จักรวาลมีขอบให้เราไปถึงหรือไม่

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th

กล้องโทรทรรศน์มองออกไปไกลขึ้นทุกปี แต่ภาพที่ได้ไม่เคยเป็นกำแพงดำ ปลายแผ่นดิน หรือรั้วขนาดมหึมาที่เขียนว่า “จบจักรวาล” สิ่งที่นักดาราศาสตร์พบคือกาแล็กซีที่ไกลขึ้น แสงที่เก่าขึ้น และพื้นที่ซึ่งเคยอยู่ใกล้กันมากในอดีตแล้วถูกการขยายตัวของอวกาศพาให้ห่างออกไป

คำตอบตรง ๆ คือ ปัจจุบันมนุษย์ยังไม่รู้ว่าจักรวาลทั้งหมดมีขนาดเท่าไร และยังไม่รู้ว่ามันมีที่สิ้นสุดหรืออนันต์ เรารู้ขอบเขตของ “จักรวาลที่สังเกตได้” แต่ขอบเขตนั้นไม่ใช่ขอบจริงของจักรวาล

สิ่งที่เราเห็นมีขนาดใหญ่แค่ไหน

NASA ประเมินว่าจักรวาลที่สังเกตได้กว้างราว 92,000 ล้านปีแสง ทั้งที่จักรวาลมีอายุราว 13,800 ล้านปี เหตุผลที่ตัวเลขกว้างกว่าอายุของจักรวาลมากคือ ระหว่างที่แสงเดินทางมาหาเรา อวกาศเองก็ขยายตัวอยู่ตลอด ตำแหน่งที่ปล่อยแสงในอดีตจึงอยู่ไกลออกไปมากในวันนี้

ขอบเขตนี้เรียกว่า ขอบฟ้าจักรวาล มันคือระยะไกลสุดที่แสงมีเวลาพอจะเดินทางมาถึงโลกตั้งแต่เอกภพยุคแรก ไม่ได้หมายความว่าหลังเส้นนั้นไม่มีดาว ไม่มีสสาร หรือไม่มีอวกาศอยู่ต่อไป

ลองนึกถึงคนยืนกลางหมอกหนา เขามองเห็นได้เพียงระยะที่แสงผ่านหมอกมาถึงตา พ้นจากนั้นอาจมีภูเขา เมือง หรือทะเลอยู่ต่ออีกมาก เพียงแต่ข้อมูลจากที่นั่นยังมาไม่ถึง ผู้สังเกตที่อยู่ในกาแล็กซีอื่นก็จะมี “จักรวาลที่สังเกตได้” ของตัวเอง โดยมีขอบฟ้าล้อมรอบตำแหน่งของเขาเช่นกัน

แล้ววันหนึ่งเราจะเห็นขอบจริงไหม

ยังไม่มีเส้นเวลาให้ตอบว่าอีกกี่ปี เพราะการสร้างกล้องที่แรงขึ้นไม่ได้ลบข้อจำกัดของความเร็วแสงออกไป ต่อให้มีกล้องสมบูรณ์แบบ มันก็รับได้เฉพาะแสงหรือสัญญาณที่เดินทางมาถึงเราแล้วเท่านั้น บางบริเวณอาจไกลจนแสงของมันไม่มีวันมาถึงโลก เนื่องจากการขยายตัวของอวกาศเพิ่มระยะห่างเร็วกว่าที่สัญญาณจะข้ามมาได้

ดังนั้นคำว่า “มนุษย์จะเดินทางไปเห็นขอบจักรวาลเมื่อไร” อาจตั้งอยู่บนภาพจำแบบห้องที่มีผนังอยู่ปลายทาง นักจักรวาลวิทยาไม่ได้คาดหวังว่าจะเจอผนังเช่นนั้น การวัดที่ทำได้คือดูรูปแบบของรังสีไมโครเวฟพื้นหลัง กาแล็กซี และความโค้งของปริภูมิ เพื่อหาเบาะแสว่าพื้นที่ทั้งหมดมีรูปร่างแบบใด

จักรวาลไม่มีที่สิ้นสุดเป็นไปได้จริงไหม

เป็นไปได้ในทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ แต่ยังพิสูจน์ไม่ได้จากข้อมูลที่มีอยู่ “อนันต์” ในที่นี้ไม่ได้แปลว่ามีสิ่งของจำนวนไม่จำกัดเรียงอยู่บนชั้นวาง มันหมายถึงปริภูมิสามารถต่อออกไปได้เรื่อย ๆ โดยไม่มีขอบและไม่มีปริมาตรรวมที่นับจบ

อีกความเป็นไปได้หนึ่งแปลกพอ ๆ กัน: จักรวาลอาจมีปริมาตรจำกัด แต่ไม่มีขอบ ลองมองผิวโลก มันมีพื้นที่รวมจำกัด เดินไปทิศเดิมนานพอก็อ้อมกลับจุดเดิมได้ แต่ไม่มีใครเดินไปเจอ “ขอบโลก” บนผิวโลก ตัวอย่างนี้เป็นเพียงภาพสองมิติช่วยคิด ไม่ได้บอกว่าจักรวาลมีรูปร่างเป็นลูกบอลหรือมีด้านนอกให้มองเห็น

ESA อธิบายว่าปริภูมิที่ดูแบนจากการวัดก็ยังอาจเป็นได้ทั้งแบบอนันต์ หรือแบบมีขนาดจำกัดแต่เชื่อมต่อกลับหากันคล้ายผิวโดนัทในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ความแบนเพียงอย่างเดียวจึงไม่ตัดสินคำตอบ นักวิทยาศาสตร์มองหาร่องรอยซ้ำของโครงสร้างหรือรูปแบบผิดปกติบนท้องฟ้า ซึ่งอาจบอกได้ว่าปริภูมิโค้งกลับหรือปิดตัวเอง

ตอนนี้ข้อสรุปที่แข็งแรงที่สุดมีอยู่สามข้อ: เราไม่รู้ขนาดของจักรวาลทั้งหมด, ขอบฟ้าที่เห็นไม่ใช่ขอบจริง, และจักรวาลอาจอนันต์หรืออาจจำกัดแต่ไร้ขอบก็ได้ การไม่มีที่สิ้นสุดจึงไม่ใช่เรื่องเหนือกฎฟิสิกส์ เพียงเป็นคุณสมบัติของปริภูมิที่ข้อมูลจากส่วนเล็ก ๆ ซึ่งเรามองเห็นยังตัดสินไม่ได้