อวกาศมีที่สิ้นสุดหรือไม่?

คำถามว่า “อวกาศมีที่สิ้นสุดหรือไม่” เป็นหนึ่งในคำถามที่ลึกที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ

ตั้งแต่ยุคปรัชญากรีกโบราณจนถึงฟิสิกส์จักรวาลสมัยใหม่

มนุษย์พยายามทำความเข้าใจว่าเอกภพที่เราอาศัยอยู่นั้นมี “ขอบ” หรือไม่ และหากมี ขอบนั้นคืออะไร

ในอดีต มนุษย์จำนวนมากเชื่อว่าจักรวาลมีขนาดจำกัดและมีศูนย์กลาง แต่การปฏิวัติทางดาราศาสตร์ของ Nicolaus Copernicus, Galileo Galilei

และต่อมา Edwin Hubble ได้เปลี่ยนมุมมองของมนุษย์อย่างสิ้นเชิง โดยเฉพาะการค้นพบของ Hubble

ในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1920 ที่แสดงให้เห็นว่ากาแล็กซีกำลังเคลื่อนห่างออกจากกัน ซึ่งนำไปสู่แนวคิดว่าเอกภพกำลังขยายตัว (NASA)

แนวคิดเรื่องเอกภพที่กำลังขยายตัวมีรากฐานจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein

ซึ่งอธิบายว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรงในความหมายดั้งเดิม แต่เกิดจากความโค้งของอวกาศ-เวลา (space-time)

เมื่อสมการของ Einstein ถูกนำมาใช้กับเอกภพทั้งระบบ นักฟิสิกส์พบว่าเอกภพไม่ควรอยู่นิ่ง แต่ควรขยายตัวหรือหดตัว (Britannica)

จากจุดนี้ คำถามสำคัญจึงเกิดขึ้นว่า หากเอกภพกำลังขยายตัว แล้วมันกำลังขยาย “เข้าไปในอะไร” และมันมีขอบเขตหรือไม่

จักรวาลวิทยาสมัยใหม่เสนอว่า เอกภพอาจไม่มี “ขอบ” ในความหมายที่มนุษย์คุ้นเคย

เปรียบเทียบง่าย ๆ คือพื้นผิวของโลก หากสิ่งมีชีวิตสองมิติอาศัยอยู่บนผิวโลก พวกมันอาจเดินทางไปเรื่อย ๆ โดยไม่พบ “ขอบ” ของพื้นผิว แม้ว่าพื้นผิวโลกจะมีพื้นที่จำกัดก็ตาม แนวคิดนี้ทำให้นักฟิสิกส์เสนอว่าเอกภพอาจเป็น “finite but unbounded” หรือมีขนาดจำกัดแต่ไม่มีขอบ (NASA WMAP)

ในทางคณิตศาสตร์ รูปร่างของเอกภพสัมพันธ์กับความโค้งของอวกาศ ซึ่งแบ่งได้เป็นสามรูปแบบหลัก ได้แก่

1. เอกภพแบบแบน (Flat Universe)

อวกาศมีโครงสร้างแบบยูคลิด เส้นขนานไม่บรรจบกัน และเอกภพอาจไม่มีที่สิ้นสุด

2. เอกภพแบบปิด (Closed Universe)

อวกาศมีความโค้งเป็นบวก คล้ายพื้นผิวทรงกลม หากเดินทางไกลพออาจกลับมายังจุดเดิมได้

3. เอกภพแบบเปิด (Open Universe)

อวกาศมีความโค้งเป็นลบ คล้ายอานม้า และอาจขยายตัวตลอดไป

ข้อมูลจากภารกิจศึกษารังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล เช่น Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) และภารกิจ Planck spacecraft ขององค์การอวกาศยุโรป พบว่าเอกภพของเรามีลักษณะ “เกือบแบนอย่างสมบูรณ์”

ซึ่งอาจหมายความว่าเอกภพมีขนาดอนันต์ หรือมีขนาดใหญ่มหาศาลเกินกว่าที่เราจะสังเกตได้ (ESA)

