สสารทั้งหมดประกอบด้วย “ชิ้นส่วนพลังงาน” ทฤษฎีใหม่ที่อาจอธิบายจักรวาลได้ดีกว่าสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

สสาร (matter) คือสิ่งที่ประกอบกันขึ้นมาเป็นจักรวาล แต่เคยสงสัยกันไหมว่า องค์ประกอบพื้นฐานของสสารเองนั้นคืออะไรกันแน่ ?

ล่าสุดศาสตราจารย์ผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมเครื่องกลและการบินอวกาศ 2 ราย จากมหาวิทยาลัยนอร์ทแคโรไลนาสเตต (NCSU) ของสหรัฐฯ ได้ออกมาเผยแนวคิดใหม่ว่าด้วยสสารซึ่งอาจพลิกโฉมวงการฟิสิกส์ และสามารถนำไปใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในเอกภพได้ดีกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ด้วยซ้ำ

ศ. แลร์รี เอ็ม. ซิลเวอร์เบิร์ก หนึ่งในทีมผู้เสนอทฤษฎีใหม่ดังกล่าว ระบุในบทความที่เขาเขียนเผยแพร่ในเว็บไซต์วิชาการ The Conversation ว่า เขาและเพื่อนร่วมงานคือ ศ. เจฟฟรีย์ ไอเชน ได้ใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์มาพิสูจน์ถึงองค์ประกอบพื้นฐานของสสาร ทำให้พบว่ามันน่าจะประกอบด้วยหน่วยย่อยที่สุดที่พวกเขาเรียกว่า “ชิ้นส่วนพลังงาน” (fragments of energy)

ศ. ซิลเวอร์เบิร์กอธิบายว่า ชิ้นส่วนพลังงานไม่ใช่คลื่นหรืออนุภาคแบบที่นักฟิสิกส์รุ่นก่อน ๆ ระบุไว้ว่าเป็นที่มาของสสาร แต่เป็นหน่วยของพลังงานที่ไหลเวียนในปริภูมิ-เวลา (space-time) อย่างไม่สิ้นสุด โดยจะไม่มาชนหรือบรรจบกัน

ชิ้นส่วนพลังงานถือเป็นองค์ประกอบขั้นพื้นฐานที่สุดของสสารยิ่งกว่าคลื่นหรืออนุภาค ทั้งยังเป็นสิ่งที่ยึดเหนี่ยวและเชื่อมโยงความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นกับอนุภาคเข้าไว้ด้วยกัน

“เอกภพประกอบด้วยกระแสของพลังงานที่ไหลเวียนเป็นสาย ซึ่งหากเราพิจารณาว่าอะไรคือหน่วยพื้นฐานที่สุดของกระแสพลังงานนี้ เราก็จะพบชิ้นส่วนพลังงาน ซึ่งเป็นการเกาะกลุ่มกันหนาแน่นของพลังงานในจุดใดจุดหนึ่งคล้ายกับดาวฤกษ์ โดยมีพลังงานสูงสุดที่ตรงศูนย์กลาง และจะลดลงเรื่อย ๆ เมื่อออกห่างจากศูนย์กลางนั้น” ศ. ซิลเวอร์เบิร์กกล่าว

ทีมผู้เสนอทฤษฎีใหม่คาดว่า จะสามารถใช้แนวคิดเรื่องชิ้นส่วนพลังงานนี้อธิบายและทำนายถึงปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในจักรวาลได้ตั้งแต่ระดับมหภาคที่ใหญ่ที่สุด ไปจนถึงปรากฏการณ์ทางควอนตัมในระดับที่เล็กที่สุด ซึ่งเป็นสิ่งที่ทฤษฎีว่าด้วยคลื่นและอนุภาค รวมทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ไม่สามารถทำได้

แนวคิดเรื่องชิ้นส่วนพลังงานยังสามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่ซับซ้อน โดยไม่ต้องอาศัยหลักการเรื่องความโน้มถ่วง และการบิดงอของปริภูมิ-เวลาในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เข้าช่วย

มีการทดลองทางคณิตศาสตร์ โดยใช้ทฤษฎีชิ้นส่วนพลังงานเข้าแก้ปัญหาปรากฏการณ์ดาราศาสตร์ 2 เรื่อง ซึ่งก่อนหน้านี้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ไขปริศนาไว้ได้เรียบร้อยแล้ว คือเรื่องการหมุนควงของดาวพุธจนมีวงโคจรเคลื่อนไปจากเดิมทีละน้อย และการโค้งงอของลำแสงในอวกาศขณะเฉียดผ่านดวงอาทิตย์

แทนที่จะอธิบายว่า การหมุนควงของดาวพุธหรือการโค้งงอของลำแสงเกิดจากปริภูมิ-เวลาที่บิดเบี้ยว เนื่องจากแรงโน้มถ่วงมหาศาลของดวงอาทิตย์ ทฤษฎีชิ้นส่วนพลังงานกลับชี้ว่า ดวงอาทิตย์คือชิ้นส่วนพลังงานขนาดใหญ่หน่วยหนึ่ง ในขณะที่ดาวพุธเป็นชิ้นส่วนพลังงานอีกหน่วยหนึ่งที่เล็กกว่า ซึ่งเมื่อคำนวณทิศทางการโคจรของชิ้นส่วนพลังงานทั้งสองด้วยสมการเฉพาะแล้ว พบว่าให้ผลตรงกับสมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไม่ผิดเพี้ยน

ส่วนในกรณีการโค้งงอของลำแสงขณะเฉียดผ่านดวงอาทิตย์ ทีมผู้เสนอทฤษฎีใหม่ได้พิสูจน์ว่า วิธีของพวกเขาให้ผลคำนวณไม่ต่างจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอีกเช่นกัน แม้จะเป็นการทำนายพฤติกรรมของอนุภาคในระดับเล็กจิ๋วอย่างโฟตอนหรืออนุภาคของแสงก็ตาม

“แนวคิดใหม่ที่เรานำเสนอในเบื้องต้นนี้ ได้พิสูจน์ให้เห็นว่ามีศักยภาพในการเป็นต้นแบบที่สามารถอธิบายหรือทำนายถึงปรากฏการณ์ต่าง ๆ ของสสารได้ ตั้งแต่วัตถุขนาดใหญ่ไปจนถึงขนาดเล็กจิ๋ว รวมทั้งใช้ได้ดีในสภาวะที่สสารเป็นทั้งคลื่นและอนุภาคอีกด้วย” ศ. ซิลเวอร์เบิร์กกล่าว

“ชิ้นส่วนพลังงานอาจจะเป็นหน่วยพื้นฐานที่สุดเพียงหนึ่งเดียวที่ก่อร่างสร้างเอกภพขึ้นมา ซึ่งเราสามารถสร้างแบบจำลองปรากฏการณ์ต่าง ๆ จากแนวคิดนี้ได้ด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ และมันก็กระตุ้นให้ผู้คนปรับแนวคิดเกี่ยวกับหน่วยพื้นฐานของสสารทั้งหมดในจักรวาลเสียใหม่ด้วย”