‘Project Hail Mary’s’ ปัญหาเรื่องสัมพัทธภาพซับซ้อนกว่าที่คุณคิด

(SeaPRwire) –   เมื่อ Ryland Grace เดินทางถึง Tau Ceti ใน Project Hail Mary เวลาผ่านไปประมาณสี่ปีสำหรับร่างกายและจิตใจที่เปราะบางของเขา แต่เนื่องจากผลกระทบของการยืดขยายของเวลา (time dilation) เวลาบนโลกกลับผ่านไปแล้วประมาณ 12 ถึง 14 ปี และนั่นเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของเรื่องราวเท่านั้น เมื่อถึงตอนจบของ Project Hail Mary เวลาบนโลกผ่านไปหลายทศวรรษ แต่ Grace กลับแก่ขึ้นเพียงเล็กน้อย ในหนังสือเขากล่าวว่าเขามีอายุ 54 ปี แม้ว่าเวลาจะผ่านไปแล้ว 71 ปีบนโลกนับตั้งแต่เขาเกิด ทั้งในหนังสือและภาพยนตร์ Grace มีอายุน้อยกว่าที่ควรจะเป็นเมื่อพิจารณาจากระยะเวลาที่ผ่านไปบนโลก

สำหรับผู้ที่ยังไม่ได้อ่านนวนิยายของ Andy Weir ในเนื้อเรื่องจะมีคำอธิบายทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการเดินทางของ Grace มากกว่าที่ภาพยนตร์เปิดเผย ดังที่ Grace บอกเราในตอนท้ายของหนังสือว่า: “ผมเดินทางแบบยืดขยายเวลามาเยอะมาก” สิ่งนี้หมายถึงการเดินทางด้วยแรงโน้มถ่วงที่สูงมาก หรือการเข้าใกล้ความเร็วแสง ซึ่งทำให้เวลาเคลื่อนที่ช้าลงสำหรับผู้เดินทาง ดังนั้น คณิตศาสตร์ใน Project Hail Mary ถูกต้องหรือไม่? ทั้งหมดนี้ทำงานอย่างไร? และ Rocky ไม่เข้าใจอะไรเกี่ยวกับสัมพัทธภาพเลยจริงๆ หรือ?

Inverse ได้ติดต่อกับ Dr. Becky Smethurst นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จาก University of Oxford ผู้เขียนหนังสือ A Brief History of Black Holes และยูทูบเบอร์ชื่อดัง เพื่อตอบคำถามที่น่าสนใจเกี่ยวกับความแตกต่างของเวลาใน Project Hail Mary และวิธีที่ฟิสิกส์สามารถอธิบายเรื่องทั้งหมดนี้ได้

ทำไมเวลาถึงไม่เท่ากันในทุกที่

หนึ่งในหลักการพื้นฐานของ Project Hail Mary อาศัยสิ่งที่เรียกว่า การแปลงลอเรนซ์ (Lorentz transformation) ซึ่งช่วยคำนวณความแตกต่างของเวลาเมื่อเข้าใกล้ความเร็วแสง ดังที่ Smethurst กล่าวกับ Ryan Gosling ในการสัมภาษณ์ครั้งหนึ่งของเธอว่า วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจการยืดขยายของเวลาในภาพยนตร์เรื่องนี้คือ “อวกาศและเวลาเป็นสิ่งสัมพัทธ์ และมันขึ้นอยู่กับว่าคุณเดินทางเร็วแค่ไหน” ยิ่งคุณเดินทางเข้าใกล้ความเร็วแสงมากเท่าไหร่ เวลาสำหรับคุณก็จะยิ่งเดินช้าลงเท่านั้น แต่สำหรับผู้ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่น้อยกว่ามาก เช่น ความเร็ว 67,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (0.00999104 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง) ที่พวกเราบนโลกเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ เวลาจะเดินผ่านไปในอัตราที่เร็วกว่า

