือ เอนโทรปี ที่มักใช้สัญลักษณ์ S ดังจะอธิบายต่อไป
วัฏจักรการ์โนต์มีผลในเชิงปฏิบัติที่สำคัญคือ ช่วยให้การออกแบบเครื่องจักรไอน้ำมีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ไม่ต้องเสียเวลาหาทางเพิ่มประสิทธิภาพไปเรื่อย ๆ เพราะประสิทธิภาพสูงสุดในอุดมคติถูกจำกัดโดยความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างอุณหภูมิ นั่นคือ 1 – T2/T1
เอนโทรปีมีลักษณะคล้ายความร้อน สมมุติว่าของไหลเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นสู่สถานะใหม่ การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีระหว่างสองสถานะหรือ dS จะมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของความร้อน dq หารด้วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ T ดังนี้
dS = dq/T (2)
ในกรณีของวัฏจักรการ์โนต์ข้างต้น เมื่อระบบเปลี่ยนจากสถานะ A ไปยังสถานะ B โดยสมมุติอุณหภูมิคงตัวเท่ากับ T1 เราจะคำนวณการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีที่ตรงกับกรณีที่ก๊าซให้งานแก่ลูกสูบ ได้เท่ากับ
ΔS = Δq1/T1 (3)
สมมุติว่าระบบเปลี่ยนจากสถานะ B ไปยังสถานะ C แบบอะเดียบาติก คือไม่มีการแลกเปลี่ยนพลังงาน ดังนั้น ΔS = 0 ขณะที่อุณหภูมิเปลี่ยนจาก T1 เป็น T2 จากนั้น ระบบจะเปลี่ยนจากสถานะ C ไปยังสถานะ D โดยลูกสูบจะให้งาน Δq2 แก่ก๊าซ ตามสมการ
ΔS = Δq2/T2 (4)
สังเกตได้ว่า กราฟระหว่างอุณหภูมิกับเอนโทรปี ที่สอดคล้องกับวัฏจักรการ์โนต์ จะเป็นดังรูปด้านขวาข้างต้น
พลังงานจลน์สุทธิที่ระบบได้จากความร้อนคือ Δq1 – Δq2 และประสิทธิภาพจะเท่ากับ (Δq1 – Δq2)/ Δq1 จากสมการ (3) และ (4) เราคำนวณประสิทธิภาพในอุดมคติได้เท่ากับ 1 – T2/T1 ตรงตามที่กล่าวไว้ข้างต้น
เมื่อนิยามเอนโทรปีตามสมการ (2) เราพบว่าในกรณีของระบบที่แยกอยู่โดดเดี่ยว ไม่มีการแลกเปลี่ยนพลังงาน dq จะเป็นศูนย์ ดังนั้น
dS ⩾ 0 (5)
ตัวอย่างเช่น หากเราแบ่งภาชนะเป็นสองส่วนด้วยผนังกั้นเลื่อนได้ แล้วบรรจุก๊าซชนิด ก. ไว้ฝั่งหนึ่ง และก๊าซชนิด ข. ไว้อีกฝั่งหนึ่ง แต่ละชนิดก็มีค่าเอนโทรปีค่าหนึ่ง เมื่อเทียบกับสถานะอ้างอิงเริ่มต้น เมื่อถอดผนังกั้นออก ก๊าซจะมาผสมกัน และก๊าซผสม ก. + ข. จะมีค่าเอนโทรปีอีกค่าหนึ่ง ซึ่งค่านี้จะมากกว่าผลรวมของค่าเอนโทรปีของก๊าซแต่ละชนิดก่อนการผสมเสมอ ด้วยเหตุนี้ จึงมีความเข้าใจโดยทั่วไปว่า เอนโทรปีเป็นตัววัดความเป็นระเบียบ โดยเอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น นั่นคือระบบจะเปลี่ยนไปสู่ความไม่เป็นระเบียบที่เพิ่มขึ้นเสมอ
มาถึงตรงนี้ เราพอจะสรุปกฎของอุณหพลศาสตร์ ได้ดังนี้
กฎข้อที่หนึ่ง : เมื่อพลังงานถ่ายเทในลักษณะงานหรือความร้อน เข้าไปหรือออกจากระบบ พลังงานภายในของระบบจะเปลี่ยนไปตามกฎทรงพลังงาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง เครื่องจักรนิรันดร์ที่สามารถผลิตงานได้โดยไม่มีการป้อนพลังงานให้นั้น เป็นไปไม่ได้
