เราสามารถเดินทางเร็วกว่าแสงได้หรือไม่ กระทู้นี้มีคำตอบ

กระทู้สนทนา

การวาร์ป (Warp drive) คือสมมติฐานที่เกี่ยวกับระบบการขับเคลื่อนที่เร็วกว่าแสง (FTL) ดังที่มีปรากฏในการดำเนินเรื่องในนิยายวิทยาศาสตร์, ที่โดดเด่นสะดุดตาที่สุดก็คือเรื่องสตาร์เทร็ค (Star Trek)
ยานอวกาศที่ใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยการวาร์ปอาจเดินทางด้วยอัตราเร็วที่มากขึ้นอย่างเห็นได้ชัดกว่าอัตราเร็วของแสงหลายเท่าตัว, ในขณะที่สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาความสัมพัทธ์ของการยืดออกของเวลาได้ ในทางตรงกันข้ามกับเทคโนโลยีการเคลื่อนที่ที่เร็วกว่าแสง (FTL) อื่น ๆ อีกมากมายที่ปรากฏในนิยายวิทยาศาสตร์ เช่นการขับเคลื่อนแบบ "กระโดดข้าม" (jump drive) หรือการขับเคลื่อนอันเหลือเชื่ออย่างไม่มีที่สิ้นสุด (Infinite Improbability Drive)
ในการวาร์ปนั้นจะไม่อนุญาตให้มีการเดินทางที่รวดเร็วในทันทีผ่านไปในระยะทางระหว่างจุดสองจุด; แต่จะใช้เทคโนโลยีที่จะสร้าง "ฟอง" สังเคราะห์ของกาล-อวกาศปกติ ณ บริเวณที่อยู่ล้อมรอบยานอวกาศนั้น (ส่วนที่อยู่ตรงข้ามกับด้านที่จะเดินทางเข้าสู่บริเวณเขตแดนที่แยกออกจากกันหรือต่างมิติกัน เช่น ในอวกาศแบบไฮเปอร์สเปซ, ดังเช่นที่ถูกนำมาใช้ในภาพยนตร์เรื่องสตาร์ วอร์ส (Star Wars), สตาร์เกทแฟรนไชส์ (Stargate franchise), Warhammer 40,000, Babylon 5, Cowboy Bebop and Andromeda universes)

วิธีการแก้ปัญหาในเชิงทฤษฎีสำหรับการเดินทางที่เร็วกว่าแสงซึ่งเป็นแบบจำลองของแนวคิดนั้น เรียกว่าการขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์, เป็นสูตรที่คิดค้นโดยนักฟิสิกส์ชื่อ มิเกล อัลคับเบียร์ (Miguel Alcubierre) ในปี ค.ศ. 1994 ต่อมาภายหลัง การคำนวณพบว่าแบบจำลองดังกล่าวจำเป็นจะต้องมีมวลที่มีค่าเชิงลบ (negative mass) ซึ่งการมีอยู่ของมวลที่มีค่าเป็นลบนี้ไม่เคยได้รับการสนับสนุนโดยหลักฐานใด ๆ และปริมาณที่ต้องห้ามของพลังงานว่ามันจะมีอยู่จริงหรือไม่ อย่างไรก็ตาม, ล่าสุดเมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าโดยการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของการวาร์ปนั้น, มวลและพลังงานที่มีค่าเป็นลบที่มีค่าน้อยมากสามารถนำมาใช้ได้ในกรณีนี้, ถึงแม้ว่าจำเป็นจะต้องใช้พลังงานซึ่งยังคงเป็นที่ต้องการมากกว่าสิ่งใด ๆ ก็ตามที่เป็นไปได้ในช่วงเวลาปัจจุบันนี้ของมนุษย์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ของนาซ่าได้เริ่มต้นการวิจัยในเบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีดังกล่าวนี้แล้ว

