บิ๊กแบงปะทุขึ้นจากความว่างเปล่าได้อย่างไร

ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang Theory) อธิบายว่าเอกภพเริ่มต้นจากจุดเล็กๆ ที่ร้อนและหนาแน่นมาก ก่อนจะเกิดการระเบิดและขยายตัวออกไปเรื่อยๆ จนถึงทุกวันนี้

คำถามหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์พยายามหาคำตอบมาโดยตลอดก็คือ บิ๊กแบงเกิดขึ้นได้อย่างไร หรือพูดอีกอย่างก็คือ เอกภพเกิดขึ้นจากความว่างเปล่าได้อย่างไร

ความว่างเปล่าทางควอนตัม

ตามทฤษฎีสนามควอนตัม (quantum field theory) แม้แต่ในสุญญากาศที่ดูเหมือนไม่มีอะไรเลย ก็ยังมีความเคลื่อนไหวในรูปของการกระเพื่อมหรือความผันผวนแปรปรวนของพลังงานอยู่เสมอ ซึ่งความเคลื่อนไหวนี้สามารถให้กำเนิดอนุภาคต่าง ๆ ขึ้นมาได้

ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่า ความว่างเปล่าทางควอนตัมนั้นไม่ได้ว่างเปล่าอย่างแท้จริง แต่มีพลังงานแฝงอยู่

ยุคพลังก์

ยุคพลังก์ (Planck epoch) คือช่วงเวลาแรกเริ่มของเอกภพ ซึ่งเกิดขึ้นเพียงชั่วพริบตาในเสี้ยวที่ 10 ล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านของหนึ่งวินาทีหลังเกิดบิ๊กแบง

ในยุคพลังก์ กฎฟิสิกส์ต่าง ๆ ในปัจจุบันใช้ไม่ได้อีกต่อไป เพราะความหนาแน่นของเอกภพสูงมากจนไม่สามารถแยกแยะระหว่างสสารและพลังงานได้

หากเราต้องการจะเข้าใจสภาพการณ์ของยุคพลังก์ให้กระจ่าง นักฟิสิกส์จะต้องบรรลุถึงการรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งให้คำอธิบายเอกภพในระดับมหภาค เข้ากับทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งให้คำอธิบายเอกภพจากมุมมองของอนุภาค ดังนั้นทฤษฎีใหม่ว่าด้วย “ความโน้มถ่วงควอนตัม” (quantum gravity theory) จึงจะเป็นคำตอบสำหรับประเด็นนี้

ทฤษฎีเอกภพที่หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

ทฤษฎีเอกภพที่หมุนเวียนเป็นวัฏจักร (cyclical universe theory) ของศ.โรเจอร์ เพนโรส นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเจ้าของรางวัลโนเบลปี 2020 เสนอว่า เอกภพสามารถเกิดดับและเกิดขึ้นใหม่ได้อีกนับครั้งไม่ถ้วนตลอดชั่วกัลปาวสาน

ตามทฤษฎีนี้ เอกภพเริ่มต้นจากการยุบตัวลงของเอกภพเก่าที่กว้างใหญ่และหนาวเย็น ก่อนจะเกิดการระเบิดและขยายตัวออกไปเป็นเอกภพใหม่อายุน้อยที่ยังมีขนาดเล็กแต่ทว่าร้อนแรง

กระบวนการทางคณิตศาสตร์ดังกล่าว สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงเรขาคณิตกับวัตถุ จนเกิดเป็นสิ่งใหม่ที่อยู่ในสภาพเดิมแต่จะมีขนาดและมิติเวลาเปลี่ยนแปลงไปได้ ซึ่งก็คือเอกภพเก่าที่กว้างใหญ่และหนาวเย็น ได้ให้กำเนิดเอกภพใหม่อายุน้อยที่ยังมีขนาดเล็กแต่ทว่าร้อนแรงนั่นเอง

สรุป

จากข้อมูลข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่า บิ๊กแบงอาจเกิดขึ้นจากความว่างเปล่าทางควอนตัม ซึ่งเป็นสภาพการณ์ที่ยังมีพลังงานแฝงอยู่

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงแค่สมมติฐานเท่านั้น เพราะนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถอธิบายได้ว่า พลังงานแฝงนี้เกิดขึ้นมาจากไหน หรือเหตุใดจึงสามารถให้กำเนิดเอกภพที่มีสรรพสิ่งมากมายอย่างที่เรารู้จักในปัจจุบัน

ทฤษฎีเอกภพที่หมุนเวียนเป็นวัฏจักรเป็นอีกแนวทางหนึ่งที่พยายามอธิบายว่า บิ๊กแบงเกิดขึ้นได้อย่างไร โดยเสนอว่า เอกภพอาจเกิดมาจากเอกภพเก่าที่ยุบตัวลงแล้วเกิดระเบิดใหม่อีกครั้ง

ทฤษฎีนี้ยังคงเป็นประเด็นถกเถียงในแวดวงฟิสิกส์ เพราะยังไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนมาสนับสนุน