แนวคิดที่เป็นที่ถกเถียงเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงกำลังสร้างการอพิพากษ์อย่างเข้มข้นในชุมชนนักฟิสิกส์ แทนที่จะเป็นแรงพื้นฐาน นักวิจัยบางกลุ่มเสนอว่าแรงโน้มถ่วงอาจเกิดขึ้นจริงๆ จากการเคลื่อนไหวแบบสุ่มและการผสมผสานของอนุภาคที่มองไม่เห็น ซึ่งทำให้มันเป็นผลจากความร้อนและเอนโทรปี
แนวคิดนี้ที่เรียกว่า entropic gravity ชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่เราสัมผัสได้ในรูปแบบของแรงดึงดูดโน้มถ่วงนั้นเป็นเพียงแนวโน้มของจักรวาลที่มุ่งสู่ความไร้ระเบียบที่เกิดขึ้นในระดับจักรวาล ลองคิดดูเหมือนกับวิธีที่ไอน้ำกระจายตัวออกไปในห้องโดยธรรมชาติ หรือเหมือนกับสายหูฟังที่พันกันดูเหมือนจะยุ่งเหยิงขึ้นเรื่อยๆ ตามเวลา
บริบททางประวัติศาสตร์ของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือก
- ศตวรรษที่ 17: Newton และนักวิทยาศาสตร์ร่วมสมัยเสนอแบบจำลองเชิงกลที่แรงโน้มถ่วงเป็นแรงผลักมากกว่าแรงดึง
- 1995: Ted Jacobson นำเสนอแรงโน้มถ่วงเอนโทรปิกสมัยใหม่โดยการอนุมานสมการของ Einstein จากคุณสมบัติทางความร้อน
- 2010: Erik Verlinde เผยแพร่บทความที่มีอิทธิพลโต้แย้งเรื่องแรงโน้มถ่วงเอนโทรปิก
- 2024: ทีมของ Carney นำเสนอแบบจำลองใหม่ที่สามารถทดสอบได้ซึ่งเชื่อมโยงแรงโน้มถ่วงกับข้อมูลควอนตัม
ทฤษฎีอนุภาคที่มองไม่เห็น
งานวิจัยล่าสุดโดย Daniel Carney ที่ Lawrence Berkeley National Laboratory นำเสนอสองแบบจำลองสำหรับวิธีที่สิ่งนี้อาจทำงาน ในแบบจำลองแรก พื้นที่เต็มไปด้วยตารางของอนุภาคควอนตัมที่เรียกว่า qubits แต่ละตัวมีการวางแนวเหมือนเข็มทิศเล็กๆ เมื่อวัตถุที่มีมวลปรากฏขึ้น มันทำให้ qubits ที่อยู่ใกล้เคียงเรียงตัวในทิศทางเดียวกัน สร้างกระเป๋าของความเป็นระเบียบในระบบที่สุ่มเป็นอย่างอื่น
เนื่องจากธรรมชาติชอบความไร้ระเบียบ ระบบจึงพยายามเพิ่มเอนโทรปีให้สูงสุดโดยการผลักดันให้บริเวณที่เป็นระเบียบเหล่านี้มารวมกัน สิ่งนี้สร้างสิ่งที่ดูเหมือนเป็นแรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุที่มีมวล แบบจำลองที่สองเอาตารางออกไปทั้งหมด ปล่อยให้ qubits อยู่ได้ทุกที่ในอวกาศ ในขณะที่ยังคงสร้างผลกระทบโน้มถ่วงเดียวกัน
Qubits: หน่วยพื้นฐานของข้อมูลควอนตัม คล้ายกับวิธีที่บิตคอมพิวเตอร์ปกติเก็บข้อมูล แต่มีคุณสมบัติควอนตัม
การเปรียบเทียบแบบจำลองแรงโน้มถ่วงเอนโทรปิก
| ประเภทแบบจำลอง | โครงสร้าง | กลไก | คุณลักษณะสำคัญ |
|---|---|---|---|
| แบบจำลองตาราง | โครงตาข่ายผลึกของ qubits | วัตถุที่มีมวลทำให้ qubits ใกล้เคียงเกิดโพลาไรเซชัน สร้างความเป็นระเบียบ | ปฏิสัมพันธ์เฉพาะที่กับโครงสร้างเชิงพื้นที่ |
| แบบจำลองไม่เฉพาะที่ | Qubits อยู่ได้ทุกที่ในอวกาศ | ความจุพลังงานของ qubits ขึ้นอยู่กับระยะห่างของมวล | จับภาพความไม่เฉพาะที่ของแรงโน้มถ่วง Newtonian |
 |
|---|
| นักวิทยาศาสตร์ที่มีส่วนร่วมในการอภิปรายทางทฤษฎีเกี่ยวกับแบบจำลองแรงโน้มถ่วงเอนโทรปิกในสภาพแวดล้อมทางวิชาการ |
ความสงสัยและการสนับสนุนจากชุมชน
