A few months ago the Nobel Prize in physics was awarded to two teams of astronomers for a discovery that has been hailed as one of the most important astronomical observations ever. And today, after briefly describing what they found, I'm going to tell you about a highly controversial framework for explaining their discovery, namely the possibility that way beyond the Earth, the Milky Way and other distant galaxies, we may find that our universe is not the only universe, but is instead part of a vast complex of universes that we call the multiverse.
ไม่กี่เดือนก่อน รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ถูกมอบให้ทีมนักดาราศาสตร์ 2 ทีม สำหรับการค้นพบที่ได้รับการยกย่อง ให้เป็นการค้นพบที่สำคัญที่สุดเท่าที่เคยมีมา ด้านการสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ วันนี้ ผมจะเริ่มจากอธิบายให้ฟัง เกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขาค้นพบ แล้วต่อด้วยกรอบแนวคิดซึ่งเป็นที่ถกเถียง ที่ใช้อธิบายการค้นพบนี้ นั่นก็คือ ความเป็นไปได้ที่ ไกลออกไปจากโลก จากกาแล็กซีทางช้างเผือก และกาแล็กซีอื่นๆ เราอาจพบว่าเอกภพ (universe) ของเรา ไม่ได้เป็นเอกภพเดียวที่มีอยู่ แต่เป็นเพียงแค่ ส่วนหนึ่งของหลายเอกภพที่ซับซ้อน ที่เราเรียกว่า "สหภพ" (multiverse)
Now the idea of a multiverse is a strange one. I mean, most of us were raised to believe that the word "universe" means everything. And I say most of us with forethought, as my four-year-old daughter has heard me speak of these ideas since she was born. And last year I was holding her and I said, "Sophia, I love you more than anything in the universe." And she turned to me and said, "Daddy, universe or multiverse?" (Laughter)
แนวคิดของสหภพออกจะฟังดูแปลกสักหน่อย พวกเราส่วนใหญ่โตมากับความเชื่อที่ว่า คำว่า "เอกภพ" หมายถึง ทุกสิ่งอย่าง และผมว่าพวกเราส่วนใหญ่ที่คิดรอบคอบ เหมือนลูกสาวอายุ 4 ขวบของผม ที่ได้ยินผมพูดแนวคิดเหล่านี้มาตั้งแต่เกิด และเมื่อปีที่แล้ว ในขณะที่ผมกำลังประคองเธออยู่ ผมบอกเธอว่า "โซเฟีย, พ่อรักลูกมากกว่าสิ่งอื่นใดในเอกภพเลยนะ" เธอถามผมว่า "พ่อคะ เอกภพ หรือ สหภพ กันแน่คะ?" (เสียงหัวเราะ)
But barring such an anomalous upbringing, it is strange to imagine other realms separate from ours, most with fundamentally different features, that would rightly be called universes of their own. And yet, speculative though the idea surely is, I aim to convince you that there's reason for taking it seriously, as it just might be right. I'm going to tell the story of the multiverse in three parts. In part one, I'm going to describe those Nobel Prize-winning results and to highlight a profound mystery which those results revealed. In part two, I'll offer a solution to that mystery. It's based on an approach called string theory, and that's where the idea of the multiverse will come into the story. Finally, in part three, I'm going to describe a cosmological theory called inflation, which will pull all the pieces of the story together.
แม้ไม่นับการสอนลูกแบบแปลกๆ ของผม มันก็ดูแปลกที่จะจินตนาการ ถึงดินแดนอื่นๆ นอกเหนือจากของเรา ที่มีลักษณะพื้นฐานแตกต่างอย่างสิ้นเชิง ที่ซึ่งอาจมีสิทธิ์เรียกตัวเองว่าเป็นเอกภพได้เหมือนกัน ถึงแม้ว่า แนวความคิดนี้เป็นเพียงการคาดคะเน ผมก็ยังมุ่งมั่นจะโน้มน้าวให้พวกคุณเชื่อ ว่ามีเหตุผลมากพอที่จะจริงจังกับมัน เพราะมันอาจเป็นแนวคิดที่ถูกต้อง ผมจะแบ่งการอธิบายเรื่องของสหภพออกเป็นสามภาค ในภาคแรก ผมจะบรรยายการค้นพบที่ได้รางวัลโนเบล และชี้ให้เห็นปริศนาอันน่าฉงน ซึ่งถูกเปิดเผยโดยการค้นพบเหล่านั้น ในภาคที่สอง ผมจะเสนอคำตอบสำหรับปริศนานั้น ซึ่งตั้งอยู่บนพื้นฐานของแนวคิด ทฤษฎีสตริง (string theory) และนั่นคือตอน ที่แนวคิดเรื่องสหภพ จะเข้ามาในเรื่องราวของเรา และสุดท้าย ในภาคที่สาม ผมจะบรรยายทฤษฎีของจักรวาลวิทยา ที่เรียกว่า การขยายตัว (infllation) ซึ่งจะดึงเอาเรื่องราวทั้งสามภาคมารวมเข้าด้วยกัน
Okay, part one starts back in 1929 when the great astronomer Edwin Hubble realized that the distant galaxies were all rushing away from us, establishing that space itself is stretching, it's expanding. Now this was revolutionary. The prevailing wisdom was that on the largest of scales the universe was static. But even so, there was one thing that everyone was certain of: The expansion must be slowing down. That, much as the gravitational pull of the Earth slows the ascent of an apple tossed upward, the gravitational pull of each galaxy on every other must be slowing the expansion of space.