Miguel Alcubierre

ความเร็วของการวาร์ป

ความเร็วของการวาร์ปในนิยายเรื่องสตาร์เทร็ค โดยทั่วไปจะแสดงไว้ในหน่วยของ "วาร์ปแฟคเตอร์" (warp factor) ซึ่งตามที่อ้างอิงโดยคู่มือการใช้งานทางเทคนิคของยานสตาร์เทร็ค (the Star Trek Technical Manuals) นั้น มีความสอดคล้องกันกับขนาดของสนามวาร์ป (warp field) การบรรลุวาร์ปแฟคเตอร์ที่ 1 เทียบเท่ากับการทำลายสิ่งกีดขวางแสงในขณะที่ความเร็วที่เกิดขึ้นจริงที่เกี่ยวข้องกับแฟคเตอร์ที่สูงขึ้นจะถูกกำหนดโดยการใช้สูตรที่ไม่ชัดเจน เทียบเท่าประมาณ 1 เท่าของความเร็วแสงจริงๆ (300,000 กิโลเมตรต่อวินาที)

การวาร์ปในความเป็นจริง

การวาร์ปหรือการหายตัวจากที่หนึ่งแล้วไปโผล่ยังอีกที่หนึ่งได้ในเวลาพริบตา ซึ่งก็มีตัวอย่างให้เห็นได้ทั้งจากในเกมและในภาพยนตร์หลายๆ เรื่อง อย่างเช่นเรื่อง Star Trek ที่ใช้ยานอวกาศขับเคลื่อนด้วยการวาร์ป ซึ่งหลักการนี้มีพื้นฐานมาจากทฤษฏีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ แต่กระนั้นไอน์สไตน์เองก็ระบุไว้ว่าการเดินทางที่เร็วกว่าแสงเป็นสิ่งที่ เป็นไปไม่ได้ ล่าสุดนักวิจัยขององค์การนาซา เผยว่า มีความเป็นไปได้ที่มนุษย์จะเดินทางด้วยความเร็วสูงกว่าแสงและ วาร์ปไปยังที่ต่างๆ ได้ในเวลาพริบตาจริงๆ

ดร.ฮาโรลด์ ไวต์ นักวิจัยขององค์การนาซา จากศูนย์อวกาศลินดอน บี จอห์นสัน เผยว่ามีความเป็นไปได้ที่มนุษย์จะเดินทางด้วยความเร็วสูงกว่าแสงและวาร์ปไปยังที่ต่างๆ ได้ในเวลาพริบตาจริงๆ ด้วยการพยายามพิสูจน์ทฤษฎีของนักฟิสิกส์ชาวเม็กซิกันอย่างมิเกล อัลคับเบียร์ที่เสนอว่าความเร็วเหนือแสงนั้นเป็นไปได้ หากเราค้นพบวิธีที่จะควบคุมการขยายและการหดตัวของ Space Time หรือ กาลอวกาศ

ขณะเดียวกันได้เปิดตัวภาพต้นแบบของยานอวกาศ IXS Enterprise ที่จะช่วยพาเราวาร์ปไปสำรวจจักรวาลซึ่งเป็นผลงานของมาร์ก เรดเมเกอร์ โดยยานดังกล่าวได้รับแรงบันดาลใจมาจากภาพของ แมท เจฟเฟอรี่ในช่วงปี 1960 โดยตัวยานจะมีรูปร่างเพรียวบางและตั้งอยู่ตรงกลางระหว่างวงแหวนสองวง

ซึ่งเหตุที่ต้องมีวงแหวนเช่นนี้เป็นเพราะเขาจะใช้วงแหวนเป็นตัวบิดกาลอวกาศแล้วสร้างช่องว่างหรือ warp bubble ขึ้นโอบรอบตัวยานและเมื่อ warp bubble เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่าแสง มันก็จะพายานที่อยู่ด้านในววาร์ปไปโผล่ยังอีกที่หนึ่งได้ด้วยเช่นกัน

ตอนนี้แม้หลักการดังกล่าวยังไม่สามารถใช้งานได้จริง แต่ทางทีมของดร.ฮาโรลด์ ไวต์ก็ได้สร้างเครื่องมือที่เรียกว่า White-Juday Warp Field Interferometer เอาไว้ในห้องทดลองเพื่อจำลองการสร้าง warp bubble ขนาดย่อมๆ ขึ้นมาและหากสามารถทำได้จริงก็มีแนวโน้มที่จะขยายไปยังยานอวกาศได้ไม่ยาก ซึ่งก็จะช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ที่เราจะเดินทางสำรวจอวกาศด้วยการย่นระยะเวลาการเดินทางจากเดิมที่อาจจะต้องใช้เวลาเป็นหมื่นปีก็จะลดลงเหลือเพียงไม่กี่สัปดาห์

