อนุภาคฮิกส์: ฟิสิกส์อธิบายได้ทุกอย่างจริงหรือ?

วันก่อนผมไปร่วมงานเสวนาเรื่องอนุภาคฮิกส์กับปรัชญาที่ The Reading Room ของคุณเกี๋ยวแถวๆสีลม ที่มาร่วมเสวนากันก็มีอาจารย์ปิยบุตรจากภาควิชาฟิสิกส์ จุฬาฯ แล้วก็คุณคุณากรซึ่งเป็นนักแปลอิสระ ประเด็นที่เราคุยกันมากประเด็นหนึ่งได้แก่แนวคิดเรื่อง “ลดทอนนิยม” หรือ reductionism ซึ่งเป็นทรรศนะที่ถือว่า ในการอธิบายปรากฏการณ์อะไรนั้น เราควรจะ “ลดทอน” ปรากฏการณ์นั้นๆให้ย่อยลงเป็นส่วนประกอบเล็กๆ ยิ่งเล็กเท่าไหร่ยิ่งดีเพราะจะได้อธิบายได้ถึงหลักการพื้นฐานที่สุดมากขึ้น แนวคิดก็คือว่าเมื่อมาถึงหลักการที่เป็นพื้นฐานที่สุด หลักการนี้จะอธิบายเรื่องอื่นๆได้ทั้งหมดในจักรวาล อนุภาคฮิกส์ก็คิดขึ้นมาเพื่ออธิบายการเกิดขึ้นของมวล เพราะว่าตามทฤษฎีแล้วอนุภาคต่างๆมันไม่จำเป็นต้องมีมวล แต่ในเมื่อความเป็นจริงคือสิ่งต่างๆมีมวล ก็เลยต้องมีคำอธิบายว่ามวลเกิดขึ้นมาได้อย่างไร นักฟิสิกส์เลยคิดทฤษฎีขึ้นมาว่าน่าจะมีอนุภาคตัวหนึ่งทำหน้าที่ให้มวลแก่สิ่งต่างๆ อนุภาคนี้ก็เลยได้ชื่อว่าอนุภาคฮิกส์ตามชื่อผู้คิดทฤษฎี

ประเด็นก็คือว่า การมีอนุภาคฮิกส์เป็นตัวอย่างที่ดีของแนวคิดแบบลดทอนนิยม กล่าวคือมวลเป็นอะไรที่ทุกสิ่งทุกอย่างมี แม้แต่พลังงานก็มีเพราะตามทฤษฎีของไอน์สไตน์พลังงานกับสสาร (ที่มีมวล) เปลี่ยนสลับกันไปมาได้ เมื่อเป็นเช่นนี้อนุภาคฮิกส์ก็เลยอธิบายได้ทุกสิ่งทุกอย่าง กล่าวคืออะไรก็ตามที่มีมวล (ก็คือทุกอย่าง) สามารถอธิบายได้โดยผ่านอนุภาคฮิกส์ทั้งหมด

