จะเกิดอะไรขึ้นถ้าพื้นที่รอบโลกส่วนใหญ่เป็นที่ว่างเปล่า?

ลองจินตนาการว่าคุณยืนอยู่บนดาดฟ้าของยานอวกาศ มองออกไปในมหาสมุทรสีดำกว้างใหญ่ของอวกาศ — ไม่มีดาว ไม่มีกาแล็กซี แม้แต่เนบิวลาดูดฝุ่นก็ไม่มี มีแต่ความมืดมิด ตอนนี้ซูมออก โลก ทางช้างเผือก และทุกสิ่งที่เรารู้ อาจอยู่ตรงกลางของความว่างเปล่านี้ — ฟองอากาศขนาดพันล้านปีแสงของอวกาศที่เกือบจะว่างเปล่า

นี่ไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์ มันเป็นหนึ่งในความเป็นไปได้ที่น่าทึ่งที่สุดในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากขึ้นเชื่อว่าโลกอาจติดอยู่ภายในช่องว่างขนาดยักษ์ในอวกาศ — ฟองอากาศจักรวาลชนิดหนึ่งที่สสารมีความหนาแน่นน้อยกว่าส่วนอื่น ๆ ของจักรวาลอย่างน่าประหลาดใจ

แนวคิดนี้ทำให้สิ่งที่เราคิดว่าเรารู้เกี่ยวกับจักรวาลสั่นคลอน มานานหลายทศวรรษ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าจักรวาลดูเหมือนกันไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหน — ดาวและกาแล็กซีถูกโปรยปรายอย่างสม่ำเสมอเหมือนน้ำตาลบนโดนัท แต่ถ้ามุมของอวกาศของเรามีลักษณะเหมือนรูในโดนัทนั้น — ช่องว่าง?

และนี่คือจุดสำคัญ: ถ้าเราจริง ๆ แล้วอยู่ภายในความว่างเปล่าจักรวาลขนาดใหญ่นี้ มันอาจอธิบายปริศนาที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยมาหลายปี — ทำไมเราถึงได้คำตอบที่แตกต่างกันเมื่อเราพยายามวัดว่าจักรวาลขยายตัวเร็วแค่ไหน

เสียงกระซิบของบิ๊กแบง: นักดาราศาสตร์ฟังคลื่นเสียงโบราณได้อย่างไร

เพื่อทำความเข้าใจว่าเรายังรู้เกี่ยวกับช่องว่างที่มองไม่เห็นนี้ เราต้องย้อนกลับไป — ย้อนกลับไป — สู่จุดเริ่มต้นของทุกสิ่ง

หลังจากบิ๊กแบงจักรวาลที่เพิ่งเกิดใหม่ไม่ได้เงียบ มันดังเหมือนระฆังด้วยคลื่นความดัน — สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าการสั่นสะเทือนอะคูสติกของแบรีออน(BAOs) คลื่นเสียงโบราณเหล่านี้ทิ้งร่องรอยไว้ในวิธีที่กาแล็กซีกระจายตัวในปัจจุบัน

นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อศึกษารูปแบบของกาแล็กซีที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง พวกเขาสามารถ "ได้ยิน" เสียงสะท้อนของคลื่นเสียงในยุคแรก ๆ ในวิธีที่กาแล็กซีรวมตัวกัน — ลายนิ้วมือจักรวาลที่เหลือจากรุ่งอรุณของเวลา

ตอนนี้นี่คือส่วนที่แปลก: เมื่อนักวิทยาศาสตร์ศึกษาคลื่นเหล่านี้ในพื้นที่ท้องถิ่นของจักรวาล พวกเขาสังเกตเห็นบางสิ่งที่แปลก คลื่นดูเหมือนจะยืดออก — เหมือนกับว่าจักรวาลที่นี่ไม่ได้ขยายตัวในแบบเดียวกับที่มันขยายตัวออกไปไกล มันเกือบจะเหมือนกับว่าเราอยู่ภายในพื้นที่ที่บิดเบี้ยวเล็กน้อยและมีความหนาแน่นน้อยกว่า

แล้วอะไรที่อาจทำให้เกิดสิ่งนี้ได้? คำตอบอาจจะง่ายกว่า — และแปลกกว่า — ที่เราคาดไว้: เรากำลังอาศัยอยู่ในฟองอากาศจักรวาลขนาดยักษ์