White-Juday Warp Field Interferometer

warp bubble

การขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์

การขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์ (Alcubierre drive) หรือ อัลคับเบียร์เมตริก (Alcubierre metric) (หมายถึง เทนเซอร์เมตริก) เป็นแนวความคิดที่อยู่บนพื้นฐานการพิจารณาการแก้ปัญหาของสมการสนามของไอน์สไตน์ (Einstein's field equations) ในสัมพัทธภาพทั่วไปตามที่เสนอโดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวเม็กซิกันชื่อ มิเกล อัลคับเบียร์ (Miguel Alcubierre), โดยที่ยานอวกาศสามารถบรรลุการเดินทางที่เร็วกว่าแสงได้ถ้ามวลที่มีค่าเป็นลบมีอยู่จริง แทนที่จะใช้การเคลื่อนที่เกินกว่าความเร็วของแสงภายในตำแหน่งที่ตั้งของกรอบอ้างอิงของมันเอง, ยานอวกาศจะตัดข้ามผ่านระยะทางโดยหดพื้นที่ด้านหน้าของมันและขยายพื้นที่ที่อยู่เบื้องหลังทำให้เกิดการเดินทางที่เร็วกว่าแสงอย่างมีประสิทธิภาพ

วัตถุไม่สามารถเร่งอัตราเร็วได้เท่ากับอัตราเร็วของแสงภายในกาล-อวกาศปกติได้; ดังนั้น การเคลื่อนที่แบบอัลคับเบียร์จึงใช้วิธีการขยับเลื่อนพื้นที่รอบ ๆ วัตถุเพื่อให้วัตถุสามารถเคลื่อนที่มาถึงจุดหมายปลายทางได้ด้วยอัตราการเคลื่อนที่ที่เร็วกว่าแสงเมื่อเทียบกับสภาพพื้นที่ที่ปกติได้แทน แม้ว่าเมตริกที่เสนอโดยอัลคับเบียร์ จะถูกต้องในทางคณิตศาสตร์ในการที่จะมีความสอดคล้องกับสมการสนามของไอน์สไตน์, แต่ก็อาจจะไม่มีความหมายทางกายภาพหรือแสดงให้เห็นได้ว่าการขับเคลื่อนดังกล่าวจะสามารถทำให้เกิดขึ้นได้ การนำเสนอกลไกของการขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์ หมายถึงความหนาแน่นของพลังงานที่มีค่าเชิงลบและดังนั้นจึงต้องมีการใช้สสารประหลาด (exotic matter), ดังนั้นถ้าสสารประหลาดที่มีคุณสมบัติที่ถูกต้องไม่มีอยู่จริงแล้วก็ไม่สามารถที่จะสร้างการขับเคลื่อนแบบนี้ขึ้นมาได้ อย่างไรก็ตาม, จากการเฝ้าติดตามอย่างใกล้ชิดจากเอกสารงานวิจัยฉบับดั้งเดิมของเขา ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ (จากข้อโต้แย้งที่พัฒนาขึ้นโดยนักฟิสิกส์ที่ได้มีการวิเคราะห์ทฤษฎีเกี่ยวกับรูหนอนทะลุได้ ) ว่า สูญญากาศแคสสิเมียร์ (Casimir vacuum) ระหว่างแผ่นเพลทคู่ขนานสองแผ่น สามารถตอบสนองต่อความต้องการพลังงานที่มีค่าเป็นลบสำหรับการขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์ได้จริงหรือไม่ อีกเรื่องที่เป็นไปได้คือว่า แม้ว่าอัลคับเบียร์เมตริกจะมีความสอดคล้องกับสัมพัทธภาพทั่วไป, แต่สัมพัทธภาพทั่วไปก็ไม่ได้รวมเอากลศาสตร์ควอนตัมเข้าไว้ด้วย, และนักฟิสิกส์บางคนยังได้นำเสนอข้อโต้แย้งที่จะแสดงให้เห็นว่า ทฤษฎีโน้มถ่วงเชิงควอนตัมซึ่งรวมเอาสองทฤษฎีเข้าไว้ด้วยกันจะกำจัดการแก้ปัญหาที่อยู่ในสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งจะอนุญาตให้มีการเดินทางข้ามเวลาย้อนกลับไปในอดีตได้ ซึ่งการขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์ก็เป็นหนึ่งในการแก้ปัญหานั้น

