| ผู้เขียน | ปิยมิตร ปัญญา [email protected] |
|---|
หลายคนรู้ว่า “สตีเฟน วิลเลียม ฮอว์กิ้ง” ศาตราจารย์ชาวอังกฤษซึ่งเพิ่งเสียชีวิตไปเมื่อวันที่ 14 มีนาคมที่ผ่านมา ได้รับการชื่นชม ยกย่องให้เป็นนักทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 และมีอีกไม่น้อยที่รับรู้มาว่า ฮอว์กิ้ง คือ “อัจฉริยะ” ทางจักรวาลวิทยาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่โลกเคยมีมา
แต่ถ้าถามว่า ทำไม? หรือเพราะอะไร สตีเฟน ฮอว์กิ้ง ถึงได้รับการยกย่องเชิดชูเช่นนั้น มีน้อยคนนักที่จะตอบได้
บางคนถึงกับบอกว่า ฮอว์กิ้ง เป็นผู้ค้นพบหลุมดำ ซึ่งไม่ใช่ข้อเท็จจริง (คนที่พูดถึงหลุมดำ โดยไม่ได้ระบุชื่อ เป็นคนแรกสุดคือนักดาราศาสตร์สมัครเล่นชาวอังกฤษชื่อ จอห์น มิเชล ในปี 1783, นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสยืนยันข้อสังเกตดังกล่าวซ้ำในปี 1795 และจริงๆ แล้ว หลุมดำถูกพูดถึงไว้โดยไม่ได้เรียกว่าหลุมดำในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี 1916)
ฮอว์กิ้ง บอกเล่าถึงหลุมดำไว้จริง และแสดงให้เห็นไว้ด้วยว่า มีหลุมดำชนิดที่ยังไม่มีใครพูดถึงอยู่ด้วย แต่เขาพูดถึงหลุมดำไว้ในฐานะเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาล และคำอธิบายเรื่องหลุมดำของเขาก่อให้เกิดความเข้าใจอย่างลึกซึ้งต่อวิถีของจักรวาลอย่างที่ไม่เคยมีใครทำได้และได้รับการยอมรับเช่นนี้มาก่อน
ความยิ่งใหญ่ของ สตีเฟน ฮอว์กิ้ง อยู่ที่ความสามารถในการทำความเข้าใจ “กฏพื้นฐาน” ของทั้งจักรวาล ฮอว์กิ้ง เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกและคนเดียว ที่สามารถอธิบาย (และใช้สมการทางคณิตศาสตร์เป็นเครื่องยืนยัน) ได้ว่า จักรวาลของเรานี้ ก่อกำเนิดมาได้อย่างไร กำลังเป็นไปอย่างไร และจะสิ้นสุดลงอย่างไร
ฮอว์กิ้ง เป็นนักคิด นักวิจัย ที่หยิบเอางานยิ่งใหญ่ยุคก่อนหน้าของนักคิด นักวิทยาศาสตร์ที่ทั้งโลกยอมรับอย่าง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ ไอน์สไตน์ และทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตันของ แวร์เนอร์ ไฮเซนเเบร์ก นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ในครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ชาวเยอรมัน มาถักร้อยเข้าด้วยกัน กลายเป็นอีกก้อนความคิดหนึ่งซึ่งสอดประสานเข้าด้วยกันซึ่ง “เข้าใกล้อย่างยิ่ง” กับการกลายเป็นแนวความคิดที่สามารถใช้อธิบายพฤติกรรมของทุกสรรพสิ่งทั้งจักรวาลได้
