ความคิดที่มีความสุขที่สุด

ปี 1907 เสมียนสิทธิบัตรคนหนึ่งในเบิร์นกำลังเขียนบทความทบทวน แล้วมีเรื่องที่ชัดอยู่แล้วผุดขึ้นมา

คนที่ตกจากหลังคาจะไม่รู้สึกถึงน้ำหนักตัวเอง ระหว่างที่ตก เขาไร้น้ำหนัก แรงโน้มถ่วงหายไปจากเขาอย่างสิ้นเชิง

ไอน์สไตน์เรียกมันว่าความคิดที่มีความสุขที่สุดในชีวิต เพราะมันชี้ว่าแรงโน้มถ่วงอาจไม่ใช่แรงที่กระทำต่อสิ่งของ แต่เป็นเรื่องของกรอบอ้างอิงที่คุณอยู่

แปดปีต่อมา ลางสังหรณ์นั้นกลายเป็นชุดสมการที่บอกว่ามวลทำให้ปริภูมิและเวลาโค้ง และแสงเดินตามความโค้งนั้น

ไอน์สไตน์เรียนจบปี 1900 แล้วหางานในมหาวิทยาลัยไม่ได้ เขาสมัครไปทั่วยุโรปและถูกปฏิเสธ

พ่อของเพื่อนหาตำแหน่งที่สำนักงานสิทธิบัตรสวิสในเบิร์นให้เขา เป็นผู้เชี่ยวชาญเทคนิคชั้นสาม ตรวจคำขอสิทธิบัตรอุปกรณ์ไฟฟ้า

เขาทำได้ดี และงานไม่หนักพอจะปล่อยให้สมองว่าง ภายหลังเขาเรียกสำนักงานนั้นว่าอารามทางโลกของเขา

ปี 1905 เขาตีพิมพ์สี่บทความในปีเดียว เรื่องธรรมชาติเชิงควอนตัมของแสง เรื่องการเคลื่อนที่แบบบราวน์ เรื่องสัมพัทธภาพพิเศษ และบทความสั้นที่มีสมการว่าด้วยพลังงานกับมวล

บทความแรกบอกว่าแสงมาเป็นก้อนแยกชิ้น ซึ่งอธิบายว่าทำไมการฉายแสงใส่โลหะถึงเคาะอิเล็กตรอนออกมาได้เฉพาะเมื่อสีเกินค่าหนึ่ง บทความนี้แหละที่ทำให้เขาได้โนเบล

บทความที่สองอธิบายการสั่นของละอองเรณูในน้ำว่าเกิดจากการถูกโมเลกุลชน ซึ่งยุติข้อถกเถียงว่าอะตอมมีจริงหรือไม่

บทความที่สามคือสัมพัทธภาพพิเศษ ถ้าความเร็วแสงเท่ากันสำหรับผู้สังเกตทุกคน เวลาและระยะทางก็เท่ากันไม่ได้

บทความที่สี่ยาวสามหน้า และชี้ผลที่ตามมาว่า มวลคือพลังงานรูปหนึ่ง และอัตราแลกเปลี่ยนคือความเร็วแสงยกกำลังสอง

ลองนึกว่าคุณอยู่ในกล่องที่ไม่มีหน้าต่าง ของทุกอย่างที่คุณปล่อยจะตกลงพื้นด้วยอัตราเดียวกัน

คุณอาจกำลังยืนอยู่บนโลก หรือกล่องนั้นอาจอยู่ในห้วงอวกาศ โดยมีจรวดเร่งมันขึ้นด้วยความเร่งเก้าจุดแปดเมตรต่อวินาทีกำลังสอง จากข้างในไม่มีทางรู้ได้

ทีนี้ตัดสายเคเบิล ทุกอย่างในกล่องลอย รวมทั้งคุณ คุณอาจกำลังตกลงสู่โลก หรือลอยอยู่ในที่ว่างที่ไม่มีแรงโน้มถ่วงเลย ก็ยังไม่มีทางรู้อีก

