นักดาราศาสตร์พบว่า เวลาในเอกภพยุคแรกเริ่มเดินช้ากว่าในปัจจุบันถึง 5 เท่า

นักดาราศาสตร์ได้สังเกตเห็นการเดินของเวลาที่เชื่องช้าในเอกภพยุคแรกเริ่ม ด้วยการศึกษาย้อนกลับไปในช่วงที่เอกภพยังมีอายุราวพันล้านปี พิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ว่า การขยายตัวของเอกภพได้ยืดขยายขนาดของเวลาด้วยเช่นกัน

ศ.เกไรนต์ ลูอิส จากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ซึ่งเป็นหัวหน้าคณะวิจัย ได้เปิดเผยถึงการค้นพบในครั้งนี้ว่า เมื่อมองย้อนกลับไปในช่วงเวลาที่เอกภพยังมีอายุเพียง 1 พันล้านปี เราพบว่า เวลาในช่วงนั้นดูเหมือนจะเดินช้ากว่าในปัจจุบันถึง 5 เท่า

“ถ้าคุณอยู่ในจุดนั้น ช่วงที่เอกภพเราเพิ่งถือกำเนิดขึ้น เวลา 1 วินาทีจะดูเหมือน 1 วินาทีเช่นเคย แต่จากจุดที่เราอยู่ในตอนนี้มากกว่า 12,000 ล้านปีในอนาคต เวลาในห้วงอดีตนั้นดูเชื่องช้าเป็นอย่างยิ่ง”

สำหรับการศึกษาดังกล่าว ศ.ลูอิส และ ดร.เบรนดอน บริวเวอร์ จากมหาวิทยาลัยโอ๊กแลนด์ ได้ร่วมกันวิเคราะห์ข้อมูลจากเควซาร์ 190 แห่งที่ถูกสำรวจอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานกว่า 20 ปี เพื่อใช้เควซาร์เป็น ‘นาฬิกา’ วัดการเดินของเข็มเวลาในช่วงต่างๆ ของเอกภพได้

‘เควซาร์’ ย่อมาจากคำว่า QUAsi-StellAR Radio Source หรือแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุคล้ายดาวฤกษ์ ถูกค้นพบครั้งแรกในช่วงปลายยุคทศวรรษ 1950 อย่างไรก็ตาม เควซาร์ไม่ใช่ดาวฤกษ์ แต่เป็นหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางของกาแล็กซีที่ปลดปล่อยพลังงานออกมาในทุกช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเควซาร์เป็นวัตถุที่มีความสว่างไสวมากสุดแห่งหนึ่งในเอกภพ

เมื่อนักดาราศาสตร์สำรวจวัตถุที่อยู่ไกลออกไป พวกเขาจะเห็นสิ่งเหล่านี้ปรากฏเป็นภาพ ‘อดีต’ เนื่องจากแสงจากวัตถุดังกล่าวเพิ่งเดินทางมาถึงเราด้วยขีดจำกัดของความเร็วแสง และในเมื่อจักรวาลของเรากำลังขยายตัว เราควรได้เห็นการยืดขยายของกาลอวกาศ ที่แปลว่าภาพในอดีตเหล่านี้ควรช้ากว่าเวลาที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติก็ไม่ได้มอบนาฬิกาเทียบเวลามาตรฐานมาให้มนุษย์โลกได้ใช้เทียบเวลาในแต่ละช่วงของจักรวาล แต่นักดาราศาสตร์ก็ได้พบว่า พวกเขาสามารถใช้ซูเปอร์โนวา หรือ ‘มหานวดารา’ มาทำหน้าที่เป็นนาฬิกาได้ เนื่องจากการระเบิดของซูเปอร์โนวาแต่ละครั้งจะมีความคล้ายกัน นั่นคือสว่างวาบขึ้นมา ก่อนจะค่อยๆ จางหายไปในเวลาไม่กี่อาทิตย์

ทว่ามหานวดาราก็ยังมีข้อจำกัดซ่อนอยู่ ทั้งคุณลักษณะเฉพาะของซูเปอร์โนวาแต่ละครั้ง และแม้จะสว่างไสวแค่ไหนก็ยังช่วยให้นักดาราศาสตร์สำรวจไปได้ไกลแค่ครึ่งหนึ่งของอายุเอกภพเท่านั้น แต่งานวิจัยดังกล่าวได้เปิดเผยว่า ซูเปอร์โนวาในยุคนั้นกินระยะเวลานานเป็น 2 เท่าเมื่อเทียบกับปรากฏการณ์ในปัจจุบัน

ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงหันมาใช้เควซาร์ที่มีความสว่างมากกว่าซูเปอร์โนวา และสามารถสังเกตย้อนกลับไปในกาลเวลาได้ไกลกว่ากัน อย่างไรก็ตาม ความพยายามศึกษาในช่วงแรกนั้นจบลงด้วยความล้มเหลว เพราะเควซาร์ทั้งแหล่งที่อยู่ใกล้และไกลจากโลกนับร้อยแห่งกลับมีความเหมือนกัน หรือก็คือไม่สามารถใช้เพื่อวัดความยืดขยายขนาดของเวลา หรือ Time Dilation ได้

ทว่าจากข้อมูลชุดใหม่ที่เปิดเผยมาในปี 2023 ซึ่งสำรวจเควซาร์ทั้ง 190 แห่งในย่านอินฟราเรด แสงสีแดงและเขียวได้ทำให้ แซคคารี สโตน นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ สามารถจำแนกประเภทด้วยวิธี ‘Damped Random Walk’ จนทำให้สามารถระบุจุดคล้ายกันของเควซาร์แต่ละแห่ง และนำไปสู่การใช้ความคล้ายดังกล่าวมาวัดเป็น ‘นาฬิกา’ เทียบการเดินของเข็มเวลาในแต่ละช่วงได้

ลูอิสให้ความเห็นว่า “ซูเปอร์โนวาเป็นเหมือนแสงไฟสว่างวาบ ทำให้เราศึกษาได้ค่อนข้างง่าย ส่วนเควซาร์มีความซับซ้อนกว่านั้น มันเป็นเหมือนพลุไฟ ดังนั้นสิ่งที่เราทำคือการแปลงพลุไฟแหล่งนี้ออกมา เพื่อแสดงให้เห็นว่าเควซาร์ก็สามารถใช้เป็นมาตรวัดเวลาในเอกภพยุคแรกได้”

โดยผลการศึกษาครั้งนี้ คณะนักวิจัยพบหลักฐานการขยายตัวของเอกภพและการยืดขยายขนาดของเวลาในเควซาร์ที่อยู่ไกลออกไป และ ศ.ลูอิส ได้อธิบายเพิ่มเติมว่า “ด้วยข้อมูลชุดใหม่และการวิเคราะห์ล่าสุดเราสามารถยืนยันได้ว่า เข็มเวลาของเควซาร์เหล่านี้ดำเนินไปตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ที่ได้ทำนายเอาไว้”

ภาพจำลองเควซาร์: NASA, ESA and J. Olmsted (STScI)

อ้างอิง: