ทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะ และ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Theory of Relativity)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะ (1)

บทความพิเศษ ธีรยุทธ บุญมี มติชนรายสัปดาห์ วันที่ 17 มิถุนายน พ.ศ. 2548 ปีที่ 25 ฉบับที่ 1296

ไอน์สไตน์ยิ่งใหญ่ไม่ใช่เพราะสมการ E=mc²

แต่เป็นเพราะเป็นผู้เปลี่ยนกระบวนทัศน์เกี่ยวกับเวลาและอวกาศ

จากคนอยู่เหนือจักรวาลมาเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาล

ปีนี้ครบรอบ 100 ปี การเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะของไอน์สไตน์ ซึ่งไอน์สไตน์ค้นพบสำเร็จในเดือนมิถุนายน 1905 และตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ของเยอรมันในเดือนกันยายนปีเดียวกัน ในโอกาสครบรอบ 100 ปีการค้นพบนี้จึงมีการยกย่องสรรเสริญผลงานไอน์สไตน์กันทั่วโลก

ไอน์สไตน์สำคัญไม่ใช่เพราะไอน์สไตน์อภิมหาอัจฉริยะ ซึ่งเป็นเรื่องปรุงแต่งจนเกินเลยกันภายหลัง ไอน์สไตน์เก่งในเรื่องของหลักคิดฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ ซึ่งสำคัญกว่าเทคนิคหรือสมการทางคณิตศาสตร์ ครูของไอน์สไตน์เล่าว่า ไอน์สไตน์หัวช้าทางคณิตศาสตร์ ในการเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1915 เขาก็ต้องหานักคณิตศาสตร์ ซึ่งก็คือ Marcel Grossmann มาเป็นเพื่อนช่วยคิด

ไอน์สไตน์สำคัญไม่ใช่ในระดับการเสนอทฤษฎีใหม่หรือการค้นพบสมการสำคัญ เช่น E=mc² แต่สำคัญเพราะเป็นคนเปลี่ยนกรอบการมองหรือกระบวนทัศน์มนุษย์ให้มองโลกหรือจักรวาลไปสู่กรอบใหม่ กระบวนทัศน์ใหม่ทั้งหมด เพราะถ้ามองในระดับของสมการในช่วงยุคสมัยใหม่ของวิทยาศาสตร์ อาจมีสมการที่เป็นคู่แข่งของสมการ E=mc² ได้อีกมากมาย เช่น สมการของ Newton, Gauss, Rieman, Maxwell, Boltzman, Dirac, Feynman, Schrodinger, Alexander, Jones, Kauffman, Nambu, Gellman, Salam และ Heisenberg อีกนับร้อย แต่ในระดับกระบวนทัศน์เกี่ยวกับจักรวาลในรอบ 2,000 ปี มีเพียง 2 กระบวนทัศน์คือ แบบยุคลิด-นิวตัน ซึ่งถูกแทนที่โดยกระบวนทัศน์ของไอน์สไตน์ และถ้าจะนับในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา มีเพียง 2 กระบวนทัศน์เกี่ยวกับโลกวัตถุซึ่งแข่งกันอยู่คือ กระบวนทัศน์สัมพัทธภาพกับกระบวนทัศน์แบบควอนตัม

กระบวนทัศน์หรือกรอบการมองอวกาศแบบเดิมที่เราคุ้นเคย คือมองว่าจักรวาลเป็นที่ว่าง หรือภาชนะขนาดใหญ่ ที่คล้ายมีแกนเส้นตรงวิ่งไปทั้งหน้า-หลัง ซ้าย-ขวา บน-ล่าง แล้วมีวัตถุ คือ ดวงดาว กาแล็กซี่ มาล่องลอยอยู่ตามจุดต่างๆ กรอบการมองเช่นนี้ยกฐานะมนุษย์มาอยู่ให้เสมือนพระเจ้า คือมองจักรวาลได้เสมือนว่าจักรวาลเป็นบ้านของตัวเอง คือรู้ได้หมดว่า ณ เวลาหนึ่ง เช่นปัจจุบันหรือเวลา 1 วินาที 1 นาที 5 นาทีข้างหน้า วัตถุต่างๆ ในจักรวาลอยู่ในตำแหน่งใด เคลื่อนไหว แตกดับอย่างไร

ส่วนทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ได้ล้มกระบวนทัศน์แบบเดิมดังกล่าว และสร้างกระบวนทัศน์ใหม่ที่ถือมนุษย์เป็นส่วนหนึ่ง ของจักรวาล เป็นการลดอำนาจมนุษย์ในจักรวาลให้น้อยลง และมองความสัมพันธ์ระหว่างอวกาศ เวลา และชีวิตมนุษย์ให้ละเอียดอ่อนลึกซึ้งยิ่งขึ้น ไม่น่าเชื่อว่าเพียงแค่มนุษย์เปลี่ยนกระบวนทัศน์เป็นแบบใหม่ เราก็สามารถเข้าใจความสัมพันธ์อวกาศกับเวลาใหม่ มวลสารกับพลังงานใหม่ และเข้าใจจักรวาล เช่น การกำเนิด การล่มสลายของจักรวาลได้อีกมากมาย นี่เป็นเหตุผลให้เราต้องสนใจทฤษฎีทั้งหลายในระดับกระบวนทัศน์มากกว่าระดับสมการ

กระบวนทัศน์ที่มองทั่วจักรวาลได้แบบพระเจ้า เรียกว่ากระบวนทัศน์แบบสมบูรณ์ แต่กระบวนทัศน์ใหม่แบบเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลบอกว่า จักรวาลไม่อนุญาตให้ทำเช่นนั้นได้ จักรวาลอนุญาตให้สังเกตจักรวาลได้จากตำแหน่ง เวลาหนึ่งๆ เท่านั้น ณ จุดที่ต่างกันไป ก็จะสังเกตจักรวาลได้จากอีกแง่มุมหนึ่งไม่เหมือนกัน จึงเรียกกระบวนทัศน์ใหม่นี้ว่ากระบวนทัศน์แบบสัมพัทธ์

ไม่มีใครมองจักรวาลได้ทั้งหมด หรือรู้ได้ว่าช่วงเวลาหนึ่งๆ ส่วนต่างๆ ของจักรวาลมีความเป็นอยู่อย่างไร ไม่มีใครสามารถจินตนาการตัวเองไปอยู่นอกจักรวาล แล้วมองกลับมาเห็นจักรวาลได้ชัดเจนว่ามีรูปร่างอย่างไร ขนาดเท่าใด ทุกคนสังเกตจักรวาลได้จากส่วนเสี้ยวของตน และถึงแม้แต่ละคนจะเอาข้อมูลมารวมกันก็ไม่มีใครสามารถสรุปภาพได้ว่าจักรวาลที่แท้จริงมีลักษณะเป็นเช่นไร เป็นข้อจำกัดของมนุษย์ที่ทุกคนต้องยอมรับ

อันที่จริงนักวิทยาศาสตร์รู้มานานแล้วว่า ณ เทศะ เวลาต่างกัน การสังเกตจะต่างกัน เช่น ถ้าเรานั่งในเครื่องบินเจ๊ตเหนือเสียง รินน้ำใส่แก้ว เราคิดว่าน้ำไหลลงแก้วตรงจุดเดิมข้างหน้าเรา แต่คนบนพื้นโลกจะมองเห็นว่าเราเริ่มรินน้ำที่อโศก แต่น้ำหล่นลงถึงก้นถ้วยที่ราชประสงค์ ซึ่งห่างกันไปตั้งหลายกิโล หรือเด็กหญิงคนหนึ่งตบลูกเทนนิสอยู่บนรถไฟ เธอจะสังเกตเห็นลูกบอลกระเด้งขึ้นลงจากจุดเดิมเสมอ แต่ในสายตาผู้สังเกตข้างนอก จะเห็นลูกบอลกระดอนขึ้นลงจากคนละจุด

