/ Science

ชีวิตเกิดมาทำไม ? ในแง่ของพลังงาน สสาร และเอกภพวิทยา

มนุษย์เราเป็นสิ่งมีชีวิตเป็นเพียงระบบเล็ก ๆ เล็กมาก ๆ ในเอกภพ ร่วมกับสิ่งมีชีวิตอื่นมากมายบนโลกนี้ ในฐานะที่เว็บนี้เป็นเว็บวิทยาศาสตร์ไม่ใช่ศาสนา เราคงไม่บอกว่ามนุษย์เราถูกสร้างขึ้นมาโดยพระเจ้าแต่อย่างใด แต่ชีวิตนั้นเกิดจากความพอดีอันน่าทึ่งที่เกิดจากกความซับซ้อนของเอกภพ

บทความนี้ควรเปิดเพลงแนว Epic ๆ ฟังด้วยเพื่อสร้างอารมณ์ ถ้านึกไม่ออกแนะนำเพลงนี้

เมื่อในตอนแรกที่เอกภพถูกสร้างขึ้นความซับซ้อนของเอกภพนั้นน้อยมาก ๆ เมื่อก้อนพลังงานก้อนหนึ่งแตกกระจายออกไปในทุกทิศทาง เอกภพได้เกิดการพองตัวอย่างรวดเร็วเป็นจุดกำเนิดของทุกสิ่ง ประมาณ 10-32 วินาที ถึงราว 10,000 ปีต่อมา เอกภพเต็มไปด้วยพลังงานในรูปแบบของรังสี ไม่มีแม้แต่อะตอมเพียงตัวเดียว อนุภาคและปฏิอนุภาคค่อย ๆ ถูกสร้างขึ้นมาจากพลังงานเหล่านี้ สสารและปฏิสสารเกิดการปะลัยคู่ (annihilation) โชคดีที่สสารปกติมีจำนวนมากกว่าจึงก่อให้เกิดสิ่งถัดมาคือ อนุภาคมูลฐานที่เรารู้จักกันทุกวันนี้ โดยเฉพาะการประกอบกันของควาร์กมาเป็นโปรตรอน และมีอิเล็กตรอนโคตรอยู่รอบ ๆ และนี่ก็คือ "ธาตุที่ซับซ้อนน้อยที่สุด" ถือถูกสร้างมาจาก โปรตรอนและอิเล็กตรอนเพียงอย่างละตัว ณ จุดนี้เอกภพมีอายุ 300,000 ปี

เอกภพขยายตัวอย่างเรื่อย ๆ และเย็นลงอย่างเรื่อย ๆ และนี่คือเหตุผลที่ทฤษฏี Big Bang ยังคงเป็นที่น่าเชื่อถือทุกวันนี้ ทั้งหมดเกิดจากการเปลี่ยนรูปของพลังงานกลายมาเป็นอนุภาคและความซับซ้อนต่าง ๆ มากมาย หากจะอธิบายเราจะพูดถึงเรื่อง เอ็นโทรปี (entropy) คือสิ่งที่บอกถึงความไม่เป็นระเบียบของระบบ ยิ่งระบบมีความไม่เป็นระเบียบสูง (ซับซ้อน) เอนโทรปีก็จะยิ่งมีค่าสูง แต่ถ้าระบบมีความไม่เป็นระเบียบน้อย (ง่ายไม่ซับซ้อน) เอนโทรปีก็จะยิ่งมีค่าต่ำ

ถ้าเราไปอ่านในวิกิพีเดีย เขาจะอธิบายว่า "เอนโทรปีของวัตถุหนึ่ง เป็นการวัดจำนวนของการตระหนักรู้หรือสถานะขนาดไมโครจำเพาะที่สามารถรับรู้ได้ว่าเป็นระบบอุณหพลศาสตร์ ในสถานะที่กำหนดโดยตัวแปรขนาดแมคโคร ส่วนใหญ่จะเข้าใจเอนโทรปีว่าเป็นการวัดความไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลภายในระบบแมคโคร กฏข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่า เอนโทรปีของระบบโดดเดี่ยวจะไม่มีทางถูกทำให้ลดลงได้ ระบบดังกล่าวจะวิวัฒนาการตามธรรมชาติไปสู่ความสมดุลย์ในอุณหพลศาสตร์-สถานะที่มีเอนโทรปีสูงสุด ระบบไม่โดดเดี่ยวอาจสูญเสียเอนโทรปีได้ถ้าพวกมันสามารถเพิ่มเอนโทรปีของสิ่งแวดล้อมของพวกมันได้ เนื่องจากเอนโทรปีเป็น state function การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของระบบหนึ่งจะคงที่สำหรับกระบวนการใด ๆ ที่รู้สภาวะเริ่มต้นและสุดท้าย สิ่งนี้จะใช้ได้ทั้งกับกระบวนการที่ย้อนกลับได้หรือย้อนกลับไม่ได้ อย่างไรก็ตามกระบวนการย้อนกลับไม่ได้จะเพิ่มเอนโทรปีผสมของระบบและของสิ่งแวดล้อมของมัน"