ความยิ่งใหญ่ของฮอว์กิ้ง ยังอยู่ตรงที่ ทุกอย่างที่เขานำเสนอข้างต้นนั้น เกิดขึ้นในสภาพที่ตัวเองกำลังดิ้นรนเอาชีวิตรอดอยู่กับอาการป่วยร้ายแรง ไม่มีทางรักษา มีแต่จะเสื่อมสภาพลงไปตามกาลเวลา เขาป่วยเป็นโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรง หรือเอแอลเอส ตั้งแต่อายุ 21 ปี พูดจาแทบไม่เป็นคำ จำเป็นต้องอาศัย เจน ไวลด์ ผู้เป็นภรรยาในการสื่อสารกับคนอื่นๆ
ถึงปี 1985 การเยียวยาเพื่อยื้อชีวิตเขาให้อยู่คู่กับโลกต่อไป ทำให้ ฮอว์กิ้ง พูดไม่ได้โดยสิ้นเชิง ฮอว์กิ้งอาศัยเพียงการเคลื่อนไหวกล้ามเนื้อข้างแก้ม กับการกะพริบตา สั่งการให้คอมพิวเตอร์ประมวลคำพูดของเขาออกมาเป็นเสียงสังเคราะห์ เพื่อใช้ในการติดต่อสื่อสารกับคนอื่น และในการทำงาน ทำวิจัย ศึกษาค้นคว้าต่อเนื่อง
เป็นการทำงานภายใต้ร่มเงาของความตาย แข่งกับเวลาที่หลงเหลืออยู่ซึ่งไม่รู้ว่าจะยาวนานอีกเท่าใด
นายแพทย์ผู้วินิจฉัยโรคคนแรกของฮอว์กิ้ง บอกว่า เขาอาจมีชีวิตอยู่ได้นานแค่ 2 ปี แต่โชคดีสำหรับโลกและแวดวงวิทยาศาสตร์ที่โรคของ ฮอว์กิ้ง ทำลายเซลล์ประสาทส่วนที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของเขาช้ากว่าที่คิดกันในตอนแรกมาก
เปิดโอกาสให้โลกได้รับรู้และได้รับประโยชน์จากอัจฉริยภาพของนักคิดผู้ยิ่งใหญ่ผู้ที่สภาพภายนอกไม่ต่างอะไรจากกองเนื้อหุ้มกระดูกที่ถูกวางทิ้งไว้บนเก้าอี้เข็นเท่านั้นเอง
สิ่งที่ศาสตราจารย์ฮอว์กิ้ง ค้นพบ อธิบายและแสดงหลักฐานเอาไว้นั้น มีอยู่มากมาย แต่ที่ยึดถือกันว่าเป็นความสำเร็จสูงสุด มีอยู่ 2 เรื่องด้วยกัน หนึ่งคือคำอธิบาย “ใหม่” เรื่องจุดเริ่มต้นของจักรวาล อีกหนึ่งคือการค้นพบความไม่เสถียรของหลุมดำ ซึ่งนำไปสู่การค้นพบ “การแผ่รังสีของฮอว์กิ้ง” ที่โลกรู้จักกันดีในเวลานี้
เรื่องแรกนั้น มีจุดเริ่มต้นอยู่ที่วิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของฮอว์กิ้ง ที่เคมบริดจ์ และถูกเติมเต็มจนสมบูรณ์ด้วยผลงานของ โรเจอร์ เพนโรส (ซึ่งต่อมาได้รับพระราชทานบรรดาศักดิ์เป็น เซอร์ โรเจอร์) นักคณิตศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษ
จุดเริ่มต้นของจักรวาลในทรรศนะของฮอว์กิ้ง อยู่ที่การเกิด “บิ๊กแบง” ซึ่งไม่ใช่เรื่องใหม่ มีการพูดถึงกันอยู่ก่อนหน้านั้นแล้ว
“จักรวาล” ในสายตาของนักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายในเวลานั้น คือ อวกาศ (Space) ที่กว้างใหญ่ไพศาล แทรกตัวอยู่ระหว่าง ดาราจักร (Galaxy) ทั้งหลาย และกำลังขยายตัวออกไปเรื่อยๆ โดยที่ไม่รู้ หรือไม่แน่ใจว่าทำไมถึงต้องขยายตัวอยู่ตลอดเวลาเช่นนั้น มีคำเรียกขานทฤษฎีบิ๊กแบงเดิมว่า “สเตดดี สเตท ยูนิเวิร์ส”