หรืออีกตัวอย่างหนึ่ง เป็นตัวอย่างบนรถไฟเช่นกัน เมื่อผ่านสถานี ไฟสัญญาณที่หัวท้ายขบวนจะเปิดขึ้น ผู้สังเกตบนชานชาลาซึ่งอยู่ตรงกลางขบวนพอดี จะสังเกตเห็นสัญญาณไฟเปิดขึ้นพร้อมกัน แต่ผู้สังเกตที่อยู่บนรถไฟ (ตรงจุดกึ่งกลางเช่นกัน) จะสังเกตว่าสัญญาณ A เกิดขึ้นก่อนสัญญาณ B เพราะตัวเองเป็นฝ่ายวิ่งเข้าหาแสง และเห็นแสงจาก A ก่อนแสงจาก B

ดังนี้ ผู้สังเกตบนรถจะสรุปว่า เหตุการณ์ A เกิดก่อนเหตุการณ์ B ใครเป็นฝ่ายผิด ใครเป็นฝ่ายถูก ?

ปกติเรามักจะบอกว่า การสังเกตของผู้อยู่นิ่ง (บนดิน) เป็นพื้นฐานกว่า ถึงแม้เด็กหญิงคนนั้นจะสังเกตต่างกันไป แต่เมื่อเราอธิบายเหตุผลได้ เธอก็จะเข้าใจได้ว่าที่จริงลูกบอลไม่ได้ตกซ้ำ ณ จุดเดิมแต่ไอน์สไตน์แย้งว่า "พระเจ้า" นอกจากไม่อนุญาตให้ใครเป็น "พระเจ้า" ได้แล้ว ยังไม่ให้อภิสิทธิ์เป็นพิเศษแก่คนใดคนหนึ่งด้วย ไอน์สไตน์บอกว่า อาจมีคนอีกหลายร้อยล้านคนอยู่บนดาวดวงหนึ่ง หรือบนยานอวกาศลำใหญ่ที่วิ่งสวนโลก หรือแซงโลกไป คล้ายขบวนรถไฟที่ยกตัวอย่าง จะไม่ง่ายกว่าหรือว่าพวกเขาจะบอกว่า ลูกบอลที่พวกเขาตบนั้นขึ้นลงจากจุดเดิม เพราะนั่นจะเป็นการสังเกตที่ให้ภาพที่ง่ายกว่าการสังเกตของเราบนโลกด้วยซ้ำ

กล่าวเป็นภาษาทางวิทยาศาสตร์ให้มากขึ้น ผลการสังเกตของเขาไม่ว่าจะเป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ หรือทางธรรมชาติอื่นใดล้วนมีฐานะความจริงเท่าๆ กัน

กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนทัศน์แบบสัมบูรณ์ยินยอมให้มนุษย์มีฐานะเป็นเจ้าของจักรวาล มีอำนาจเหนือจักรวาล เพราะสามารถคิดว่าตัวเองอยู่นิ่งๆ ภายในหรือภายนอกจักรวาล แล้วในแต่ละชั่วขณะก็สามารถมองดูจักรวาลทั้งหมดได้ แต่กระบวนทัศน์แบบสัมพัทธ์บอกว่า ไม่มีใครรู้ว่าตัวเองอยู่ในสถานะอย่างไรแน่ เพราะเราคิดว่าเราอยู่นิ่ง แต่คนอื่นกลับมองเราเคลื่อนไปกับโลก ระบบสุริยะและกาแล็กซี่ในลักษณะที่ซับซ้อนมาก เช่นเดียวกับที่เราก็จะสังเกตมนุษย์ หรือวัตถุบนดวงดาวอื่นๆ เคลื่อนที่อย่างซับซ้อนเช่นกัน จึงสรุปได้ว่าทุกๆ สิ่งในจักรวาลอยู่ในสภาวะเคลื่อนที่อย่างสัมพัทธ์ (เปรียบเทียบ) กันเอง โดยไม่มีใครรู้ว่าจุดที่อยู่นิ่งๆ จริงๆ เป็นอย่างไร เราต้องยอมรับสถานะเช่นนี้ เริ่มต้นมองโลกจากเงื่อนไขจำกัดเช่นนี้ จึงจะสร้างทฤษฎีที่ถูกต้องได้ ไม่ใช่ตั้งเงื่อนไขสมมติว่า เราสามารถหาสภาวะที่อยู่นิ่งๆ จริงๆ ในจักรวาลได้

ไอน์สไตน์บอกกับเราว่า ทฤษฎีที่ตั้งอยู่บนเงื่อนไขสมมตินี้ผิดพลาด และให้ภาพความจริงจักรวาลได้อย่างจำกัด

กระบวนทัศน์ใหม่ของไอน์สไตน์ฟังดูง่าย ไม่ซับซ้อนยุ่งยากมากนัก แต่ผลของมันลึกซึ้งมาก เพราะมันได้ไขความคิด และช่วยแก้ปมปัญหาหลายอย่างให้กับนักวิทยาศาสตร์ เช่น ถ้าคนบนรถไฟถือกระบอกซึ่งแช่แข็งอิเล็กตรอนไว้กับตัว เขาจะวัดได้ว่ากระบอกนั้นมีประจุไฟฟ้าอยู่จำนวนหนึ่ง แต่เราที่อยู่กับที่บนพื้นโลก จะตรวจพบสนามแม่เหล็กไฟฟ้าวิ่งวนอยู่รอบๆ กระบอกอิเล็กตรอน ถ้าไม่มีทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ คนสองคนที่สังเกตผลได้ต่างกันคงจะเถียงกันไม่จบ คนหนึ่งว่า "มีไฟฟ้าแต่ไม่มีแม่เหล็ก" อีกคนว่า "มีทั้งแม่เหล็กและไฟฟ้า" แต่เมื่อมีทฤษฎีสัมพัทธภาพ เราจะได้แง่คิดทันทีว่า "อ้อ ที่จริงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสิ่งเดียวกัน แสดงออกมาเป็นสิ่งต่างกัน"

ทฤษฎีที่รวมความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นทฤษฎีที่ยิ่งใหญ่ทฤษฎีหนึ่ง (แต่เผอิญค้นพบมาก่อนไอน์สไตน์ โดย Maxwell ตั้งแต่ปี 1873 ไอน์สไตน์มาช่วยให้เราเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างง่ายๆ มากขึ้น ถ้าอยากจะรู้ว่าการเชื่อมแม่เหล็กไฟฟ้าสำคัญมากขนาดไหน ก็อาจจะมองไปรอบๆ ตัวเรา เพราะไฟฟ้า วิทยุ โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ รถยนต์ เครื่องบิน ยานอวกาศ ตู้เย็น เตาไมโครเวฟ ทั้งหมดอาศัยสมการของ Maxwell ทั้งสิ้น)

ในลักษณะเช่นเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งอาจสังเกตพบว่าสิ่งหนึ่งเป็นมวลสาร แต่อีกคนในอีกสถานะหนึ่งค้นพบว่า มันเป็นพลังงาน ทั้งสองคนต่างเป็นฝ่ายถูกต้อง ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ช่วยให้เรารู้ได้ว่า พลังงานและมวลสารเป็นสิ่งเดียวกัน แสดงออกมาในภาวะต่างๆ กันเท่านั้น