ภาคแรก เริ่มต้นเมื่อปี 1929 เมื่อนักดาราศาสตร์ชื่อดัง เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ตระหนักว่ากาแล็กซีที่ห่างไกลออกไป ต่างวิ่งห่างจากเราออกไปเรื่อยๆ เขาก่อตั้งแนวคิดที่ว่าอวกาศนั้นยืดตัวออกเรื่อยๆ มันกำลังขยายตัว นี่เป็นการปฏิวัติด้านแนวคิดเลยทีเดียว ความเข้าใจโดยทั่วไปในยุคนั้นคือ เอกภพนั้นหยุดนิ่ง แต่กระนั้น มีสิ่งหนึ่งที่ทุกคนแน่ใจ นั่นก็คือ การขยายตัวจะต้องช้าลง เปรียบเสมือนแรงดึงดูดของโลก ที่ชะลอการลอยตัวของผลแอปเปิลที่ถูกโยนขึ้น ซึ่งแรงดึงดูด ของแต่ละกาแล็กซีนี้ มีผลให้การขยายตัวของห้วงอวกาศ ชะลอลง
Now let's fast-forward to the 1990s when those two teams of astronomers I mentioned at the outset were inspired by this reasoning to measure the rate at which the expansion has been slowing. And they did this by painstaking observations of numerous distant galaxies, allowing them to chart how the expansion rate has changed over time. Here's the surprise: They found that the expansion is not slowing down. Instead they found that it's speeding up, going faster and faster. That's like tossing an apple upward and it goes up faster and faster. Now if you saw an apple do that, you'd want to know why. What's pushing on it?
ทีนี้ เร่งเวลามาสู่ยุคปี 90 ในตอนที่นักดาราศาสตร์ 2 ทีม ที่ผมกล่าวถึงเมื่อตอนต้น เกิดแรงบันดาลใจจากเหตุผลดังกล่าว พวกเขาจึงคิดวัดอัตรา การขยายตัวเริ่มชะลอลง พวกเขาทำการทดลอง โดยใช้ความอุตสาหะในการเฝ้าสังเกตการณ์ หลายๆ กาแล็กซีอันห่างไกล ทำให้พวกเขาสามารถบันทึก ว่าอัตราการขยายตัวนั้นเปลี่ยนแปลงตามเวลาไปอย่างไร และนี่คือผลที่น่าประหลาดใจ พวกเขาพบว่าอัตราการขยายตัวไม่ได้ค่อยๆ ชะลอลง แต่กลับพบว่ามันกำลังเร่งความเร็วขึ้น เร็วขึ้นเรื่อยๆ มันเหมือนกับการโยนลูกแอปเปิลขึ้นในอากาศ แล้วมันลอยสูงขึ้น เร็วขึ้นเรื่อยๆ เวลาคุณเห็นแอปเปิลเป็นอย่างนั้น คุณคงอยากรู้ว่า อะไรกำลังผลักมันอยู่
Similarly, the astronomers' results are surely well-deserving of the Nobel Prize, but they raised an analogous question. What force is driving all galaxies to rush away from every other at an ever-quickening speed? Well the most promising answer comes from an old idea of Einstein's. You see, we are all used to gravity being a force that does one thing, pulls objects together. But in Einstein's theory of gravity, his general theory of relativity, gravity can also push things apart.
คล้ายกันครับ การค้นพบของนักดาราศาสตร์เหล่านั้น สมควรได้รับรางวัลโนเบลอย่างแน่นอน แต่พวกเขาก็สร้างคำถามเชิงเปรียบเทียบขึ้นมา ว่าแรงอะไรที่กำลังผลักดันกาแล็กซีทั้งหลาย ให้วิ่งออกห่างจากกัน ด้วยอัตราที่เร็วขึ้นเรื่อยๆ ทีนี้ คำตอบที่เป็นไปได้มากที่สุด มาจากแนวคิดเก่าแก่ของ ไอน์สไตน์ (Einstien) คือว่า พวกเราเคยชินกับแรงโน้มถ่วง ว่าเป็นแรงที่มีหน้าที่อย่างเดียว คือดึงวัตถุเข้าหากัน แต่ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ หรือทฤษฎีสัมพัทธภาพ แรงโน้มถ่วงก็สามารถผลักวัตถุออกจากกันได้
How? Well according to Einstein's math, if space is uniformly filled with an invisible energy, sort of like a uniform, invisible mist, then the gravity generated by that mist would be repulsive, repulsive gravity, which is just what we need to explain the observations. Because the repulsive gravity of an invisible energy in space -- we now call it dark energy, but I've made it smokey white here so you can see it -- its repulsive gravity would cause each galaxy to push against every other, driving expansion to speed up, not slow down. And this explanation represents great progress.
ถ้าอธิบายตามคณิตศาสตร์ของไอน์สไตน์ อวกาศนั้นเต็มไปด้วยพลังงานที่มองไม่เห็น กระจายตัวอยู่อย่างสม่ำเสมอ คล้ายๆ กับหมอกบางๆ ที่มองไม่เห็น ทีนี้แรงโน้มถ่วงที่สร้างขึ้นจากหมอกพวกนั้น จะเป็นแรงผลัก เป็นแรงโน้มถ่วงชนิดผลัก ซึ่งเป็นสิ่งที่เราต้องการ ที่จะใช้อธิบายผลสังเกตการณ์เหล่านั้น และเป็นเพราะแรงโน้มถ่วงชนิดผลัก ของพลังงานที่มองไม่เห็นในอวกาศ เราจึงเรียกมันว่า พลังงานมืด (dark energy) ผมทำมันเป็นควันสีขาว เพื่อให้คุณเห็นมัน แรงโน้มถ่วงชนิดผลัก ทำให้แต่ละกาแล็กซีต่างผลักตัวออกจากกัน ส่งผลให้การขยายตัวเพิ่มอัตราขึ้น ไม่ใช่ช้าลง และการอธิบายนี้ ก็แสดงถึงความก้าวหน้าอันยิ่งใหญ่
But I promised you a mystery here in part one. Here it is. When the astronomers worked out how much of this dark energy must be infusing space to account for the cosmic speed up, look at what they found. This number is small. Expressed in the relevant unit, it is spectacularly small. And the mystery is to explain this peculiar number. We want this number to emerge from the laws of physics, but so far no one has found a way to do that.