ข้อวิจารณ์ของฮอว์กิ้งต่อ “สเตดดี สเตท ยูนิเวิร์ส” คือ ถ้าจักรวาลขยายตัวออกไปเรื่อยๆ กาแล็กซี ทั้งหลายเคลื่อนออกห่างจากกันมากขึ้นเรื่อยๆ เกิดกาแล็กซีใหม่ๆ ก่อตัวขึ้นจากสสารที่สมมุติว่าถูกสร้างขึ้นอยู่ตลอดเวลาทั่วจัรกวาล จักรวาลที่ว่านั้นก็ต้องคงอยู่เป็นนิรันดร์และคงต้องเหมือนเดิมอยู่ตลอดเวลา
นั่นคือ “สเตดดี สเตท ยูนิเวิร์ส” ไม่ได้บอกถึงจุดเริ่ม และจุดจบ ของจักรวาลที่จำเป็น “ต้องมี”
ราวปี 1964 สตีเฟน ฮอว์กิ้ง ได้รับรู้ผลงานของ เพนโรส ที่หยิบเอาสิ่งซึ่ง ไอน์สไตน์ เคยพูดในเชิงทฤษฎีไว้ ใน “ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป” ว่าด้วยการบิดโค้งของกาล-อวกาศ (Space-Time) มาอธิบายไว้ว่า กาลและอวกาศสามารถถูกแรงมหาศาลกดดันจนบิดงอจนถึงระดับที่ความหนาแน่นมีค่าเป็นอนันต์ (infinite density) ได้ เพนโรส เรียกภาวะนี้ว่า “เอกภาวะ” (Singularity) และชี้ว่า อาจเกิดขึ้นได้จริง เมื่อดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ยุบตัวลงสู่ใจกลางดวงดาวเอง
คำอธิบายของเพนโรส ทำให้ฮอว์กิ้งได้คิดในทันทีว่า จักรวาล เริ่มต้นอย่างไร เขาใช้วิธีการเดียวกันกับเพนโรส แต่แทนที่จะให้ “กาล” ไหลไปข้างหน้า ฮอว์กิ้งกลับทิศทางของ “กาล” เสียใหม่ กลายเป็นการย้อนเวลากลับ ผลที่ได้ก็คือ กาลและอวกาศม้วนตัวกลับหลังเล็กลงแน่นหนามากขึ้น โค้งงอมากขึ้น จนถึงระดับ “ที่สุด” จุดหนึ่ง ซึ่งกลายเป็นจุดที่เล็กมาก ไม่มีมิติใดๆ และสูญเสียคุณสมบัติที่เคยมี เป็นจุดที่เป็น “เอกภาวะ” ก่อนที่จะระเบิดออกมาในทุกทิศทุกทาง คลี่คลายขยายตัวออกไปเรื่อยๆ ตลอดเวลาจนถึงขณะนี้
ในเวลาเดียวกัน คำทำนายบางอย่างตามแนวทางของ “สเตดดี สเตท ยูนิเวิร์ส” เริ่มถูกทดสอบในห้องทดลองและล้มเหลว ยิ่งทำให้สถานะของสิ่งที่ฮอว์กิ้งค้นพบหนักแน่นมากขึ้น ก่อตัวอย่างมั่นคงกลายเป็นพื้นฐานความเข้าใจใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ว่าด้วย “บิ๊กแบง”
ถึงที่สุดแล้ว ทุกคนยอมรับว่า ฮอว์กิ้ง คือผู้ค้นพบประวัติศาสตร์ที่แท้จริงเมื่อเริ่มต้นจักรวาลนั่นเอง
ว่ากันว่า เพียงแค่การค้นพบจุดเริ่มต้นของจักรวาลอย่างเดียว สถานะของ สตีเฟน ฮอว์กิ้ง ในแวดวงวิชาการก็สามารถยกขึ้นเทียบเคียงกับนักวิทยาศาสตร์ในอดีตอย่าง โรซาลินด์ แฟรงคลิน (ผู้คนพบรูปลักษณ์ “ดับเบิลเฮลิกซ์” ของดีเอ็นเอ) หรือนิโคเลาส์ โคเปอร์นิคัส (นักดาราศาสตร์คนแรกที่ค้นพบรูปแบบของระบบสุริยะ ที่มีดวงอาทิตย์เป็นจุดศูนย์กลาง) แล้ว