ปัญหาความตึงเครียดของฮับเบิล: ทำไมจักรวาลถึงไม่ขยายตัวตามที่คาดไว้

นี่คือจุดที่สิ่งต่าง ๆ เริ่มแปลกจริง ๆ

เป็นเวลาหลายปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้วัดค่าคงที่ฮับเบิลซึ่งบอกเราว่าจักรวาลขยายตัวเร็วแค่ไหน แต่มีปัญหา ถ้าคุณดูที่กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลและวิธีที่แสงของพวกมันยืดออกไปตามกาลเวลา คุณจะได้ตัวเลขหนึ่ง แต่ถ้าคุณวัดกาแล็กซีใกล้เคียงกับเรา โดยใช้ซูเปอร์โนวาใกล้เคียงหรือเครื่องมือท้องถิ่นอื่น ๆ คุณจะได้ตัวเลขที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

ความขัดแย้งนี้เรียกว่าความตึงเครียดของฮับเบิลและมันเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในจักรวาลวิทยา

มันเหมือนกับการมีนาฬิกาสองเรือน — หนึ่งบอกว่าเป็นเวลา 3 โมงเย็น และอีกเรือนบอกว่าเป็นเวลา 4 โมงเย็น — และไม่รู้ว่าเรือนไหนถูกต้อง หรืออาจจะทั้งสองเรือนถูกต้อง... ขึ้นอยู่กับว่าคุณยืนอยู่ที่ไหน

นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าความขัดแย้งนี้หมายความว่าทฤษฎีของเราเกี่ยวกับพลังงานมืดหรือแรงโน้มถ่วงอาจจะผิดพลาด คนอื่นเชื่อว่ามีวิธีแก้ปัญหาที่ง่ายกว่ามาก: เราอยู่ภายในช่องว่างขนาดยักษ์และนั่นเปลี่ยนวิธีที่เราเห็นการขยายตัวของอวกาศรอบตัวเรา

เข้าสู่ช่องว่าง: นี่อาจเป็นชิ้นส่วนที่ขาดหายไปหรือไม่?

ดร. อินทรานิล บานิก และทีมของเขาที่มหาวิทยาลัยพอร์ตสมัธเพิ่งเป็นข่าวเมื่อพวกเขาเสนอแนวคิดนี้: ทางช้างเผือกอาจตั้งอยู่ใกล้ศูนย์กลางของพื้นที่ที่มีความหนาแน่นต่ำขนาดใหญ่ — ช่องว่างจักรวาล

ช่องว่างนี้อาจเกือบพันล้านปีแสงและว่างเปล่ากว่าส่วนอื่น ๆ ของจักรวาลอย่างมีนัยสำคัญ

เพราะแรงโน้มถ่วงทำงานแตกต่างกันเมื่อมีสสารน้อยลง มันอาจทำให้กาแล็กซีใกล้เคียงดูเหมือนว่าพวกมันกำลังเคลื่อนที่ออกไปเร็วขึ้น — เพียงเพราะอวกาศรอบข้างว่างเปล่ากว่าและมีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าที่จะชะลอสิ่งต่าง ๆ ลง

แนวคิดนี้เข้ากันได้ดีกับสิ่งที่เราสังเกตในความตึงเครียดของฮับเบิล

โดยสรุป ทฤษฎีความว่างเปล่าอาจเป็นชิ้นส่วนที่ขาดหายไปของปริศนา — ไม่ใช่ฟิสิกส์ใหม่ ไม่ใช่จักรวาลที่พังทลาย เพียงแค่ย่านที่แปลกที่เราบังเอิญอาศัยอยู่

แต่ถ้าเราอยู่ในความว่างเปล่า นั่นหมายความว่าเราอยู่ในสถานที่พิเศษในจักรวาลหรือไม่? นั่นไม่ขัดกับกฎของจักรวาลวิทยาหรือ?

มาหาคำตอบกันเถอะ

สิ่งที่เปลี่ยนแปลงเกี่ยวกับทุกสิ่งที่เรารู้

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ได้ติดตามสิ่งที่เรียกว่าหลักการจักรวาลวิทยา — แนวคิดที่ว่าเราไม่ได้อยู่ในจุดพิเศษ จักรวาลในระดับใหญ่ควรดูเหมือนกันทุกที่

แต่ถ้าเราอยู่ในความว่างเปล่าขนาดใหญ่ หลักการนั้นอาจไม่ถือ — อย่างน้อยก็ไม่ในระดับท้องถิ่น มันอาจหมายถึงจักรวาลไม่สม่ำเสมอมากกว่าที่เราคิด.

