สัมพัทธภาพเชิงเวลาระหว่างบนโลกและอวกาศ

          ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจกันก่อนว่า "เวลา" นั้นคืออะไร เวลา ในมุมมองหนึ่งกล่าวว่าเป็นองค์ประกอบพื้นฐานหนึ่งของจักรวาล ให้เหตุการณ์ต่างๆดำเนินอยู่ในนั้น ซึ่งเป็นแนวคิดของ "ไอแซก นิวตัน" อีกมุมมองหนึ่งกล่าวว่า เวลาเป็นสิ่งสมมุติเช่นเดียวกับพื้นที่และตัวเลข มีเหตุการณ์ต่างๆเกิดขึ้นเป็นลำดับ แต่ไม่ได้หมายความว่าเวลากับเหตุการณ์เหล่านั้นจะรวมอยู่ด้วยกันซึ่งเป็นแนวคิดของ "อิมมานูเอล คานต์" และ "กอตฟรีด ไลบ์นิซ"

          บางที มุมมองทั้งสองเกี่ยวกับเวลาก็ยังน่าสับสนอยู่ จึงมีการนิยามโดยการปฏิบัติ ความหมายของการดำเนินงาน หรือ(operational definition) ซึ่งมักใช้การเคลื่อนที่หรือการเปลี่ยนแปลงแบบเป็นคาบของวัตถุเป็นตัววัดเวลา เช่น ข้างขึ้นข้างแรม ของดวงจันทร์ การแกว่งของลูกตุ้ม การขึ้นและตกของดวงอาทิตย์ เป็นต้น

          ที่นี้ก็เกิดข้อสงสัยขึ้นมาอย่างหนึ่งว่า "เวลา" ที่เดินอยู่บนโลกนั้นจะเท่ากับเวลาที่เดินอยู่บนอวกาศหรือไม่?

          คำตอบคือไม่เท่ากันครับ นักบินอวกาศมีการทดสอบเวลาโดยใช้นาฬิกา อะตอม โดยมีหนึ่งเรือนอยู่บนโลก และอีกเรือนอยู่นอกโลกหรืออวกาศ และเมื่อเวลาผ่านไป ปรากฎว่านาฬิกาบนโลกเดินเร็วกว่านาฬิกาที่อยู่นอกโลก (นาฬิกาอะตอมถือเป็นนาฬิกาที่เที่ยงตรงที่สุดบนโลก)

          มีทฤษฎี 2 ทฤษฎีที่มารองรับ คือ
               1.) สนามแรงโน้มถ่วง จะทำมิติตที่ 4 (กาลเวลา) หดตัว
               2.) ความเร็ว จะทำมิติที่ 4 (การเวลา) หดตัว

          "สิ่งที่เกิดขึ้นแล้ว คือ นักบินอวกาศที่อยู่นอกโลกนานๆแล้วกลับมาหาครอบครัวของตนเอง ปรากฎว่า เขามีอายุน้อยกว่าค่าเฉลี่ยที่ควรจะเป็นครับ"

          1.) ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับ "สนามแรงโน้มถ่วง" ตามทฤษฎี ถ้าเอายานอวกาศไปโคจร รอบๆหลุมดำเเล้ว กลับมายังโลก จะพบว่าเวลาของโลกได้ผ่านไปหลายร้อยปีเเล้ว นักบินอวกาศโคจรรอบโลก เเรงน้อมถ่วงนอกโลกกับในโลกต่างกัน ก็มีผลกับเวลา ความเฉื่อยกับโมเมนตัม - เมื่อความเร็วของวัตถุเข้าใกล้อัตราเร็วแสง วัตถุจะเร่งได้ยากขึ้นและยากขึ้นเรื่อย ๆ การสมมูลของมวลและพลังงาน, E=mc^2 - มวลและพลังงานสามารถแปลงกลับกันไปมา และมีบทบาทเทียบเท่ากัน นั้นคือ เเรง G เเต่เเรง G นอกโลกจะเป็นสภาพไร้เเรงโน้มถ่วงหรืออยู่ในสภาพไร้นำ้หนักนั่นเอง

          2.) ทฤษฎีที่เกี่ยวกับ "ความเร็ว"  เช่น การที่ดาวเทียมโคจรรอบโลกถือว่ามีความเร็วมากๆ ขนาดเม็ดทรายเเค่นิดเดียวก็เจาะชุดอวกาศทะลุได้เลย นั้นหมายความว่าสถานีดาวเทียมเคลื่อนที่เร็วมากๆ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ดังนั้นความเร็วก็มีผลกับ มิติเวลาด้วยเช่นกัน

          สิ่งที่พอเป็นไปได้ในความคิดผมตอนนี้คือ การหน่วงเวลาทำให้เวลา ณ จุดๆนั้นเดินช้ากว่า รอบตัวด้วยการเร่งความเร็วมากๆเท่าเเสงยิ่งดี ไม่ก็ถูกสนามเเรงโน้มถ่วงดูด จะทำให้เวลา ณ จุดๆนั้นหน่วง หรือ เดินช้าลง เเต่เรื่องย้อนเวลาหรือไปในอนาคตผมว่ายังยากอยู่