ผมสัญญาพวกคุณว่าจะมีปริศนา ในภาคแรกนี้ เรื่องมันเป็นอย่างนี้ครับ เมื่อนักดาราศาสตร์กลุ่มนี้คำนวณได้ว่า ต้องมีพลังงานมืด แทรกตัวอยู่ในอวกาศมากแค่ไหน จึงจะส่งผลให้เกิดการขยายตัวของอวกาศเช่นที่เป็นอยู่ นี่คือผลที่พวกเขาพบ ตัวเลขที่ได้ มีค่าน้อยมาก แม้จะแสดงในหน่วยที่เหมาะสมแล้ว มันก็ยังดูน้อยมากอยู่ดี และปริศนานั้นก็คือการที่จะอธิบายเจ้าเลขแปลกๆ ตัวนี้ เราอยากให้ตัวเลขนี้ ให้เป็นผลลัพธ์ของกฏฟิสิกส์ แต่จนถึงตอนนี้ยังไม่มีใครพบวิธีที่จะทำได้
Now you might wonder, should you care? Maybe explaining this number is just a technical issue, a technical detail of interest to experts, but of no relevance to anybody else. Well it surely is a technical detail, but some details really matter. Some details provide windows into uncharted realms of reality, and this peculiar number may be doing just that, as the only approach that's so far made headway to explain it invokes the possibility of other universes -- an idea that naturally emerges from string theory, which takes me to part two: string theory.
ทีนี้คุณอาจสงสัยว่า ต้องสนใจมันด้วยเหรอ? บางทีคำอธิบายเลขตัวนี้ อาจเป็นแค่เรื่องทางเทคนิค อาจเป็นรายละเอียดที่มีแต่ผู้เชี่ยวชาญสนใจ แต่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับใครอื่น มันก็เป็นเรื่องรายละเอียดทางเทคนิคจริงๆ แหละครับ แต่รายละเอียดบางอย่าง ก็น่าสนใจ บางรายละเอียด ชี้ให้เห็นประตู สู่ดินแดนที่ไม่เคยมีใครค้นพบมาก่อน และเลขแปลกๆ ตัวนี้อาจมีหน้าที่เช่นนั้น และวิธีเดียวที่จะเข้าใกล้การอธิบายตัวเลขนี้ได้มากที่สุด ก็ก่อให้เกิดความเป็นไปได้ของเอกภพอื่นๆ เป็นแนวคิดที่เกิดขึ้นมาจากทฤษฎีสตริง ซึ่งจะนำผมเข้าสู่ภาคสอง: ทฤษฎีสตริง
So hold the mystery of the dark energy in the back of your mind as I now go on to tell you three key things about string theory. First off, what is it? Well it's an approach to realize Einstein's dream of a unified theory of physics, a single overarching framework that would be able to describe all the forces at work in the universe. And the central idea of string theory is quite straightforward. It says that if you examine any piece of matter ever more finely, at first you'll find molecules and then you'll find atoms and subatomic particles. But the theory says that if you could probe smaller, much smaller than we can with existing technology, you'd find something else inside these particles -- a little tiny vibrating filament of energy, a little tiny vibrating string. And just like the strings on a violin, they can vibrate in different patterns producing different musical notes. These little fundamental strings, when they vibrate in different patterns, they produce different kinds of particles -- so electrons, quarks, neutrinos, photons, all other particles would be united into a single framework, as they would all arise from vibrating strings. It's a compelling picture, a kind of cosmic symphony, where all the richness that we see in the world around us emerges from the music that these little, tiny strings can play.
พักเรื่องปริศนาของพลังงานมืด ไว้ในใจก่อนนะครับ เพราะตอนนี้ผมจะเล่าให้คุณฟังเกี่ยวกับ สิ่งสำคัญสามอย่างเกี่ยวกับทฤษฎีสตริง อย่างแรกเลย มันคือวิธีการทำฝันของไอน์สไตน์ให้เป็นจริง ซึ่งก็คือทฤษฎีเอกภาพทางฟิสิคส์ เป็นกรอบแนวคิดใหญ่ ที่จะสามารถอธิบาย แรงทุกอย่างที่มีในเอกภพ และแก่นความคิดหลักของทฤษฎีสตริง ก็ตรงไปตรงมา มันกล่าวว่าถ้าคุณพิจารณา สสารชิ้นใดก็ตามให้ละเอียด ตอนแรกคุณจะพบโมเลกุล จากนั้นคุณจะพบอะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอม แต่ทฤษฎีกล่าวไว้ว่า ถ้าคุณสามารถมองเห็นสิ่งที่เล็กลงไปอีก เล็กกว่าความสามารถของเทคโนโลยีที่เรามีอยู่ คุณจะพบสิ่งอื่นๆ ในอนุภาคเหล่านี้ มันคือสายใยขนาดจิ๋วของพลังงานที่กำลังสั่น เส้นด้ายเล็กๆ ที่กำลังสั่น และเช่นเดียวกับสายไวโอลิน พวกมันสามารถสั่นได้หลายรูปแบบ สร้างโน้ตดนตรีต่างๆ กัน เมื่อเส้นด้ายพื้นฐานเล็กๆ เหล่านี้ สั่นในรูปแบบต่างๆ พวกมันจะผลิตอนุภาคที่แตกต่างกัน ดังนั้นอิเล็กตรอน ควาร์ก นิวตริโน โฟตอน และ อนุภาคอื่น ๆ จะถูกรวมอยู่ในกรอบเดียวกัน เพราะพวกมันล้วนเกินจากเส้นด้ายที่สั่น มันเป็นภาพที่สวยจับใจ คล้ายกับเป็นซิมโฟนีจักรวาล ที่ซึ่งความอิ่มเอิบ ที่เราเห็นในโลกรอบตัวเรา ก่อกำเนิดขึ้นมาจากบทเพลง ที่เส้นด้ายจิ๋วเหล่านี้สามารถเล่นได้
But there's a cost to this elegant unification, because years of research have shown that the math of string theory doesn't quite work. It has internal inconsistencies, unless we allow for something wholly unfamiliar -- extra dimensions of space. That is, we all know about the usual three dimensions of space. And you can think about those as height, width and depth. But string theory says that, on fantastically small scales, there are additional dimensions crumpled to a tiny size so small that we have not detected them. But even though the dimensions are hidden, they would have an impact on things that we can observe because the shape of the extra dimensions constrains how the strings can vibrate. And in string theory, vibration determines everything. So particle masses, the strengths of forces, and most importantly, the amount of dark energy would be determined by the shape of the extra dimensions. So if we knew the shape of the extra dimensions, we should be able to calculate these features, calculate the amount of dark energy.