แม้จะมีคำอธิบายวิทยาศาสตร์ยอดนิยมบน YouTube นับล้านเกี่ยวกับการสัมพัทธภาพในแง่นี้เพียงแค่ปลายนิ้วสัมผัส แต่แนวคิดนี้ก็ยังคงสร้างความสับสน การที่ Doc Brown เดินทางด้วยความเร็ว 88 ไมล์ต่อชั่วโมง ทำให้คุณสามารถย้อนกลับไปในอดีตได้ในภาพยนตร์ Back to the Future ภาคแรก แต่ในความเป็นจริง ยิ่งคุณเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่ คุณก็ยิ่งมีโอกาสที่จะไปลงเอยใน “อนาคต” มากขึ้นเท่านั้น เพราะเวลาจะเดินช้าลงสำหรับคุณ นาฬิกาอะตอมในวงโคจรได้พิสูจน์แล้วว่าปรากฏการณ์นี้มีอยู่จริง และหากไม่มีมัน ระบบ GPS ก็จะไม่สามารถทำงานได้เลย

ถึงกระนั้น สมองของพวกเราหลายคนก็ถูกกำหนดมาไม่ให้ยอมรับแนวคิดที่ว่าความเร็วที่เพิ่มขึ้นจนเข้าใกล้ความเร็วแสงสามารถเปลี่ยนแปลงประสบการณ์การผ่านไปของเวลาได้ ในนวนิยาย Weir เน้นย้ำแนวคิดนี้โดยเปิดเผยว่า Rocky และชาว Eridians ทั้งหมด “ไม่รู้เกี่ยวกับฟิสิกส์เชิงสัมพัทธภาพ” ในหนังสือ Rocky ถึงกับพูดว่า “แน่นอน เวลาคือสิ่งเดียวกัน เวลาเหมือนกันทุกที่”

มุมมองของ Rocky นั้นแพร่หลาย แม้แต่ในเรื่องราวไซไฟระหว่างดวงดาวอย่าง Star Trek ซึ่งบันทึก Stardate เผยให้เห็นวิทยาศาสตร์ที่บกพร่อง แม้ว่าพวกเขาจะมีการอธิบายพื้นฐานเกี่ยวกับสัมพัทธภาพอยู่บ้างก็ตาม เมื่อถูกถามเกี่ยวกับเรื่องนี้ Dr. Smethurst ยืนยันว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามกับแนวคิดในนิยายนี้คือความจริง “ฉันคิดว่ามันน่าสนใจที่จะคิดว่า [แนวคิดเรื่องความเร็วแสงในไซไฟ] เข้าไปอยู่ในจิตใจของผู้คนได้อย่างไร” Smethurst บอกกับ Inverse “เพราะแม้แต่ในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก ผู้คนก็ไม่ตระหนักว่ามันขึ้นอยู่กับเรื่องของเวลามากแค่ไหน”

ดังนั้น ในขณะที่ Rocky และ Grace โชคดีที่ได้พบกันในตอนนั้น Smethurst ยังชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่ทำให้ Project Hail Mary ไปถึงจุดนั้นได้โดยไม่บิดเบือนวิทยาศาสตร์อวกาศมากเกินไปคืออะไร

เห็นได้ชัดว่า ศักยภาพพลังงานที่เกือบจะไร้ขีดจำกัดของ astrophage ในฐานะแหล่งเชื้อเพลิงนั้นเป็น เรื่องแต่ง แต่ถ้าเรายอมรับว่าเครื่องยนต์ spin drive ที่ขับเคลื่อนด้วย astrophage บนยาน Hail Mary สามารถเร่งความเร็วได้อย่างต่อเนื่องจนเข้าใกล้ 94 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง Smethurst ก็ยืนยันว่า ใช่ ทั้งหมดนี้สมเหตุสมผลในขอบเขตของวิทยาศาสตร์เชิงคาดการณ์ “เส้นเวลาสำหรับหนังสือ ในแง่ของสิ่งที่เกิดขึ้นจริง และข้อเท็จจริงที่ว่าอายุสัมพัทธ์ของ Ryland และ Stratt เมื่อตอนจบของหนังสือนั้น ถูกต้องตามหลักการทุกประการ” Smethurst กล่าว