นักวิทยาศาสตร์รุ่นหลังเรียกกระบวนทัศน์ของไอน์สไตน์ ซึ่งบอกให้ทุกคนอยู่ในส่วนย่อยๆ ของตน แต่ก็เคารพทุกๆ คน ว่าคือหลัก "ประชาธิปไตย" ที่แท้จริง

___________________________________________________________________________
วิธีคำนวณสูตร E=mc² โดยคณิตศาสตร์ระดับมัธยม

บทความพิเศษ ธีรยุทธ บุญมี มติชนรายสัปดาห์ วันที่ 24 มิถุนายน พ.ศ. 2548 ปีที่ 25 ฉบับที่ 1297

การค้นพบที่มีชื่อเสียงที่สุดคือสมการ E=mc² ซึ่งไอน์สไตน์บอกกับเราว่า มวลสารกับพลังงานที่จริงเป็นสิ่งเดียวกัน ที่แสดงออกมาในรูปที่ต่างกัน หลักสัมพัทธ์ของไอน์สไตน์ที่บอกว่า สิ่งที่ผู้สังเกตทุกคนสังเกตได้ แม้จะอยู่ในสภาวะความเร็วที่ต่างๆ กันไป ล้วนเป็นความจริง ความถูกต้องทั้งสิ้น นี้แม้ฟังดูง่าย เป็นประชาธิปไตยดี แต่พอเรายอมรับความคิดใหม่นี้ของไอน์สไตน์ เราจะพบความมหัศจรรย์ของจักรวาล พบปริศนาที่น่างวยงง

(คนส่วนใหญ่ที่ได้ฟังผลซึ่งเกิดจากทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะเป็นครั้งแรกแล้ว ส่วนใหญ่จะไม่เชื่อ และมักจะถามว่าเป็นไปได้อย่างไร ? แต่ขอให้เชื่อเถิด เพราะมีการทดสอบทดลองมาแล้วจนนับครั้งไม่ถ้วน ล้วนปรากฏว่าทฤษฎีไอน์สไตน์ถูกต้อง โดยมีโอกาสผิดพลาดน้อยมาก ในการทดลองบางครั้งผิดพลาดเพียง 1 ในล้านล้านส่วน ทฤษฎีควอนตัมก็มีโอกาสผิดพลาดเพียง 1 ในพันล้านส่วน)

ไอน์สไตน์บอกกับเราว่า คนที่เคลื่อนที่จะวัดระยะทางได้สั้นกว่าคนที่อยู่กับที่ พวกเขาจะวัดมวลสาร เวลา ได้มากกว่าคนที่อยู่กับที่ เช่น ผู้ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง 0.8 ของความเร็วแสง เขาจะพบว่าไม้เมตรยาว 1 เมตร ลดลงเหลือเพียงครึ่งหนึ่ง ส่วนเวลาบนนาฬิกาข้อมือ 1 ชั่วโมง ก็จะเพิ่มขึ้นเป็น 1/2 ชั่วโมง เวลานี้จะรวมถึงเวลาชีวะ คือความเร็วในการแก่ตัวด้วย จึงเกิดปริศนาฝาแฝดว่า ถ้าแฝดคนหนึ่งเดินทางด้วยความเร็วสูงไปในอวกาศ แล้วย้อนกลับลงมา อาจพบว่าคู่แฝดบนโลกอายุ 80 ปีแล้ว ขณะที่ตัวเองยังอายุ 20 ปีเศษๆ เหมือนเดิม

นักวิทยาศาสตร์พิสูจน์ความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะของไอน์สไตน์ อย่างชนิดไม่ต้องให้มีใครมาเถียงด้วยการผลิตระเบิดปรมาณู ซึ่งยืนยันสูตร E=mc² อย่างแม่นยำน่าสะพรึงกลัว มีการทดสอบเพื่อวัดเวลาที่เพิ่มขึ้น และระยะทางที่หดสั้นลงหลายหนในยานอวกาศรุ่นต่างๆ ซึ่งส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก ซึ่งก็สามารถพิสูจน์ได้ว่าถูกต้องหมดทุกอย่าง นักวิทยาศาสตร์ตรวจจับอนุภาคซึ่งเกิดจากรังสีคอสมิกจากดวงอาทิตย์วิ่งมากระทบชั้นบรรยากาศได้บนพื้นโลก ทั้งๆ ที่เมื่อคำนวณอายุขัยของมันตามทฤษฎีแล้ว จะสามารถเคลื่อนที่จากจุดแตกตัวได้ไม่กี่เมตร แต่มันวิ่งลงมาถึงพื้นโลกจนตรวจจับได้ ไม่ใช่เพราะมันวิ่งเร็วอย่างเดียว แต่เป็นเพราะช่วงอายุขัยหรือเวลาของมันยืดยาวขึ้นด้วย (ทั้งหมดนี้ตรงตามที่ไอน์สไตน์คำนวณไว้ทุกประการ)

ความคิดเรื่องภาวะสัมพัทธ์ของไอน์สไตน์มีผลกระทบรุนแรงคล้ายคลื่นยักษ์สึนามิ ที่ไม่เพียงกระทบโลกวิทยาศาสตร์ธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังกระทบโลกวิทยาศาสตร์ สังคม โลกแห่งปรัชญา และโลกแห่งศิลปะด้วย ในช่วง 1910 Durkheim ชาวฝรั่งเศส ผู้ถือเป็นบิดาของวิชาสังคมวิทยา ก็เสนอแนวคิดซึ่งตีความเชิงสัมพัทธ์ได้ว่า พฤติกรรมทางสังคมของมนุษย์ถูกกำหนดโดยสังคม ด้วยเหตุนี้ มนุษย์จากแต่ละสังคมจะมีความคิด พฤติกรรมต่างๆ กันไปตามลักษณะของสังคมนั้นๆ

และที่สำคัญมากก็คือ ทฤษฎีภาษาศาสตร์ของ Ferdinand de Saussure ซึ่งถือเป็นบิดาของวิชาสัญศาสตร์ (Semiology) และเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดปรัชญาโครงสร้างนิยมและหลังโครงสร้างนิยม (Post Structuralism) ซึ่งก็คือปรัชญาหลังสมัยใหม่นั่นเอง

Saussure เสนอทฤษฎีที่ฟังดูแล้วไม่ต่างไปจากทฤษฎีของไอน์สไตน์เลยก็คือ เขามองภาษาเป็นระบบของความสัมพันธ์ (หรือสัมพัทธ์) "ในระบบภาษามีแต่เพียงความสัมพันธ์และความต่าง (ซึ่งก็คือความสัมพัทธ์) โดยไม่มีความหมายที่สัมบูรณ์เลย (ไม่มี positive term ซึ่งก็คือไม่มีถ้อยคำที่มีความหมายในตัวเองโดยสมบูรณ์)"

ภาพผู้หญิงร้องไห้(1937) โดย ปิกาสโซ

ภาพ เวลาที่หลอมเหลว (1931) โดยDali

ในด้านศิลปะ ปิกาสโซและบร๊ากเป็นผู้บุกเบิกศิลปะ Cubism ในราวปี 1909 ศิลปะ Cubism เป็นศิลปะที่เริ่มตั้งคำถามเกี่ยวกับ Space มีการฉีกรื้อคติเกี่ยวกับ space เดิมซึ่งแน่นอนคงตัว มาเป็น space ที่แยกออกเป็นส่วนๆ คล้ายสัมพันธ์กัน แต่ละส่วนมองวัตถุ ผู้หญิง รูปร่างคน จากแง่มุมที่ต่างๆ กัน เช่น จากด้านตรง ข้าง ด้านหลัง ปิกาสโซถือว่าแต่ละมุมมองมีสิทธิมีฐานะที่จะปรากฏในรูปได้ แล้วเอาเรียงต่อกันให้เกิดเป็นมุมมองใหญ่เดียวกัน ในภาพหญิงสาว ผู้หญิงร้องไห้ ม้าเจ็บปวด กระทิงดุ ฯลฯ