แต่ ฮอว์กิ้งยังเป็นคนค้นพบ “ฮอว์กิ้ง เรดิเอชัน” (Hawking radiation) ซึ่ง จำเป็นต้องทำความเข้าใจใน 2 เรื่้อง เรื่้องแรกคือ “หลุมดำ” และอีกเรื่องคือ “กลศาสตร์ควอนตัมของอวกาศ”
เป็นที่รู้กันว่า หลุมดำ คือดาวฤกษ์ที่ยุบตัวลงสู่ใจกลางและมีแรงโน้มถ่วงสูงมาก ดึงดูดทุกอย่างลงไปภายใน แรงดูดดังกล่าวสูงเสียจนกระทั่งแสงเองยังไม่อาจเล็ดลอดออกมาจากบริเวณใจกลางของมันซึ่งเรียกกันว่า “เส้นขอบฟ้าเหตุการณ์” (event horizon) ตรงเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์นั้น กาล-อวกาศ โค้งงอจนอะไรก็ตามที่หลุดเข้าไปภายในจะสูญหายไปตลอดกาล
ตอนต้นทศวรรษ 1970 เข้าใจกันว่าด้วยเหตุผลดังกล่าวนั้น หลุมดำจะไม่มีวันปล่อย แม้แต่แสงให้หลุดรอดออกมาได้ ไม่เคยหดเล็กลงและไม่เคยสูญเสียมวลของมัน มีแต่จะมีมวลเพิ่มสูงขึ้นจากการกลืนกินอวกาศเข้าไปภายในปริมณฑลของมัน
ในเวลาเดียวกัน “หลักความไม่แน่นอน” ซึ่งเป็นหลักการสำคัญของกลศาสตร์ควอนตัมของ ไฮเซนเเบร์ก ก็แสดงนัยเอาไว้ว่า ในห้วงอวกาศที่ดูเหมือนว่างเปล่า แท้จริงแล้วไม่ได้ว่างเปล่า หากแต่มี “อนุภาคเสมือน” อย่าง “สสารและปฏิสสาร” ปรากฏอยู่คู่กัน หรืออาจแยกห่างจากกันหรือ อาจชนเข้าด้วยกันจนส่วนหนึ่งอาจถูกทำลายไปได้ในช่วงเวลาสั้นมากจนไม่อาจวัดได้ (หลักความไม่แน่นอนระบุเอาไว้ว่า ยิ่งเราสามารถรู้คุณสมบัติด้านหนึ่งของสมการได้มากเท่าใด ก็ยิ่งคาดเดาคุณสมบัติอีกด้านหนึ่งของสมการได้น้อยลงเท่านั้น)
ปี 1973 ฮอว์กิ้ง เดินทางไปฟังบรรยายของ 2 นักฟิสิกส์โซเวียตถึงกรุงวอร์ซอ ประเทศโปแลนด์ ยาคอฟ บอริโซวิช เซลโดวิช กับ อเล็กเซ อเล็กซานโดรวิช สตาโรบินสกี คือ 2 นักฟิสิกส์ที่แสดงการคำนวณให้เห็นว่า “พลังงาน” ของหลุมดำที่กำลังหมุนปั่นด้วยความเร็วสูง จะก่อให้เกิดอนุภาคขึ้นบริเวณ “ด้านนอกที่ติดกับเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์” ซึ่งจะส่งผลให้หลุมดำสูญเสียพลังงานไปเรื่อยๆ และในที่สุดก็จะหยุดหมุน
ฮอว์กิ้งติดใจกับแนวความคิดนี้มาก ถึงกับกลับมาคำนวณตามแบบของนักฟิสิกส์ทั้งสองอีกครั้ง…แล้วก็ เซอร์ไพรส์
ทั้งประหลาดใจทั้งหงุดหงิด เพราะสงสัยมากขึ้นไปอีก เนื่องจากจากการคำนวณพบว่า เมื่อถึงตอนที่หลุมดำหยุดหมุนแล้ว มันก็ยังปล่อยอนุภาคออกมาอยู่ตลอดเวลา ในอัตราที่แน่นอนอัตราหนึ่ง
ฮอว์กิ้ง คิดเรื่องนี้ต่ออีกจนกระทั่งได้คำตอบ เขาเล่าเอาไว้ใน “ประวัติย่อของกาลเวลา” ว่า
ถ้าหากปรากฏหลุมดำในอวกาศ และมีเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์จริง และหากอวกาศมีคู่ “อนุภาคเสมือน” ซึ่งอาจชนและทำลายกันเองจริงแล้วละก็ อนุภาคบางส่วนก็ต้องปรากฏอยู่ตรงบริเวณ ริมขอบของเส้นขอบฟ้า