การสร้างภาพสองมิติของการขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์ (Alcubierre drive) แสดงบริเวณที่เป็นปฏิปักษ์กันของการขยายและหดตัวของกาล-อวกาศซึ่งพยายามจะเข้าแทนที่บริเวณตรงส่วนกลาง

การคาดคะเนการปกป้องของลำดับเหตุการณ์

การคาดคะเนการปกป้องของลำดับเหตุการณ์ (chronology protection conjecture) คือ ข้อความคาดการณ์โดยนักฟิสิกส์ คือ สตีเฟ่น ฮอว์คิง ซึ่งกฎของฟิสิกส์ อย่างเช่นการป้องกันไม่ให้มีการเดินทางข้ามเวลาเกิดขึ้นได้ในทุก ๆ สถานการณ์ ยกเว้นแต่ในระดับเล็กมาก ๆ อย่างในระดับจุลภาคย่อยเท่านั้นที่อาจจะทำได้ (submicroscopic scale) สภาพความยินยอมได้ของการเดินทางข้ามเวลาเป็นตัวแทนทางคณิตศาสตร์โดยการดำรงอยู่ของเส้นโค้งปิดของเวลาเสมือนในผลลัพธ์ที่แน่นอนสู่สัมพัทธภาพทั่วไป (exact solutions to General Relativity) บางอย่าง

สตีเฟน วิลเลียม ฮอว์กิง 8 มกราคม ค.ศ. 1942 - 14 มีนาคม ค.ศ. 2018 (76 ปี)

สูญญากาศแคสสิเมียร์ (Casimir vacuum)

นับเป็นครั้งแรกที่นักวิจัยสามารถทดลองยืนยันการทำนายซึ่งทำนายโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่ Evgeny Lifshitz เมื่อปี ค.ศ. 1955 ว่าอุณหภูมิมีผลต่อแรงแคสสิเมียร์ (Casimir force) อันเป็นแรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองชิ้นที่จะปรากฏให้เห็นชัดขึ้น เมื่อวัตถุทั้งสองวางอยู่ใกล้กันในระดับ 5 ส่วนล้านของหนึ่งเมตร หรือน้อยกว่านั้น งานวิจัยชิ้นนี้ได้ทำให้เกิดความเข้าใจในเรื่องปรากฏการณ์แคสสิเมียร์ (Casimir effect) มากขึ้นและจะมีประโยชน์ในบางการทดลองในอนาคต ที่ต้องพิจารณาแรงแคสสิเมียร์มาร่วมด้วย

กลุ่มนักวิจัยซึ่งนำโดยนักฟิสิกส์รางวัลโนเบล Eric Cornell แห่งสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐอเมริกา หรือ NIST และยังประจำที่มหาวิทยาลัยแห่งโคโลราโด วิทยาเขตโบลเดอร์ ได้ตรวจสอบแรงที่เรียกว่าแรงแคสสิเมียร์-โพลเดอร์ (Casimir-Polder force) อันเป็นแรงดึงดูดระหว่างอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้าและพื้นผิวกระจกที่อยู่ใกล้ ๆ นักวิจัยส่งอะตอมรูบิเดียมเย็นจัด (ultracold rubidium atom) ไปที่บริเวณใกล้ ๆ กับพื้นผิวของแก้วเพียงไม่กี่ไมครอน จากนั้นจึงเพิ่มอุณหภูมิของแก้วจนถึง 600 เคลวิน (ประมาณสองเท่าของอุณหภูมิห้องในสเกลเคลวิน) แต่อุณหภูมิรอบ ๆ ยังอยู่ที่อุณหภูมิห้อง ผลปรากฏว่าแรงดึงดูดระหว่างแผ่นแก้วกับอะตอมรูบิเดียมเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่าของแรงดึงดูดเมื่อตอนที่อุณหภูมิอยู่ที่อุณหภูมิห้อง