ในแง่นี้เท่ากับว่าปิกาสโซให้คุณค่าแก่ทุกมุมมองเท่าๆ กัน ตามคติคล้ายทฤษฎีสัมพัทธภาพเช่นกัน ศิลปินคนอื่น เช่น Marcel Proust นักเขียนมีชื่อ ยอมรับอิทธิพลความคิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพโดยตรง เขากล่าว่า "มีเรขาคณิตของแผ่นระนาบ ขณะเดียวกันก็มีเรขาคณิตของอวกาศ สำหรับผมนิยายมิใช่เป็นเพียงจิตวิทยาในเชิงระนาบเท่านั้น แต่เป็นจิตวิทยาของเวลาและอวกาศด้วย"

เวลาเขียนรูป ปิกาสโซเอามุมมองหลากหลายมุมมองมาตีแผ่ ไม่ใช่มุมมองเดียวที่สมบูรณ์แบบจิตรกรในยุคคลาสสิค ในการบรรยายบุคลิกตัวละคร

Proust ก็ไม่ยอมรับบทบาทของผู้ประพันธ์ในฐานะผู้มีความรู้อย่างสมบูรณ์ และสามารถพรรณนาทุกๆ ด้านของตัวละคร Proust มองตัวละครของเขา "กระจัดกระจายอยู่ในอวกาศและเวลา" F. T. Marinetti ผู้ให้กำเนิดศิลปะแบบ Futurist เขียนในคำประกาศแรกของกลุ่มว่า "เวลาและอวกาศตายไปแล้วเมื่อวานนี้" กลุ่ม Dada และ Surrealist ได้อิทธิพลจากไอน์สไตน์ชัดเจนดังภาพเขียนเวลาที่หลอมเหลวของ Dali

นอกจากนี้ ในวงการปรัชญศาสน์ (Theosophy) ในกลุ่มของ Steiner ซึ่งพยายามจะเชื่อมโยงศาสนาเข้ากับวิทยาศาสตร์หรือปรัชญาวิทยาศาสตร์ ก็ได้อิทธิพลจากแนวทฤษฎีของไอน์สไตน์มาเช่นกัน โดยตีความว่า การปรากฏอย่างปาฏิหาริย์ของ "เหตุการณ์ศักดิ์สิทธิ์" ต่างๆ เป็นไปได้ เนื่องจากสิ่งศักดิ์สิทธิ์โผล่ตัวมาจากมิติพิเศษที่นอกเหนือไปจาก 3 มิติของเรา จินตนาการว่ามดขังนักโทษมดไว้ในกรงขัง 2 มิติของตน สมมติว่ามดไม่สามารถเงยหน้ามองด้านบน-ล่างได้ จะมองได้ก็แต่ซ้าย-ขวา หน้า-หลัง เท่านั้น ถ้ามนุษย์ (พระเจ้า) ใช้มือหยิบนักโทษมดขึ้นมาด้านบน มดผู้คุมจะตื่นตกใจว่ามดนักโทษหายตัวไปเฉยๆ (เพราะพวกเขาไม่สามารถมองมิติพิเศษคือด้านบน-ล่างได้)

วงการปรัชญศาสน์จึงฮือฮากันกับการตีความปาฏิหาริย์โดยมิติพิเศษที่เพิ่มขึ้นมาตามทฤษฎีของไอน์สไตน์กันมาก

**สำหรับผู้อ่านที่มีพื้นคณิตศาสตร์ ไอน์สไตน์บอกว่า มวลสารที่เคลื่อนที่ m = m0/(1-v²/c2)? m0 = มวลสารที่หยุดนิ่ง v = ความเร็วของวัตถุ c = ความเร็วแสง จากสมการนี้ใช้การกระจายแบบ binomial ซึ่งนักเรียนมัธยมปลายก็เรียนกันแล้ว จะพบว่า (1-v²/c)? = 1- v²/2c²… เมื่อแทนค่าลงไปในสมการจะได้ (m0-m)c² = ?mc² = ?mv² = E ซึ่งเป็นเค้าร่างที่จะบอกเราว่า พลังงาน = มวลสารที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง (ไอน์สไตน์พิสูจน์สมการนี้อย่างละเอียดลึกซึ้งกว่านี้) สมการดังกล่าวให้ข้อสรุปที่น่าสนใจ กล่าวคือ ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับแสง ค่าในวงเล็บจะเท่ากับ (1-1) = 0 จากคณิตศาสตร์เบื้องต้นอะไรหารด้วยศูนย์ย่อมเท่ากับค่านับไม่ถ้วน infinity ดังนั้น ถ้าวัตถุที่เคลื่อนด้วยความเร็วแสง มวลสารจะเพิ่มเป็นอนันต์ ซึ่งเป็นไปไม่ได้เพราะต้องใช้พลังงานมหาศาลมากเกินไปที่จะขับเคลื่อนวัตถุให้เร็วขนาดนั้นได้ สมการที่บอกว่าความยาวจะหดสั้นลงคือ x = x0(1-v²/c²)? ก็น่าสนใจ เพราะถ้ามีสิ่งที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับแสง (เช่น อนุภาคแสงคือโฟตอนเอง หรืออนุภาคนิวตริโน v จะเท่ากับ c และค่าในวงเล็บจะเท่ากับ 0 เช่นกัน แสดงว่าแสงแม้จะวิ่งเร็วมากคือ 186,000 ไมล์/วินาที มันจะรู้สึกว่ามันไม่ได้เดินทางเลย เพราะระยะทางที่มันเดินทางเป็น 0 ตลอดเวลา นี่เป็นการค้นพบครั้งสำคัญที่อาจทำให้เราเข้าใจจักรวาลตอนเริ่มต้นได้ เพราะในตอนเริ่มต้น จักรวาลซึ่งมีแต่อนุภาคหรือพลังงานที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง จักรวาลจะมีขนาดเป็น 0 หรือ infinity หรือค่าเท่าใดก็ไม่สำคัญ เพราะอนุภาคเหล่านั้นจะไม่รู้สึกว่าตัวเองกินระยะทางเลย ปัญหาขนาดของจักรวาลจึงเป็นปัญหาของมนุษย์ที่มีทิฐิสร้างขึ้นมาให้เป็นปัญหาเอง แต่ไม่ใช่ปัญหาของอนุภาคเหล่านั้น และเวลาสำหรับแสงหรือพระเจ้าในช่วงกำเนิดจักรวาลก็จะมีค่าเป็นอนันต์ คือไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ เกิดข้นเลย จึงไม่ต้องตั้งคำถามว่า ก่อนหน้ามีจักรวาลจะเป็นอย่างไร

___________________________________________________________________________
วิถีขบถในชีวิตไอน์สไตน์

บทความพิเศษ ธีรยุทธ บุญมี มติชนสุดสัปดาห์ วันที่ 08 กรกฎาคม พ.ศ. 2548 ปีที่ 25 ฉบับที่ 1299

ชีวิตของไอน์สไตน์จากเด็กยากจน มาเป็นบุรุษที่มีชื่อเสียงก้องโลกที่สุดในหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา และอาจจะยังอยู่สืบไปอีกหลายศตวรรษ ฟังดูแล้วคล้ายเป็นเทพนิยาย แต่ในชีวิจริงของไอน์สไตน์มีช่วงของความทุกข์ยากตกต่ำ การดิ้นรนต่อสู้ อันตราย การคุกคามจนถึงขั้นชีวิต แรงกดดันทั้งชีวิตการงานและความผิดพลาดทั้งหนักและเบา

