ค่าคงที่จักรวาล: ความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่กลายเป็นคำตอบ

ในปี ค.ศ. 1917 ไอน์สไตน์ประยุกต์สัมพัทธภาพทั่วไปกับเอกภพทั้งเอกภพเป็นครั้งแรก ตอนนั้นนักดาราศาสตร์เชื่อว่าเอกภพหยุดนิ่ง ไม่ขยายและไม่หด แต่สมการของเขาบอกว่าเอกภพที่มีแต่สสารจะยุบตัวเข้าหากันเพราะแรงโน้มถ่วง เพื่อให้ได้เอกภพที่นิ่ง เขาเพิ่มพจน์หนึ่งลงไป เขียนด้วยอักษรกรีก Λ (แลมบ์ดา) ซึ่งทำหน้าที่เหมือนแรงผลักที่สม่ำเสมอทั่วอวกาศ

ความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุด

ปัญหาคือเอกภพที่นิ่งแบบนี้ไม่เสถียร ผลักหรือดึงนิดเดียวก็จะเริ่มขยายหรือยุบ ในปี ค.ศ. 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิล พบว่าดาราจักรถอยห่างออกไปตามระยะทาง เอกภพกำลังขยายตัว ค่าคงที่จักรวาลจึงไม่จำเป็นอีกต่อไป ตามคำเล่าของ จอร์จ กาโมว์ ไอน์สไตน์เรียกมันว่า "ความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดในชีวิต" แม้นักประวัติศาสตร์บางคนจะสงสัยว่าเขาพูดอย่างนั้นจริงหรือไม่

การกลับมา

ในปี ค.ศ. 1998 สองทีมที่วัดระยะทางของซูเปอร์โนวาประเภท Ia ที่อยู่ไกลมาก พบว่าซูเปอร์โนวาจางกว่าที่คาด แปลว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งขึ้น ไม่ใช่ช้าลงอย่างที่ทุกคนคิด สิ่งที่ทำให้เร่งเรียกว่าพลังงานมืด และคำอธิบายที่ง่ายที่สุดก็คือค่าคงที่จักรวาลของไอน์สไตน์นั่นเอง การค้นพบนี้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 2011

ค่าคงที่จักรวาลทำงานอย่างไร

ค่าคงที่จักรวาลเทียบได้กับพลังงานที่ฝังอยู่ในอวกาศว่างเปล่าเอง ความหนาแน่นของมันคงที่เสมอแม้อวกาศจะขยายตัว ต่างจากสสารที่เจือจางลงเมื่อเอกภพขยาย และมันมีความดันติดลบ

ในสัมพัทธภาพทั่วไป ความดันก็สร้างแรงโน้มถ่วงได้ ความดันติดลบที่มากพอจึงทำให้เกิดแรงโน้มถ่วงแบบผลัก เมื่อเอกภพขยายจนสสารเจือจางลง พลังงานมืดซึ่งไม่เจือจางจึงค่อย ๆ ครอบงำ ปัจจุบันคิดเป็นราว 68% ของพลังงานทั้งหมดในเอกภพ และการขยายตัวเริ่มเร่งขึ้นตั้งแต่ราว 5,000 ล้านปีก่อน

ปัญหาค่าคงที่จักรวาล

ทฤษฎีควอนตัมทำนายว่าสุญญากาศควรมีพลังงานจากอนุภาคเสมือนที่เกิดและหายไปตลอดเวลา แต่เมื่อคำนวณแบบตรงไปตรงมา ค่าที่ได้มากกว่าค่าที่วัดได้จริงราว 10¹²⁰ เท่า บางคนเรียกว่าคำทำนายที่แย่ที่สุดในประวัติศาสตร์ฟิสิกส์ ทำไมค่าจริงจึงเล็กแต่ไม่เป็นศูนย์ยังเป็นปริศนาใหญ่ บางคนเสนอว่าค่านี้อาจต่างกันในแต่ละเอกภพของพหุภพ และเราอยู่ในเอกภพที่ค่าเล็กพอให้ดาราจักรเกิดได้