ทีนี้ประเด็นที่เป็นปัญหาก็คือว่า ลดทอนนิยมเป็นแนวคิดที่ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์หลายๆอย่างได้ เพราะเมื่อเกิดปรากฏการณ์เหล่านี้ขึ้นมา มันมีลักษณะพิเศษที่ “เกิดขึ้น” หรือ “โผล่ขึ้น” มาจากการรวมตัวกันของส่วนประกอบย่อยๆโดยที่ลักษณะพิเศษที่ว่านี้ไม่มีอยู่ในส่วนประกอบย่อยเหล่านี้ ตัวอย่างที่เข้าใจง่ายที่สุดก็ได้แก่น้ำ หรือ H2O เราทราบว่าน้ำเป็นสารประกอบที่ประกอบขึ้นจากอ๊อกซิเจนหนึ่งอะตอมและไฮโดรเจนสองอะตอม ทีนี้น้ำมีคุณสมบัติที่เรารู้กันดี คือเปียก แต่อ๊อกซิเจนกับไฮโดรเจนไม่ได้มีคุณสมบัติแบบนี้ คุณสมบัติอีกอย่างของน้ำก็คือดับกระหาย แต่ทั้งอ๊อกซิเจนกับไฮโดรเจนไม่สามารถดับกระหายได้ คุณสมบัติ “เปียก” หรือ “ดับกระหาย” เป็นคุณสมบัติที่ “โผล่ขึ้นมา” (emergent) จากความเป็นน้ำ เป็นอะไรที่เกิดขึ้นโดยที่ส่วนประกอบแต่ละส่วนไม่มีคุณสมบัติเช่นนี้ ทีนี้ทั้งอ๊อกซิเจนกับไฮโดรเจนต่างก็มีมวลทั้งนั้น ก็คือประกอบขึ้นจากอนุภาคฮิกส์ในท้ายที่สุดทั้งนั้น แต่อ๊อกซิเจนมีคุณสมบัติหนึ่งที่ไฮโดรเจนไม่มี คือช่วยให้ไฟติด อนุภาคฮิกส์ไม่สามารถอธิบายได้ว่าอ๊อกซิเจนช่วยให้ไฟติดได้อย่างไร และก็อธิบายไม่ได้เช่นกันว่าน้ำดับกระหายได้อย่างไร

ข้อสรุปก็คือว่าเราไม่ควรเชื่อมั่นในลดทอนนิยมมากเกินไป เราไม่ควรเชื่อว่าทุกสิ่งทุกอย่างสามารถ “ลดทอน” ลงไปได้เป็นส่วนประกอบย่อยๆ แล้วถ้าเราเข้าใจส่วนย่อยเหล่านั้น เราจะเข้าใจทุกสิ่งทุกอย่างที่ส่วนย่อยนั้นประกอบอยู่ ถ้าเป็นอย่างนั้นจริงเราก็จะสามารถเข้าใจได้ทุกอย่างที่มีอยู่ในจักรวาลเพียงแค่เข้าใจการทำงานของอนุภาคฮิกส์เท่านั้น ซึ่งจริงๆก็ไม่เป็นอย่างนั้น เพราะแม้แต่เรื่องพื้นๆอย่างน้ำมีคุณสมบัติเปียกก็ยังอธิบายด้วยอนุภาคฮิกส์ไม่ได้

เรื่องการเกิดขึ้นของคุณสมบัติที่ไม่ได้มีอยู่ในส่วนประกอบของวัตถุที่มีคุณสมบัตินั้นยังมีอีกมาก คงได้มีโอกาสเขียนเรื่องนี้ยาวๆมากกว่านี้ แต่ตอนนี้คงต้องพอแค่นี้ก่อน

5 thoughts on “อนุภาคฮิกส์: ฟิสิกส์อธิบายได้ทุกอย่างจริงหรือ?

  1. Naruepon Weerawongphrom August 19, 2012 / 8:05 am

    เราเห็นตัวอย่างเหตุการณ์บางอย่างที่แสดงให้เห็นว่าแนวคิดอย่าง reductionism นั้นใช้ได้ครับ
    เช่นว่า แสงกับก้อนแม่เหล็กซึ่งดูโดยผิวเผินแล้วมันดูจะไม่เกี่ยวเกี่ยวข้องกัน แต่มันก็ทั้งคู่ก็ถูกบรรยายด้วยสมการชุดเดียวกัน
    เราก็แค่ถามต่อครับว่า มันเป็นไปได้มั้ยที่ทุกสิ่งทุกอย่างนั้น แท้จริงแล้วมันสามารถถูกบรรยายได้ด้วยสมการชุดเดียวกัน ยังอยู่ในขั้นของคำถามและหาคำตอบครับ
    อีกเรื่องคือ นักฟิสิกส์ไม่ได้หวังจะให้อนุภาคฮิกซ์ไปอธิบายระบบที่ซับซ้อนอย่างน้ำหรอกครับ เหมือนกับที่เราไม่ได้คิดจะใช้แบบจำลองอะตอมของไฮโรเจน(ง่ายที่สุด)ไปบรรยายอะตอมอย่างคาร์บอน ประเด็นมันอยู่ที่ว่า หลักการที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในดีเอ็นเอ มันเป็นหลักการเดียวกันกับของไฮโดรเจน เป็นกฎกฎเดียวกัน
    ในขณะที่นักเคมีโฟกัสไปที่การปรับเอา first principle ไปประยุกต์ใช้กับระบบที่ซับซ้อนขึ้น นักฟิสิกส์ก็แค่โฟกัสไปที่การหากฎกฎเดียวนั่น ก็เท่านั้นเองครับ