coffee

เราชงกาแฟด้วยการต้มน้ำร้อน ๆ พร้อมกับผงกาแกสำเร็จรูป (ขี้เกียจ) จากนั้นก็ชงมัน คนมัน น้ำร้อน ๆ ก็คืออนุภาคของน้ำที่สั่นสะเทือนและมีพลังงานสูงปนลงไปกับผงกาแฟ จากนั้นก็เอาช้อนคนจนทุกอย่างดูวุ่นวายไปหมด เมื่อทุกอย่างคนเข้ากันได้ที่แล้วคงไม่มีใครอยากกินกาแฟร้อน ๆ ให้ปากพอง อาจจะต้องรอซักแปบนึงเพื่อให้กาแฟเย็นลงในระดับที่อุณหภูมิพอเหมาะไม่ลวกปากเรา แต่หากเราปล่อยกาแฟทิ้งไว้นานผงกาแกก็จะเริ่มไปกองกันอยู่ที่ก้นแก้ว แยกชั้นให้เห็นอย่างชัดเจนว่านี่คือส่วนของน้ำกาแก นี่คือผงกาแฟ ส่วนอุณหภูมิก็ไม่ต้องพูดถึง เย็นจนเราไม่อยากกินแน่ ๆ

นี่คือการอธิบายเอกภพอย่างง่าย ๆ ในแง่ของพลังงานและความซับซ้อนพลังงานจะค่อย ๆ ลดลงในขณะที่ความซับซ้อนก็จะเพิ่มขึ้นและลดลงเช่นกันเมื่อเวลาผ่านไป แต่พลังงานนั้นมันไม่ได้หายไปไหน (ตามกฏการอนุรักษ์พลังงาน แต่จะเปลี่ยนรูปแบบไปในแบบที่ซับซ้อนขึ้น)

ย้อนกลับมาที่เอกภพ ลองนึกดูว่าอะไรคือสุดยอดของแห่งพลังงานที่ก่อกำเนิดชีวิต สิ่งนั้นก็คือดาวฤกษ์นั่นเอง ดาวฤกษ์ถูกสร้างขึ้นมาจากธาตุง่าย ๆ อย่าง ไฮรโดรเจน (มีเอ็นโทรปีต่ำมาก) และมันก็ให้พลังงานมหาศาลจากสิ่งที่เรียกว่า นิวเคลียร์ฟิวชั่น การรวมกันของธาตุไฮรโดรเจนมาเป็นฮีเลี่ยม ซึ่งก่อให้เกิดพลังงานมหาศาลในรูปแบบของทั้งรังสี และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงแสงที่เรามองเห็น (อนุภาคโฟตอน) ซึ่งจัดว่าเป็นพลังงานที่มีเอ็นโทรปีค่อนข้างต่ำลงมา

Universe

เมื่อแสดงอาทิตย์เดินทางมาถึงโลกและถูกเปลี่ยนมาเป็นพลังงานในรูปแบบปื่นที่มีความซับซ้อนยิ่งขึ้นด้วยกระบวรการสังเคราะห์ด้วยแสง เราก็จะได้ C6H12O6 หรือน้ำตาล (เห็นไหมว่าเริ่มซับซ้อนขึ้น) จากนั้นคนเรา (และสัตว์) ก็กินพืชเข้าไป และเปลี่ยนให้เป็นพลังงานในรูปแบบที่ซับซ้อนขึ้นไปอีกคือ Adenosine triphosphate (ATP) ก็คือพลังงานที่เราใช้อยู่ทุกวันนี้

