นิวตันค้นพบว่า ไม่มีสภาวะคงที่ (สัมบูรณ์) อย่างแท้จริง แต่เขายังคงเชื่อว่า เราสามารถวัดระยะห่างของเวลาของ 2 เหตุการณ์ได้อย่างแน่นอนชัดเจน และแม้ว่าใครจะเป็นผู้จับเวลา เวลาก็จะคงเดิม (ถ้าหากผู้จับเวลาใช้นาฬิกาที่ดี) แนวคิดนี้เรียกว่า “เวลาสัมบูรณ์ (Absolute Time)” กล่าวคือ เวลามีอิสระของตัวมันเอง และแยกออกจากอวกาศโดยสิ้นเชิง

แนวคิดนี้ หากใช้กับวัตถุที่เคลื่อนที่ไปอย่างช้า ๆ จะยังคงใช้ได้อยู่ แต่ถ้าวัตถุมีการเคลื่อนที่เร็วมาก หรือเข้าใกล้ความเร็วแสง ผลการทำนายจากแนวความคิดนี้จะเริ่มไม่แม่นยำ

ในช่วงศตวรรษที่ 18 เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวล (James Clerk Maxwell) ค้นพบทฤษฎีที่ทำนายว่า คลื่นวิทยุหรือคลื่นแสง เดินทางด้วยความเร็วคงที่ในระดับหนึ่ง แต่เนื่องจากไม่มีสภาวะคงที่อย่างสัมบูรณ์ ดังนั้น จึงต้องอ้างอิงว่า คงที่เมื่อเทียบกับอะไร ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงกำหนด Ether ขึ้นมา เพื่อใช้อ้างอิง โดยที่ Ether มีอยู่ทุกหนทุกแห่ง และคลื่นแสงเดินทางผ่าน Ether จุดที่สังเกตการณ์แต่ละจุด ต่างอยู่ไปในทิศทางและความเร็วที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับ Ether ดังนั้น การวัดความเร็วแสงจะพบว่า ผู้สังเกตการณ์แต่ละจุดวัดความเร็วแสงได้ไม่เท่ากัน (เพราะกำหนดให้ความเร็วแสงคงที่เมื่อเทียบกับ Ether)

เราลองมาคำนวณความเร็วแสงโดยอิงตามทฤษฎีของนิวตันกัน

สมมติเหตุการณ์หนึ่ง แสงถูกปล่อยจากจุดที่หนึ่งไปยังจุดที่สอง ผู้สังเกตการณ์แต่ละคน จะจับเวลาทั้งหมดที่แสงเดินทางได้ตรงกัน (เพราะเวลาสัมบูรณ์) แต่ระยะทางที่แสงเดินทางไปไม่ตรงกัน (เพราะอวกาศไม่สัมบูรณ์ ไม่มีตำแหน่งคงที่แท้จริง และขึ้นอยู่กับผู้สังเกตการณ์ในแต่ละตำแหน่ง) ทั้งนี้ความเร็วแสง หมายถึง ในช่วงเวลาที่กำหนด แสงสามารถเดินทางไปได้ไกลเท่าใด ดังนั้น ผู้สังเกตการณ์แต่ละคนจึงวัดความเร็วแสงได้ไม่เท่ากัน

นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองวัดความเร็วของแสงโดยเคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิดแสง เทียบกับการวัดโดยไม่เคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิดแสง คุณผู้อ่านคงพอนึกภาพออกว่า ความเร็วของแสงที่วัดได้เมื่อเราเคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิดแสง ย่อมต้องมีค่ามากกว่าการไม่เคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิดแสงแน่นอน

แต่ผลปรากฎว่า ทั้ง 2 เงื่อนไข วัดความเร็วแสงได้เท่ากัน และถึงแม้จะมีการทดลองซ้ำอีก ก็ยังให้ผลเเหมือนเดิมทุกครั้ง เรื่องนี้สร้างความสงสัยให้กับนักวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมาก จนกระทั่ง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพในปี 1905 โดยเขากล่าวว่า ถ้าหากไม่ยึดหลักการของเวลาสัมบูรณ์ Ether ก็ไม่มีความจำเป็นอีกต่อไป

จากตัวอย่างการคำนวณหาความเร็วแสงตอนต้น สำหรับหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพระบุว่า ผู้สังเกตการณ์ทุกคนจะวัดความเร็วแสงได้เท่ากัน (โดยไม่ต้องมี Ether) ไม่ว่าจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใด แต่จะเห็นระยะการเดินทางของแสงได้ไม่เท่ากัน หรือสรุปให้เข้าใจง่าย ๆ ว่า ไอน์สไตน์ปฏิเสธเรื่องของเวลาสัมบูรณ์ ผู้สังเกตการณ์แต่ละคนมีมาตรฐานการวัดค่าเวลาที่ไม่เท่ากัน แม้จะใช้นาฬิกาชนิดเดียวกันก็ตาม

แนวความคิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ แสดงให้เห็นว่า เวลาไม่ได้มีอิสระในตัวมันเองอย่างที่เข้าใจกันมาช้านาน เวลาไม่ได้แยกตัวต่างหากออกจากอวกาศ ในทางกลับกัน เวลารวมเข้าเป็นหนึ่งเดียวกับอวกาศ ทั้งสองรวมอยู่ด้วยกันเป็น “กาล-อวกาศ (Space-Time)”

การค้นพบ กาล-อวกาศ มีความสำคัญต่อการค้นพบสิ่งต่าง ๆ ตามมาอีกมาก เช่น การระบุตำแหน่งของดวงดาวอย่างถูกต้องแม่นยำ การอธิบายว่าทำไมเวลาของแต่ละเหตุการณ์จึงเดินไม่เท่ากัน (เมื่อเทียบกับเหตุการณ์อื่น) เป็นต้น นอกจากนี้ ยังถูกนำไปอ้างอิงถึงการเดินทางข้ามเวลา หรือทฤษฎีรูหนอน ที่มักจะพบได้ในภาพยนตร์หรือการ์ตูนหลายๆเรื่อง การศึกษาพื้นฐานของทฤษฎี นอกจากช่วยให้เข้าใจธรรมชาติได้ดียิ่งขึ้นแล้ว สำหรับผม ยังช่วยเพิ่มอรรถรสในการรับชมภาพยนตร์แนววิทยาศาสตร์ให้สนุกขึ้นได้อีกด้วย