เรื่องแปลก: แนวคิด
ที่ยังไม่ได้ค้นพบที่พรมแดนของอวกาศและเวลา
ทอม ซิกฟรีด
Joseph Henry Press: 2002 224 หน้า $24.95
เป็นเวลา20รับ100เกือบ 30 ปีแล้วที่นักฟิสิกส์ต้องเผชิญกับระยะทางไกลข้ามทะเลทรายที่เกือบจะไม่มีที่สิ้นสุดกับทฤษฎีการรวมเป็นหนึ่งที่ยิ่งใหญ่ (GUT) ของแรงที่แข็งแกร่ง อ่อนแอ และแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีนี้ตั้งสมมติฐานช่องว่างขนาดใหญ่ที่แทบจะจินตนาการไม่ได้ระหว่างพลังงานของเครื่องเร่งอนุภาคในปัจจุบันกับพลังงานที่การรวมตัวกันของพลังงานที่ปรากฎให้เห็นชัดเจนที่สุด หากนั่นไม่น่ากลัวพอ นักทฤษฎีสตริงได้คาดการณ์เพิ่มเติม โดยบอกว่าแรงโน้มถ่วงเชื่อมโยงกับปฏิกิริยาอีก 3 อย่างในระดับพลังงานที่สูงขึ้นไปอีก
อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักทฤษฎีบางคนเริ่มตั้งคำถามว่าทะเลทรายนี้มีจริงหรือไม่ ทฤษฎีสตริงได้ตั้งสมมติฐานมาช้านานถึงการมีอยู่ของมิติเชิงพื้นที่เพิ่มเติม นอกเหนือจากสามมิติที่เรารู้จัก แต่สิ่งเหล่านี้มักถูกมองว่าเป็นจุลทรรศน์ เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการแนะนำว่ามิติข้อมูลเหล่านี้บางส่วนอาจมีขนาดใหญ่ถึงมิลลิเมตร หากต้องการดูว่ามิติจะมีขนาดได้อย่างไร ลองนึกภาพว่ากำลังม้วนกระดาษให้แน่น มิติข้อมูล ‘โค้งงอ’ ที่ได้จะเล็กกว่ามิติเดิมมาก หากมิติเหล่านี้มีขนาดมิลลิเมตร จุดอ่อนของแรงโน้มถ่วงที่ไม่ธรรมดาและลึกลับเมื่อเทียบกับแรงอีกสามแรงที่เหลืออาจเกิดจากการรั่วไหลไปสู่มิติอื่น หากถูกต้อง การรวมกันอาจอยู่ใกล้แค่เอื้อม แทนที่จะเดินทางข้ามทุ่งพลังงานอันกว้างใหญ่ไพศาล เราอาจเห็นการออกจากฟิสิกส์อย่างสุดขั้วอย่างที่เรารู้ในการทดลองในห้องปฏิบัติการทุกวันนี้ สิ่งเหล่านี้จะบอกเราว่ามิติพิเศษขนาดใหญ่เป็นเพียงภาพลวงตาทางทฤษฎีหรือไม่
ทั้งทะเลทราย GUT และมิติพิเศษขนาดใหญ่เหล่านี้ได้รับแรงกระตุ้น อย่างน้อยก็ในบางส่วน โดยคณิตศาสตร์ที่สง่างาม ‘การค้นพบล่วงหน้า’ ของปรากฏการณ์ทางกายภาพ — การค้นพบในสมการทางคณิตศาสตร์ที่คาดการณ์การค้นพบของพวกเขาในห้องปฏิบัติการ — เป็นหัวข้อรวมของหนังสือเล่มใหม่ที่สนุกสนานของทอม ซิกฟรีดเรื่องแปลก แม้ว่าสสารในที่นี้จะเป็นสสารควาร์กที่แปลกประหลาดที่สุด ซึ่งถูกกล่าวถึงในบทเริ่มต้น แนวคิดอื่นๆ เช่น สสารกระจกเงา มิติพิเศษที่ใหญ่ สมมาตรยิ่งยวด สสารมืด การรวมตัว ทฤษฎีสตริง และแม้แต่มิติเวลาพิเศษนั้นทำได้โดย มาตรฐานที่สมเหตุสมผลและค่อนข้างแปลก