ถ้าไม่มีการทดลองใดแยกแรงโน้มถ่วงออกจากความเร่งได้ มันก็ไม่ใช่สองสิ่ง กดปุ่มแล้วลองดู

หลักสมมูลมีผลที่ตามมาซึ่งคำนวณได้บนหลังซองจดหมาย

ส่องไฟฉายตรง ๆ ข้ามกล่องที่กำลังเร่ง ระหว่างที่แสงข้ามไป กล่องเลื่อนขึ้น ลำแสงจึงไปโดนผนังอีกฝั่งต่ำกว่าเล็กน้อย จากข้างในมองว่าแสงโค้ง

แต่ข้างในกล่องที่กำลังเร่งนั้นแยกไม่ออกจากสนามโน้มถ่วง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงก็ต้องหักแสงได้เช่นกัน

เหตุผลเดียวกันบอกว่านาฬิกาที่อยู่ต่ำกว่าในสนามโน้มถ่วงจะเดินช้ากว่า ไอน์สไตน์ตีพิมพ์คำทำนายเรื่องการหักของแสงในปี 1911 ด้วยค่าที่เป็นครึ่งหนึ่งของคำตอบที่ถูก

ทฤษฎีฉบับเต็มปี 1915 ทำให้ค่านั้นเพิ่มเป็นสองเท่า

ไอน์สไตน์ใช้เวลาแปดปีและต้องเรียนเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์แบบเร่งรัด เพื่อเปลี่ยนความคิดที่มีความสุขที่สุดให้เป็นคณิตศาสตร์

สิ่งที่ออกมาในเดือนพฤศจิกายน 1915 คือสมการเดียวที่มีสองข้าง ข้างหนึ่งคือความโค้งของปริภูมิ-เวลา อีกข้างคือสสารและพลังงานที่อยู่ในนั้น

สสารบอกปริภูมิ-เวลาว่าจะโค้งอย่างไร และความโค้งบอกสสารว่าจะเคลื่อนอย่างไร ดาวเคราะห์ในวงโคจรไม่ได้ถูกดึง มันแค่เดินตรงที่สุดเท่าที่ทำได้ผ่านบริเวณที่โค้งอยู่

สิ่งแรกที่เขาตรวจคือดาวพุธ วงโคจรของมันเคลื่อนไปสี่สิบสามพิลิปดาต่อศตวรรษมากกว่าที่นิวตันอนุญาต และสมการใหม่ให้ตัวเลขนั้นพอดี เขาบอกว่ามันทำให้เขาใจสั่น

ทฤษฎีที่อธิบายได้แค่สิ่งที่รู้อยู่แล้วทำงานได้แค่ครึ่งเดียว สัมพัทธภาพทั่วไปให้คำทำนายที่ยังไม่มีใครวัด

แสงดาวที่เฉียดขอบดวงอาทิตย์ควรถูกหักเห แรงโน้มถ่วงแบบนิวตันถ้ามองแสงเป็นอนุภาคจะให้ราวศูนย์จุดแปดเจ็ดพิลิปดา ทฤษฎีของไอน์สไตน์ให้หนึ่งจุดเจ็ดห้า คือสองเท่าพอดี

หนึ่งพิลิปดาคือความกว้างของเหรียญที่มองจากระยะสี่กิโลเมตร ดังนั้นต้องถ่ายภาพอย่างระวังมาก และคุณถ่ายดาวข้างดวงอาทิตย์ไม่ได้

เว้นแต่ดวงจันทร์จะมาบัง

ปี 1919 อังกฤษส่งคณะสำรวจสองชุดไปถ่ายภาพสุริยุปราคาเต็มดวง ชุดหนึ่งไปเกาะปรินซิปีนอกชายฝั่งแอฟริกาตะวันตก อีกชุดไปโซบรัลในบราซิล

