จุดมุ่งหมายสูงสุดของฟิสิกส์ คือการสร้างทฤษฎีเอกภาพที่สมบูรณ์ เป็นทฤษฎีที่สามารถอธิบายและทำนายความเป็นอยู่ของเอกภพได้อย่างหมดจด ตั้งแต่จุดกำเนิดของเอกภพ มาจนเวลาปัจจุบัน และยืดยาวออกไปในอนาคต นักวิทยาศาสตร์เรียกทฤษฎีนั้นว่า “ทฤษฎีทุกสิ่งทุกอย่าง (Theory of everythings) โดยความเป็นไปได้คือ การรวมทฤษฎีใหญ่ 2 ทฤษฎีเข้าด้วยกัน นั่นคือทฤษฎีสัมพัทธภาพ (ที่สามารถอธิบายและทำนายปรากฏการณ์ในระดับมหภาคได้อย่างถูกต้องแม่นยำ) และทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม (ที่สามารถอธิบายและทำนายปรากฏการณ์ในระดับจุลภาคได้ถูกต้องแม่นยำกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพ)

อย่างไรก็ตาม ทั้งสองทฤษฎีมีความขัดแย้งกันอย่างสุดขั้ว กล่าวคือ กลศาสตร์ควอนตัมกล่าวว่า อวกาศที่ว่างเปล่านั้น แท้จริงเต็มไปด้วยอนุภาคเสมือนและอนุภาคปฏิปักษ์ และด้วยเหตุที่คู่อนุภาคเหล่านั้นมีพลังงานได้ไม่จำกัด ซึ่งหากพิจารณาตามสมการของสัมพัทธภาพแล้ว หมายความว่า คู่อนุภาคจะมีมวลที่ไม่จำกัดเช่นเดียวกัน ส่งผลให้มวลของคู่อนุภาคเหล่านั้น ดึงกาล-อวกาศ (space-time) ให้โค้งงออย่างไม่มีที่สิ้นสุดนั่นเอง

ทางออกของปัญหานี้ คือการหาทฤษฎีกลางเพื่อช่วยเชื่อมโยงทั้งสองทฤษฎีเข้าด้วย หลังจากที่มีความพยายามในการรวมแรงต่าง ๆ ทางฟิสิกส์ ในที่สุดก็พบทฤษฎีที่เหมาะสมและเป็นที่ยอมรับอย่างมากในเวลาต่อมา นั่นคือ “ทฤษฎีสตริง (string Theory)” ซึ่งมีหลายรูปแบบ ในที่นี้จะกล่าวถึงเพียงพื้นฐานของทฤษฎีเท่านั้น

แนวคิดหลักของทฤษฎีสตริงคือ องค์ประกอบพื้นฐานของสสารไม่ใช่อนุภาคที่เป็นจุดจุดเดียว แต่เป็นสิ่งที่มีความยาวเพียงมิติเดียวเหมือนกับเส้นด้ายบาง ๆ เส้นด้ายเหล่านี้อาจมีลักษณะเปิด (open string) คือเป็นเส้นที่มีปลายสองด้าน หรือบรรจบกันเป็นวงที่มีลักษณะปิด (close string)

ความแตกต่างอย่างหนึ่งระหว่างอนุภาคกับเส้นด้ายหรือสตริง ประวัติศาสตร์ใน space-time ของอนุภาคจะแสดงให้เห็นได้ด้วยการลากเส้น (นึกภาพเอาดินสอจุดค้างไว้บนกระดาษ จากนั้นดึงกระดาษให้เคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ของกระดาษแทนการไหลของเวลา และจุดอนุภาคจะกลายเป็นเส้นเมื่อเวลาเปลี่ยนไป) แต่สำหรับประวัติศาสตร์ใน space-time ของเส้นด้ายแบบเปิดจะมีลักษณะเป็นแผ่นหรือแถบ และของเส้นด้ายแบบปิดจะมีลักษณะเป็นท่อหรือรูปทรงกระบอก (คล้ายกับขากางเกง)