กฎข้อที่สอง : ในกระบวนการอุณหพลศาสตร์ธรรมชาติ ผลรวมของเอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น จากการทำปฏิกิริยาต่อกันที่ขอบเขต กล่าวอีกนัยหนึ่ง เครื่องจักรนิรันดร์ที่สามารถแปลงพลังงานความร้อนไปเป็นพลังงานกลได้ทันทีโดยธรรมชาตินั้น เป็นไปไม่ได้
ทฤษฎีอุณหพลศาสตร์ดั้งเดิมถือเป็นศาสตร์เชิงปรากฏการณ์ คือทำการทดลอง วัดค่า และหาสูตรที่สอดคล้องกับผลการทดลอง แต่ขาดการอธิบายในทางทฤษฎี ซึ่งต่อมาเริ่มปรากฏตัวขึ้นในรูปของทฤษฎีจลน์ของก๊าซ ทฤษฎีนี้เสนอสมมุติฐานว่า ก๊าซประกอบด้วยโมเลกุลขนาดเล็ก อยู่ห่าง ๆ กัน และเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในพื้นที่ว่างด้วยอัตราเร็วคงที่ และชนกันเองแบบยืดหยุ่นในบางครั้ง ปริมาณในศาสตร์ดั้งเดิมเป็นสมบัติเชิงมหภาคของก๊าซ ความดันเป็นผลเฉลี่ยของการชนกับผนัง อุณหภูมิสัมพันธ์กับอัตราเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ระดับจุลภาค เป็นต้น
มักซ์เวลล์เป็นผู้วางรากฐานทางคณิตศาสตร์ให้แก่ทฤษฎีจลน์ของก๊าซโดยอาศัยหลักความน่าจะเป็นของอัตราเร็ว ส่วนโบลต์ซมันน์ได้ต่อยอดแนวทางของมักซ์เวลล์ และตีความอุณหพลศาสตร์บนพื้นฐานใหม่ที่ชื่อว่ากลศาสตร์สถิติ เขาแยกแยะระหว่างสถานะมหภาคที่เป็นผลเฉลี่ย และสถานะจุลภาคที่เป็นสถานะของโมเลกุล เขาพิสูจน์ว่าเอนโทรปี ซึ่งเป็นสมบัติมหภาค สามารถตีความได้ว่ามีความสัมพันธ์กับลักษณะเชิงสถิติของสถานะจุลภาค ดังนี้
S = klnW (6)
โดยที่ W คือจำนวนสถานะจุลภาคที่แตกต่างกันไปซึ่งให้สถานะมหภาคสถานะหนึ่ง
น่าเสียดายที่แนวคิดของโบลซ์ตมันน์ไม่ได้รับการยอมรับในหมู่นักวิทยาศาสตร์ในเวลานั้น พวกเขาไม่มั่นใจว่าอะตอมและโมเลกุลมีอยู่จริง เนื่องจากไม่มีใครสังเกตเห็นมาก่อน สิ่งหนึ่งที่ทำให้ผู้คัดค้านจำนวนหนึ่งเปลี่ยนใจ คือการค้นพบปรากฏการณ์การเคลื่อนที่ของละอองเรณูในของเหลว นักพฤกษศาสตร์ชื่อโรเบิร์ต บราวน์ ใช้กล้องจุลทรรศน์ศึกษาการเคลื่อนที่ของละอองเรณูที่เคลื่อนไปมาแบบสุ่ม ซึ่งถูกตั้งชื่อว่าการเคลื่อนที่แบบบราวน์ในระดับจุลภาคของที่ไม่มีชีวิตขนาดจิ๋ว โดยการเคลื่อนที่นี้เป็นผลจากการชนกันอย่างไม่เป็นระเบียบนั่นเอง ต่อมาไอน์สไตน์ได้ใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อมาทำนายปริมาณเชิงสถิติของการเคลื่อนที่ แต่กว่าแบบจำลองของไอน์สไตน์จะถูกพิสูจน์ยืนยันในปี ค.ศ. 1909 ซึ่งก็ยืนยันกลศาสตร์สถิติของโบลต์ซมันน์โดยปริยายด้วยนั้น เรื่องน่าเศร้าคือการฆ่าตัวตายของโบลต์ซมันน์ก็ได้เกิดขึ้นแล้ว ในปี ค.ศ. 1906