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือ มนุษย์สามารถสังเกตได้เพียง “เอกภพที่สังเกตได้” (Observable Universe) เท่านั้น เนื่องจากแสงมีความเร็วจำกัด และเอกภพมีอายุประมาณ 13.8 พันล้านปี เราจึงมองเห็นได้เพียงระยะทางที่แสงเดินทางมาถึงเราได้ตั้งแต่กำเนิดจักรวาล แต่เพราะเอกภพขยายตัวอยู่ตลอด ขนาดของเอกภพที่สังเกตได้จึงมีรัศมีประมาณ 46.5 พันล้านปีแสง ไม่ใช่ 13.8 พันล้านปีแสงอย่างที่หลายคนเข้าใจ (NASA)

นั่นหมายความว่า แม้เราจะมองเห็นได้ไกลมหาศาล แต่ก็ยังอาจเป็นเพียงเศษเสี้ยวเล็ก ๆ ของเอกภพทั้งหมด

อีกแนวคิดที่น่าสนใจคือทฤษฎี Inflation หรือ “การพองตัวของเอกภพ” ซึ่งเสนอโดย Alan Guth ในปี 1981 ทฤษฎีนี้เสนอว่า หลังบิกแบงไม่นาน เอกภพขยายตัวอย่างรวดเร็วมหาศาลในช่วงเวลาสั้นมาก การพองตัวนี้อาจทำให้เอกภพใหญ่กว่าพื้นที่ที่เราสังเกตได้อย่างมหาศาล

หรืออาจไม่มีที่สิ้นสุดเลยก็ได้ (Scientific American)

ในระดับลึกทางปรัชญา คำถามเรื่อง “ขอบของอวกาศ” อาจเกิดจากข้อจำกัดของสมองมนุษย์เอง เพราะมนุษย์คุ้นเคยกับวัตถุที่มีขอบเขต เช่น ห้อง บ้าน หรือดาวเคราะห์ แต่ในระดับจักรวาล อวกาศอาจไม่จำเป็นต้องมี “ขอบ” ในความหมายแบบนั้นเลย

หากเอกภพมีขอบจริง คำถามต่อไปจะเกิดขึ้นทันทีว่า “อีกด้านของขอบนั้นคืออะไร” แต่หากเอกภพไม่มีขอบ เราก็ต้องเผชิญกับแนวคิดที่ยากต่อจินตนาการไม่แพ้กัน นั่นคือความเป็นอนันต์

ท้ายที่สุด วิทยาศาสตร์ในปัจจุบันยังไม่สามารถตอบได้อย่างสมบูรณ์ว่าอวกาศมีที่สิ้นสุดหรือไม่

แต่ข้อมูลเชิงสังเกตจำนวนมากชี้ว่า เอกภพอาจไม่มีขอบในความหมายดั้งเดิม และอาจใหญ่กว่าที่มนุษย์จะจินตนาการได้อย่างมหาศาล คำถามนี้จึงยังคงเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ และอาจเป็นคำถามที่ผลักดันมนุษยชาติให้สำรวจธรรมชาติของความจริงต่อไปในอนาคต

อ้างอิง

1. NASA Science — Universe Overview (=AT5npwPYL8up9ScO7rP7EDwO3Zy6nDEVgu3uHyMZDNBCdc05eOHwkUOy2ZB0R7_HXOtxSm8JlL3DO-oOZuC-PPg-Fm-1krLEyaAq8EEsuaLaUnbtlJVPj2Wcm4B7x_agFbYAGKgUlhncm_Rvv-rQl44MmzdeaYES8zVoEZ0Pr_cUWmdlBetc5-6L_5gPFVE]science.nasa.gov)

2. Encyclopaedia Britannica — General Relativity (=AT5npwPYL8up9ScO7rP7EDwO3Zy6nDEVgu3uHyMZDNBCdc05eOHwkUOy2ZB0R7_HXOtxSm8JlL3DO-oOZuC-PPg-Fm-1krLEyaAq8EEsuaLaUnbtlJVPj2Wcm4B7x_agFbYAGKgUlhncm_Rvv-rQl44MmzdeaYES8zVoEZ0Pr_cUWmdlBetc5-6L_5gPFVE]britannica.com)

3. NASA WMAP Mission — Shape of the Universe (map.gsfc.nasa.gov)

4. European Space Agency — Planck Mission Results (esa.int)

5. Scientific American — What Is the Universe Expanding Into? (scientificamerican.com)