ไอน์สไตน์เกิดเมื่อวันที่ 14 มีนาคม 1879 ในเมือง Ulm ประเทศเยอรมนี ไอน์สไตน์เป็นนักอุตสาหกรรมที่ไม่ประสบความสำเร็จมากนัก Pauline แม่ของไอน์สไตน์เกิดในตระกูลที่มั่งคั่ง และได้ช่วยเหลือเกื้อกูลไอน์สไตน์ในยามตกต่ำ แต่ชีวิตไอน์สไตน์ก็มาตกต่ำอย่างมากในช่วงเป็นวัยรุ่นจนจบมหาวิทยาลัย เพราะธุรกิจของพ่อล้มละลายต้องย้ายไปอิตาลี ตัวไอน์สไตน์ถูกทิ้งให้เรียนอยู่ในโรงเรียนประจำในมิวนิกซึ่งเข้มงวด จนไอน์สไตน์ซึ่งชอบโดดเรียนและละเมิดกฎเกณฑ์เกือบจะถูกไล่ออก

ไอน์สไตน์หาทางออกแบบเด็กวัยรุ่น ด้วยการให้หมอช่วยเขียนจดหมายว่าเขาเป็นโรควิตกกังวลและจิตใจห่อเหี่ยว จนอาจเป็นโรคประสาทได้ถ้าไม่ได้กลับไปอยู่กับครอบครัว พ่อแม่ของไอน์สไตน์นั้นกังวลมากและตัดสินใจส่งเสียให้ไอน์สไตน์ได้ไปเรียนที่วิทยาลัยโพลีเทคนิคซูริก (ซึ่งมีฐานะเท่ามหาวิทยาลัย) ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ทั้งที่ยังไม่จบมัธยมปลาย (ระบบการศึกษาสวิสในสมัยนั้นยังอนุญาตให้นักเรียนสอบเข้ามหาวิทยาลัยได้โดยวัดจากผลสอบล้วนๆ)

ผลปรากฏว่าไอน์สไตน์สอบตกในครั้งแรก และมาได้เข้าเรียนในปีที่ 2

ไอน์สไตน์ดูจะมีพรสวรรค์ในด้านทฤษฎีฟิสิกส์มากกว่าการทดลองทางฟิสิกส์ ในช่วงวัยเด็กซึ่งครอบครัวยังมีฐานะดี เพื่อนชาวยิวที่ยากจนคนหนึ่งชื่อ Talmud มาอาศัยกินอาหารเย็นที่บ้านเป็นประจำ และชักชวนให้ไอน์สไตน์อ่านหนังสือตำราเรขาคณิตและปรัชญาของ Kant ซึ่งมีอิทธิพลต่อไอน์สไตน์มาตลอดชีวิต (ปรัชญาของ Kant บอกว่า โลกหรือจักรวาลมีโครงสร้างลี้ลับบางอย่างที่เป็นสากล เป็นแก่นแกนอันแท้จริงที่กำหนดความเป็นไปของโลกวัตถุที่เราสังเกตได้ในจักรวาล ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและความพยายามรวมแรงต่างๆ (Unified Field Theory ของไอน์สไตน์ก็ตั้งอยู่บนแนวปรัชญาเช่นนี้)

ไอน์สไตน์ซึ่งมีแนวโน้มที่ชื่นชอบปรัชญาหลักคิดและทฤษฎีฟิสิกส์มาแต่ต้น เขาชอบงานสร้างสรรค์ทางความคิดมากกว่าการถูกจำกัดอยู่ในกรอบกฎเกณฑ์ต่างๆ ไอน์สไตน์ซึ่งได้คะแนนแย่มากในหลายวิชา เช่น วิชาการทดลองวิทยาศาสตร์ ซึ่งไอน์สไตน์ไม่สนใจทำตามขั้นตอนกระบวนการทดลองซึ่งเขาคิดว่าไม่เป็นประโยชน์ จนครูสอนเคยบ่นใส่ไอน์สไตน์ว่า "คนอย่างเธอไม่มีอนาคตในวงการฟิสิกส์หรอก ที่ดีเธอควรเปลี่ยนไปเรียนหมอ วรรณคดี หรือไม่ก็กฎหมายเสียดีกว่า"

ครูคนนี้ซึ่งควรสนับสนุนให้ไอน์สไตน์ได้งานผู้ช่วยอาจารย์ ซึ่งเป็นธรรมเนียมปฏิบัติที่นักเรียนทุกคนควรได้เมื่อจบมหาวิทยาลัย ปฏิเสธที่จะสนับสนุนไอน์สไตน์ และยังไม่แนะนำให้อาจารย์คนอื่นๆ รับไอน์สไตน์เข้าทำงานด้วย ซึ่งปิดความหวังและอนาคตของไอน์สไตน์ในแวดวงวิทยาศาสตร์ลงเกือบสิ้นเชิง

ปี 1900 ซึ่งไอน์สไตน์เรียนจบ เป็นปีที่ย่ำแย่ที่สุดของเขา ทางบ้านขาดเงินสนับสนุน ตัวเองหางานทำไม่ได้ คนรักของไอน์สไตน์ก็สอบตกซ้ำสอง จึงหมดโอกาสที่จะหางานด้านวิชาการได้ Mileva Maric คนรักของไอน์สไตน์มักถูกเขียนถึงในแง่ไม่ดีนัก ในแง่ความเป็นผู้หญิงร้าย เห็นแก่ตัว แต่ในแง่หนึ่งเธออาจเป็นเฟมินิสต์คนแรกๆ ของโลกก็ได้

เธอเป็นชาวเซอร์เบียจากคาบสมุทรบอลข่าน ซึ่งปกติไม่มีชื่อเสียงในด้านฟิสิกส์ แต่เธอรักวิชานี้ แต่โชคไม่ดีที่ประเทศเยอรมนีในช่วงนั้นยังไม่ยอมรับผู้หญิงเข้าเรียนแผนกฟิสิกส์ เธอจึงต้องดิ้นรนไปเรียนที่ซูริกในชั้นเรียนเดียวกับไอน์สไตน์ เธอเป็นคนมั่นใจในตัวเอง และไม่สนใจในความเก่งกาจของไอน์สไตน์แต่อย่างใด ครอบครัวและเพื่อนๆ ไม่ค่อยเห็นด้วยกับความรักของคู่นี้ แต่ทั้งสองคนก็ยังหัวแข็งและใฝ่ฝันที่จะค้นความลี้ลับของจักรวาลร่วมกัน

อย่างไรก็ตาม เมื่อเธอสอบตกเป็นครั้งที่สอง เธอเสียใจจนล้มเลิกความฝันเดิม และเดินทางกลับบ้านเกิดในปี 1901 ในปี 1900 ซึ่งไอน์สไตน์พยายามดิ้นรนหางานทำ ด้วยการสอนวิชาคณิตศาสตร์ให้กับวิทยาลัยเทคนิคแห่งหนึ่ง รวมทั้งรับสอนพิเศษแก่เด็กมีสตางค์ทั่วไป

เขาได้ข่าวที่เจ็บปวดว่า Mileva ได้คลอดลูกสาวของพวกเขา ซึ่งไอน์สไตน์ไม่มีโอกาสได้เห็นหน้าแม้กระทั่งรูปถ่าย เพราะยังเป็นปมปริศนาอยู่ว่า ลูกสาวของไอน์สไตน์ตายเพราะเป็นไข้ร้ายแรงชนิดหนึ่ง หรือถูกมอบเป็นบุตรบุญธรรมของครอบครัวอื่น