ชุมชนนักฟิสิกส์ยังคงแบ่งแยกอย่างลึกซึ้งในแนวทางนี้ นักวิจัยหลายคนชี้ให้เห็นปัญหาพื้นฐานในการปฏิบัติต่อเอนโทรปีเป็นแรงทางกายภาพมากกว่าการวัดความรู้ที่ไม่สมบูรณ์ของเราเกี่ยวกับระบบ
สำหรับฉันแล้ว เอนโทรปีไม่ใช่สิ่งทางกายภาพ แต่เป็นการวัดความรู้ที่ไม่สมบูรณ์ของเราเกี่ยวกับระบบ เราสามารถวัดได้เพียงคุณสมบัติรวมของสสาร ดังนั้นเราจึงสร้างตัวเลขขึ้นมาเพื่อระบุปริมาณว่าคุณสมบัติรวมอธิบายสถานะจุลภาคที่แท้จริงของระบบได้ไม่สมบูรณ์เพียงใด
นักวิจัยที่วิพากษ์วิจารณ์ยังสังเกตว่าแบบจำลองเหล่านี้สร้างขึ้นใหม่เพียงกฎแรงโน้มถ่วงอย่างง่ายของ Newton ไม่ใช่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ที่สมบูรณ์กว่า มันทำงานได้ดีสำหรับสนามโน้มถ่วงที่อ่อนเช่นที่มีบนโลก แต่ไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับสภาวะที่รุนแรงใกล้หลุมดำที่แรงโน้มถ่วงกลายเป็นสิ่งที่แปลกประหลาดอย่างแท้จริง
ข้อจำกัดหลักของแบบจำลองแรงโน้มถ่วงเอนโทรปิกในปัจจุบัน
• สามารถจำลองกฎของ Newton ได้เท่านั้น ไม่ใช่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein • ต้องอาศัยสมมติฐานเฉพาะกิจเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของ qubit • ไม่มีหลักฐานอิสระสำหรับ qubit ที่เสนอ • ไม่สามารถอธิบายสนามแรงโน้มถ่วงที่แรง (หลุมดำ) ได้ • ไม่ได้กล่าวถึงคุณสมบัติเฉพาะของแรงโน้มถ่วง (หลักการสมมูลค่า)
 |
|---|
| นักวิทยาศาสตร์กำลังถกเถียงเกี่ยวกับความถูกต้องของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงเอนโทรปิกภายในชุมชนฟิสิกส์ |
ความท้าทายในการทดสอบ
สิ่งที่ทำให้งานล่าสุดนี้น่าสนใจคือมันอาจทดสอบได้จริง ซึ่งแตกต่างจากข้อเสนอฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายๆ อัน แบบจำลองทำนายว่าวัตถุควอนตัมในหลายสถานะพร้อมกันจะถูกบังคับให้เลือกสถานะเดียวเนื่องจากผลกระทบโน้มถ่วง สิ่งนี้เชื่อมต่อกับการทดลองที่กำลังดำเนินอยู่ซึ่งศึกษาว่าระบบควอนตัมยุบตัวจากความเป็นไปได้หลายอย่างเป็นสถานะที่แน่นอนอย่างไร
อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์บางคนยังคงไม่เชื่อมั่นว่าการทดสอบเหล่านี้จะพิสูจน์อะไรที่มีความหมายเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเอง แบบจำลองต้องการปฏิสัมพันธ์ที่ออกแบบอย่างระมัดระวังระหว่าง qubits ที่เสนอและสสาร ทำให้บางคนตั้งคำถามว่านี่แสดงถึงความก้าวหน้าที่แท้จริงหรือเป็นเพียงวิธีที่ซับซ้อนกว่าในการอธิบายสิ่งที่เรารู้อยู่แล้ว
การถกเถียงสะท้อนความตึงเครียดที่กว้างขึ้นในฟิสิกส์สมัยใหม่ระหว่างผู้ที่แสวงหาความเข้าใจแรงโน้มถ่วงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจากฟิสิกส์จุลภาคที่ลึกกว่า และผู้ที่เชื่อว่ามันแสดงถึงแง่มุมพื้นฐานของกาลอวกาศเอง ในขณะที่ entropic gravity ยังคงเป็นมุมมองของกลุ่มน้อย ความคงอยู่ของมันชี้ให้เห็นว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับแรงที่คุ้นเคยที่สุดแต่ลึกลับที่สุดนี้ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์
อ้างอิง: Is Gravity Just Entropy Rising? Long Shot Idea Gets Another Look.