แต่ก็มีต้นทุน เพื่อให้ได้มาซึ่งความเป็นเอกภาพที่เริศหรูนี้ เพราะจากการวิจัยหลายปี แสดงให้เห็นว่าคณิตศาสตร์ของทฤษฎีสตริง ทำงานไม่สมบูรณ์นัก มันมีความไม่สอดคล้องภายในอยู่บางอย่าง ยกเว้นว่าเราอนุญาตให้มี บางสิ่งที่ เราไม่คุ้นเคยโดยสิ้นเชิง นั่นคือ มิติเพิ่มเติมของพื้นที่ เราทุกคนทราบเกี่ยวกับพื้นที่สามมิติปกติของเรา และคุณสามารถนึกถึงมัน ในแง่ความสูง ความกว้าง และความลึก แต่ทฤษฎีสตริงกล่าวว่าว่า ในระดับที่เล็กมากๆ จะมีมิติเพิ่มเติม ที่ถูกบีบอัดขนาดให้เล็กมาก กระทั่งเราไม่สามารถตรวจพบได้ แม้ว่ามิติเหล่านี้จะถูกซ่อน ไว้ พวกมันก็ส่งผลกระทบ ต่อสิ่งที่เราสามารถสังเกตได้ เนื่องจากมิติพิเศษเหล่านี้ บังคับพฤติกรรมการสั่นของเส้นด้าย และในทฤษฎีสตริง การสั่นสะเทือนกำหนดทุกสิ่งทุกอย่าง ดังนั้น มวลของอนุภาค แรงต่างๆ และที่สำคัญมากที่สุดคือ ปริมาณของพลังงานมืด จะถูกกำหนด โดยรูปร่างของมิติพิเศษ ดังนั้นถ้าเรารู้รูปร่างของมิติพิเศษ เราน่าจะคำนวณคุณลักษณะต่างๆ ได้ คำนวณปริมาณของพลังงานมืดได้
The challenge is we don't know the shape of the extra dimensions. All we have is a list of candidate shapes allowed by the math. Now when these ideas were first developed, there were only about five different candidate shapes, so you can imagine analyzing them one-by-one to determine if any yield the physical features we observe. But over time the list grew as researchers found other candidate shapes. From five, the number grew into the hundreds and then the thousands -- A large, but still manageable, collection to analyze, since after all, graduate students need something to do. But then the list continued to grow into the millions and the billions, until today. The list of candidate shapes has soared to about 10 to the 500.
ความท้าทาย คือ เราไม่รู้ รูปร่างของมิติพิเศษ ทั้งหมดที่เรามี คือ รายการของรูปร่างที่เป็นไปได้ ที่คณิตศาสตร์จะอนุญาตให้มี ตอนนี้ เมื่อความคิดเหล่านี้ถูกแรกพัฒนา มีรูปร่างต่างๆ ที่เข้าข่าย เพียงแค่ห้าแบบ คุณคงพอนึกออกว่า การวิเคราะห์พวกมันทีละรูปร่าง เพื่อดูว่ารูปร่างใด ให้ผลลัพธ์ เป็นคุณลักษณะทางกายภาพที่เราสังเกตเห็นได้ แต่เมื่อเวลาผ่านไป รายการก็ยาวขึ้น เมื่อนักวิจัยพบรูปร่างอื่นที่เข้าข่าย จากห้ารูปร่าง เพิ่มเป็นหลักร้อย และหลักพัน กลายเป็นรายการขนาดใหญ่ แต่ก็พอที่จะทำการวิเคราะห์ไหว เพราะยังไงก็แล้วแต่ เหล่านักศึกษาป.โท ก็ยังต้องหาหัวข้อทำวิจัย แต่แล้ว รายการก็ยังเพิ่มขึ้นอีก เป็นหลักล้าน พันล้าน จนทุกวันนี้ รายการรูปร่างที่เข้าข่าย มีสูงถึงประมาณ 10 ยกกำลัง 500
So, what to do? Well some researchers lost heart, concluding that was so many candidate shapes for the extra dimensions, each giving rise to different physical features, string theory would never make definitive, testable predictions. But others turned this issue on its head, taking us to the possibility of a multiverse. Here's the idea. Maybe each of these shapes is on an equal footing with every other. Each is as real as every other, in the sense that there are many universes, each with a different shape, for the extra dimensions. And this radical proposal has a profound impact on this mystery: the amount of dark energy revealed by the Nobel Prize-winning results.
แล้วเราจะทำอย่างไรดี นักวิจัยบางคนก็ถอดใจ สรุปเอาว่า มีจำนวนรูปร่างของมิติพิเศษ ที่เป็นไปได้มากเกินไป แต่ละอันก่อให้เกิดลักษณะทางกายภาพแตกต่างกัน ทฤษฎีสตริงคงไม่สามารถ ให้การทำนายที่ชัดเจนและทดสอบได้ แต่มีคนที่เปลี่ยนวิธีมองปัญหานี้โดยสิ้นเชิง นำเราไปสู่ความเป็นไปได้ ของสหภพ และนี่คือแนวคิดที่ว่า บางที รูปร่างเหล่านี้อาจมีศักดิ์ศรี เท่าเทียมกับรูปร่างอื่นๆ แต่ละรูปร่างก็มีอยู่จริงเหมือนกับรูปร่างอื่นๆ ในเชิงที่ว่า มีเอกภพอยู่มากมาย แต่ละเอกภพ มีรูปร่างมิติพิเศษที่แตกต่างกัน และข้อเสนอที่สุดโต่งนี้ มีผลกระทบลึกซึ้งต่อปริศนา เรื่องปริมาณพลังงานมืดจากผลลัพธ์ ของทีมผู้ได้รับรางวัลโนเบล
Because you see, if there are other universes, and if those universes each have, say, a different shape for the extra dimensions, then the physical features of each universe will be different, and in particular, the amount of dark energy in each universe will be different. Which means that the mystery of explaining the amount of dark energy we've now measured would take on a wholly different character. In this context, the laws of physics can't explain one number for the dark energy because there isn't just one number, there are many numbers. Which means we have been asking the wrong question. It's that the right question to ask is, why do we humans find ourselves in a universe with a particular amount of dark energy we've measured instead of any of the other possibilities that are out there?