และนั่นเปลี่ยนแปลงมาก

อย่างหนึ่ง มันอาจหมายความว่าเราต้องคิดใหม่เกี่ยวกับพลังงานมืด — แรงลึกลับที่เราเชื่อว่าทำให้จักรวาลขยายตัวเร็วขึ้นเรื่อย ๆ บางทีสิ่งที่ดูเหมือนพลังงานมืดอาจเป็นเพียงผลจากการอยู่ในบริเวณที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า

มันยังเปิดโอกาสให้เกิดแนวคิดใหม่เกี่ยวกับการก่อตัวของกาแล็กซี การรวมตัวของสสาร และแม้กระทั่งวิธีที่เราวัดเวลาและระยะทางในอวกาศ

ที่สำคัญที่สุด มันเตือนเราว่าแม้ในสาขาที่ก้าวหน้าอย่างจักรวาลวิทยายังมีที่ว่างสำหรับความประหลาดใจ — และโลกอาจอยู่ในกลางของหนึ่งในความประหลาดใจที่ใหญ่ที่สุด

บทสรุป

แนวคิดที่ว่าโลกอาจติดอยู่ในความว่างเปล่าขนาดใหญ่ในอวกาศมากกว่าแค่ทฤษฎีที่น่าสนใจ — มันอาจเขียนสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับจักรวาลใหม่ โดยการรวมเสียงสะท้อนจากบิ๊กแบง การสังเกตในท้องถิ่น และการจำลองที่ล้ำสมัย นักวิทยาศาสตร์เริ่มเห็นจักรวาลในมุมมองใหม่

ไม่ว่าทฤษฎีความว่างเปล่าจะเป็นจริงหรือไม่ สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน: เราเพิ่งเริ่มเข้าใจการออกแบบที่ยิ่งใหญ่ของจักรวาล และคำตอบอาจทำให้เราตกตะลึงมากกว่าที่เคยจินตนาการ

คำถามที่พบบ่อย

Q1: ความว่างเปล่าของจักรวาลคืออะไร?
ความว่างเปล่าของจักรวาลคือบริเวณในอวกาศที่มีจำนวนกาแล็กซีและสสารน้อยกว่าค่าเฉลี่ยอย่างมาก บริเวณเหล่านี้อาจกว้างหลายร้อยล้านปีแสง

Q2: โลกจะอยู่ในความว่างเปล่าโดยที่เราไม่สังเกตเห็นได้อย่างไร?
เรายังคงเห็นดาวและกาแล็กซีใกล้เคียง แต่ในระดับใหญ่ ความหนาแน่นอาจต่ำกว่าบริเวณอื่น ๆ — สิ่งที่เราสังเกตได้โดยการวัดรูปแบบกาแล็กซีและอัตราการขยายตัว

Q3: ความตึงเครียดของฮับเบิลคืออะไร?
มันคือความขัดแย้งใหญ่ระหว่างสองวิธีในการวัดความเร็วการขยายตัวของจักรวาล วิธีหนึ่งดูที่กาแล็กซีที่ห่างไกล อีกวิธีหนึ่งดูที่กาแล็กซีใกล้เคียง ซึ่งไม่ตรงกัน

Q4: ทฤษฎีความว่างเปล่าแก้ปัญหาความตึงเครียดของฮับเบิลได้อย่างไร?
ถ้าเราอยู่ในบริเวณที่มีความหนาแน่นต่ำ กาแล็กซีในท้องถิ่นจะดูเหมือนเคลื่อนที่ออกไปเร็วกว่าเฉลี่ย ส่งผลต่อการวัดและอาจแก้ไขความไม่ตรงกันได้

Q5: นี่หมายความว่าโลกอยู่ในสถานที่พิเศษในจักรวาลหรือไม่?
มันอาจจะเป็นเช่นนั้น ซึ่งจะท้าทายแนวคิดสำคัญในจักรวาลวิทยา — ว่าเราไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่ไม่เหมือนใคร แต่วิทยาศาสตร์ตามหลักฐาน ไม่ใช่สมมติฐาน

Q6: ความว่างเปล่าจะส่งผลต่อชีวิตหรือระบบสุริยะของเราหรือไม่?
ไม่ ความว่างเปล่าอยู่ในระดับที่ใหญ่จนไม่ส่งผลต่อแรงโน้มถ่วงหรือฟิสิกส์ในระดับของดาวเคราะห์หรือระบบสุริยะ

Q7: มีวิธีใดที่จะพิสูจน์ว่าเราอยู่ในความว่างเปล่าหรือไม่?
ใช่ — นักวิทยาศาสตร์กำลังใช้การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นของการรวมตัวของกาแล็กซีและแสงเพื่อทดสอบแนวคิดนี้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศในอนาคตอาจช่วยยืนยันได้

Q8: ฉันจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ที่ไหน?
การเริ่มต้นที่ดีคือการตรวจสอบการเผยแพร่ของการประชุมดาราศาสตร์แห่งชาติหรืออ่านการศึกษาที่ผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อนเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนของอะคูสติกของแบรีออนและโครงสร้างของจักรวาล