วิชาเหล่านี้ เช่นเดียวกับบทความสั้น ๆ ทางประวัติศาสตร์ที่น่าสนใจหลากหลาย (เอ็ดการ์ อัลลัน โพอาจเป็นแรงบันดาลใจให้นักฟิสิกส์อเล็กซานเดอร์ ฟรีดมันน์ ไตร่ตรองเกี่ยวกับจักรวาลที่กำลังขยายตัวอยู่หรือไม่) ทั้งหมดนี้ใช้เพื่อแสดงให้เห็นถึงพลังอันน่าทึ่งของคณิตศาสตร์ในการอธิบายจักรวาลทางกายภาพ ผลลัพธ์ที่ได้ไม่ได้เป็นเพียงการทัวร์ชมการคาดเดาทางทฤษฎีในปัจจุบันเกี่ยวกับเวลา พื้นที่ และสสารเท่านั้น แต่ยังเป็นการโต้แย้งอย่างมีเหตุผลว่าเหตุใดเราจึงควรนำแนวคิดแปลกใหม่เหล่านี้ไปใช้อย่างจริงจัง
ความสำเร็จอย่างต่อเนื่อง
ของสมการทางคณิตศาสตร์ในการอธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพได้สร้างความประหลาดใจและดึงดูดนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญามาหลายปี ประเด็นของซิกฟรีดคือฟิสิกส์คณิตศาสตร์ไม่ใช่แค่ตัวเลขหรือแคตตาล็อกเท่านั้น มีบางอย่างที่ลึกซึ้งกว่านั้น ดังที่เห็นได้ในหลายกรณีที่นักวิทยาศาสตร์สามารถดึงเอาสมการออกมาได้มากกว่าที่ใส่เข้าไป สมการของ Paul Dirac เพื่ออธิบายพฤติกรรมควอนตัมเชิงสัมพัทธภาพของอิเล็กตรอนจำเป็นต้องมีการมีอยู่ของโพซิตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก ต่อมาค้นพบโดยคาร์ล แอนเดอร์สัน ‘การค้นพบล่วงหน้า’ ของฟรีดมันน์เกี่ยวกับการขยายตัวของจักรวาลได้แสดงให้ประจักษ์ถึงการค้นพบด้วยการสังเกตการณ์โดยเอ็ดวิน ฮับเบิล จากนั้นจึงพบนิวตริโนของ Wolfgang Pauli ซึ่งจำเป็นต่อการอนุรักษ์พลังงานก่อน จากนั้นจึงพบอนุภาคนิวตริโนในลำอนุภาค
วันนี้ปรากฏการณ์แปลก ๆ มากมายเกิดขึ้นในคณิตศาสตร์ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ซึ่งหากมีสิ่งเหล่านี้จะได้รับการยืนยันในห้องปฏิบัติการ? มันจะเป็นซุปเปอร์สตริงหรือไม่? เรื่องแปลก-ควาร์ก? มิติพิเศษขนาดใหญ่? สสารมืดอนุภาคมูลฐาน? ซิกฟรีดอธิบายคำถามแต่ละข้อเหล่านี้ มักจะมีความชัดเจนและตรงไปตรงมา นักฟิสิกส์จะพอใจกับคำรับรองของเขาในการสนับสนุนบิ๊กแบง และประทับใจที่เขาสามารถทำงานในคำอธิบายที่ถูกต้อง เข้าถึงได้สำหรับคนธรรมดา ของสาขาคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าทฤษฎีกลุ่ม
การเลือกหัวข้อค่อนข้างไม่ปกติ โดยเริ่มจากการค้นหาวัตถุแปลกปลอม (ซึ่งอยู่นอกเส้นทางฟิสิกส์ที่ไม่ค่อยคุ้นเคยในปัจจุบัน) และจากนั้นไปยังสมมาตรยิ่งยวด ทฤษฎีสตริง และมิติพิเศษขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นกระแสกลางของอนุภาคสมัยใหม่ ทฤษฎี. แต่การผสมผสานที่ผสมผสานนี้ช่วยให้หนังสือเล่มนี้แตกต่างจากหนังสือยอดนิยมเล่มอื่นๆ ในหัวข้อที่คล้ายคลึงกัน แม้ว่าร้อยแก้วจะดูแห้งไปบ้างในบางครั้ง แต่จังหวะก็ถูกต้องและการนำเสนอก็มีส่วนร่วม ยกเว้นกรณีเด่นบางกรณี (เช่น ข้อเสนอที่ว่าดาวเคราะห์นอกระบบทำจากสสารกระจก) ความคลาดเคลื่อนระหว่างสิ่งที่เป็นที่ยอมรับ เป็นไปได้ ไม่น่าเป็นไปได้ และเป็นเรื่องไกลตัวจะมองเห็นได้ชัดเจน20รับ100