เพราะว่า ถ้ามีเอกภพอื่นๆ และหากเอกภพเหล่านั้น แต่ละเอกภพมีรูปร่างของมิติพิเศษที่แตกต่างกัน แล้ว คุณสมบัติทางกายภาพของแต่ละเอกภพจะแตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปริมาณของพลังงานมืดในแต่ละเอกภพ จะแตกต่างกันไปด้วย ซึ่งหมายความว่าปริศนา ในการอธิบายปริมาณพลังงานมืดที่เราวัดได้ตอนนี้ จะเปลี่ยนวิธีไปโดยสิ้นเชิง ในบริบทนี้ กฎฟิสิกส์ไม่สามารถอธิบาย ค่าพลังงานมืดค่าใดค่าหนึ่งได้ เนื่องจากมันไม่ได้มีเพียงค่าเดียว มีค่าพลังงานมืดหลายค่า ซึ่งแปลว่า เราตั้งคำถามผิดมาโดยตลอด คำถามที่ถูกควรจะเป็น ทำไมมนุษย์เราเกิดขึ้นมาในเอกภพหนึ่ง ที่มีปริมาณพลังงานมืด เท่าที่เราวัดได้อยู่นี้ แทนที่จะเกิดขึ้นในเอกภพอื่นๆ ที่มีอยู่มากมาย
And that's a question on which we can make headway. Because those universes that have much more dark energy than ours, whenever matter tries to clump into galaxies, the repulsive push of the dark energy is so strong that it blows the clump apart and galaxies don't form. And in those universes that have much less dark energy, well they collapse back on themselves so quickly that, again, galaxies don't form. And without galaxies, there are no stars, no planets and no chance for our form of life to exist in those other universes.
และนั่นคือคำถามสำคัญที่ควรหยิบขึ้นมาพิจารณา และคำตอบก็คือ เหล่าเอกภพ ที่มีพลังงานมืดมากกว่าของเรา เมื่อใดก็ตามที่สสารพยายามก่อตัว แรงโน้มถ่วงแบบผลักของพลังงานมืดจะรุนแรงมาก จนระเบิดสสารนั้นออกเป็นเสี่ยงๆ กาแล็กซีจึงไม่ก่อเป็นรูปร่าง ส่วนเอกภพที่มีพลังงานมืดน้อยไป พวกมันจะยุบตัวลงอย่างรวดเร็ว จนกาแล็กซีไม่ก่อเกิดเป็นรูปร่างเช่นกัน และถ้าไม่มีเอกภพ ก็ไม่มีดาวฤกษ์ ไม่มีดาวเคราะห์ และไม่มีโอกาส สำหรับสิ่งมีชีวิตแบบเรา ที่จะเกิดในเอกภพเหล่านั้น
So we find ourselves in a universe with the particular amount of dark energy we've measured simply because our universe has conditions hospitable to our form of life. And that would be that. Mystery solved, multiverse found. Now some find this explanation unsatisfying. We're used to physics giving us definitive explanations for the features we observe. But the point is, if the feature you're observing can and does take on a wide variety of different values across the wider landscape of reality, then thinking one explanation for a particular value is simply misguided.
ดังนั้นเราจึงพบตัวเราในเอกภพ ที่มีปริมาณพลังงานมืด ดังที่เราวัดได้ ก็เพียงเพราะเอกภพของเรามีเงื่อนไข ที่เหมาะสมต่อสิ่งมีชีวิตแบบเรา และมันก็เป็นเช่นนี้เอง ปริศนาได้ถูกตอบแล้ว เราค้นพบสหภพ บางคนยังคิดว่าคำอธิบายเหล่านี้ยังไม่น่าพอใจ เราเคยชินกับฟิสิกส์ ที่ให้คำอธิบายสำหรับสิ่งต่างๆ ที่เราสังเกตได้ แต่ประเด็น คือ ถ้าคุณลักษณะที่คุณกำลังเฝ้าสังเกต สามารถมี ค่าต่างๆ ที่หลากหลาย มากมายเท่าที่จะเป็นไปได้ การพยายามหาคำอธิบาย สำหรับค่าเฉพาะเจาะจงหนึ่งค่า จึงเป็นความคิดที่ผิด
An early example comes from the great astronomer Johannes Kepler who was obsessed with understanding a different number -- why the Sun is 93 million miles away from the Earth. And he worked for decades trying to explain this number, but he never succeeded, and we know why. Kepler was asking the wrong question.
ตัวอย่างแรกๆ มาจากนักดาราศาสตร์ชื่อ โยฮันเนส เคปเลอร์ (Johannes Kepler) ผู้ซึ่งหมกมุ่น กับการพยายามเข้าใจ ตัวเลขอีกตัวหนึ่ง ทำไมดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลก 93 ล้านไมล์ และเขาได้ทำงานเป็นสิบปี พยายามอธิบายเลขตัวนี้ แต่ไม่เคยสำเร็จ และเราก็รู้ว่าทำไม เคปเลอร์ ได้ถาม ผิดคำถาม
We now know that there are many planets at a wide variety of different distances from their host stars. So hoping that the laws of physics will explain one particular number, 93 million miles, well that is simply wrongheaded. Instead the right question to ask is, why do we humans find ourselves on a planet at this particular distance, instead of any of the other possibilities? And again, that's a question we can answer. Those planets which are much closer to a star like the Sun would be so hot that our form of life wouldn't exist. And those planets that are much farther away from the star, well they're so cold that, again, our form of life would not take hold. So we find ourselves on a planet at this particular distance simply because it yields conditions vital to our form of life. And when it comes to planets and their distances, this clearly is the right kind of reasoning. The point is, when it comes to universes and the dark energy that they contain, it may also be the right kind of reasoning.
