ขอเน้น ๆ ถามจริงนะ “พลังงานมืด” (Dark Energy) คืออะไร ?

สำหรับบทความนี้เราจะมาลงลึกถึงรายละเอียดเล็ก ๆ แต่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการขยายตัวของจักรวาล นั่นก็คือ พลังงานมืด หรือ Dark Energy กันครับ

พลังงานมืด (Dark Energy) คืออะไร?

เพื่อน ๆ หลายคนน่าจะรู้กันอยู่แล้วว่าจักรวาลของเรากำลังขยายตัว ซึ่งการขยายตัวที่ว่านี้ก็เริ่มต้นมาตั้งแต่การระเบิดครั้งใหญ่หรือบิกแบงนั่นเอง และบิกแบงก็ไม่ต่างอะไรจากการระเบิดทั่วไปที่เรารู้จัก เพราะนิยามของการ “ระเบิด” ก็คือการขยายตัวอย่างรุนแรงและฉับพลัน

แต่ปัญหามันอยู่ตรงที่ ทั่วไปแล้วการระเบิดควรจะมีอัตราการขยายตัวเร็วที่สุดในช่วงเริ่มต้น และลดอัตราการขยายตัวลงอย่างรวดเร็วจนกระทั่งถึงจุดที่มันหยุดขยาย หลังจากนั้นมันอาจจะเกิดการหดตัวหรือไม่ก็ได้ ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม

ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เอง ‘เคยคิดว่า’ จักรวาลก็เป็นแบบนั้น พวกเขาเคยเชื่อว่าวันนึงอัตราการขยายตัวจะลดลงในที่สุด และมวลของสิ่งต่าง ๆ ในจักรวาลจะดึงดูดให้จักรวาลหดตัวลง แล้วเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง (เรียกการหดตัวนี้ว่า Big Crunch)

แผนภาพจำลองโครงสร้างของจักรวาลในแต่ละช่วงเวลา 0.9, 3.2, 13.7 พันล้านปีตามลำดับจากซ้าย

แต่จากการศึกษาตลอดช่วง 20 ปีที่ผ่านมาชี้ว่านักวิทยาศาสตร์คิดผิดมาตลอด

จักรวาลจะไม่มีวันหยุดขยายตัว และมวลในจักรวาลทั้งหมดก็ไม่มากเพียงพอจะดึงรั้งให้มันหดตัวได้ อันที่จริงนักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่ายิ่ง “*เวลา” เดินไปมากเท่าไหร่ อัตราการขยายตัวของจักรวาลก็ยิ่งเร็วมากขึ้นเท่านั้น ไม่สอดคล้องกับหลักการอนุรักษ์พลังงานของนิวตันเลยแม้แต่น้อย

นั่นทำให้เรารู้ว่าจักรวาลแห่งนี้มี “แรงปริศนา” นอกกฎเกณฑ์ที่กำลังผลักจักรวาลให้ขยายตัวออกไปเร็วมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกแรงปริศนานี้ว่า “พลังงานมืด” ไม่ใช่เพราะมันมีด แต่เพราะมันลึกลับและหาคำตอบไม่ได้ อย่างน้อยก็ในปัจจุบันครับ

*เวลา ในทางวิทยาศาสตร์มีอยู่จริง มันคือสิ่งที่ไหลต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ เป็นมิติเดียวนับตั้งแต่การกำเนิดจักรวาลหรือบิกแบง และความจริงแล้วในทางทฤษฎีเราสามารถมองเห็นอดีตได้ ซึ่งอดีตที่ใกล้ตัวที่สุดที่เรามองเห็นคือดวงอาทิตย์ อันเป็นอดีตเมื่อ 8 นาทีก่อน นั่นหมายความว่าถ้าเราสามารถเดินทางเร็วกว่าแสงได้ เราก็สามารถมองเห็นอดีตของตัวเองได้ด้วยเช่นกัน

แผนภาพโครงสร้างจักรวาลตามช่วงเวลา

แล้วรู้ได้อย่างไรว่าจักรวาลขยายตัวเร็วกว่าเดิม?