ในปี 1902 ไอน์สไตน์เขียนจดหมายถึงศาสตราจารย์ Ostwald แห่งเมือง Leipzis เพื่อของานทำ "ท่านครับ ผมได้แรงบันดาลใจจากหนังสือเกี่ยวกับวิชาเคมีของท่าน ผมจึงถือโอกาสนี้ส่งสำเนาผลงานชิ้นหนึ่งของผมมาให้ท่าน เพื่อให้ท่านสนใจว่าจะมีโอกาสให้นักฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ มาช่วยท่านทำงาน ผมต้องถือวิสาสะขอร้องท่านเช่นนี้ ก็เพราะผมอยู่ในภาวะที่ขัดสนอับจนจริงๆ ครับ …" ไอน์สไตน์ไม่ได้รับจดหมายตอบรับให้เข้าทำงาน แต่อีก 10 ปีให้หลัง ศาสตราจารย์คนเดียวกันนี้เป็นคนแรกที่เสนอให้ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบล ช่วงนี้เป็นช่วงที่เคราะห์ร้ายได้กระหน่ำซ้ำไอน์สไตน์ในวัยหนุ่ม ทั้งการพลัดพรากจากภรรยาและลูก ความอัตคัดขัดสน เราไม่รู้ว่าไอน์สไตน์เคยคิดฆ่าตัวตายหรือไม่ แต่ประโยคหนึ่งที่เขาเคยเขียนไว้ก็สะท้อนความห่อเหี่ยวที่รุนแรงในชีวิตของเขา "ผมไม่มีค่าความหมายอะไรเลย นอกจากการเป็นภาระให้กับญาติๆ … จะเป็นสิงที่ดีขึ้นแน่นอน ถ้าหากว่าผมไม่เคยมีชีวิตอยู่เลย"

ตลอดชีวิตไอน์สไตน์โชคดีตรงที่ได้เพื่อนที่ดี นอกจากเพื่อนในวัยเด็กที่ชักชวนให้เขาอ่านหนังสือแล้ว Marcel Grossman เพื่อนประจำชั้นเรียนในมหาวิทยาลัยซูริก ซึ่งภายหลังได้เป็นเพื่อนช่วยคิดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับไอน์สไตน์ ก็เป็นคนแนะนำให้ไอน์สไตน์ได้เข้าทำงานตำแหน่งเสมียนที่สำนักงานจดสิทธิบัตรของกรมไปรษณีย์ที่กรุงเบิร์น ในปี 1902 ที่นี่เองเป็นจุดพลิกผันชีวิตของไอน์สไตน์และวงการวิทยาศาสตร์โลก

นับตั้งแต่ปี 1666 ซึ่งคนคนเดียว คือนิวตันในวัย 23 ปี ได้ค้นพบทฤษฎีแรงดึงดูดโลก ค้นพบคณิตศาสตร์แบบแคลคูลัส ค้นพบทฤษฎี Binomial และทฤษฎีเกี่ยวกับสี ก็มีปี 1905 ซึ่งไอน์สไตน์โดยตัวเองคนเดียวได้นำเสนอบทความ 5 ชิ้น

ใน 5 ชิ้นนี้มี 2 ชิ้นที่เปลี่ยนแปลงโลกวิทยาศาสตร์ในระดับกระบวนทัศน์ และยังคงเป็นกระบวนทัศน์หลักให้กับทฤษฎีฟิสิกส์อยู่ถึงปัจจุบัน

กระบวนทัศน์แรก กระบวนทัศน์แบบควอนตัม คือการมองว่าแรงมีลักษณะเป็น "ทวิภาวะ" (duality) คือเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค และพลังงานของคลื่นนี้มีค่าเท่ากับค่าคงตัว (h หรือ Plank"s constant) คูณด้วยความถี่ของคลื่น

กระบวนทัศน์ที่ 2 คือ กระบวนทัศน์สัมพัทธภาพที่บอกว่า ทุกสรรพสิ่งในจักรวาลล้วนอยู่ในภาวะเคลื่อนที่สัมพัทธ์กันไป แต่ละสิ่งล้วนมีฐานะทัดเทียมกันในทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นที่มาของทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะ

3 ใน 5 บทความของไอน์สไตน์ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Annalen der Physik ฉบับที่ 17 ในเดือนกันยายน 1905 และถือเป็นฉบับที่สำคัญที่สุด ในปี 1994 ฉบับจริงของนิตยสารเล่มนี้ขายได้ราคาเล่มละ 600,000 บาท

ในช่วงต้นของการตีพิมพ์บทความไม่มีปฏิกิริยาขานรับใดๆ จากแวดวงวิทยาศาสตร์เลย ไม่มีวี่แววว่าการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ได้เกิดขึ้นแล้ว แต่พอถึงปี 1906 ก็เริ่มมีการถกเถียงพูดคุยกันมากขึ้น จนแว่วไปถึง Max Planck ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นบิดาแห่งสมการวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ของเยอรมันคนหนึ่ง เขาจึงได้ส่งนักวิทยาศาสตร์ผู้ช่วย Max von Laue ให้มาพบเสมียนหนุ่มที่กรุงเบิร์น (ทั้งคู่ได้เป็นเพื่อนที่ดีต่อกันไปตลอดชีวิต) จึงช่วยให้ชื่อเสียงของไอน์สไตน์โด่งดังยิ่งขึ้น

ในปี 1908 มีตำแหน่งศาสตราจารย์ในมหาวิทยาลัยซูริกว่างลง คู่แข่ง 2 คนที่จะชิงตำแหน่งนี้ก็คือไอน์สไตน์กับ Fredrich Adler ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวยิวเหมือนไอน์สไตน์ Adler มีชื่อเสียงในวงการมาก่อนและเป็นลูกชายของผู้ก่อตั้งพรรคสังคมประชาธิปไตยของออสเตรีย ซึ่งเป็นที่คาดหมายว่า Adler จะได้รับการแต่งตั้งตำแหน่งนี้แน่นอน แต่ที่ผิดความคาดหมายก็คือ Adler ซึ่งเป็นนักอุดมคติคนหนึ่ง ตระหนักถึงความสามารถพิเศษของไอน์สไตน์ จึงเขียนจดหมายยกย่องไอน์สไตน์อย่างจริงใจ เพื่อเปิดทางให้ไอน์สไตน์ได้รับตำแหน่งสำคัญนี้ และแผ้วทางให้ไอน์สไตน์ได้เข้าสู่โลกวิทยาศาสตร์อย่างเป็นทางการ แต่ก็เป็นโศกนาฏกรรมชีวิตเช่นกัน

เพราะในช่วงปลายสงครามโลกครั้งที่ 1 Adker คนเดียวกันนี้ได้เปลี่ยนอุดมคติจากวิทยาศาสตร์ไปสู่การเมือง แล้วลอบสังหารท่านเคาต์ Karl von Sturgkh นายกรัฐมนตรีเผด็จการในสมัยนั้น เขาโดนจับและมีโอกาสถูกตัดสินประหารชีวิตสูงมาก ไอน์สไตน์ซึ่งมีชื่อเสียงโด่งดังมากแล้วในขณะนั้น เสนอตัวให้การเพื่อเป็นประโยชน์ต่อจำเลยอย่างไม่ลังเล แต่ศาลไม่ได้เรียกตัวเขา