ตอนนี้ เรารู้แล้วว่ามีดาวเคราะห์หลายดวง ที่ระยะทางต่างๆ กัน จากดาวฤกษ์ของตนเอง ดังนั้น การหวังว่ากฎฟิสิกส์ จะอธิบายถึงเลขเจาะจง 93 ล้านไมล์ เป็นความคิดที่ผิด คำถามที่ถูกคือ ทำไมมนุษย์จึงอยู่บนดาวเคราะห์ ที่ระยะห่างนี้โดยเฉพาะ แทนที่เป็นระยะห่างอื่นๆ และนั่นเป็นคำถามที่เราตอบได้ เหล่าดาวเคราะห์ซึ่งอยู่ใกล้มากเกินไป จากดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ จะร้อนมาก จนสิ่งมีชีวิตอย่างเราอยู่ไม่ได้ และดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลจากดาวฤกษ์มากเกินไป ก็จะเย็นมาก จนสิ่งมีชีวิตอย่างเราก็ทนไม่ได้เช่นกัน ดังนั้น เราจึงเกิดขึ้น บนดาวเคราะห์ในระยะห่างนี้โดยเฉพาะ เพียงแค่ เพราะมันมีสภาพ ที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตแบบเรา และเมื่อพูดถึงดาวเคราะห์และระยะห่างของมัน นี่คือการให้เหตุผลอย่างถูกต้อง ประเด็นก็คือ เมื่อพูดถึงเอกภพ และพลังงานมืดที่มากับมัน มันอาจเป็นการให้เหตุผลที่ถูกต้องด้วยเช่นกัน
One key difference, of course, is we know that there are other planets out there, but so far I've only speculated on the possibility that there might be other universes. So to pull it all together, we need a mechanism that can actually generate other universes. And that takes me to my final part, part three. Because such a mechanism has been found by cosmologists trying to understand the Big Bang. You see, when we speak of the Big Bang, we often have an image of a kind of cosmic explosion that created our universe and set space rushing outward.
แน่นอน ความแตกต่างสำคัญ คือ เรารู้แน่นอนแล้วว่ามีดาวฤกษ์อื่นๆ อยู่ แต่จนถึงตอนนี้ เราได้เพียงแต่คาดคะเนว่ามีความน่าจะเป็น ที่จะมีเอกภพอื่นๆ อยู่ ถ้าจะสรุป เราจำเป็นต้องมีกลไก ที่สามารถให้กำเนิดเอกภพอื่นๆ ได้ และนั่นนำผมไปสู่ภาคสาม ภาคสุดท้าย เนื่องจากกลไกดังกล่าวถูกค้นพบแล้ว โดยนักดาราศาสตร์ที่พยายามศึกษา บิ๊กแบง (Big Bang) เมื่อเราพูดถึงบิ๊กแบง เรามักจะนึกถึง การระเบิดของจักรวาล ที่สร้างเอกภพของเรา และเริ่มทำให้อวกาศพุ่งขยายตัวทุกทิศทาง
But there's a little secret. The Big Bang leaves out something pretty important, the Bang. It tells us how the universe evolved after the Bang, but gives us no insight into what would have powered the Bang itself. And this gap was finally filled by an enhanced version of the Big Bang theory. It's called inflationary cosmology, which identified a particular kind of fuel that would naturally generate an outward rush of space. The fuel is based on something called a quantum field, but the only detail that matters for us is that this fuel proves to be so efficient that it's virtually impossible to use it all up, which means in the inflationary theory, the Big Bang giving rise to our universe is likely not a one-time event. Instead the fuel not only generated our Big Bang, but it would also generate countless other Big Bangs, each giving rise to its own separate universe with our universe becoming but one bubble in a grand cosmic bubble bath of universes.
แต่ยังมีความลับเล็กน้อยอยู่ บิ๊กแบง ได้ทิ้งบางสิ่งที่สำคัญมากเอาไว้ นั่นคือ การระเบิด มันบอกถึงวิวัฒนาการของเอกภพหลังการระเบิด แต่มันไม่ให้ข้อมูลเชิงลึกกับเราเลย ว่าอะไรเป็นแหล่งพลังงานของการระเบิด และสุดท้ายคำถามนี้ก็ได้รับคำตอบ โดยทฤษฎีบิ๊กแบง ฉบับปรับปรุงใหม่ ซึ่งถูกเรียกว่า จักรวาลวิทยาแบบขยายตัว (inflationary cosmology) ซึ่งระบุถึงชนิดเชื้อเพลิง ซึ่งโดยธรรมชาติแล้ว จะสร้าง แรงผลักออกของอวกาศ เชื้อเพลิงนี้มีรากฐานอยู่บนสิ่งที่เรียกว่า สนามควอนตัม (quantum field) แต่รายละเอียดเดียวที่สำคัญกับเรา นั่นคือ เชื้อเพลิงชนิดนี้ ถูกพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงมาก จนเกือบจะเป็นไปไม่ได้ ที่จะใช้มันจนหมด ซึ่งแปลว่าในทฤษฎีการขยายตัว การที่บิ๊กแบงให้กำเนิดเอกภพของเรา อาจไม่ได้เป็นเหตุการณ์เพียงครั้งเดียว หากแต่ว่า เชื้อเพลิงไม่เพียงแต่สร้างบิ๊กแบงของเรา แต่มันยังสร้าง บิ๊กแบง อีกนับไม่ถ้วน แต่ละครั้งให้กำเนิดเอกภพของมันเอง ซึ่งมีเอกภพของเรา เป็นเพียงแค่หนึ่งฟอง ในอ่างอาบน้ำฟองสบู่แห่งเอกภพ
And now, when we meld this with string theory, here's the picture we're led to. Each of these universes has extra dimensions. The extra dimensions take on a wide variety of different shapes. The different shapes yield different physical features. And we find ourselves in one universe instead of another simply because it's only in our universe that the physical features, like the amount of dark energy, are right for our form of life to take hold. And this is the compelling but highly controversial picture of the wider cosmos that cutting-edge observation and theory have now led us to seriously consider.