    ว่าแต่ มีสาขาวิชาวิชาไหนบ้างครับที่ไม่มีแนวคิดที่จะลดทอนความซับซ้อนลง เพราะในชีววิทยาที่เคยเรียน เราก็พยายามที่จะทำอนุกรมวิธาน จัดแบ่งประเภทสารประกอบเป็นหมวดหมู่ เช่นโปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน
    เพราะผมเห็นว่า มันแค่เป็นธรรมชาติอย่างหนึ่งของมนุษย์ที่จะหาความเหมือนในของสิ่งที่ดูผิวเผินแล้วมันแตกต่างกันครับ

  2. soraj August 19, 2012 / 1:27 pm

    การลดทอนทำไปเพื่อประโยชน์บางอย่างเท่านั้นครับ เช่นการอธิบายปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันมากๆด้วยหลักการเพียงไม่กี่หลักการ อันนี้เป็นหัวใจของวิทยาศาสตร์ แต่ถ้าเป็นอย่างนั้นจริงเราก็ไม่ต้องเรียนชีววิทยากันก็ได้ครับ เพราะทุกอย่างในชีววิทยาลดทอนลงเป็นเคมี แล้วทุกอย่างในเคมีก็ทอนลงเป็นฟิสิกส์ แต่จริงๆก็คือว่ามีปรากฏการณ์ทางชีววิทยาที่อธิบายไม่ได้ด้วยหลักการทางฟิสิกส์ล้วนๆ เช่นการสืบพันธุ์ สิ่งมีชีวิตแต่ละอย่างมีวิธีสืบพันธุ์ไม่เหมือนกัน แต่หากอธิบายในระดับของฟิสิกส์มันจะมีแต่อนุภาคกับพลังงานแค่นั้น

    พูดอีกอย่างก็คือว่า การลดทอนมีประโยชน์ถ้าเราอยากจะหาหลักการพื้นฐานของทุกสิ่งทุกอย่าง แต่ไม่ใช่ว่าทุกสิ่งทุกอย่างจะอธิบายได้ด้วยหลักการที่ว่านั้นเพียงอย่างเดียว

  3. soraj August 19, 2012 / 1:32 pm

    อ้อลืมตอบเรื่องมีวิชาอะไรที่ไม่ลดทอน ก็คือวิชาในกลุ่มมนุษยศาสตร์แหละครับ ได้แก่ประวัติศาสตร์ วรรณคดี ทำนองนี้ เราไม่สามารถไปลดทอนปรากฏการณ์ทางประวัติศาสตร์ได้อยู่แล้ว เพราะแต่ละเหตุการณ์มีปัจจัยแวดล้อม รายละเอียดปลีกย่อยแตกต่างกันมาก จนไม่สามารถหาหลักการง่ายๆมาอธิบายได้ เวลาศึกษาก็ต้องศึกษาแต่ละเหตุการณ์แยกออกจากกันไป อาจเอามาเปรียบเทียบเพื่อให้เห็นความแตกต่างหรือคล้ายคลึงกันได้ แต่ไม่ใช่ว่าจะมีทฤษฎีที่อธิบายครอบคลุมได้ทุกเหตุการณ์ครับ