เอินส์ต มัค เป็นนักฟิสิกส์และนักปรัชญาที่อาวุโสกว่าโบลต์สมันน์เล็กน้อย มัคประสบความสำเร็จในการศึกษาคลื่นกระแทกและมีการตั้งชื่อเรียกของอัตราส่วนระหว่างความเร็วของการไหลหรือของวัตถุกับความเร็วเสียงในหน่วยเป็น มัค เช่น 2 มัคตรงกับความเร็วเป็นสองเท่าของเสียง บุคคลทั้งสองแข่งขันกันทั้งในด้านฟิสิกส์และด้านปรัชญา โดยที่โบลต์ซมันน์ถือได้ว่าเป็นพวกสัจนิยม ส่วนมัคมีความโน้มเอียงไปทางลัทธิจิตพิสัย การตีความเอนโทรปีในฐานะความไม่เป็นระเบียบ ดูจะสอดคล้องกับแนวคิดสัจนิยม แต่มีปัญหาในเชิงปรัชญาเกี่ยวกับ “ลูกศรเวลา” ที่ใช้เอนโทรปีชี้ว่าเวลาเลื่อนไหลไปสู่อนาคตแบบไม่ย้อนกลับ แต่ในแง่คณิตศาสตร์ หาก ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง อัตราเร็วของทุกอนุภาคถูกกลับทิศ ระบบจะเคลื่อนที่ย้อนกลับไปตามเส้นทางเดิมที่เคยดำเนินมาในอดีต หมายความว่าคณิตศาสตร์สอดคล้องกับการเคลื่อนที่ในทั้งสองทิศทางของเวลา แต่ในทางสัจนิยม การย้อนกลับของเวลาเป็นไปไม่ได้ อีกประการหนึ่ง ในระดับของเอกภพ การเพิ่มตลอดเวลาของเอนโทรปีจะทำให้ทุกสิ่งอย่างสลายโครงสร้างทั้งปวงไปสู่ “ความตายของเอกภพ” ที่อุณหภูมิจะเข้าใกล้ค่าศูนย์สัมบูรณ์กระนั้นหรือ แต่ไม่มีอะไรที่ยืนยันการทำนายความเย็นตายของทุกสรรพสิ่งในอนาคตอันไกลเกินจินตนาการ
การเพิ่มขึ้นเสมอของเอนโทรปี และการมีลูกศรเวลาที่ไม่อาจย้อนกลับได้ ยังเป็นข้อถกเถียงกัน ทั้งในเชิงสถิติและในทางปรัชญาจนถึงทุกวันนี้ ข้อถกเถียงนั้นยากมากในทางคณิตศาสตร์ อีกทั้งมีข้อถกเถียงระหว่างปรัชญาสัจนิยมและลัทธิจิตพิสัยนิยมเป็นภูมิหลังด้วย ทำให้ยากที่จะหาข้อยุติ คงต้องปล่อยให้เวลาและนักคิดคนอื่น ๆ มาค้นหาคำตอบกันต่อไป เรื่องนี้คล้ายกับการพยายามหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องประหลาด ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม หรือการสร้างทฤษฎีรวมของแรงบรรดามีทุกชนิด ซึ่งไอน์สไตน์เองก็ยอมจำนน
โบลต์ซมันน์เป็นโรคไบโพลาร์ เขาผู้มีความยิ่งใหญ่ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ อาจรู้สึกท้อแท้จากคำวิพากษ์วิจารณ์ของเพื่อนนักวิทยาศาสตร์ ในยามที่จิตซึมเศร้า เขาจึงตัดสินใจจากไป ทำให้ขาดผู้ที่จะปกป้องวิทยาศาสตร์จากการรุกของลัทธิจิตพิสัยไปคนหนึ่ง
โลกวิทยาศาสตร์มีความโน้มเอียงไปทางสัจนิยม ขณะที่มนุษย์จำนวนมากโน้มเอียงไปทางจิตพิสัย เช่น บอกว่าคนไทยนับถือทั้ง ผี – พราหมณ์ – พุทธ แม้วิทยาศาสตร์สาขาบรรพชีวินวิทยาจะค้นพบหลักฐานการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ย้อนหลังไปหลายหมื่นปี แต่ยังมีผู้ที่เชื่อพระคัมภีร์ตามตัวอักษร และเชื่อว่าพระเจ้าสร้างมนุษย์สองคนแรกที่ชื่ออาดัมกับอีวาเมื่อหลายพันปีที่แล้ว และเชื่อว่าท่านทั้งสองคือบรรพชนของมนุษย์ทุกคน