ทีนี้ เมื่อเรารวมสิ่งนี้เข้ากับทฤษฎีสตริง นี่คือภาพที่เราพบ แต่ละเอกภพมีมิติพิเศษที่หลากลาย มิติพิเศษเหล่านี้มีรูปร่างที่แตกต่างกัน รูปร่างที่แตกต่างกันมีผลต่อ คุณลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน และเราพบตัวเราในเอกภพหนึ่งแทนที่จะเป็นที่อื่นๆ เพียงเพราะในเอกภพของเรานั้น ที่มีคุณลักษณะกายภาพ เช่น ปริมาณของพลังงานมืด เหมาะสมสำหรับรูปแบบสิ่งมีชีวิตอย่างเราจะดำรงอยู่ได้ และนี่คือภาพที่น่าดึงดูด แต่ยังเป็นข้อถกเถียงอย่างกว้างขวาง ของจักรวาลในมุมกว้าง ซึ่ง การเฝ้าสังเกตการณ์ ด้วยทฤษฎี และเครื่องมือทันสมัย ทำให้เราเริ่มใคร่ครวญอย่างจริงจัง
One big remaining question, of course, is, could we ever confirm the existence of other universes? Well let me describe one way that might one day happen. The inflationary theory already has strong observational support. Because the theory predicts that the Big Bang would have been so intense that as space rapidly expanded, tiny quantum jitters from the micro world would have been stretched out to the macro world, yielding a distinctive fingerprint, a pattern of slightly hotter spots and slightly colder spots, across space, which powerful telescopes have now observed. Going further, if there are other universes, the theory predicts that every so often those universes can collide. And if our universe got hit by another, that collision would generate an additional subtle pattern of temperature variations across space that we might one day be able to detect. And so exotic as this picture is, it may one day be grounded in observations, establishing the existence of other universes.
แน่นอน คำถามใหญ่ที่เหลืออยู่คือ เราจะสามารถยืนยัน การมีอยู่จริงของเอกภพอื่นๆ ได้หรือไม่ ผมว่า ทางหนึ่งคือ วันนั้นอาจมาถึงในที่สุด ทฤษฎีการขยายตัว ก็มีข้อมูลการเฝ้าสังเกตการณ์ เป็นหลักฐานสนับสนุนที่หนักแน่นแล้ว เนื่องจากทฤษฎีทำนายว่า บิ๊กแบง น่าจะเกิดขึ้นรุนแรงมาก จนในขณะที่อวกาศขยายอย่างรวดเร็ว การสั่นไหวเล็กน้อยทางควอนตัมจากโลกใบเล็กๆ จะต้องถูกยืดออกไปยังโลกขนาดใหญ่ ส่งผลให้ทิ้งร่องรอยที่เป็นเอกลักษณ์ เป็นรูปแบบของจุดที่ร้อนกว่า และจุดที่เย็นกว่าจุดอื่นๆ แผ่ทั่วทั้งอวกาศ ที่ซึ่งกล้องโทรทัศน์กำลังสูงทุกวันนี้ สามารถตรวจวัดได้แล้ว ในอนาคต หากมีเอกภพอื่นๆ ทฤษฎีทำนายไว้ว่า บ่อยครั้ง ที่เอกภพเหล่านั้นสามารถชนกันได้ และ ถ้าเอกภพถูกชนโดยอีกเอกภพ การชนนั้น จะทำให้เกิดรูปแบบที่ซับซ้อนเพิ่มขึ้น ของความแปรปรวนของอุณหภูมิทั่วทั้งอวกาศ ความแปรปรวนซึ่งวันหนึ่ง เราอาจตรวจพบ และแม้ภาพของอวกาศนี้จะดูแปลกประหลาด วันหนึ่งอาจมีหลักฐานที่หนักแน่น จากการเฝ้าสังเกต ที่ยืนยันว่าเอกภพอื่นมีอยู่จริง
I'll conclude with a striking implication of all these ideas for the very far future. You see, we learned that our universe is not static, that space is expanding, that that expansion is speeding up and that there might be other universes all by carefully examining faint pinpoints of starlight coming to us from distant galaxies. But because the expansion is speeding up, in the very far future, those galaxies will rush away so far and so fast that we won't be able to see them -- not because of technological limitations, but because of the laws of physics. The light those galaxies emit, even traveling at the fastest speed, the speed of light, will not be able to overcome the ever-widening gulf between us. So astronomers in the far future looking out into deep space will see nothing but an endless stretch of static, inky, black stillness. And they will conclude that the universe is static and unchanging and populated by a single central oasis of matter that they inhabit -- a picture of the cosmos that we definitively know to be wrong.
ผมจะกล่าวปิด ด้วยการตีความที่น่าสนใจ ของความคิดเหล่านี้ทั้งหมด สำหรับในอนาคตอันไกล เราได้เรียนรู้ ว่าเอกภพของเรานั้นไม่คงที่ รู้ว่าอวกาศขยายตัวออกเรื่อยๆ รู้ว่าการขยายตัวนั้น เร่งความเร็วขึ้นเรื่อยๆ และรู้ว่าอาจมีเอกภพอื่นๆอีก ทั้งหมดนี้ จากการตรวจสอบ แสงเล็กๆ อันริบหรี่ของดวงดาว ที่เดินทางมาจากกาแล็กซีอันไกลโพ้น แต่เนื่อง จากการขยายตัวนั้นเร่งความเร็วขึ้น ในอนาคตอันไกล กาแล็กซีเหล่านั้นจะพุ่งออกห่าง อย่างไกลมากและเร็วมาก จนเรามองเห็นมันไม่ได้ ไม่ใช่เพราะข้อจำกัดของเทคโนโลยี แต่เนื่องจากกฎฟิสิกส์ แสงที่วิ่งออกจากกาแล็กซีเหล่านั้น แม้เดินทางด้วยความเร็วที่เร็วที่สุด หรือความเร็วของแสง จะไม่สามารถเอาชนะ ช่องว่างที่ขยายตัวออกเรื่อยๆ ระหว่างกาแล็กซีได้ นักดาราศาสตร์ในอนาคตอันไกล ที่ค้นหาลึกลงไปในอวกาศ จะไม่พบอะไรนอกจากความว่างเปล่าไร้ที่สิ้นสุด มีแต่ความแน่นิ่ง ที่ดำมืดสนิท และพวกเขาจะสรุป ว่า เอกภพเป็นนั้นคงที่ ไม่เปลี่ยนแปลง และมีสสารอยู่เป็นกลุ่มก้อน ณ ใจกลางเพียงจุดเดียว ที่ซึ่งพวกเขาอาศัยอยู่ นั่นคือภาพของจักรวาล ที่เรารู้อย่างแน่นอนว่าผิด
Now maybe those future astronomers will have records handed down from an earlier era, like ours, attesting to an expanding cosmos teeming with galaxies. But would those future astronomers believe such ancient knowledge? Or would they believe in the black, static empty universe that their own state-of-the-art observations reveal? I suspect the latter. Which means that we are living through a remarkably privileged era when certain deep truths about the cosmos are still within reach of the human spirit of exploration. It appears that it may not always be that way. Because today's astronomers, by turning powerful telescopes to the sky, have captured a handful of starkly informative photons -- a kind of cosmic telegram billions of years in transit. and the message echoing across the ages is clear. Sometimes nature guards her secrets with the unbreakable grip of physical law. Sometimes the true nature of reality beckons from just beyond the horizon.