Adler ถูกตัดสินประหารชีวิต แต่ด้วยจดหมายของไอน์สไตน์และคนอื่นๆ ช่วยทำให้เขาได้รับการลดโทษเหลือเป็นจำคุกตลอดชีวิต อย่างไรก็ตาม เมื่อรัฐบาลสมัยสงครามล้มลงเมื่อสงครามโลกครั้งที่ 1 ยุติ Adler ได้อิสรภาพ ได้รับเลือกเข้าสู่รัฐสภาและเป็นผู้นำที่มีชื่อเสียงของขบวนกรรมกรต่อมา

ในปี 1912 ไอน์สไตน์ได้รับเสนอชื่อให้รับรางวัลโนเบลเป็นครั้งแรก แต่คณะกรรมการยังไม่เข้าใจความสำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพ รางวัลจึงตกเป็นของนักวิทยาศาสตร์ที่พัฒนาการสร้างประภาคารสำหรับการเดินเรือแทน

ในปี 1913 ไอน์สไตน์ได้รับการเสนอชื่อให้ดำรงตำแหน่งราชบัณฑิตสภาวิทยาศาสตร์แห่งปรัสเซียที่ทรงเกียรติ ในปี 1914 เขาย้ายมาสอนที่มหาวิทยาลัยเบอร์ลินตามคำเชิญของ Max Planck

ปี 1915 หลังจากมีลูกกับไอน์สไตน์ 2 คน Mileva ก็ตัดสินใจแยกทางกับไอน์สไตน์ โดยชนะคดีในการขอสิทธิเลี้ยงดูลูก ซึ่งเป็นความทุกข์ใจครั้งใหญ่อีกครั้งของไอน์สไตน์

ปี 1917 สุขภาพของไอน์สไตน์เริ่มแย่ลงอย่างมาก ด้วยโรคร้ายที่คาดการณ์ว่าจะเป็นมะเร็งในขั้นต้น แต่การตรวจภายหลังพบว่าเป็นเพียงโรคกระเพาะอักเสบ ช่วงนี้ Elsa ลูกพี่ลูกน้องคนหนึ่งของไอน์สไตน์เข้ามาดูแลอย่างใกล้ชิด จนในที่สุดพวกเขาก็ได้แต่งงานกันในปี 1919

ซึ่งเป็นปีเดียวกับที่มีการพิสูจน์ได้ว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ถูกต้อง ซึ่งเป็นงานที่สำคัญและยิ่งใหญ่กว่างานทั้งหมดที่ไอน์สไตน์ได้เสนอมา

___________________________________________________________________________
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Theory of Relativity)

บทความพิเศษ ธีรยุทธ บุญมี มติชนรายสัปดาห์ วันที่ 15 กรกฎาคม พ.ศ. 2548 ปีที่ 25 ฉบับที่ 1300

ในตอนที่ผ่านมาผู้เขียนได้ชี้ว่า แม้แต่คนที่นั่งอยู่ในรถยนต์บนทางด่วนหรือไฮเวย์กับคนที่เดินถนน จะอยู่ในเวลาอวกาศที่ต่างๆ กันไป บางคนเวลาสั้นลง ระยะทางยาวขึ้น บางคนระยะทาง-เวลาเป็นปกติ เวลา-อวกาศจึงไม่เป็นผืนเดียวกัน การสังเกตการณ์ของแต่ละคนก็จะต่างกันไปหมด (วัวควายข้างทางตัวสั้นลง เดินเร็วขึ้น ช้าลง ฯลฯ) ถ้าจะเทียบเคียงกับศาสนาพุทธก็คล้ายกับว่า แต่ละคนอยู่ในสถานะต่างๆ กัน ก็เพราะบุญกรรมทำแต่งมาให้ต่างๆ กัน พวกเขามองโลก มองทุกข์สุขของชีวิตไปต่างๆ กัน ตามกรรมตามทิฐิอุปาทานที่มีมาต่างๆ กัน

ไอน์สไตน์กับ Minkowski บอกว่า ถ้าเรายกระดับตัวเองไปอยู่ในโลก 4 มิติ ที่เชื่อมเวลา-อวกาศเข้าด้วยกัน คือไปอยู่ในมิติที่สูงขึ้น เช่น แทนที่จะมองระยะทาง มองความต่างเวลาแบบเดิม ให้มองเป็นระยะหว่างของเวลา-อวกาศ (ศัพท์ศาสนาพุทธก็คือ ไปอยู่ในภพภูมิที่สูงขึ้น) เราจะพบว่า ทฤษฎีฟิสิกส์ต่างๆ นั้นง่ายขึ้น อธิบายโลกได้มากขึ้น เช่น อธิบายมวลสารเป็นพลังงาน อธิบายแม่เหล็กเป็นไฟฟ้าได้

ถ้าดึงมาเทียบเคียงศาสนาพุทธอีกก็คล้ายว่า ถ้ายกระดับจิตใจเราสูงขึ้น ก็จะได้ค้นพบกฎแห่งกรรม กฎอิทัปปัจจยตา หรือกฎความเป็นไปของโลก หลุดพ้นมาจากการมองโลกด้วยความเคยชินแบบเคลื่อนด้วยกิเลส ตัณหา อุปาทาน การมองโลกในระดับมิติที่สูงขึ้นนี้ ต่อมาเป็นทิศทางใหญ่ในการทำความเข้าใจจักรวาลของนักวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ตาม ในตอนนี้เราจะพูดถึงความพยายามสำคัญอีกครั้งของไอน์สไตน์ในการขยายทฤษฎีสัมพัทธภาพจากเฉพาะไปสู่ทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นความสำเร็จยิ่งใหญ่ที่สุดในชีวิตของไอน์สไตน์ เป็นกระบวนทัศน์ใหญ่ทางฟิสิกส์ ซึ่งทำให้เกิดการพัฒนาทฤษฎีต่างๆ ตามหลังมาอีกมากมาย

การเคลื่อนที่ในจักรวาลมีเพียง 3 แบบคือ การหมุนรอบตัวเอง การเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วสม่ำเสมอ (หยุดนิ่งคือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับศูนย์) กับเคลื่อนที่ไปด้วยอัตราเร่ง คือเร็วขึ้นเรื่อยๆ หรือความเร็วลดลงเรื่อยๆ หัวใจทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะ (Special Theory of Relativity) ก็คือ คนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างๆ กัน มีสถานะเท่าเทียมกันในการสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์

หัวใจของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Theory of Relativity) โดยชื่อของมันก็บอกว่าครอบคลุมลักษณะการเคลื่อนที่ที่หลากหลายรูปแบบขึ้น กล่าวคือ ถ้ามีการเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง (คือเร็วขึ้นเรื่อยๆ หรือลดความเร็วลงเรื่อยๆ) ต่างๆ กัน หรืออยู่กับที่ หรือด้วยความเร็วคงที่ ก็มีสถานะเท่าเทียมกันในการสังเกตทางวิทยาศาสตร์

ไอน์สไตน์กล่าวในปี 1915 ถึงการค้นพบว่าการเคลื่อนที่ทุกอย่างทัดเทียมกัน คือเป็นการเคลื่อนที่อย่างวิถีธรรมชาติทั้งหมดว่าเป็น "ความคิดที่ทำให้ผมมีความสุขที่สุดในชีวิต" ซึ่งไอน์สไตน์จะสรุปจุดนี้ได้ ไอน์สไตน์จะต้องหาทางพิสูจน์ว่า การเคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วงซึ่งทำให้เกิดอัตราเร่งเช่นกันเป็นสิ่งเดียวกัน ไอน์สไตน์จะทำได้หรือในเมื่อนิวตันได้ตั้งทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขามาได้ 200 ปีเศษ และก็ใช้ได้ผลในการปฏิบัติตลอดมา ?