Ryland Grace ใช้เวลาประมาณสี่ปีตามประสบการณ์ของเขาในการเดินทางไปยัง Tau Ceti ในขณะที่เวลาผ่านไปประมาณหนึ่งทศวรรษครึ่งบนโลก Weir ได้ตัวเลขเหล่านี้มาจากการดูการแปลงลอเรนซ์ แต่เขายังต้องลงลึกในรายละเอียดว่าค่าคงที่ในสมการนั้นเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเนื่องจากการเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่องของยาน Hail Mary เอง หากยานเดินทางด้วยความเร็วคงที่ สมการการยืดขยายของเวลาจากมุมมองของไซไฟจะง่ายกว่านี้ แต่ Weir เพื่อให้มันสมจริง เขาก็ทำให้มันซับซ้อนขึ้นด้วย

“มันเป็นเรื่องที่ต้องยกความดีความชอบให้กับ Andy ในการคำนวณเหล่านั้น และไม่ใช่แค่การคำนวณแบบคร่าวๆ” Smethurst อธิบาย “เขาสามารถสมมติได้ว่า Grace เดินทางด้วยความเร็วนี้ตลอดเวลา ทั้งที่ในความเป็นจริง เรารู้ว่าเขาไม่ได้ทำเช่นนั้น … หากคุณกำลังเร่งความเร็ว ความเร็วของคุณจะเปลี่ยนไปตลอดเวลา ซึ่งหมายความว่าระยะเวลาของประสบการณ์ของคุณจะเปลี่ยนไปตลอดเวลา ทันใดนั้น มันไม่ใช่สมการที่ง่ายและสวยงาม แต่มันคือแคลคูลัสจำนวนมาก”

มนุษย์ต่างดาวที่เดินทางในอวกาศจะจริงๆ หรือที่ไม่เข้าใจเรื่องสัมพัทธภาพ?

แม้ว่าจะไม่มีการสำรวจรายละเอียดในภาพยนตร์ แต่ในหนังสือ ข้อเท็จจริงที่ว่าชาว Eridians ไม่มีแนวคิดเรื่องสัมพัทธภาพถือเป็นจุดสำคัญของเรื่องที่ช่วยอธิบายปูมหลังของ Rocky แต่แนวคิดนี้สมจริงแค่ไหน? เผ่าพันธุ์ที่เดินทางในอวกาศจะสร้างยานอวกาศที่ยอดเยี่ยมและควบคุมพลังของ astrophage ได้อย่างไรโดยไม่รู้เกี่ยวกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วงและความเร็วต่อเวลา?

Smethurst บอกกับ Inverse ว่าจริงๆ แล้วมันค่อนข้างง่ายที่จะจินตนาการถึงช่องว่างทางความรู้นี้ และนั่นเป็นเพราะความรู้ทางเทคนิคไม่เหมือนกับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์

“เราส่งคนไปดวงจันทร์ก่อนที่เราจะรู้ว่ามีหลุมดำอยู่” Smethurst ชี้ให้เห็น “บนโลก วิทยาศาสตร์เกือบจะแซงหน้าวิศวกรรมศาสตร์ ในขณะที่บนดาวเคราะห์ของ Rocky วิศวกรรมศาสตร์ได้แซงหน้าวิทยาศาสตร์ไปแล้ว สำหรับการลงจอดบนดวงจันทร์ในปี 1969 เรามีวิทยาศาสตร์เรื่องแรงขับเคลื่อน สิ่งที่เราไม่มีคือคอมพิวเตอร์ ดังนั้นวิทยาศาสตร์จึงแซงหน้าวิศวกรรมศาสตร์ ในขณะที่บนดาวเคราะห์ของ Rocky มันกลับกัน”

ดังนั้น แม้ว่าตัว Rocky เองอาจจะไม่มีตัวตนอยู่จริงบนดาวเคราะห์ Erid แต่ก็เป็นไปได้ที่ปัญหาด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของเขาอาจเกิดขึ้นได้ในความเป็นจริง และหากคุณกำลังชม Project Hail Mary และเริ่มสงสัยว่า Rocky และ Grace เก่งคณิตศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และวิทยาศาสตร์อย่างที่เห็นจริงหรือไม่ คำตอบคือใช่ แต่มันเป็นเรื่องสัมพัทธ์

Project Hail Mary เข้าฉายในโรงภาพยนตร์แล้วตอนนี้