ถึงตอนนั้น บางทีนักดาราศาสตร์ในอนาคตอาจได้รับบันทึก ที่ตกทอดจากยุคก่อนหน้า เช่นยุคของเรา บันทึกที่ยืนยันการขยายตัวของจักรวาล พราวสะพรั่งไปด้วยกาแล็กซี แต่นักดาราศาสตร์ในอนาคตเหล่านั้น จะเชื่อว่าความรู้โบราณดังกล่าวไหม? หรือพวกเขาจะเลือกเชื่อ ในเอกภพสีดำอันว่างเปล่า ที่ซึ่งเครื่องมือตรวจสอบอันล้ำยุคของพวกเขาเผยให้เห็น ผมคิดว่าพวกเขาเลือกอย่างหลัง ซึ่งหมายความว่า เรากำลังมีชีวิต ผ่านยุคที่มีความพิเศษอย่างเหลือเชื่อ ยุคที่ความจริงอันลักลับเกี่ยวกับจักรวาล ยังอยู่ในระยะที่เอื้อมถึง ของจิตใจรักสำรวจของมนุษย์ เป็นที่ปรากฏแล้วว่า มันคงไม่อยู่แบบนี้เสมอไป เนื่องจากวันนี้นักดาราศาสตร์ โดยการหันกล้องโทรทัศน์กำลังสูงขึ้นสู่ท้องฟ้า ได้ตรวจจับโฟตอนมากมาย ที่ซ่อนข้อมูลเอาไว้อย่างบรรจง เสมือนดั่งโทรเลขจักรวาล เดินทางมานับพันล้านปี และข้อความที่สะท้อนข้ามกาลเวลามานั้นก็ชัดเจน บางครั้งธรรมชาติก็เก็บความลับไว้ ด้วยกำมือที่แน่นหนา ของกฏฟิสิกส์ บางครั้งธรรมชาติของความจริง ก็กวักมือเรียกเรา เพียงแค่จากสุดขอบฟ้า
Thank you very much.
ขอบคุณมากครับ
(Applause)
(เสียงปรบมือ)
Chris Anderson: Brian, thank you. The range of ideas you've just spoken about are dizzying, exhilarating, incredible. How do you think of where cosmology is now, in a sort of historical side? Are we in the middle of something unusual historically in your opinion?
คริส แอนเดอร์สัน: ไบรอัน ขอบคุณครับ แนวคิดที่หลากหลายที่คุณได้พูดไป มันช่างน่าตื้นเต้น น่าชื่นใจอย่างไม่น่าเชื่อเลย คุณคิดว่า ดาราศาสตร์ปัจจุบันนี้อยู่จุดไหนครับ ในแง่ของประวัติศาสตร์? คือเรากำลังอยู่ระหว่างเหตุการณ์ไม่ปกติ ในประวัติศาสตร์หรือเปล่า
BG: Well it's hard to say. When we learn that astronomers of the far future may not have enough information to figure things out, the natural question is, maybe we're already in that position and certain deep, critical features of the universe already have escaped our ability to understand because of how cosmology evolves. So from that perspective, maybe we will always be asking questions and never be able to fully answer them.
ไบรอัน: คือ มันก็ยากที่จะพูดนะครับ เมื่อเรารู้ว่านักดาราศาสตร์ในอนาคตอันไกล อาจไม่มีข้อมูลเพียงพอจะอธิบายอะไร คำถามที่ตามมาคือ บางทีเราอาจอยู่ในสถานการณ์นั้นแล้วก็ได้ และคุณลักษณะบางอย่างลึกซึ้ง และสำคัญของจักรวาล ก็ได้อยู่เกินเอื้อมที่เราจะเข้าใจได้แล้ว เป็นเพราะลักษณะที่จักรวาลวิทยาเปลี่ยนไป ดังนั้นจากมุมมองที่ว่า บางทีเราจะต้องคอยตั้งคำถามไปตลอด และไม่สามารถหาคำตอบได้อย่างเต็มรูปแบบ
On the other hand, we now can understand how old the universe is. We can understand how to understand the data from the microwave background radiation that was set down 13.72 billion years ago -- and yet, we can do calculations today to predict how it will look and it matches. Holy cow! That's just amazing. So on the one hand, it's just incredible where we've gotten, but who knows what sort of blocks we may find in the future.
ในอีกทางหนึ่ง เดี๋ยวนี้เราสามารถรู้ได้ ว่าจักรวาลอายุเท่าไหร่ เรารู้จัก วิธีการทำความเข้าใจข้อมูล จากการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลัง ซึ่งถูกปล่อยออกมาเมื่อ 13.72 พันล้านปีมาแล้ว กระนั้น เราสามารถทำการคำนวณ ณ วันนี้ เพื่อทำนายว่ามันจะมีหน้าตาอย่างไร และได้ผลตรงกัน นั่นมันน่าอัศจรรย์ที่สุด! ดังนั้น ในทางกลับกัน มันก็น่าเหลือเชื่อ ที่เรามาถึง ณ จุดนี้ แต่ใครจะรู้ ว่าเราจะเจออุปสรรคอะไรในอนาคต
CA: You're going to be around for the next few days. Maybe some of these conversations can continue. Thank you. Thank you, Brian. (BG: My pleasure.)
คริส: หวังว่าคุณคงยังไม่ไปไหนในช่วงสองสามวันนี้นะครับ บางทีบทสนทนาเหล่านี้อาจจะมีต่อ ขอบคุณครับ ขอบคุณ ไบรอัน (ไบรอัน: ยินดีครับ)
(Applause)
(เสียงปรบมือ)