ไอน์สไตน์เสนอทฤษฎีนี้ในปี 1915 ทฤษฎีได้รับการยืนยันในปี 1919 ซึ่งทำให้ไอน์สไตน์มีชื่อเสียงขจรขจายไปทั่วโลกยิ่งขึ้นไปอีก และได้รับการยกย่องจากหนังสือพิมพ์และวารสารชั้นนำของโลก เช่น Times ของลอนดอน New York Times กับอีกนับร้อยฉบับ ให้ทัดเทียมกับนิวตันและ Copernicus

จากหลักแห่งความสัมพัทธ์ เนื่องจากการบอกว่าทุกๆ จุด ทุกๆ ส่วนของจักรวาล ไม่ว่าจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าไร ล้วนมีศักดิ์มีฐานะเท่าเทียมกัน ถือเป็นการปฏิวัติความคิดครั้งใหญ่ ไม่แพ้ความคิดของ Copernicus หรือนิวตัน

หลักการใหม่นี้ส่งผลต่อการปฏิวัติความคิดใหญ่ของนักคิดตะวันตกทุกสาขาวิชา ไม่ใช่เฉพาะแต่วงการวิทยาศาสตร์เท่านั้น เนื่องจากประวัติศาสตร์ความคิดของยุโรปสมัยใหม่ซึ่งเริ่มจากการปฏิวัติ renaissance หรือยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการ ที่จริงก็คือปรัชญาความคิดแบบมนุษยนิยม กล่าวคือ การลดฐานะของพระเจ้าลงแล้วเอามนุษย์เข้าไปแทนที่ เกิดลัทธิมนุษยนิยม คือมนุษย์เป็นใหญ่ เป็นอธิการ (ประธาน) ของความรู้ เป็นผู้กำหนดศีลธรรมจรรยาของตัวเอง เป็นผู้กำหนดว่าความงามคืออะไร การเมืองควรจะต้องเป็นอย่างไร

แนวคิดมนุษยนิยมนี้นิวตันได้รับเอามาสร้างทฤษฎีเกี่ยวกับจักรวาลแบบภาพนิ่ง ที่มนุษย์เป็นสัตว์พิเศษ เป็นอธิการที่รับรู้ภาพรวมของจักรวาลในลักษณะภาพนิ่งนี้ได้ และคำนวณการเคลื่อนไหวของวัตถุในจักรวาลภาพนิ่งนี้ได้ ก็เป็นหลักคิดเดียวกับลัทธิมนุษยนิยมหรือมนุษย์เป็นศูนย์กลาง

ในประเทศตะวันตกในยุคของไอน์สไตน์ ในทางการเมืองได้เคลื่อนตัวมาเป็นประชาธิปไตยมากขึ้น ด้านสังคมวัฒนธรรมก็กำลังเคลื่อนตัวเช่นกัน ดังนั้น เมื่อไอน์สไตน์เสนอทฤษฎีซึ่งทำให้มนุษย์ไม่ว่าเป็นใครในสภาวะใดจะมีความทัดเทียมกันหมด (The Equivalence Principle) จึงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง และส่งผลสะเทือนต่อโลกศิลปวัฒนธรรมและสังคมดังที่ได้กล่าวมาแล้ว

แต่ก็มีคำถามต่อมาว่า ถ้าทุกๆ คนเป็นฝ่ายถูกต้อง จะมองอะไร จะสังเกตอะไรก็ถูกต้องใช้ได้หมด จักรวาลซึ่งมีผู้คนอยู่หลากหลายสถานะ (เช่น วิ่งด้วยความเร็วคงที่ หกคะเมนตีลังกา หมุนรอบตัวเอง หมุนรอบดวงอาทิตย์ ฯลฯ) จะมิกลายเป็นจักรวาลอนาธิปไตย ? เป็นอภิมหาโกลาหล ?

ไอน์สไตน์ย้ำหลักแห่งความทัดเทียม ไม่ใช่เท่าเทียม (ซึ่งตรงจุดนี้คนส่วนใหญ่มักมองข้ามไป และมองว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพบอกว่า มุมมองใดๆ ก็ย่อมถูกต้อง เท่าเทียมกันทั้งหมด) หลักแห่งความทัดเทียมนี้มีแง่มุมรายละเอียดซึ่งลึกซึ้งมาก ทั้งในทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ และศาสตร์เกี่ยวกับสังคมและมนุษย์

แม้ไอน์สไตน์จะเคารพผลการสังเกตของแต่ละผู้สังเกตการณ์ แต่หลักแห่งความทัดเทียมไม่ได้บ่งบอกว่าทุกคนเท่าเทียมกันทั้งหมด สังเกตสิ่งต่างๆ ได้เท่ากัน เหมือนกันทั้งหมด การสังเกตสิ่งต่างๆ ซึ่งศัพท์ทางปรัชญาเรียกว่า phenomenon เป็นเปลือกหรือปรากฏการณ์มากกว่าเป็นแก่นแท้อาจได้ผลออกมาต่างกันได้

ไอน์สไตน์เสนอว่า ทฤษฎีฟิสิกส์ต้องมีลักษณะเป็นแก่นแท้ที่ไม่ผันแปร "ทฤษฎีฟิสิกส์จะเหมือนๆ กัน คือมีลักษณะคงรูป (invariant) ไม่ว่าจะสังเกตจากผู้สังเกตในสถานะใดๆ ก็ตาม" (ในที่นี้กล่าวโดยภาษาง่ายๆ ที่จริงไอน์สไตน์ค้นพบเฉพาะภาวะคงรูปของผู้ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วธรรมดาและเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่งเท่านั้น ส่วนกฎแห่งสภาวะคงตัวค้นพบโดย Noether อัจฉริยะสตรีทางด้านคณิตศาสตร์ของโลกศตวรรษที่ 20 ส่วนกฎการคงรูปของการเคลื่อนที่แบบแปลกๆ เช่นใน internal space เป็นผลงานนักวิทยาศาสตร์ท่านอื่นๆ)

กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ แม้เราจะสังเกตได้ผลที่ต่างกัน แต่เมื่อสรุปเป็นทฤษฎีแล้วจะต้องได้ทฤษฎีที่เสมือนๆ กัน ในปี 1915 ไอน์สไตน์บรรลุแง่คิดนี้และเรียกมันว่า "ความคิดที่ทำให้ผมมีความสุขที่สุดในชีวิต" (The happiest thought of my life)

สูตรหรือสมการที่คงรูปคงตัว (invariant) ที่ไอน์สไตน์ค้นพบในปี 1915 นั้นทำให้เขาเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ซึ่งอธิบายแรงโน้มถ่วงได้ถูกต้องกว่าของนิวตัน และเป็นที่มาของทฤษฎีเกี่ยวกับจักรวาลวิทยา (cosmology) ที่อธิบายกำเนิดจักรวาล การขยายตัวจักรวาล หลุมดำ ฯลฯ ได้

ในปัจจุบันไม่ว่าจะเป็นทฤษฎีที่ซับซ้อนยุ่งยากเพียงใด เช่น ทฤษฎีซุปเปอร์สตริง ทฤษฎี M ทฤษฎีทวิสเตอร์ ทั้งหมดล้วนต้องเริ่มต้นจากการค้นหาสูตร สมการ หรือสิ่งที่คงตัวคงรูป (invariant) ดังกล่าวนี้ทั้งสิ้น

นี่จึงเป็นการปฏิวัติกระบวนทัศน์ใหญ่ เป็นมรดกล้ำค่าที่ไอน์สไตน์ทิ้งไว้ให้นักวิทยาศาสตร์รุ่นหลัง

http://www.nidambe11.net/ekonomiz/2005q2/article2005june18p4.htm