แล้วทำไมพลังงานมันยิ่งลดลง ? ก็เพราะว่ามันเปลี่ยนไปอยู่ในรูปแบบอื่น ๆ ก็คือความร้อนหรือรังสีนั่นเอง ยิ่งเอ็นโทรปียิ่งมากการสูญเสียพลังงานก็จะมากขึ้นนั่นเอง เหมือนกับที่โลกปล่อยพลังงานและรังสีจำนวนมากกลับคืนสู่อวกาศ คืนกลับสู่เอกภพ ที่มาของมัน

ดังนั้นวัฒจักรที่ยิ่งใหญ่ของเอกภพกลับต้องการเอ็นโทรปีหรือความซับซ้อนที่คอยผลักดันให้มันเป็นอยู่ทุกวันนี้ เหมือนกับที่เกิดดวงดาวต่าง ๆ เกิดระบบต่าง ๆ แม้ว่ามันจะไม่ใช่ชีวิตซะทีเดียว แต่ความซับซ้อนของมันก็ถือว่าเป็นการนำพลังงานมาใช้ เช่นเดียวกับภูเขาไฟบนโลก หรือน้ำพุบนดวงจันทร์เอ็นซาราดัส ของดาวเสาร์

Saturn’s Moon Enceladus Has A Global Subsurface Ocean

เคยเจอรูปรูปนึงในอินเทอร์เน็ต เป็นภาพขำ ๆ ที่มีป้ายเขียนว่า "โปรดช่วยกันอนุรักษ์พลังงาน" จากนั้นก็มีเกรียนไปเขียนต่อว่า "ล้อเล่นหรือเปล่า พลังงานมันอนุรักษ์ตัวมันเองอยู่แล้ว"

อันนี้นอกจากจะเป็นการกวนตีนแล้ว ยังเป็นการนำเรื่องอนุรักษ์พลังงานมาใช้แบบผิด ๆ (จริง ๆ ก็ถูกที่เขากวนตีนไป เดี๋ยวจะอธิบายว่าทำไม) จริงอยู่ที่ว่าพลังงานจะอนุรักษ์ตัวมันเองอยู่แล้ว แต่มันไปเปลี่ยนอยู่ในรูปแบบที่เอ็นโทรปีสูงขึ้นและนำกลับมาใช้ยาก ถ้าเป็นเราเราจะไปเขียนต่อว่า "มึงเปิดไฟทิ้งไว้ได้ แต่ช่วยเอาโฟตอน และรังสีความร้อนใส่ตระกร้ามาคืนกูด้วย" ประมาณนี้

แต่เอาจริง ๆ การบอกว่าให้ช่วยกันอนุรักษ์พลังงานอาจจะเป็นคำพูดที่ผิดก็ได้ เพราะจริง ๆ เราต้องบอกว่า "กรุณาอย่าเปลี่ยนพลังงานไปเป็นรูปแบบที่นำกลับมาใช้ได้ยาก" ซึ่งมันก็ยาวไป บอกไปว่า "โปรดช่วยกันอนุรักษ์พลังงานแหละเข้าใจง่ายสุดแล้ว"

Planet

ชีวิตของคนเราเกิดจากดวงดาว ในช่วงชีวิตเราก็ได้ใช้หนี้ให้กับดวงดาวด้วยการคืนพลังงานให้กับเอกภพ ดังนั้นไม่ว่าจะเป็นดวงอาทิตย์หรือสิ่งมีชีวิตตัวเล็ก ๆ ทั้งสองก็ต้องอาศัยซึ่งกันและกันเพื่อให้เอกภพของเราเดินหน้าต่อไปได้ จนถึงวันที่แสงเล็ก ๆ ในจักรวาลจะดับลงและเอกภพของเราจะกลับมามืดมิด เย็นยะเยือก และไร้ซึ่งความซับซ้อน ไร้ซึ่งชีวิตและแสงของดาวฤกษ์ดวงสุดท้ายจะค่อย ๆ ดับลงไป

ขอบคุณ MinutePhysics ที่ทำให้อยากเขียนบทความนี้

กดไลค์เพจเพื่อติดตามบทความใหม่ ๆ และเรื่องราวน่าสนใจในวงการ วิทยาศาสตร์ อวกาศ และเทคโนโลยี