          ไอน์สไตน์ได้กล่าวไว้ว่าผลที่ตามมาของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษสามารถหาได้จากการพิจารณาการแปลงแบบ "ลอเรนซ์" การแปลงเหล่านี้ รวมทั้งทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษ นำไปสู่การทำนายลักษณะกายภาพที่ต่างไปจากกลศาสตร์นิวตันเมื่อความเร็วสัมพัทธ์มีค่าเทียบเคียงอัตราเร็วแสง อัตราเร็วแสงนั้นมากกว่าทุกสิ่งที่มนุษย์เคยประสบ จนทำให้ผลบางอย่างซึ่งทำนายจากหลักการสัมพัทธ์นั้นจะขัดกับสัญชาตญาณตั้งแต่แรก

          การยืดออกของเวลา - เวลาที่ล่วงไประหว่างเหตุการณ์สองอย่างนั้นไม่แปรเปลี่ยนจากผู้สังเกตหนึ่งไปยังผู้สังเกตหนึ่ง แต่มันขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของกรอบอ้างอิงของผู้สังเกต (ตัวอย่างเช่น ปัญหา "twin paradox" ซึ่งพูดถึงฝาแฝดซึ่งคนหนึ่งบินไปกับยานอวกาศซึ่งเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วใกล้แสง แล้วกลับมาพบว่าแฝดของเขาที่อยู่บนโลกมีอายุมากกว่า)

          สัมพัทธภาพของความพร้อมกัน - เหตุการณ์สองอย่างเกิดขึ้นในที่ที่ต่างกันสองแห่งอย่างพร้อมกันสำหรับผู้สังเกตหนึ่ง อาจไม่พร้อมกันสำหรับผู้สังเกตคนอื่น (ความบกพร่องของความพร้อมกันสัมบูรณ์)

          การหดสั้นเชิงลอเรนซ์ - มิติ เช่น ความยาว ของวัตถุเมื่อวัดโดยผู้สังเกตคนหนึ่งอาจเล็กลงกว่าผลการวัดของผู้สังเกตอีกคนหนึ่ง (ตัวอย่างเช่น "ladder paradox" เกี่ยวข้องกับบันไดยาวซึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วใกล้แสงและเข้าเก็บในห้องซึ่งเล็กกว่า)

          การรวมความเร็ว - ความเร็ว และอัตราเร็ว ไม่ได้ "รวม" กันง่าย ๆ ยกตัวอย่างเช่นถ้าจรวดลำหนึ่งกำลังเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว ⅔ ของอัตราเร็วแสงสัมพัทธ์กับผู้สังเกตคนหนึ่ง แล้วจรวดก็ปล่อยมิซไซล์ที่มีอัตราเร็วเท่ากับ ⅔ ของอัตราเร็วแสงสัมพัทธ์กับจรวด มิซไซล์ไม่ได้มีอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วแสงสัมพัทธ์กับผู้สังเกต (ในตัวอย่างนี้ ผู้สังเกตจะเห็นมิซไซล์วิ่งไปด้วยอัตราเร็ว 12/13 ของอัตราเร็วแสง)

          ความเฉื่อยกับโมเมนตัม เมื่อความเร็วของวัตถุเข้าใกล้อัตราเร็วแสง วัตถุจะเร่งได้ยากขึ้นและยากขึ้นเรื่อย ๆ

          การสมมูลของมวลและพลังงาน, E=mc^2 - มวลและพลังงานสามารถแปลงกลับกันไปมา และมีบทบาทเทียบเท่ากัน (ตัวอย่างเช่น แรงโน้มถ่วงของแอปเปิลที่กำลังหล่น ส่วนหนึ่งเกิดจากพลังงานจลน์ของอนุภาคย่อยซึ่งประกอบเป็นแอปเปิลขึ้นมา)

          บางครั้งก็ยากที่จะเชื่อเพราะขัดกับหลักสามัญสำนึกของมนุษย์ เพราะความเป็นจริงอาจจะไม่เหมือนกับในหนัง แต่อย่าพึ่งคิดว่ามันเป็นไปไม่ได้ ลองคิดดูถ้าคุณติดอยู่ในป่าทึบคุณจะสร้างโทรศัพท์เพื่อขอความช่วยเหลือกับคนข้างนอกได้หรือไม่? คำตอบคำ ไม่! เพราะคุณไม่มีอะไรเลย การที่จะให้เสียงลอยไปในอวกาศ แล้วไปโผล่อีกที่หนึ่งมันเป็นไปไม่ได้ ครั้งหนึ่ง TV วิทยุ โทรศัพท์ มันเป็นแค่เรื่องเพ้อฝันมาก แต่ลองมองกลับมาดูตอนนี้สิ่งที่เป็นไปไม่ได้กลับเป็นไปได้มากมาย เพราะฉะนั้นอนาคตถ้าหากมนุษย์ไขปริศนาที่เกี่ยวของกับเวลาได้ เราอาจจะสามารถวาร์ปไปที่ไหนก็ได้แบบในหนังก็เป็นได้

อ้างอิงข้อมูลจาก : Wikipedia