สตริงจิ๋วเหล่านี้ จะสั่นด้วยความถี่ต่าง ๆ กัน ลองนึกถึงสายไวโอลินเพียงเส้นเดียว ที่สามารถให้เสียงสูงต่ำได้อย่างครอบคลุม ต่อเมื่อมีความต่างของความถี่ของบันไดเสียงจึงเกิดเป็นคอร์ดขึ้น และรวมกันเป็นเพลงได้ในที่สุด แต่พื้นฐานของเสียงเพลงหรือดนตรีนั้น ก็มาจากการสั่นนั่นเอง ในลักษณะเดียวกัน อนุภาคทุกชนิด ก็เป็นเพียงการสั่นพ้อง (resonances) ที่แตกต่างกันไปของสตริงซึ่งสั่นไหวอย่างอิสระ โดยลักษณะการสั่นไหวจะเป็นตัวกำหนดชนิดของอนุภาค การปล่อย และการดูดซับอนุภาคตัวอื่น คือ การแยกหรือการรวมของสตริง

สิ่งที่เป็นปัญหาหลักของทฤษฎีสตริง แต่ก็นับเป็นเรื่องที่น่าพิศวงอย่างมาก นั่นคือทฤษฎีสตริงจะใช้ได้อย่างสมบูรณ์ก็ต่อเมื่ออยู่ใน space-time ที่มี 10 หรือ 26 มิติเท่านั้น แล้วมิติพิเศษเหล่านี้มีอยู่จริงหรือไม่ และถ้ามีอยู่จริง เหตุใดเราจึงมองเห็นเพียงมิติอวกาศ 3 มิติกับเวลาอีก1 มิติเท่านั้น

ทฤษฎีสตริงระบุว่า เนื่องจากเอกภพใน 10 มิติไม่มีเสถียรภาพ มันจึงแตกออกเป็นสองส่วน โดยที่เอกภพส่วนที่เล็กกว่าและมี 4 มิติแยกตัวออกมาจากเอกภพส่วนที่เหลือ ลองนึกภาพฟองสบู่ฟองหนึ่งซึ่งสั่นยวบยาบอย่างช้า ๆ ถ้าการสั่นรุนแรงถึงจุดหนึ่งจนฟองสบู่มีเสถียรภาพไม่พอ ก็จะแยกตัวออกเป็นฟองที่เล็กลง 2 ฟองหรือมากกว่านั้น

อย่างไรก็ตาม มิติพิเศษเหล่านี้ ม้วนตัวอยู่ในขนาดที่เล็กจิ๋วมาก เปรียบได้กับกล่องสี่เหลี่ยม หากเรามองกล่องใบนั้นในระยะที่ไกลมาก ๆ เราอาจเห็นกล่องเป็นเพียงจุดเล็ก ๆ ต่อเมื่อเข้าไปใกล้ในระดับหนึ่ง จะเริ่มเห็นกล่องมีความกว้างและยาว และเมื่อเข้าไปใกล้จนที่สุด จะเห็นมิติของความหนาเพิ่มเข้ามา เช่นเดียวกับมิติพิเศษเหล่านั้นที่ซ่อนตัวอยู่ในระดับที่เล็กมากจนมองไม่เห็นนั่นเอง

ถ้าหากทฤษฎีสตริงเป็นจริง แสดงว่าเอกภพของเรายังมี “เอกภพพี่น้อง (sister universe)” การแยกตัวออกมาของเอกภพเรา ณ จุดเริ่มต้นนั้น มีความรุนแรงมากขนาดก่อให้เกิดการระเบิดครั้งใหญ่ที่รู้จักกันในชื่อ บิกแบง นั่นเอง ด้วยเหตุนี้ ทฤษฎีสตริงจึงช่วยในการอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่ทั้งสองทฤษฎีมีความขัดแย้งกันอยู่ได้เป็นอย่างดี เปรียบเสมือนจิกซอว์ชิ้นสุดท้ายที่หายไป ถึงแม้ในปัจจุบันจะยังไม่สามารถค้นพบทฤษฎีที่สามารถทำนายทุกสิ่งทุกอย่างได้ แต่ก็เชื่อว่า ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ได้เดินทางมาไกลมากเลยทีเดียว

บทความที่เกี่ยวข้อง
-กาล-อวกาศ (Space-Time)