ที่ปรินซิปีฝนตก และเมฆบังเกือบตลอดช่วงคราสเต็มดวง เอ็ดดิงตันได้ผลที่ใช้ได้จากแผ่นภาพหนึ่งหรือสองแผ่น ที่โซบรัลกล้องหลักให้ภาพเบลอ และกล้องสำรองตัวเล็กกว่ากลับให้ข้อมูลที่ดีกว่า

วันที่หกพฤศจิกายน ราชสมาคมประกาศว่าผลการวัดเข้าข้างไอน์สไตน์ เช้าวันรุ่งขึ้นเขาดังไปทั้งโลก ทั้งที่ยังไม่ได้ออกจากเบอร์ลิน

เวอร์ชันที่ซื่อตรงคือมันเป็นการวัดที่ยากมาก อยู่ตรงขีดจำกัดของอุปกรณ์ สุริยุปราคาครั้งหลัง ๆ และดาราศาสตร์วิทยุยืนยันมันด้วยความแม่นยำสูงกว่ามาก

เรื่องนี้แพร่เพราะรูปทรงของมัน ทฤษฎีของนักฟิสิกส์เยอรมันถูกยืนยันโดยคณะสำรวจอังกฤษ หนึ่งปีหลังสงครามสี่ปีระหว่างสองประเทศนั้นจบลง

หนังสือพิมพ์เล่ามันเป็นนิทานเรื่องวิทยาศาสตร์ที่ข้ามพรมแดน และไอน์สไตน์กลายเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เป็นคนดังระดับโลก

เขารู้สึกอึดอัดกับมัน และก็ใช้มัน ทั้งรณรงค์เรื่องสันตินิยม เรื่องไซออนิสต์ และต่อมาคือต้านการขึ้นมาของนาซี

รางวัลโนเบลมาถึงปี 1921 โดยระบุอย่างระมัดระวังว่าให้สำหรับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก สัมพัทธภาพยังถูกมองว่าเป็นการคาดเดาเกินกว่าจะให้รางวัล

ปลายทศวรรษ 1920 ไอน์สไตน์เป็นทั้งนักวิทยาศาสตร์ที่ดังที่สุดในโลก และในเยอรมนีเขาคือเป้า

นักฟิสิกส์ชาตินิยมประณามสัมพัทธภาพว่าเป็นฟิสิกส์ยิว พอนาซียึดอำนาจปี 1933 เขาอยู่ต่างประเทศระหว่างทัวร์บรรยาย เขาลาออกจากราชบัณฑิตยสภาปรัสเซีย สละสัญชาติ และไม่กลับไปอีกเลย

บ้านของเขาถูกค้น ทรัพย์สินถูกยึด หนังสือถูกเผา และนิตยสารนาซีตีพิมพ์ภาพเขาพร้อมคำบรรยายว่ายังไม่ถูกแขวนคอ

เขาลงหลักที่สถาบันเพื่อการศึกษาขั้นสูงในพรินซ์ตัน และอยู่ที่นั่นจนตลอดชีวิต

บทความปี 1905 ของไอน์สไตน์เรื่องควอนตัมของแสงเป็นหนึ่งในเอกสารก่อตั้งทฤษฎีควอนตัม จากนั้นเขาใช้ชีวิตที่เหลือเถียงว่าทฤษฎีนี้ยังไม่สมบูรณ์

ข้อคัดค้านของเขาไม่ใช่ว่าคณิตศาสตร์ใช้ไม่ได้ เพราะมันใช้ได้ดีเยี่ยม แต่เป็นเพราะมันบรรยายแค่ความน่าจะเป็น และเขาเชื่อว่าฟิสิกส์ควรบรรยายสิ่งที่มีอยู่จริง

ปี 1935 เขากับเพื่อนร่วมงานสองคนตีพิมพ์การทดลองทางความคิดที่ตั้งใจแสดงว่าทฤษฎีนี้ไร้สาระ การทดลองตั้งแต่ทศวรรษ 1970 แสดงว่าธรรมชาติทำตัวตรงกับเวอร์ชันไร้สาระนั้นเป๊ะ และบทความนั้นกลายเป็นรากฐานงานวิจัยเรื่องการพัวพัน