มาถึงปัจจุบัน วิทยาศาสตร์ได้พยายามแสวงหาความรู้และสร้างแบบจำลองธรรมชาติต่อไปไม่สิ้นสุด แต่บางครั้งก็มาหยุดอยู่ที่พรมแดนความรู้ แบบจำลองยังอธิบายธรรมชาติได้ในขอบเขตหนึ่งเท่านั้น
แม้มีข้อค้นพบอันยิ่งใหญ่มากมายเกี่ยวกับเอกภพ แต่ก็มีคำถามให้สืบค้นต่ออีกมากเช่นกัน เช่น เรื่อง สสารมืด หลุมดำ คลื่นแรงโน้มถ่วง ฯลฯ จากโลกใหญ่สุด หันมาพิจารณาโลกเล็กสุดระดับอนุภาคดูบ้าง ปีเตอร์ ฮิกส์ ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคฮิกส์ ซึ่งเป็นโบซอนที่ไม่มีสปิน ไม่มีประจุไฟฟ้า แถมยังไม่เสถียรอย่างมาก เขาทำนายว่ามีอนุภาคเช่นนี้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1964 แต่ต้องรอถึงปี ค.ศ. 2012 เมื่อองค์กรวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป (CERN)องค์กรวิจัยยุโรปยืนยันโดยการทดลองว่าอนุภาคฮิกส์มีอยู่จริง เขาได้รับรางวัลโนเบิลในปีต่อมา และเสียชีวิตในวันที่ 8 มษายน ค.ศ. 2024 สิริอายุ 94 ปี
ในระดับจุลภาค สาขาวิทยาศาสตร์ที่สำคัญคือกลศาสตร์ควอนตัม แต่คณิตศาสตร์ควอนตัมก็เจอปัญหายาก ๆ และ ยังตอบคำถามทุกคำถามไม่ได้เช่นกัน จนบางคนเรียกทฤษฎีควอนตัมว่าทฤษฎีประหลาด แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์เป็นนักวิทยาศาสตร์ผู้คิดค้นสมการพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมในปี ค.ศ. 1927 ต่อมาผู้คนได้ตั้งชื่อสมการนี้ตามชื่อของเขา
แต่เขาเองยังสงสัยในสมการของตน เขาเสนอโจทย์ในรูปของการทดลองทางความคิด คือจินตนาการถึงแมวตัวหนึ่งอยู่ในกล่องมิดชิดที่บรรจุยาพิษ และสารกัมมันตภาพรังสี รังสีในกล่องจะมีความเข้มเพิ่มขึ้นจนถึงจุดหนึ่ง (ไม่รู้จุดไหน) ก็จะกระตุ้นเครื่องวัดรังสีไปทำให้ยาพิษออกฤทธิ์ฆ่าแมว แต่เราจะไม่รู้เลยว่าแมวตายแล้วหรือยังเป็นอยู่ จนกว่าจะเปิดกล่อง คือแมวอยู่ในสถานะที่อาจเป็นหรืออาจตายได้ทั้งสองสถานะ แต่ระดับจุลภาค เมื่อเปิดกล่อง สถานะควอนตัมจะเลือกยุบสู่สถานะหนึ่ง แต่จะใช้กับระดับมหภาค เช่นกับแมวได้หรือไม่ สิ่งที่สมการควอนตัมบอก เช่นเรื่องการทับซ้อนและการยุบการทับซ้อน น่าจะใช้ได้ในระดับจุลภาค แต่จะยังใช้ได้ในระดับมหภาคหรือไม่เพียงใด ชะตาของแมวของชเรอดิงเจอร์จึงยังคงกวนใจนักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งอยู่จนทุกวันนี้
ประเด็นที่ชวนคิดคือ วิทยาศาสตร์มีโดเมนความรู้ที่มั่นคงอยู่ส่วนหนึ่ง แต่พอมาถึงพรมแดนของโดเมนความรู้ เราจะได้ภาพเลือน ๆ และมีช่องให้สงสัย โต้เถียงได้ และความคิดจิตพิสัยจะแทรกตัวผ่านช่องเหล่านี้เข้ามาได้ เช่น ยังมีข้อโต้แย้งต่อทฤษฎีเอนโทรปีและลูกศรเวลาของโบลต์ซมันน์ และต่อทฤษฎีควอนตัมของชเรอดิงเงอร์ ถัดจากพรมแดนวิทยาศาสตร์ออกไป เป็นโลกของศาสนา นี่เป็นการตีความของผม เมื่อศึกษาผลงานของโบลต์ซมันน์และชเรอดิงเงอร์ พร้อมทั้งน้อมรับคำสอนขององค์ทะไลลามะ
โคทม อารียา