อย่างที่ผมได้อธิบายเกี่ยวกับเวลาไปแล้วข้างต้น เราสามารถมองเห็นอดีตในแต่ละช่วงเวลาได้ครับ และในปี 1998 นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ทำการสำรวจปรากฏการณ์ระเบิดของดาวฤกษ์ หรือ ซูเปอร์โนวา (Supernova) เพื่อวัดอัตราการขยายตัวของจักรวาล โดยวัดระยะทางจากการระเบิดกับโลกและวัตถุอื่น ๆ ว่าอยู่ห่างกันเท่าไหร่ (วัดความหนาแน่นของจักรวาล) ขณะเดียวกันยิ่งห่างมากเท่าไหร่ก็หมายความว่าเรากำลังมองดูอดีตที่ไกลมากขึ้นเท่านั้นด้วย

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบก็คือ ระยะห่างของซูเปอร์โนวากับโลกในช่วงเวลาประมาณ 2 ใน 3 ของเวลาจากบิกแบงถึงปัจจุบัน อยู่ไกลมากกว่าที่มันควรจะเป็นมาก และกำลังไกลออกไปเรื่อย ๆ อย่างรวดเร็ว ชี้ว่าอัตราการขยายตัวของจักรวาลกำลังเร็วมากกว่าที่มันควรจะเป็น

หลังจากนั้นก็มีการพิสูจน์โดยนักดาราศาสตร์อีกหลายคนว่าอัตราการขยายตัวของจักรวาลไม่ได้กำลังลดลงตามที่ควรจะเป็น แต่กลับขยายตัวเร็วมากขึ้นเรื่อย ๆ จริง ๆ

โดยอัตราการขยายตัวของจักรวาลเป็นไปตามที่เคยคิดเอาไว้ตอนแรกคือค่อย ๆ ลดลงมาตลอด แต่อยู่ดี ๆ หลังเกิดบิกแบงได้ประมาณ 7 ถึง 8 พันล้านปี ก็ดันมีแรงปริศนาที่เร่งอัตราการขยายตัวขึ้นมาเฉย ๆ เสียอย่างนั้น ทำเอานักดาราศาสตร์ทั่วโลกในยุค 90 ถึง 2000 ช็อกไปตาม ๆ กัน และนั่นเองคือที่มาของพลังงานมืดครับ

แผนภาพแสดงการอัตราการขยายตัวของจักรวาลแบบก้าวกระโดด

หนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวงการฟิสิกส์ดาราศาสตร์

นอกเหนือจาก “สสารมืด” แล้ว ก็มี “พลังงานมืด” นี่แหละครับที่เป็นปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งวงการดาราศาสตร์ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติของมันยังพอจะอธิบายได้ เพราะตรงกับสิ่งที่ไอน์สไตน์เรียกว่า anti-gravity force เพียงแต่เรายังไม่รู้ลักษณะทางธรรมชาติและต้นกำเนิดของมันว่ามาจากไหน เป็นยังไงกันแน่

และปริศนาที่ใหญ่ที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจคือ ทำไมพลังงานมืดถึงเพิ่งจะมาปรากฏขึ้นในช่วง 7-8 พันล้านปีหลังบิกแบง ก่อนหน้านั้นมันไปอยู่ไหนมา มันไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้นพร้อมกับจักรวาลหรือ? พลังงานมืดจะเร่งอัตราการขยายตัวของจักรวาลต่อไปอีกนานเท่าไหร่ หรือมันจะเร่งการขยายตัวแบบนี้ต่อไปตลอดกาลมั้ย?

ซึ่งก็นำไปสู่คำถามอีกมากมาย เช่นว่า ถ้าหากอัตราการขยายตัวเป็นแบบนี้ตลอดไป มันย่อมไปถึงจุดหนึ่งในอนาคตที่อัตราเร่งของการขยายตัวจะมากกว่าแรงที่ยึดจักรวาลเอาไว้ และฉีกทึ้งสสารต่าง ๆ ในจักรวาลเป็นชิ้น ๆ มั้ย? (นักวิทยาศาสตร์เรียกเหตุการณ์นี้ว่า Big Rip)

ซึ่งหวังว่าวันหนึ่งในอนาคตที่ไม่รู้ว่าอีกไกลแค่ไหน เราจะสามารถไขปริศนาเหล่านี้ได้ครับ