เขาผิด และเขาผิดในแบบที่สร้างสาขาวิชาใหม่ขึ้นมาทั้งสาขา

ฤดูร้อนปี 1939 เลโอ ซีลาร์ดมาหาไอน์สไตน์พร้อมร่างจดหมายเตือนประธานาธิบดีรูสเวลต์ว่าการแบ่งแยกนิวเคลียสอาจทำระเบิดที่ทรงพลังมหาศาลได้ และเยอรมนีกำลังทำอยู่

ไอน์สไตน์เซ็น จดหมายนั้นช่วยจุดโครงการของอเมริกาที่กลายเป็นโครงการแมนฮัตตัน ตัวเขาเองไม่ได้ทำงานกับระเบิดเลย และถูกปฏิเสธการรับรองความปลอดภัยไม่ให้ทำด้วย

หลังฮิโรชิมา เขารณรงค์ต้านอาวุธนิวเคลียร์ตลอดชีวิตที่เหลือ และบอกว่าถ้ารู้ว่าเยอรมันจะทำไม่สำเร็จ เขาคงไม่ขยับนิ้วเลย

เขาเสียชีวิตที่พรินซ์ตันปี 1955 อายุเจ็ดสิบหก โดยปฏิเสธการผ่าตัด

ตรงนี้คือส่วนที่แตะตัวคุณ ดาวเทียมจีพีเอสพกนาฬิกาอะตอมอยู่ในสนามโน้มถ่วงที่อ่อนกว่าของคุณ สัมพัทธภาพทั่วไปจึงบอกว่ามันเดินเร็วกว่า ราวสี่สิบหกไมโครวินาทีต่อวัน

มันยังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหนึ่งหมื่นสี่พันกิโลเมตรต่อชั่วโมง สัมพัทธภาพพิเศษจึงบอกว่ามันเดินช้าลง ราวเจ็ดไมโครวินาทีต่อวัน

สองค่านี้ไม่หักล้างกันพอดี ผลสุทธิคือเร็วขึ้นราวสามสิบแปดไมโครวินาทีทุกวัน ซึ่งจะทำให้ตำแหน่งของคุณคลาดไปราวสิบเอ็ดกิโลเมตรภายในยี่สิบสี่ชั่วโมง

นาฬิกาพวกนั้นจึงถูกจงใจปรับความถี่ก่อนปล่อยขึ้นไป ลองเปิดปิดการแก้ค่าแล้วดูความคลาดเคลื่อนโตขึ้น

สัมพัทธภาพทั่วไปถูกทดสอบมากว่าหนึ่งศตวรรษ และยังไม่เคยพลาดสักครั้ง

ปี 2015 เครื่องตรวจจับสองเครื่องในอเมริการู้สึกถึงระลอกคลื่นในปริภูมิ-เวลา จากหลุมดำสองหลุมชนกันห่างออกไปกว่าพันล้านปีแสง ที่ยืดแขนยาวสี่กิโลเมตรไปน้อยกว่าความกว้างของโปรตอน

ปี 2019 เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุถ่ายภาพเงาของหลุมดำได้ และขนาดกับรูปร่างของมันตรงกับสมการ

ที่เดียวที่มันยังพังคือตรงที่มันไปเจอกลศาสตร์ควอนตัม การเชื่อมสองอย่างเข้าด้วยกันคือปัญหาที่ยังไม่จบ และเป็นสิ่งที่เขาทำอยู่ตอนเสียชีวิต

ภาพประจำบทในเรื่องนี้สร้างด้วย AI ส่วนภาพถ่ายปี 1921 แผ่นภาพสุริยุปราคา และภาพหลุมดำ เป็นของจริง แหล่งข้อมูลอยู่ด้านล่าง