  4. Naruepon Weerawongphrom August 22, 2012 / 9:40 am

    จริงครับที่เราอธิบายระบบที่ซับซ้อนทางชีววิทยาหรือเคมีด้วยหลักการทางฟิสิกส์ “ยัง” ไม่ได้ เป็นความพยามทางฟิสิกส์ที่ยังไม่ประสบความสำเร็จใน 100 ปีหลังนี้ และไม่น่าจะสำเร็จด้วย เพราะแม้แต่ระบบง่ายๆอย่าง double pendulum ก็มีกำแพงอย่าง chaotic behavior ขวางอยู่แน่ๆ
    แต่ นี่ก็ไม่ได้ปฏิสเธแนวคิดเรื่องการลดทอนแต่อย่างใด
    ก็การลดทอนเป็นหัวใจของวิทยาศาสตร์นี่ครับ😉

    ผมก็ไม่อยากพูดอะไรมากเกี่ยวกับประวัติศาสตร์และวรรณคดีครับ (เพราะเรียนมาน้อย) แต่ว่าที่เคยเรียน เขาก็พยามจะหาความเหมือนในเหตุการณ์ต่างๆ เช่นว่า หนังสือทางประวัติศาสตร์เล่มหนึ่งที่เคยอ่าน เขามีข้อสรุปว่า สงคราม(เกือบ)ทุกครั้งที่เกิดขึ้น ถึงแม้ว่าผู้ก่อสงครามจะอ้างเหตุผลอันชอบธรรมใดๆก็ตาม มันมีเหตุผลทางเศรษกิจเป็นแรงขับดันเสมอ และถ้าเรานับหนังที่ออกฉายตามโรงหนังว่าเป็นวรรณกรรมรูปแบบหนึ่ง เราก็จะพบว่า มันมีสูตรของการทำหนังอยู่ เช่นว่า หนังรักที่ประสบความสำเร็จจะมีดาราสาวที่ดึงดูดเป็นพิเศษ
    คนเราก็ชอบหา rule of thumb เสมอแหละครับ แม้ว่าการลดทอนนี้จะไม่สามารถบรรยายได้ด้วยคณิตศาสตร์อย่างที่ hard science ทำได้
    และก็แน่นอนว่า กฎเหล่านี้ ไม่ได้ขึ้นกับหลักการทางฟิสิกส์แต่อย่างใด

    ประเด็นที่เรากำลังคุยกัน จึงไม่น่าจะเป็นคำถามที่ว่า เราลดทอนหรือไม่ (เพราะผมยังเห็นว่า ทุกๆวิชาก็มีการลดทอนทั้งนั้น) แต่ประเด็นมันควรจะอยู่ที่ว่า ลดทอนอะไร ลดทอนอย่างไร ลดทอนไปเท่าไร และผลที่ได้จากการลดทอนนั้นมั้นแม่นยำมากแค่ไหน มั้งครับ

    ที่ผ่านมาเป็นประเด็นของการลดทอนครับ

    ที่นี้ ถ้าอยากจะพูดถึงประเด็นที่ว่า ความรู้ฟิสิกส์อธิบายได้ทุกสิ่งทุกอย่างหรือไม่ คำตอบก็คือ ไม่ได้ครับ
    แต่ผมคิดว่า ประเด็นของบทความมันอยู่ที่การแนวคิดของลดทอนมากกว่านะ

  5. soraj August 23, 2012 / 9:42 am

    มีหลายวิชาไม่ลดทอนนะครับ เพราะเขาต่อต้านเรื่องนี้ตั้งแต่แรก เช่น ปรัชญา ประวัติศาสตร์ วรรณคดี ประวัติศาสตร์บางสำนักพยายามจะลดทอน เช่นสำนัก Marxist พยายามอธิบายเหตุการณ์ประวัติศาสตร์ทุกอย่างเป็นเรื่องของการต่อสู้ระหว่างชนชั้น แต่ไม่ค่อยจะประสบความสำเร็จครับ

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s