เหตุการณ์ของหลุมดำ โดยจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่สมบูรณ์แบบ คือ อนุภาคลบที่เป็นปฏิสสารปรากฏอยู่ด้านนอกของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ในขณะที่อีกด้านหนึ่งเป็นอนุภาคบวกที่เป็นสสาร อยู่ด้านในของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ โดยอนุภาคทั้งสองจะต้องอยู่ห่างจากกันมากพอที่จะไม่ทำลายซึ่งกันและกัน
หากเป็นเช่นนั้นจริงก็หมายความว่า จะต้องมีอนุภาคของพลังงานและมวลที่ปรากฏหลุดออกมาเป็นลำจากบริเวณ “ผิว” ของเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ และลำของอนุภาคพลังงานจะหมุนวนออกสู่ภายนอกจนกระทั่งหลุดออกจากหลุมดำที่ก่อนหน้านี้เคยเชื่อกันว่าไม่เคยมีอะไรหลุดเล็ดลอดออกมาได้เลยนั้น
นั่นคือสิ่งที่รู้จักกันในเวลานี้ว่า “การแผ่รังสีของฮอว์กิ้ง” ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการ “สลายตัว” ของหลุมดำที่จะยิ่งเพิ่มความเร็วมากขึ้นตามเวลาที่นานออกไป และทำให้หลุมดำหดตัวลง มวลลดลง ยิ่งลดลงลำอนุภาคยิ่งหลุดออกมามากขึ้น เร็วขึ้น จนสุดท้ายมันจะ “ระเบิด”
หลุมดำในระยะสุดท้ายที่ว่านี้ ฮอว์กิ้งชี้ว่า ไม่ควรเรียกว่าหลุมดำอีกต่อไปเพราะมันร้อนจัดและเป็นสีขาว ก่อนการระเบิด
ว่ากันว่า ตอนที่ โรเจอร์ เพนโรส ได้ยินเรื่องนี้ เขาโทรศัพท์ไปหาฮอว์กิ้ง ที่กำลังนั่งอยู่กับโต๊ะอาหารค่ำ เตรียมฉลองวันเกิดของตนในปี 1974
เพนโรส เอาแต่แสดงความยินดี ยกย่องชื่นชม ฮอว์กิ้ง จนอาหารค่ำของฮอว์กิ้ง เย็นชืดไปทั้งโต๊ะเลยทีเดียว
ในฐานะที่เป็นผู้หนึ่งซึ่งชื่นชม สตีเฟน ฮอว์กิ้ง ผมขอแนะนำว่า ใครก็ตามที่ต้องการซึมซาบทำความเข้าใจความยิ่งใหญ่ของอัจฉริยะผู้ไม่ยอมพ่ายแพ้ต่อสังขารผู้นี้ ควรอ่านและทำความเข้าใจกับหนังสือแนว “ป๊อปปูลาร์ ไซนซ์” 2 เล่มของเขา หนึ่งคือ “ประวัติย่อแห่งกาลเวลา” ผลงานอมตะของเขา อีกหนึ่งคือ “ประวัติย่อของตัวผม” ที่พูดถึงทั้งประวัติส่วนตัวและความเป็นมาของแนวคิดทางวิทยาศาสตร์สำคัญๆ แทบทุกเรื่องของ ฮอว์กิ้ง
อีกเล่ม เป็นผลงานของ คิตตี เฟอร์กุสัน ตีพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ เซนต์ มาร์ตินส์ กริฟฟิน เมื่อปี 2012 เป็นหนังสือเชิงชีวประวัติพร้อมกับอธิบายความผลงานสำคัญๆ ของฮอว์กิ้ง ชื่อ “Stephen Hawking: An Unfettered Mind”
2 เล่มแรก สำนักพิมพ์มติชนจัดพิมพ์จำหน่ายเป็นภาษาไทยแล้ว เชื่อว่าตอนนี้ยังมีให้ซื้อหามาอ่านกันได้อยู่
ส่วนเล่มหลัง ยังไม่มีการแปลและจัดพิมพ์เป็นภาษาไทยครับ
